가스주입을 통한 복층유리 단열효과 상승

가스주입 단열유리 제작시 정확한 품질 기준 준수

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충진율과 더불어 새는 것을 막는 밀봉상태 중요

건축물에서의 에너지절약 정책이 강화되면서 에너지 손실율이 높은 창호에 대한 변화는 빠르게 진행되고 있다.
건축물에서 에너지 손실율을 살펴보면 창호를 통해서 빠져나가는 에너지가 전체에 35%를 차지한다. 창호를 통해 빠져나가는 에너지 손실을 막으면 쾌적한 주거환경 구현과 함께 건축물에서의 에너지 절약에 중심 포인트가 될 것이다. 이에 사회 전반적으로 에너지절약에 대한 노력은 계속되고 있으며 창호의 에너지 관련 규정 및 절감에 대한 대책이 계속 나오고 있다. 

에너지 절약에 대한 관심은 높아지고 강도 높은 정책이 쏟아져 나오는데 있어 창호 부분에서 가장 중심적인 역할을 하는 부분이 복층유리이다. 단열을 위한 창호의 가장 기본이 복층유리이며 복층유리를 통해 에너지 절감 및 차음등의 효과도 동반된다. 건축물에서 외기와 맞닿는 부분에 적용되는 유리가 복층유리고 국내 주거용 유리시장에서 복층유리의 사용 비중은 전체 70%에 이를 정도로 그 비중이 크다.

이러한 복층유리에서의 단열성을 높이기 위해서는 기본적으로 적용되는 유리를 단열효과가 우수한 로이코팅유리의 적용은 기본이다. 로이유리와 더불어 복층유리에서 유리와 유리 사이에 공기층을 아르곤 및 크립톤 가스를 주입하여 열전도율을 낮추어 단열효과를 극대화하는 것이 필요하다.

복층유리의 단열효과를 높여주며 가성비가 우수한 아르곤가스

복층유리의 공기층에 적용되는 아르곤 및 크립톤 가스는 공기대신 적용되어 복층유리의 외부쪽 유리와 내부쪽 유리의 온도차에서 발생되는 열 교환현상을 막아주어 결로현상 및 냉복사 현상을 억제하고 단열성능을 높여준다. 

아르곤 가스는 비활성 기체로 무색·무취·무독성의 기체로 1894년 영국의 과학자 레일리 경과 윌리엄 램지가 공기에서 분리했다. 대기중 0.9%의 아르곤 가스가 함유되어 있고 공기중에서 산소와 질소를 제거하고 남은 비활성 기체가 아르곤이며 아르곤은 공기보다 밀도가 높고 열전도율이 낮으며 압력이 높아 대류현상을 감소시키고 열전도율을 저하시키며 높은 압력을 유지하여 복층유리의 단열성능을 높이는데 매우 효과적이다. 

덧붙여 크립톤 가스는 아르곤에 포함된 기체로 볼 수 있으며 아르곤 보다 열전도율은 우수하다. 크립톤 가스는 활성 기체에 속하는 원소로, 원소 기호가 Kr인 크립톤은 화합물을 잘 형성하지 않으며, 공기보다 3배 정도 무겁고 색이나 맛, 냄새가 없다. 공기를 밀폐시킨 뒤 강한 전기 불꽃으로 방전시키면 질소가 산화되어 물에 용해된다. 그러나 전기 불꽃에서도 아르곤은 산화되지 않으므로 공기 중에서 아르곤을 분리할 수 있다. 크립톤은 이러한 방법으로 분리한 아르곤 속에 포함되어 있다. 

아르곤 및 크립톤 가스의 특징적인 면은 공기보다 무겁기 때문에 복층유리 내부에서 대류현상을 줄이고 열전도율을 낮춰주고 냉복사현상을 줄여주어 단열효과 및 차음효과등 다양한 효과를 연출하여 복층유리에서의 에너지 절약의 기본으로 자리잡고 있다. 

기본적으로 가스주입단열유리에 아르곤가스가 적용되고 있으며 크립톤 가스는 아르곤 대비 단열성이 높지만 비용이 아르곤에 비해 100배 정도로 높기 때문에 사용이 거의 이루어지지 않고 있다. 비용대비 높은 성능을 얻을 수 있는 제품이 아르곤가스 이며, 높은 가성비로 시장은 크게 확대되고 있다.

가스주입단열유리, 전체 복층유리시장 30%정도 추정

국내 복층유리 시장의 가장 큰 변화는 가스주입 단열유리를 중심으로 시장이 확대되고 있다는 점이다.
건축물에서 창호에 대한 열관류율이 해마다 강화되고 있는 시점에서 로이유리만 적용했을 때 1등급 창호의 제작이 어렵기 때문에 로이유리와 더불어 아르곤가스를 주입한 가스주입단열유리의 제작은 점차 보편화 되어가고 있다. 복층유리 생산설비의 증설 및 교체도 판프레스타입의 아르곤가스 자동주입이 변화의 핵심이다. 일반적으로 복층유리 생산설비의 교체는 노후화로 인한 교체보다는 시장의 변화에 따라 생산성 확대와 더불어 아르곤가스의 주입이 중요한 포인트가 되어가고 있다. 

