J. Korean Soc. Living Environ. Sys.Vol. 21, No. 6, pp 1006~1013(2014)

1006

한 국 생 활 환 경 학 회 지제 21 권 제 6 호 2014년

창문부착형 열차단 필름의 에너지 성능 분석

문진우1·한승우2·김수영3

1한밭대학교 설비공학과, 2(주) 레이노 코리아, 3연세대학교 실내건축학과

Energy Performance of Window-mounted Heat Blocking Films in Cooling Season

Jin Woo Moon1, Kevin Han2 and Sooyoung Kim3

1Department of Building & Plant Engineering, Hanbat National University, Daejeon, Korea2Rayno Korea, Gimpo, Korea

3Department of Interior Architecture & Built Environment, Yonsei University, Seoul, Korea

Abstract : This examines thermal and energy performance of heat blocking films in summer. Field measurements and

numerical computer simulations were performed for three cases which employed two different types of film on win-

dows. Diverse ratios of window to wall on buildings envelope and building orientations were employed as test variables.

Analysis results imply that the heat blocking films were effective to cool down indoor air temperature and reduce the

amount of heat removal from indoor space by a cooling system in summer. The effects were more remarkable as the

ratio of window to wall increased and the film was applied to the south or east side of building.

Key words : Heat blocking films, Thermal performance, Energy performance, Ratio of window to wall, Building

orientation, Heat removal

1. 서 론

연간 한국의 건물에서 소비되는 에너지는 국가 전체

에너지 소비량의 약 22.3% 정도를 차지하는 것으로

조사되고 있으며, 이 중 약 50% 가량은 냉난방등 공조

설비에서 소모되고 있다(Ministry of Knowledge Eco-

nomy, 2009; Moon, Han & Oh, 2011). 이는 국가 전체

에너지 소비량의 11.15%가 건물 냉난방을 위하여 사

용된다는 점을 의미한다.

건물 냉난방과 관련된 에너지 소비의 절약을 위한

방법은 건물 전반에서 시도되고 있다. 이러한 시도에

는 창호의 열관류를 통한 겨울철 열 손실, 여름철 열

취득, 및 입사되는 태양복사 에너지의 적절한 제어등

이 포함된다. 특히, 건물 외피 창호에 설치된 열 차단

필름은 여름철 건물 에너지 소비의 감소를 위한 효과

적인 대안으로 연구되고 있다. 기존의 창호에 추가적

으로 설치된 필름에 대한 열성능이 분석되어 쾌적 조

건형성을 위한 효과가 분석되었다 (Nam & Won,

2008; Kim and Cho, 2013; Kim et al., 2011).

그러나, 기존의 연구에는 창호에 필름을 추가적으로

설치하는 등의 제한적 변수를 사용되어 단순한 성능분

석이 실시된 한계점이 있다. 따라서, 본 연구에서는 보

다 다양한 변수에 대한 창문용 열 차단 필름의 열적 성

능 및 에너지 절약성능이 분석된다. 다양한 창면적비

및 건물 방위에 대하여 건물의 창호에 적용된 열 차단

필름의 효과에 대하여 정량적인 해석이 실시되어, 향

후 실제 건물에 적용될 수 있는 효과적인 분석결과가

정립된다. 이를 위하여 실제 건물에서의 현장측정 및

컴퓨터 시뮬레이션이 실시되었다.

2. 연구 방법

2.1. 현장실험

현장 실험은 서울시에 위치한 건물에서 동일한 크기

교신저자: 김수영 (우 305-719), 서울시 서대문구 연세로 50,

연세대학교 실내건축학과

전화번호 : +82-2-2123-3142

E-mail：sooyoung@yonsei.ac.kr

열 차단 필름의 창문 설치에 따른 여름철 성능 분석 1007

제 21 권 제 6 호 2014년

의 개인 사무용 공간 2개가 설정되어 실시되었다. 측

정에 사용된 공간의 배치는 Figure 1 및 2에 명시되어

있다. 공간의 크기는 폭 3.9 m, 깊이 6.0 m, 높이

2.65 m 이며, 사무용 가구가 배치되어 있다. 창문은 남

쪽에서 동쪽 방향으로 48°회전되어설치되어있다.

창문의 폭은 850 mm 이며, 전체 창의 면적은 창문

이 설치된 부분의 외피면적의 34%로 구성되었다. 출

입구 부분은 중복도 형식으로 구성된 복도에 연결되어

있으며, 측면 벽은 인접실과 연결되어, 창문이 설치된

외피부분만 외기에 노출되었다.

