SPECIAL EDITION | 전원주택의 눈, 창호②

남쪽 창문, 벽 면적의 40%일 때 에너지 절감 최고
에너지 절약 창호 설계 가이드라인

요즘 건축물의 디자인 등을 이유로 창호의 면적이 증가하는 추세이다. 하지만 창호는 건축물에서 열 손실이 많은 부위이므로 에너지 성능을 위해 적정한 비율로 설계해야 한다. 국토교통부는 지난해 건축물을 설계할 때 에너지 성능을 고려하면서 창호를 다양하게 디자인하도록 ‘건축물의 에너지 절약을 위한 창호 설계 가이드라인’을 제시한 바 있다. 창호 설계 가이드라인은 지역(중부, 남부, 제주)과 창호가 면한 향(동·서·남·북)별로 창 면적에 따른 열 손실량을 예측한 것이다. 일례로 중부와 남부지역의 남향은 창 면적비(Window-to-Wall Ratio; 벽 면적에서 창호가 차지하는 면적 비율)를 40%로 설계할 때 에너지 절감 효과가 가장 높다. 또한, 창 면적비를 40%로 설계하고 자연광이 충분할 때 조명 자동 제어 시스템을 설치하면 에너지를 약 20% 추가로 절감할 수 있다.

창호는 건축물에서 벽체나 지붕 등에 비해 단열성이 낮기에 에너지 손실의 주요 원인이다. 창호는 겨울엔 열관류에 의한 열 손실 경로이고 여름엔 과다한 일사 획득 경로이다. 따라서 건축물의 냉난방 에너지 요구량은 창호 설계가 좌우한다. 또한, 창호는 건축물의 에너지 성능 외에도 자연 채광 이용, 열적 쾌적성 확보, 실내외 조망 확보, 눈부심 방지 등에도 직접적인 영향을 미친다. 따라서 창호를 계획할 때 다양한 설계 요소의 영향을 복합적으로 고려해야 한다.
설계자는 지역별 에너지 절약 관점에서 향, 창 면적비, 유리 종류 그리고 차양이나 조명 제어 시스템의 적용 여부 등 다양한 사항을 검토하고 의사를 결정한다. 그러나 이와 같은 의사 결정 과정은 결코 단순하지 않다. 예를 들어, 일반적으로 창 면적비가 크면 에너지를 많이 소비하는 것으로 알려졌으나, 기후 조건이나 향에 따라 고성능 유리를 사용하면 넓은 창을 가진 공간이 작은 창을 가진 공간에 비해 에너지 소비가 비슷하거나 오히려 더 적을 수도 있다. 따라서 설계자는 창호와 관련한 신기술을 인지하고 창호 설계 요소가 건축물의 에너지 성능에 미치는 영향을 파악해야 한다.