가스주입단열유리 시장은 2000년대 중반, 로이유리가 시장에 보급되면서 복층유리 공기층에 아르곤가스를 주입하여 단열성능을 높이는 방향으로 성장했다. 하지만 국내 가스주입단열유리에 대한 품질기준이 전무한 상황에서 주먹구구식의 가스주입은 제품의 하자를 촉진시켰으며 가스주입단열유리에 대한 인식이 낮았다. 정부의 에너지절약 정책이 강화되고 해마다 건축물의 열관류율이 강화되면서 가스주입단열유리의 적용은 큰 폭으로 늘어났으며 현재 전체 복층유리 시장의 30%정도로 추정되고 있다. 이는 제도권 하에서 정식적인 절차를 거쳐 공급되는 제품의 추정치로, 전체 시장으로는 30%가 넘는 것으로 예상된다. 

지역마다 열관류율의 기준이 다르기 때문에 수도권은 가스주입단열유리 시장이 기본으로 자리잡고 있는 반면, 영호남, 제주권등은 적용율이 떨어지지만 전체적인 추세는 가스의 주입시 단열효과에 대한 성능을 높일 수 있고 아르곤가스 구입비용은 저렴한 편이어서 적용이 확대되고 있다. 향후 50%선까지도 가스주입단열유리 시장이 확대될 것이라는 조심스러운 예측이 나오고 있다.

복층유리에 가스주입시 정확한 품질 기준과 공정을 통해 고품질 시스템 정착 필수 

가스 주입단열유리는 제대로 밀봉이 되지 않은 제품이 3년이내에 대부분의 아르곤가스가 누출이 된다. 85% 충진의 기본을 지키고 3∼5년 사이 70%이상을 유지하면 품질은 그대로 유지된다. 아르곤가스는 초기에 제대로 밀봉하는 것이 품질을 유지하는 관건이 된다. 

아르곤 가스를 밀봉된 판유리 사이에 주입하면 이 공간의 대류 활동을 늦춰 열손실을 줄여준다. 따라서 아르곤 가스는 비용 효율이 높으며 저 방사 코팅이 된 (Low-E) 판유리와 함께 사용하면 좋다. 이는 22mm복층유리(5mm유리 + 12mm공기 +5mm유리) 적용시 난방에너지 절감율은 10%이며, 16mm로이복층유리 적용시 13%의 절감율, 22mm로이복층유리 적용시 25%의 절감율을 나타내고, 22mm로이복층유리에 아르곤가스를 주입하면 30%의 절감율을 나타낸다. 이는 일반로이복층유리 대비 5%의 에너지 절감율을 얻을 수 있으며 아르곤가스는 일반유리보다 로이유리등 고기능성유리와 함께 적용했을 때 효과가 더욱 뛰어나다. 

특히, 공기 자체가 좋은 단열재이기 때문에 판유리 사이를 아르곤처럼 전도율이 낮은 가스로 채우면 열전도율과 전달율을 낮춰서 창유리의 성능을 향상시킬 수 있다. 이 현상은 공기 밀도보다 가스의 밀도가 더 높기 때문에 발생하는 현상이다. 여러 가지 가스를 주입할 수 있지만 그 가운데 아르곤은 단열기능이 뛰어나고 비용이 효율적이기 때문에 가장 흔하게 사용된다. 

아르곤가스 주입에 있어, 복층유리에서 유리와 유리 사이의 간격도 단열에 큰 영향을 준다. 아르곤 가스의 주입시 가장 효율성이 높은 복층유리의 공기층은 12mm, 14mm이다. 복층유리 사이의 공간을 채우는 데는 여러 가지 기술이 사용된다.

그러나 어떤 기술을 사용하든 가스와 공기가 섞이게 될 수밖에 없다. 보통 가스의 농도를 항상 90% 이상으로 유지를 시켜야 되지만 시간이 지나면 일 년에 0.5∼1%씩 사라지는 것으로 추산된다. 가스를 주입하는 것도 중요하지만 가스가 세지 않게끔 세심한 작업은 무엇보다 우선시 되어야 한다. 

이러한 가스복층유리의 제조공정은 원판절단 → 세척 → 스페이서 조립(1차 접착) → 가스주입 → 봉착(2차 접착)공정 순이며, 본 공정 중 1, 2차 접착 상태가 중요한 공정으로 작업의 세심한 관리가 진행되어야 완벽한 밀봉상태로 가스가 세는 것을 방지하고 고품질의 제품을 생산할 수 있다. 

한국판유리창호협회 가스주입 단열유리 단체표준으로 품질 기준 제시

복층유리시장에서 가스주입단열유리 시장의 확대와 함께 가장 큰 문제점으로 대두되었던 부분이 국내에 가스주입단열유리에 대한 품질 기준이 없다는 점이었다. 