측정기간은 2014년 8월 15일부터 8월 30일까지 이

며, 온도 감지용 열전대 센서가 데이터 로거 시스템에

연결되어 온도변화에 대한 데이터 모니터링에 활용되

었다. 측정실에 설치된 건물외피 부분에 대한 단열성

능 물성치는 Table 1에 나타나 있다. 필름이 설치된 공

간과 설치되지 않은 공간으로 구분되어 온도변화에 대

한 측정은 동시에 실시되었다. 열차단 필름이 설치되

지 않는 공간은 기본형(base-c ase)로 설정되고, 필름이

설치된 공간은 대안형(alternative case) 조건으로 설정

되어 측정이 진행되었다.

성능평가는 Table 2에 정리된 세 가지의 경우에 대

하여 진행되었다. 첫 번째는 열 차단 필름이 설치되는

않은 기본형이며 나머지 두 가지는 열 차단 성능이 다

른 필름을 각각 설치한 경우이다. 적용된 Film_01과

Film_02의 일사열 취득계수(solar heat gain coefficient,

SHGC)는 각각 0.49와 0.58이다.

Figure 1. Layout of the test module.

Table 1. Descriptions of the Test Module for Measurement

Location Seoul, Korea

Dimension 3.9m*6.0m*2.65m (width*depth*height)

Window size 2.6m2 (34% area of the installed wall)

Insulating level

(R: m2K/W)

Walls, ceiling, and floor 2.25

Windows 0.787

Temperature measuring location Center of the module with 1.2m height

Figure 2. Test module, (left: base-case, right: alternative case).

1008 문진우 · 한승우 · 김수영

한국생활환경학회지

2.2. 컴퓨터 시뮬레이션

대상 열차단 필름 설치에 대한 다양한 성능 평가를

위하여, TRNSYS (Transient Systems Simulation) 소프

트웨어를 이용한 컴퓨터 시뮬레이션이 실시되었다.

TRNSYS는 모듈 구조를 갖는 비정상 시스템 해석 프

로그램이며, 건물과 관련된 구조체 및 시스템의 모델

링에 따른 실내환경 제어인자 및 에너지 소비량 예측

에 효과적으로 활용되는 것으로 알려져 있다(Uni-

versity of Wisconsin, 2010). TRNSYS를 적용한 시뮬

레이션 모델링 과정은 Figure 3에 나타나 있다.

성능평가가 실시된 테스트 모듈의 각종 물성치는

Table 3에 요약되어 있다. 모듈은 한국의 서울(위도:

37.56°N, 경도: 동경 126.98°E)에 정남향으로 위치한

다. 이에 따라 서울지역 TMY2기상 데이터가 적용되

었다.

공간의 크기는 측정에 적용된 실험실과 동일한 폭

3.9 m, 깊이 6.0 m, 높이 2.65 m이다. 창문의 폭, 창 면

적비 및 벽체의 단열성능 역시 동일한 크기로 적용되

었다. 재실자, 조명기기 및 각종 기기에 의한 실내 부

하는 일반적인 사무소 배치를 기준으로 설정되었다.

Figure 3. Modeling of the test module.

Table 2. Features of the Films

Cases Solar heat gain coefficient Shading Coefficient Heat transfer coefficient (w/m2K)

Base-case - -

Film_01 0.49 0.58 6.00

Film_02 0.58 0.68 5.98

Table 3. Descriptions of a Test Module for Simulation

Location Seoul, South Korea

Dimension 3.9m*6.0m*2.65m (Width*depth*height)

Window size 2.6m2

Insulating Level

(m2K/W)

Walls, ceiling, and floor 2.25

Windows 0.787

Internal load

Occupants 1 person: light work at a desk

Lighting Fixtures 10W/m2 heat supply

Equipments 1-personal computer and 1-printer

Ventilation/infiltration rate 0.7 air change per hour

Cooling system parametric test 3235 kJ/hr heat removal capacity set-point temperature: 24.5°C

열 차단 필름의 창문 설치에 따른 여름철 성능 분석 1009

제 21 권 제 6 호 2014년

또한, 0.7 ACH (air change per hour)의 환기 및 침기

량을 가지며, 24.5°C의 설정온도 및 3,235 kJ/hr의 열

제거용량을 가진 냉방시스템이 장착된 것으로 가정되

었다.

열차단 필름 설치에 따른 성능평가를 위하여, 창면

적비 및 창설치 벽면의 방위 변화가 변수로 설정되었

다. 적용된 변수는 Table 4에 요약되어 있다. 창면적비

는 창이 설치된 벽면에 대하여 0.1~0.9까지 0.1씩 증가

하도록 설정되었으며, 동, 서, 남, 북의 네 가지 방위조

건이 적용되었다. 성능평가 기간은 냉방기인 2014년 6

월 1일 부터 9월 30일로 설정되었다.

