2.1 창호

창호는 조망성을 높이고 건물의 외관을 아름답게 하고, 실내 오염공기를 배출하고 외부 신선공기를 도입하는 등 여러 이점이 있으나 벽체에 비하여 절반 수준의 낮은 열 저항 값 때문에 건물 열손실의 많은 부분을 차지하고 있어 이 같은 문제를 해결하기 위해 단열성능이 개선된 다양한 창호가 개발되고 있다. 창호는 크게 작동방식과 프레임의 재질 등으로 구분할 수 있으며, 창호가 설치될 건물의 기후적 특성에 따라 다양하게 선택되어 사용되어지고 있다. 그 중 미서기 창호(sliding window)는 저가이면서 작동이 편리하여 가장 많이 사용되는 방식으로 창문의 위치를 조절함으로써 환기 면적, 즉 환기량을 조절할 수 있다. 그러나 완전하게 닫을 시에도 창문과 프레임 사이 그리고 창문과 창문 사이의 틈새 때문에 기밀성능이 낮아 공기의 누설이 많이 발생한다.(45)

2.2 창호부속

창호부속은 창호철물을 제외한 기타 부속품을 말한다. 창호에서 탈부착이 용이하며 기밀성 및 기타 성능향상 효과를 충족시키기 위하여 선택 할 수 있다.

2.3 기밀성 시험(KS F 2292)

국내에서의 창호의 기밀성능은 한국 산업규격에서 정하는 시험방법에 의거하여 실시된다. 창호의 기밀성은 창호의 내측 압력과 외측 압력차에 의해 개개의 압력마다 유량이 정상으로 되었을 때 공기의 통기량을 산출하여 평가된다. 이 때 창호의 내측 압력이 외측 압력보다 낮은 경우를 정압, 높은 경우를 부압으로 한다. 우선 창호를 장치에 위치시키고 장치와 연결된 공기 압축기를 작동시킨다. 그리고 모서리 별로 철제 프레임을 추가로 덧붙여 위치시킨 후 창호를 클램프로 장치에 설치한 후, 실제 측정을 하기 전에 250 Pa의 압력차로 1분간 가압한 후 시험에 사용하는 압력 10, 30, 50, 100 Pa으로 변화시킨다. 이 때 창호의 내측압력은 외측압력보다 낮기 때문에 정압상태가 된다.(6) 시험장치의 압력차는 송풍기의 풍량 공급량에 따라 제어되고, 창호의 틈새를 통과하는 통기량에 따라 창호의 기밀성능이 결정되어지게 된다. 등급용 통기량은 각각의 가압 시에 시험체 면적 1 ㎡에 대하여 1시간 당 체적유량을 나타낸다.

3.1 실험장비

창의 내·외에 압력차를 가하여 이에 의한 통기량을 발생시킬 때 창호의 어떤 측정점에서 침기가 가장 많이 일어나는지를 알아보기 위하여 부위별 풍속을 측정하였다. 창호에는 table 2와 같은 창호의 기밀성 시험장치를 사용하여 차압을 발생시켰다. 풍속을 측정하기 위하여 열선식 풍속계를 사용하였다. 풍속계의 측정원리는 전류를 통해서 가열된 열선을 기류에 노출시킬 시 냉각 정도에 따라 전기저항이 감소하는 것을 이용하는 것이다. 풍속계의 측정범위는 0∼30 m/s이며 오차는 측정값의 ±5%이다.

3.2 실험방법

창호 기밀성 시험 장치에 일반 미서기 창호를 설치한 후 두 종류의 차압 500, 1,000 Pa을 가하고 각 압력차에 대하여 측정점 별로 발생하는 풍속을 열선풍속계를 이용하여 측정하였다. 측정위치는 Fig. 1과 같다.

3.3 실험결과

창호 기밀성 시험 장치에 단일창과 이중창 미서기 창호를 설치하여 두 종류의 차압 500, 1,000 Pa을 가한 후 창호 틈새 각 지점에서 발생하는 풍속을 측정하였다. 단일창에는 풍지판이 없으며, 이중창에는 외부측 상부에 풍지판이 설치되었다. 풍속 측정결과는 table 3과 같다. 두 개의 창문이 교차하는 여밈대의 상부와 하부인 3번, 8번 측정점에서 풍속이 모두 가장 높게 측정되었다. 특히 여밈대의 상부, 즉 3번 측정점에 풍지판을 설치한 이중창의 경우, 풍지판을 설치하지 않은 단일창보다 3번 측정점에서 차압 500 Pa 조건일 때 3.37 m/s로 낮은 풍속이 측정되었다. 내부 유동인 경우 압력손실은 식(1)로 계산될 수 있다.