유럽등 선진국에는 이미 가스주입단열유리에 대한 높은 품질기준을 적용하고 있는 시점에서 국내에 품질 기준은 따로 없어 소비자들의 신뢰를 얻기가 힘들었다. 현재 국내 유일하게 가스주입단열유리에 품질기준을 제시하고 있는 것이 한국판유리창호협회 가스주입 단열유리 단체표준인증제도 이며, 국내 KS를 취득한 복층유리 업체 총 388개사 중 113개 업체가 단체표준을 획득하여 30%이상의 시장 점유로 대표적인 품질 기준으로 자리잡고 있다. 

한국판유리창호협회는 그동안 가스가 주입된 제품에 대하여 가스 주입량 및 누출량에 대한 정확한 시험방법이 없어 애로사항이 많았으나 단체표준 제정으로 명확한 시험은 물론 생산 제품에 대한 신뢰를 얻을 수 있어 시장 저변확대 및 정부가 추진하고 있는 정책에도 부합되고 있음을 강조했다. 협회에서는 가스충진에 있어서 함유율 85%이상을 단체표준에 명시하고 있다. 이는 원래 불황성 가스인 아르곤의 비중은 공기를 1로 볼 때 1.35가 된다. 그래서 가스를 주입시 어느정도 치환(Purging)이 가능하다. 

하지만 100% 혼합이 되지 않는 특성이 있다. 이에 생산자가 얻을 수 있는 값은 최대 90%인 것으로 나타나며 일부 95%이상 주입을 위해서는 진공공정을 거쳐야 한다. 또한, 가스함유가 90%일때와 85%일 때 단열성능에는 큰 차이가 없어 85%를 규정 하게 되었고 가스 함유율 상태가 70%이하 일 때는 단열성능이 현저하게 떨어짐을 알 수 있다. 

이 외에도 협회는 한국건자재시험연구원과 협조아래 내후성시험 및 가스충진과 누수상태등 다양한 시험을 통하여 완벽한 품질의 제품에 대하여 단체표준 인증을 수여하고 있으며 소비자들이 믿고 적용할 수 있는 고품질의 가스복층유리 공급에 힘을 보태고 있다. 내후성시험은 유럽등 선진국 기준과 동일한 1,008시간을 진행하며, 이는 복층유리 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ류 테스트 시간에서 Ⅱ류와 Ⅲ류 기간으로 시험 방법은 영하 20도와 영하 50도 사이를 하루 4번 반복하는 가혹한 테스트를 통과해야 한다. 

모든 품질 기준은 유럽의 기준인 EN, ASTM 기준을 반영하여 유럽등 선진국에서 요구하는 품질 수준과 동일하게 기준을 잡고 있다.

가스가 새는 것을 막는 밀봉 중요, 완제품에 대한 지속적인 테스트 필수

가스복층유리 생산에 있어 가스의 세는 부분을 막는 것은 단순히 가스만을 잘 주입한다고 해결되는 것은 아니다.  

우선 가스가 체워지는 공간에 가스와 밀접하게 접촉하는 스페이서, 부틸부위등의 품질을 유지하는 것이 중요하다. 스페이서와 부틸의 접착력이 약화되면 가스는 세게 되어 있다. 이를 위해 스페이서와 부틸의 접착력을 높이고 부틸의 압착폭을 4mm이상으로 생산해야 된다. 부틸에 단선이 없어야 하며 코너부위쪽은 더욱 관리를 잘해야 한다. 부틸이 오염됐을 시 접착력이 떨어질 수 있기 때문에 제작시 손자국이나 이물질등은 절대 묻게 하면 안 된다. 

스페이서와 부틸의 제작 외에도 정확한 밀봉을 위해서 복층유리 2차 실란트의 도포 깊이도 중요하다. 폴리설파이드계의 실란트는 도포 깊이를 8mm이상, 실리콘 실란트는 10mm이상 적용해야 하며 코너키 사이로 실란트가 충분히 도포되어야 한다. 제품 생산 방법에 있어 품질 차이도 많이 나타나고 있으며 스페이서는 일반적인 수동의 코너키 타입보다는 자동의 오토밴딩시, 봉착재 재질은 실리콘 실란트보다는 치오콜이 우수했으며 가스 주입에 있어서는 수동보다는 자동이 균일한 품질을 유지하는데 우수하게 나타나고 있다. 

정확한 밀봉의 중요성은 가스의 특성상 새어 나가기 때문이다. 제품을 생산하고 끝나는 것이 아닌 적용 후 수년이 지나도 가스가 새지 않고 원래의 효과를 유지하는 것이 관건이 되고 있다. 이를 위해 정확한 제품의 생산과 사후 관리 시스템이 연계되어야 한다. 국내의 가스주입단열유리의 테스트 방법은 파괴방법과 비파괴방법이 있다. 

파괴방법은 유리를 깨서 진행하는 방식으로 현재는 많이 사용하지 않고 있다. 비파괴 방법으로 핀란드 스파크라이크사에서 공급하는 측정기가 보편화 되어 있고, 이미 국내에 300대 이상 공급하여 건설사등도 수시로 가스의 양을 체크하고 있다. 가공업체들도 측정기를 구비하고 생산한 제품을 지속적인 테스트를 통해 가스가 새는지를 체크하며 품질에 대한 데이터를 도출하여 관리를 해야 한다

기사출처 : 유리신문