2019년 11월 23일 토요일

건축용 유리의 투과율 Spectrum

건축용 일반유리 및 저방사유리의 분광 투과, 반사 분포

건축용 유리 즉, 소다라임 유리 (Soda-lime Silicate Glass)의 투과율 프펙트럼은 짧은 파장 영역인 UV-B, 약 300nm 이하의 자외선 영역의 빛은 투과하지 못하는 특성을 가지고 있다.

ISO 9050, KS L2514, EN 410 규격에서 제시하는 태양열 분포 영역인 300nm 에서 2 500nm 영역에 대한 유리 종류 별 투과 스펙트럼은 아래 그림과 같다.




또한 냉방이나 난방 시 방출하는 원 적외선 영역을 포함하는 5 500nm에서 50 000nm 의 영역에 대해서도 아래 그림에서 확인할 수 있듯이 투과하지 못하는 것을 알 수 있다.

이러한 특징으로 인하여 유리 건물인 경우 태양열의 복사열에 해당하는 짧은 파장의 빛은 유리를 투과하여 실내로 입사하지만 입사된 태양열에 의해 데워진 실내 물체 또는 지표면에서 방출하는 원적외선 에너지는 투과하지 못하는 현상이 나타나게 되므로 열이 실내에 갇히게 되며 이러한 현상을 온실효과라 한다.




겨울밤 난방에너지나 여름낮 냉방에너지가 실외로 손실되는 량을 최소화 하기 위하여 유리 표면에 얇은 은막(Silver layer)을 입혀 원적외선 영역에서의 반사율을 높인 유리를 저방사유리라하며 위 그림은 저방사유리의 투과, 반사 스펙트럼을 나타낸 것이다.

일반적으로 건축물에 설치된 유리는 상온에서 방출하는 에너지 영역인 5 500nm ~ 50 000nm 파장 영역을 투과 시킬 수 없기 때문에 반사 또는 흡수 현상만 일어나게 되며, 단열성을 좋게하기 위해서는 유리에 흡수하는 량을 최소화 하여야 한다.

저방사유리란 단열 성능을 좋게 하기 위해서는 난방 또는 냉방 에너지를 흡수하지 못하도록 유리 표면에 얇은 은막(Silver layer)을 입혀 장파장에서의 반사율을 극대화 시킨 코팅 유리를 말한다.





2019년 11월 12일 화요일

적분구를 이용한 Haze 값 측정 방법

적분구를 이용한 Haze 값 측정 방법

분광광도계에 검출기로 사용되는 적분구는 시료의 표면에 요철이 있거나 내부에 난반사를 일으키는 물질을 포함하고 있는 경우 입사하는 빛이 두 가지 형태의 빛으로 투과나 반사값을 갖게 된다.



1) Total Transmittance와 Total Reflectance 를 측정하는 경우



2) Diffuse Transmittance와 Diffuse Reflectance를 측정하는 경우


적분구는 확산 투과율과 반사율을 측정할 수 있도록 장치가 고안되어 있으며 확산투과율(Diffuse Transmittance)을 측정하는 경우에는 Direct Transmittance가 통과하는 위치에 Light Trap을 설치하여 투과된 빛이 검출기 내로 다시 들어가지 못하도록 하여 측정하면 된다.

또한 확산 반사율(Diffuse Reflectance)을 측정하는 경우에는 정반사(Specular Reflectance)가 통과하는 위치를 열 수 있도록 장치가 고안되어 있으므로 정반사를 제외한 확산반사만을 측정할 수 있다.

위와 같이 측정한 전체투과율(Total Transmittance)에서 확산투과율(Diffuse Transmittance)을 빼면 정투과율(Direct Transmittance) 값을 얻을 수 있으며 같은 방법으로 전체반사율(Total Reflectance)에서 확산 반사율(Diffuse Reflectance)을 빼면 정반사율(Spectular Reflectance)을 얻을 수 있다.

Haze Ratio 계산용 프로그램을 이용하면 쉽게 계산할 수 있으며 계산과 관련된 내용은 "(Haze 계산방법)"을 참고하기 바란다.