여기서 ∆P는 압력손실, f는 마찰계수, L은 유로 길이, D_H는 수력직경, ρ는 밀도, V는 속도이다. 이 식에서 속도는 압력차 제곱근에 비례한다. 압력차 비 1,000 Pa/500 Pa의 제곱근은 1.41이다. table 4의 데이터에 의하면 단일창과 이중창의 압력 1,000 Pa의 평균 속도에 대한 압력 500 Pa의 평균 속도의 비는 1.42이므로 측정값이 이론 식(1)을 잘 만족함을 알 수 있다.

위 실험결과를 통하여 일반 미서기 창호에서는 여밈대 상부와 하부에서 가장 많은 침기가 일어나는 것을 확인하였고, 이러한 침기는 풍지판의 형상 및 존재유무에 따른 영향이 있는 것을 확인하였다.

4.1 실험장치

KS F 2292에 따라 실내외 압력차 ∆P(Pa)에 대하여 창문면적당 누설 통기량을 측정하였다. 창호의 기밀성을 측정하기 위하여 공인기관에서 사용하는 동일한 기밀성 시험장치를 table 2와 같이 구성하였다.

4.2 실험방법

풍지판의 형태에 따라 창호 기밀성능의 영향을 확인 및 분석하기 위하여 이중창의 상부에는 동일한 풍지판을 설치하였고 하부에는 풍지판이 없는 경우와 각 5가지 다른 형상의 풍지판을 설치한 경우에 대하여 기밀성 실험을 실시하였다.

실험에 사용된 풍지판은 Case 2와 Case 3, 그리고 Case 3의 길이를 조절한 Case 4와 높이를 조절한 Case 5, Case 6으로 구성하였다. Case 2는 블록 형태이며 재질은 우레탄폼이다. Case 3～Case 6은 날개 형태의 풍지판이며 고무 재질이다. 풍지판의 부위별 명칭은 Fig. 2와 같다. 창호의 기밀성능 시험방법은 KS F 2292에 규정된 ‘창호의 기밀성 시험방법’에 의거하여 실시하였다. 위의 시험방법은 창호의 기밀성능을 측정하기 위해 창의 내·외에 압력차를 가하여 개개의 압력마다 유량이 정상이 되었을 때 압력차에 의한 통기량을 측정한다. table 4는 Case별 풍지판의 크기와 체적을 나타내고 있으며 table 5에서는 본 실험에 사용된 창호의 사양을 나타내었다.

4.3 실험결과

창호에 풍지판이 없는 Case 1과 풍지판을 적용한 Case들에 대하여 각 3회씩 실험을 실시하였다. Fig. 3과 table 6은 위 실험에 따른 통기량 결과의 평균값을 나타낸 그래프와 표이다. 창호의 통기량은 풍지판을 설치함으로 인하여 감소될 수 있으며 Case 2 풍지판이 적용된 창호가 통기량이 제일 적게 측정되었다. table 4와 같이 Case 2는 우레탄폼 재질의 블록 형태를 가지며 Case 3은 고무 재질의 날개 형태인데, Case 2가 더 여밈대의 상부와 하부의 틈새를 막아주어 통기량을 줄인 것으로 사료된다.

풍지판의 유무에 대한 영향을 살펴보면 차압을 10 Pa로 발생시켰을 때 Case 2에서는 평균적으로 1.673 ㎥/㎡·h의 통기량이 발생되었고 Case 1에서는 3.393 ㎥/㎡·h의 통기량이 발생하였다. 또한 차압 100 Pa 조건일 때 Case 2에서는 9.770 ㎥/㎡·h의 통기량이 발생되었고 Case 1에서는 16.813 ㎥/㎡·h의 통기량이 발생하였다.

풍지판의 형상에 따른 통기량 감소율을 비교해 보면 Case 2 $>$ Case 3 $>$ Case 4 $>$ Case 5 $>$ Case 6의 순서대로 높은 감소율이 나타난다.

풍지판 길이와 높이의 변화에 따른 통기량의 감소율을 정리한 결과 table 7, table 8과 같았다. Fig. 4는 이를 추세선과 함께 가시화 한 그래프이다. 길이가 10 mm 증가할수록 통기량은 1.4% 감소하고 높이가 10 mm 증가할수록 통기량은 3.2% 감소하여 풍지판의 길이보다는 높이가 더 영향력 있는 변수임을 확인할 수 있다.