창호의 성능과 설계 요소
열관류율(U-factor 또는 U-value)_여러 가지 재료로 구성된 구조체를 통한 열전달을 계산할 때 매우 복잡한 형태로 일어나는 전도, 대류, 복사에 의한 열전달의 모든 요인을 혼합해 하나의 값으로 나타낸 것이다. 열관류율은 표면적이 1㎡인 물체를 사이에 두고 온도 차가 1℃일 때 물체를 통한 열류량을 W(와트)로 측정한 값으로 정의하며 단위는 W/㎡·K로 표시한다.
·전도_물질의 이동 없이 고온의 분자로부터 저온의 분자로 열을 전달하는 것. 공기는 지구상의 물질 중 열 저항이 가장 큰 재료. 전도는 단열로 제어함.
·대류_유체(기체, 액체)의 흐름에 의해 열을 전달하는 것. 재료나 시공의 정확성에 의존하므로 제어하는 데 어려움이 따름. 대류는 기밀로 제어함.
·복사_고온의 물체 표면에서 저온의 물체 표면으로 공간을 통해 열을 전달하는 것. 재료 표면의 특성에 따라 복사율이 달라짐. 복사는 저방사성 표면을 가진 물질로 제어함.
일사日射 획득 계수(일사 획득 계수: Solar Heat Gain Coefficient)_창호를 통한 일사 획득 정도를 나타내는 지표로 직접 투과된 일사량과 유리에서 흡수된 후 실내로 유입된 일사량의 합으로 계산한다. 유리창을 통한 일사량은 일사 획득 계수와 차폐 계수(SC: Shading Coefficient)로 나타낸다. 차폐 계수는 일반적으로 3㎜ 투명 유리를 통한 일사 획득에 대한 해당 창호의 일사 획득 비율로 계산한다. 일사 획득 계수는 입사각의 영향을 반영하고 창호 시스템 전체에 관한 성능을 표현하므로 차폐 계수를 대신해 사용한다. 일사 획득 계수는 0부터 1까지 수치로 표현하고 높은 값은 창호를 통한 일사 획득이 많음을, 낮은 값은 일사 획득이 적음을 의미한다.
가시광선 투과율(VT: Visible Light Transmittance)_태양의 복사 에너지 중 파장 영역이 380∼780㎚인 가시광선이 유리를 투과할 때 투과되는 비율을 표현한 값으로 0부터 1까지 무차원 수치로 표현한다. 가시광선 투과율은 일사 획득 계수와도 관련이 있으며, 일반적으로 가시광선 투과율이 낮을수록 일사 획득 계수도 낮아져 좀 더 많은 일사량을 차단한다. 또한, 가시광선 투과율이 낮아지면 눈부심 감소율이 높아져 눈부심 감소에 보다 효과적이다.
기밀 성능(Air Tightness)_실내·외 온도 차 또는 풍압에 의해 일정한 압력 차가 발생하면, 창호 틈새를 통해 공기가 빠져나가므로 원하지 않는 열을 획득하거나 열 손실을 유발한다. 창호의 기밀 성능은 이처럼 압력 차가 발생하는 조건에서 공기의 흐름을 억제하는 성능을 말한다. 건축물 전체의 기밀성능을 결정하는 주요 인자로 냉난방 에너지비에 직접적인 영향을 미친다. 창호의 기밀 성능은 창의 내외 압력 차에 따른 통기량으로 나타내며, 단위는 ㎥/㎡·h로 표시한다.
방향_향에 따라 건축물의 외피를 통해 유입되는 일사 에너지의 양이 달라진다. 따라서 냉난방 에너지 절약을 위해 향에 따라 창호 면적을 줄이거나 차양을 별도로 계획하는 등 다각적으로 접근해야 한다. 남향은 겨울철 태양 고도가 낮을 때 다량의 일사 획득을 유도하므로 난방 에너지 절감에 유리하다. 일반적으로 북향과 남향 창호는 차양으로 일사를 차단하기 쉬우며, 동향이나 서향 창호에 비해 여름철 일사 획득과 눈부심이 적다. 반면, 동향과 서향은 여름철에 과도하게 일사를 획득한다. 특히 서향은 하루 중 가장 더운 오후 시간에 최대 일사량을 획득하므로 가능한 한 창 면적을 제한하는 것이 바람직하다. 현재 우리나라에선 향별 창호의 성능이나 설계 기준을 별도로 제시하지 않기에 설계자가 지역과 부지 여건에 따라 창호 설계 가이드라인의 내용을 참고해 각 향에 적합한 창호를 계획하는 것이 중요하다.
창 면적비(WWR: Window-to-Wall Ratio)_창호는 재실자에게 조망을 제공하고 자연 채광과 자연 환기, 일사를 도입하는 유용한 수단이지만, 동시에 유리의 열악한 단열성으로 말미암아 건축물 열 손실의 주된 요인이다. 따라서 창호의 긍정적인 측면과 부정적인 측면을 종합적으로 고려해 냉난방과 조명에너지가 효율적인 창 면적비를 결정해야 한다. 건축물의 에너지 절약 설계 기준에선 창 면적비를 ‘지붕과 바닥을 제외한 건축물 전체 외피 면적에 대한 창 면적비(창 면적비 = [창 면적/(외벽 면적 + 창 면적)] x 100)’로 정의한다. 창 면적비를 산정할 때 창틀은 창 면적에 포함하고, 계단실과 승강기 공간 등은 제외한다. 최근 의장적 효과를 위한 유리 커튼월을 적용하는 사례가 늘면서 창 면적비가 증가하는 추세이지만, 건축물의 에너지 절약 면에서 창호의 향과 종류 등을 고려해 창 면적비를 적정하게 유지해야 한다.
차양_일사의 실내 유입을 차단하는 차양은 위치에 따라 외부 차양과 내부 차양, 유리 간 차양으로 구분한다. 가동 여부에 따라 고정식과 가변식으로 나누며, 가변식은 수동식과 전동식, 센서 또는 프로그램에 의해 작동되는 것을 말한다. 또한, 외부 차양은 방위별 실내 유입 일사량이 최대인 시각에 외부 직달直達 일사량의 70% 이상을 차단하는 것에 한한다. 이상적인 차양은 조망과 환기를 최대한 허용하면서 일사를 최대한 차단 또는 취득하는 것이다. 이러한 관점에서 내부 차양보다 외부 차양이 더 효과적이다. 내부 차양은 일사로 말미암은 열이 건물 내로 입사된 후에 차단되기에 차양과 창 사이에서 열복사가 일어나고, 외부 차양은 열 환경적 측면에서 일사가 창에 도달하기 전에 차단하기 때문이다.田