장 세 홍
전자부품연구원 전자소재응용연구센터 수석연구원/열조창호연구단 단장

 급변하는 세계 경제 상황 속에서 국내 소비 에너지의 98%를 수입에 의존하고 있는 우리나라는 지속적인 경제 성장을 위한 에너지의 안정적 공급(에너지 안보)과 친환경적 에너지 시스템 구현(에너지 환경), 그리고 에너지 수요의 최적 관리(에너지 효율)를 에너지 정책의 3대 기본축으로 설정해 지속적으로 추진하고 있다. 최근 들어 저탄소 녹색성장의 기치를 내걸고 에너지 저소비 사회로의 전환을 위해 에너지 이용 시스템 혁신 및 소비 절감 증진, 온실가스 저감을 위한 고효율 기자재 사용 등에 대한 사회ㆍ문화적 분위기가 확산되고 있다.

 창호는 건축물을 구성하는 가장 중요한 구성 요소 중 하나로, 기본 소재로는 유리를 사용하고 있으며 시야감과 채광성, 단열성, 환기성 등과 같은 복합적인 기능을 동시에 만족시켜야 하는 매우 어려운 첨단 기술의 집합체이다. 사회적으로도 에너지절감, 공해방지, 웰빙, 친환경 등에 대한 관심이 고조되면서 인간친화형 감성공학적 디자인 등 새로운 기능들이 추가로 요구되고 있는 분야이다.

 열조창호연구단에서는 건물에너지 절약 효과가 가장 큰 창호분야에서 IT-NT 융합기술의 접목을 통해 기존 기술의 한계성을 극복하고 새로이 요구되고 있는 다양한 기능들을 실현할 수 있는 방안을 연구하고 있다. 차세대 다기능 창호부문의 기술 개발을 통해 건축물의 냉ㆍ난방 비용 절감과 신재생 대체에너지 발전, 오염 방지, 결로 방지 등이 그것으로 환경보존 및 에너지 절감이라는 인류의 숙원사업을 해결할 수 있는 방안을 제시하려고 한다. 특히 최근 고유가 상황으로 인해 고성능 창호의 보급 활성화가 가능한 사회적, 제도적 토대 미련에 대한 공감대가 형성되고 있기 때문에 다기능ㆍ고성능 창호 시스템 개발을 통해 국가 에너지 및 지구 환경부하 저감을 위한 실천적 대응방안과 창호 단열성능 관련 규정 기준을 강화할 수 있도록 정책ㆍ제도적 대안들도 함께 제시하고자 한다.

 이를 통해 현재 건축물에서 사용되고 있는 에너지의 30% 이상을 절감할 수 있도록 할 것이며, 건물 외피부문의 ESCO 사업과 신재생 에너지 관련 산업의 실질적 활성화를 촉진하고자 한다.  또한 에너지 스타 마크 등과 같은 해외 에너지 기준을 강화할 수 있도록 선도할 것이며 자동차와 항공기, 선박 등과 같은 다양한 수요처에도 적용ㆍ보급될 수 있도록 노력할 예정이다.

　

　<연구개요>

 국내 건물부문의 에너지 소비량은 국가 총에너지 소비량의 25% 이상으로 연간 약 17조원을 상회하는 비용이 소모되고 있으며 지속적인 증가추세에 있다.

 건축물에서 창호는 가장 큰 열손실 발생부위로 에너지 효율화의 우선 대상이다.

 -창호는 벽체 단열성능에 비해 8∼10배 낮은 성능 특성을 가지며 창호를 통한 열손실량은 전체 건물 열손실량의 20∼45% 정도를 차지함.

 -건물 외피에 대한 창면적 비의 증가로 에너지 성능 향상에 큰 장애요인 부각(외피에 대한 창면적 비는 최근 50%를 초과해 증가하는 추세)

 -창을 통한 에너지의 손실을 줄이고, 창을 통한 과도한 태양에너지 유입으로 인한 불쾌감의 증대, 유해 자외선에 의한 실내 가구 및 의류의 탈색, 더불어 냉ㆍ난방 에너지 및 비용증가 문제에 대한 새로운 해결책 요구된다.

