복층유리 단열성 효율을 높이기 위한 가스 충전 및 파손의 원인
복층유리가 난방열이나 냉방 에너지를 외부로 전달 메커니즘은 전도, 대류, 복사 현상을 통하여 전달 된다.
복층유리는 전도에 의한 열전달을 최소화하기 위하여 두 장의 판유리 사이에 중공층을 두어 가스를 충진하고, 복사에 의한 열전달을 최소화하기 위하여 은 막(Silver layer)을 입힌 로이유리(low-E)를 사용하여 가시광선은 투과 시키지만 냉, 난방에너지 파장 영역인 원 적외선 (5 500nm ~ 50 000nm) 영역은 반사시켜 단열성을 극대화 한 것이다.
복층유리에 사용되는 기체 종류는 아래 표(JIS R3107 建築用板ガラスの熱貫流率の算定方法 에서 발췌)와 같으며 건축용 판유리의 열전도도인 1 [W/(m.K)]에 비하여 공기의 열전도도 0.025 [W/(m.K)]는 약 40배정도 낮다.
일반 복층 유리의 경우 충전가스로 대부분 건조공기를 사용하지만 열효율을 높이기 위해서 공기보다 점도가 높은 가스를 사용하여 제작하기도 한다.
점도가 높으면 중공층 내부에서 공기보다 대류를 덜 일으키게 되며 공기보다 열전도도가 낮으므로 창문을 통한 열전달을 감소 시키는 효과를 증대시킬 수 있다.
건조공기 이외의 충전 가스로는 아르곤과 크립톤을 가장 많이 사용하고 있다.
아르곤은 지구 대기 중에 약 1% 이하로 포함되어 있고 독성이 없으며 비활성 가스이고 냄새도 없는 장점을 지니면서 열전도율은 공기의 약 67%로 낮고 가격이 저렴하다는 장점이 있다.
크립톤은 아르곤보다 더 좋은 단열 특성을 가지고 있으나 생산 비용이 많이 드는 단점이 있다.
따라서 비용과 성능을 고려하여 볼 때 중공층의 두께가 1/2 인치(11mm~13mm) 보다 클 때는 아르곤 가스가 더 효율적이며 삼중 복층유리의 경우처럼 중공층의 두께가 1/4인치부터 3/8 인치(6mm~9mm)의 좁은 경우에 크립톤 가스가 더 많이 사용된다.
가끔 성능과 제조 비용을 고려하여 크립톤, 아르곤 및 산소의 혼합가스를 충진가스로 사용하기도 하고 제논과 질소가 사용되기도 한다.
복층유리에 충전된 가스는 문헌에 따르면 매년 1% 정도 누출될 수 있으며 창문의 설치 위치, 태양에 노출되는 조건이나 기후 등의 요인에 따라 달라질 수 있다.
시간이 경과함에 따라 충전된 아르곤 가스가 누출되어 80%가 되었을 때와 초기 열관류율을 비교하면 다음 표와 같다.
계산에 사용된 복층유리의 구성은 6mm 맑은유리+12mm(중공층)+6mm Low-E 유리(코팅면: #3면, 방사율(ε): 0.005)이다.
그러나 복층유리 제작 시 1차 실란트인 부칠의 역할이 제대로 작동되지 못하도록 제작될 경우 충진 가스의 누출로 효과적인 단열 성능을 발휘하지 못할 것이다.
한가지 유의할 점으로 아르곤 누출에 의한 창문의 파손은 흔한 일은 아니지만 아르곤 가스와 공기 성분인 산소와 질소의 분자 간 차이에 의하여 누출되는 아르곤의 속도 보다 중공층 내부로 공기가 재 유입되는 속도가 더 느리기 때문에 중공층 내부에 부압이 발생할 수 있고 이로 인하여 복층유리가 파손될 가능성이 있다.
부압에 의한 영향은 반사 이미지의 왜곡이나 파손을 초래할 수 있으나 태풍에 의한 풍압(정압)에 의한 파손 현상과는 반대로 창의 크기가 작을 수록 더 쉽게 파손되는 경향이 있다.
따라서 특히 작은 크기의 창에 적용하는 복층유리에 아르곤가스를 충전하는 경우에는 반드시 배강도 유리를 사용하는 것이 바람직하다.