단, 반사율의 경우에는 표준시료를 이용하여 측정된 값을 보정하여야 정확한 결과를 얻을 수 있다. 

반사율 보정 방법은 "(스펙트럼 측정 및 보정방법)"을 참조하기 바란다.





2019년 11월 9일 토요일

중공층 두께에 따른 복층유리의 단열성

중공층 두께에 따른 복층유리의 단열성의 변화

복층유리의 단열성을 평가하는 열관류율은 중공층의 두께에 따라 달라지며 일반적으로 가장 많이 판매되고 있는 복층유리는 18mm 단열복층유리(6CL+6A+6CL)와 24mm 단열복층유리(6CL+12A+6CL)가 있다.

복층유리는 간봉의 두께에 따라 다양하게 제작될 수 있으며 유리 두께는 동일하지만 간봉의 두께가 달라짐에 따라 아래와 같이 열관류율 값이 달라지게 된다.

계산에 사용된 복층유리 모델은 많이 사용되는 6mm 맑은유리와 6mm 저방사유리(방사율:0.018)을 기준으로 중공층의 두께를 달리하여 계산하였으며, KS L2003과 KS L2525 규격에 따라 계산하였다.

열관류율은 유리의 투과, 반사 스펙트럼과는 관련이 없으며, 유리면과 코팅면의 표면방사율(emissivity)과 중공층의 두께에 따라지게 달라지므로 일반유리, 저방사유리 구분없이 모든 종류의 유리를 조합하여 제작된 복층유리에 대해서 아래와 같은 유사한 특성을 갖는다 말할 수 있다.

계산은 복층유리는 6CL+x(Gas) +6Low-E(#3, e:0.018)를 기준으로 계산하였다.

여기에서
  6CL : 6mm Clear Glass
  x(Gas) 중공층의 두께 (x mm) 및 Gas의 종류
  6Low-E(#3, e:0.018) : 6mm 저방사유리, 코팅층: 3면, 방사율(Corrected Emissivity) : 0.018

1) 건조공기(Air)

위 그래프에서 보는 바와 같이 중공층의 두께가 두꺼워 지면 열관류율이 낮아져 단열성이 좋아지지만 일정 두께 이상이 되면 온도차에 따른 밀도값이 아래쪽과 위쪽이 다르기 때문에 중공층 내에서 대류 현상이 일어나게 되며, 이로 인하여 열관류율이 다시 증가하는 현상이 나타나게 된다.

2) 아르곤(Ar)














중공층에 주입된 기체의 종류에 따라 변곡점이 아래와 같이 다른 것을 알 수 있다.

공   기 : 중공층 두께 16mm
아르곤 : 중공층 두께 15mm
크립톤 : 중공층 두께 10mm

3) 크립톤(Kr)














특히 크립톤 가스를 주입한 경우 22mm 복층유리(6Glass+10(Kr)+6Glass)가 24mm 복층유리(6Glass+12(Kr)+6Glass) 보다 단열성이 좋지 않은 것으로 계산되었다.


2019년 11월 3일 일요일

아파트 겨울철 난방비 절감에 대하여

아파트 겨울철 난방비 절감을 하려면

아파트에 살고 있는데요 햇볓이 많이 들어와 필름을 붙이려하는데 효과가 있을까요?
가끔 이런 질문을 받을때가 있다.

질문에 대한 답변으로 햇볓을 차단하는 효과가 있는가에 대해서는 당연히 자동차에 선팅 필름을 붙이는 것과 동일하게 색이 있는 필름을 시공할 경우 그 많큼 태양빛이 차단되므로 실내로 입사하는 태양열 중에서 복사에너지에 해당하는 태양방사투과율을 줄여주는 효과가 있는 것은 당연하다.

하지만, 주거용 주택의 경우 태양방사투과율을 줄여 줄 수 있다고 해서 겨울밤 난방에너지 차단에 효과가 있는 것은 아니므로 정확하게 말하면 충분한 효과가 있다 라고 답변 할 수 없다.

저방사유리가 많이 공급되기 이전에 지은 아파트의 경우, 난방이나 냉방 모두를 고려하여 이를 효과적으로 개선 하려면 어떻게 하면 좋을까?