 - 창호 열성능 2배 향상 시 건물에너지 절감률 30% 달성

　

 <연구 최종 목표>

 나노코팅 기술을 이용한 에너지 조절 창호 시스템 개발로 고단열성 유지, 난방ㆍ냉방 부하 절감, 자가발전, 결로방지 등 다양한 기능이 용도에 따라 융ㆍ복합될 수 있는 차세대형 창호 개발로, 이를 위해 다음의 세부 기술을 개발했다.

 - 멀티나노코팅 고단열 창호시스템 개발(온도가변형 적외선 차단 소재 개발을 포함)

 - 창호용 See-Through 타입 나노구조 태양전지 개발

 - CNT를 이용한 결로방지용 투명 발열체 개발

 - 열에너지 조절 가능한 다기능성 창호시스템 성능 평가 및 표준 매뉴얼 개발

 - 연구기간 : 2008. 07. 30 ∼ 2013. 06. 10 (4년10개월)

 - 총연구비 약 99억원

　본 연구단에서 추진하고 있는 연구개발의 목표 및 내용은 철저한 상용화에 맞추어져 있으며 특히 국내 굴지의 유리 및 창호 시스템 전문 제조회사인 ㈜케이씨씨가 적극적으로 참여하여 열에너지 절약형 저방사유리 및 창호 시스템을 개발하고 있다. 또한 국내 최초로 나노기술을 활용한 대면적 박막 태양전지를 개발하고 있는 ㈜티지솔라에서 창호용 See-Through 타입의 태양전지 모듈을 개발ㆍ제작하여 상용화할 계획을 갖고 있다.

 ㈜성호폴리텍은 CNT 첨가 대전방지용 폴리머 원료를 생산하고 있는 업체로 차기 사업아이템으로 투명 CNT 발열체를 추진하고 있다. 이렇듯 본 연구단에 참여하고 있는 기업들의 사업화 의지가 매우 큰 것이 본 연구단의 가장 큰 강점이라 할 수 있으며, 한국건설기술연구원의 건설기술개발에 대한 노하우를 접목시켜 관련 제도나 법규 등을 개선시킬 수 있는 방향으로 노력함으로써 창호 관련 국내 산업의 새 지평을 열 수 있을 것으로 기대된다.

　<정략적 기대효과 제시>

  ㅇ 에너지 절감 극대화

　- 연간 에너지 소비 약 50% 절감 효과:이는 국내 기후조건과 유사한 독일의 경우 창호의 열관류율 0.1W/m2.K 감소 시, 난방기간(10∼3월) 동안 약 창호 ㎡당 1.2ℓ 오일 절감효과가 있는 것으로 보고된다.

　ㅇ 국내 복층유리 시장이 2020년 약 3800만㎡로 추정됨에 따라 100% 고효율 멀티나노코팅유리가 적용된다면 연간 약 700억원의 난방비용 절감 효과 기대되며, 국내 전체 가구의 30%가 멀티나노코팅 창호로 대체된다면 연간 약 6000억원의 난방비를 절감할 수 있다.

  <활용방안>

 ㅇ 커튼월 구조의 전창 내지 부분 창호시스템으로 활용

　- 상업용 건물 및 주상복합 건물의 냉난방 부하를 줄이기 위해 적용

 ㅇ 기타 유리재료가 활용되는 산업분야에 활용

　- 자동차, 항공기 등의 유리창이 있는 곳에 적용

 ㅇ 에너지 공급원이라는 새로운 개념의 창호로 활용

  - 건물의 벽체에 고효율 태양전지를 붙여 에너지 공급원으로 사용

  - 미래형 자동차의 에너지 공급원으로 사용

　- 우주선의 주 동력원 및 항공기의 보조 에너지 발전기로 사용

 ㅇ 난방, 성에 제거 및 결로 방지가 필요한 곳에 활용

　- 바닥재 장판, 족자, 액자 라디에이터, 침대 매트리스 커버, 책상(탁상)용 스크린

　- 사우나 찜질복, 파티션, 버티컬, 블라인드, 벽난로 등에 사용

　- 식기건조기, 음식물쓰레기 건조기, 정수기 등에 사용

　- 자동차의 사이드 미러, 성에 제거가 가능한 앞 유리 및 뒷 유리에 사용

　- 의료용 침구 및 밴드 등 최첨단 웰빙 상품에 사용