앞서 설명한 광학특성을 종합하여 생각해 보면 그 해답을 찾을 수 있다.

우선 필름을 시공하는 경우 어떤 종류의 필름이 주거용 주택에 적합한지를 먼저 따져봐야 할 것이다.

열이 전달되는 경로는 전도, 대류, 복사 3가지 방법에 의해 일어나게 될 것이므로

일반적으로

1) 복사에 의한 입사 에너지를 평가하는 태양방사투과율이 낮고

2) 실내 외 온도차에 의해 전달되는 에너지를 평가하는 열관류율이 낮으며

3) 유리창에 흡수된 열이 실내로 재 방사하는 에너지를 평가하는 SHGC값 중에서 재 방사에너지에 해당하는 qi 값이 낮아야 하고

4) 열관류율과 qi 값을 좋게 하도록 하는 필름 표면에서의 방사율(emissivity) 값이 낮아야 좋은 제품이라 할 수 있다.

그러나 이 중에서 1) 항목인 태양방사투과율이 너무 낮으면, 가시광선투과율도 함께 낮아지게 되므로 즉 색이 너무 진한 필름을 시공할 경우 태양빛이 실내로 들어오는 량이 낮아져 실내가 어두워지게 될 경우 한 낮에 조명을 하여야 하는 경우가 생길 수 있다는 점도 고려하여야 한다.























A종II류로 분류되는 일반 복층유리 (6CL+12A + 6CL)의 광학적 특성을 계산하여 보면 SHGC 값이 0.742, 여름철 열관류율 2.851 W/m^2 K, 겨울철 열관류율 2.787 W/M^2 K로 계산되었고






















실내측 유리 3면에 대하여 투과율은 동일하나 방사율만 0.10로 낮아진 저방사유리 제품으로 변경하였다고 가정 할 경우를 예로 계산하여 보면 SHGC 값은 거의 동일한 값인 0.745를 나타 내지만 여름철 열관류율 1.771 W/m^2 K, 겨울철 열관류율 1.746 W/M^2 K으로 현저하게 줄어드는 것을 알 수 있다.

일반 건축용 필름으로 판매되는 대부분의 제품은 필름면의 방사율이 저방사유리와 같이 낮은 값을 갖는 제품은 거의 없고 색상에 의한 태양열이 실내로 입사하는 량을 줄일 수 있는 기능만 있는 제품이 대부분이므로 상업용 빌딩처럼 낮시간 동안에 근무하는 경우가 아닌 주거용 아파트의 경우에는 태양 빛이 없는 겨울밤 난방효율이나 여름밤 열대야를 대비한 냉방효율을 좋게 하는 것이 더 효과적이라 할 수 있다.

또한 주거용 건물은 거실쪽 창문이 시야 확보를 위하여 넓고 크게 설치되어 있고 겨울철에 태양 빛이 잘 들어올 수 있도록 남향으로 설치되어 있는 경우가 많으므로 여름 낮에 태양빛이 들어오는 것을 줄이고 싶다면 필름을 시공하여 어두운 환경을 만드는 것 보다 거실이나 안방 창문에 커튼을 설치하여 인테리어 효과를 겸한 태양빛을 줄이는 방법을 선택하는 편이 더 현명한 방법이라 할 수 있다.

그래도 꼭 필름을 시공하여야 한다면 아래 저방사유리의 방사율을 참조하여 필름면의 방사율값이 낮은 제품과 조명 여부을 고려한 제품을 선택하여 시공하시는 것이 좋다.

방사율 값은 일반적으로 저방사(로이)유리로 은막을 입혀 만든 제품인 경우 제품에 따라 대략 0.1 ~0.01 정도 값을 가지고 있으며 하드로이라 불리는 방사율이 비교적 높은 제품(주로 산화 주석막을 입힌 제품)이라 할지라도 0.15 정도의 값을 갖는다.



광학 특성 계산 프로그램

유리의 광학 특성 계산 프로그램 GlasPRO_Ver2024.0403 프로그램 : GlasPRO Version : 2024.0403 설치 및 사용법 : 링크된 "GlasPRO_Ver2024.0403"를 DownLoad 후 압축 해제하...