3. 결과 및 고찰

3.1. 열 성능

필름이 설치되지 않은 base-case에 비하여, 두 가지

필름이 설치된 alternative cases의 경우에 실내 온도가

낮게 형성되는 것으로 분석되었다. 실험에 적용된

base-case와 film_01 및 film_02가 설치된 조건에 대한

온도변화는 Figure 4와 5에 나타나 있다. Base-case의

실내온도는 film_01 혹은 film_02가 설치된 경우의 실

내온도에 비하여 일사가 존재하는 낮에 항상 높게 형

성되는 것으로 나타났다.

측정 기간 중 주간에 직달 일사가 대상 창문에 작용

하는 경우에 대한 결과는 Table 5에 요약되어 있다. 일

Table 4. Variables of the Simulation

Variables Type of the film application Type of the cooling system application

Window ratios

(window area/window

installed wall area)

0.1

(1) Base-case: no film application

(2) Film_01

(3) Film_02

(1) No cooling system application

(2) Cooling system application

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

Orientations

East

West

South

North

Figure 4. Temperature comparison between the base-case

and film_01 (Aug/16).

Figure 5. Temperature comparison between the base-case

and film_02 (Aug/30).

1010 문진우 · 한승우 · 김수영

한국생활환경학회지

사열 취득계수가 더 작은 film_01이 적용된 경우,

base-case에 비하여 일일중 실내온도가 2.40~2.63°C

(6:00~19:00), 2.52~2.79°C (6:00~14:00) 감소하는 것

으로 나타났다. 적용된 film_01의 경우, 감소량이 약

2.23~2.51°C(6:00~19:00), 2.21~2.69°C (6:00~14:00)로

나타나 일사열 취득계수가 클수록 온도 감소효과가 큰

것으로 분석되었다.

다양한 변수에 대한 성능분석을 위한 시뮬레이션 결

과는 Figure 6과 Table 6, 7에 나타나 있다. 본 결과는

냉방시스템이 적용되지 않은 경우이며, 외기온도 및

태양일사에 따른 영향이 명시된다. Figure 6에 명시된

바와 같이 base-case에 비하여 현저히 감소된 실내온

도 결과가 나타났으며, 일사열 취득계수가 더 낮은

film_01이 film_02에 비교하여 그 효과가 보다 큰 것으

로 분석되었다.

필름이 설치된 창문의 면적 변화에 따른 온도감소

효과는 Table 6에 정리되어 있다. 창면적비가 증가할

수록 실내온도는 증가하는 것으로 나타났다. 이는 상

대적으로 높은 외기온도와 증가된 태양일사량에 기인

한 것으로 판단된다. 필름이 설치됨에 따라 실내온도

는 감소하는 것으로 나타났다. 감소된 온도는 기본형

에 비하여 창면적비가 0.1이 증가할 때마다 평균

0.84°C 및 0.76°C로써 일사열 취득계수가 낮은

film_01이 적용되었을 경우에 보다 큰 것으로 분석되

었다. 즉, film_01의 적용 시 film_02의 경우에 비하여

실내 온도 감소측면에서 약 9.0~10.0% 더 효과적인 것

으로 분석되었다.

건물의 방위변화 시 발생된 효과는 Table 7에 요약

되어 있다. 일사열 취득계수가 낮은 film_01이 온도 감

Table 5. Performance analysis for the clear sky conditions

Sampled periods

(day/time)

Average indoor

temperature (°C)

Difference between base-case

and film applications (°C)

Outdoor

temperature (°C)

Base-case Film_01 Film_02Base-case-

Film_01

Base-case-

Film_02Average Highest Loweset

8.156:00~19:00 27.38 24.98 - 2.40 -

24.9 29.6 20.96:00~14:00 27.49 24.97 - 2.52 -

8.166:00~19:00 27.95 25.38 - 2.56 -

26.1 31.8 22.26:00~14:00 28.01 25.33 - 2.68 -

8.226:00~19:00 27.06 24.47 - 2.60 -

24.7 28.2 21.86:00~14:00 27.18 24.44 - 2.74 -

8.246:00~19:00 28.09 25.46 - 2.63 -

25.6 30.7 20.76:00~14:00 28.19 25.40 - 2.79 -

8.276:00~19:00 28.25 - 25.75 - 2.51

24.6 28.6 21.16:00~14:00 28.51 - 25.82 - 2.69

8.286:00~19:00 28.23 - 25.99 - 2.24

25.1 30.7 19.86:00~14:00 28.48 - 26.11 - 2.37

8.296:00~19:00 28.34 - 26.01 - 2.33

25.2 30.1 21.06:00~14:00 28.65 - 26.11 - 2.54

8.306:00~19:00 28.55 - 26.32 - 2.23

30.7 19.9 2.46:00~14:00 28.62 - 26.40 - 2.21

Figure 6. Comparison of indoor air temperature profiles

(window ratio: 0.8, south-facing, Aug/1-Aug/7).

열 차단 필름의 창문 설치에 따른 여름철 성능 분석 1011

제 21 권 제 6 호 2014년

소 측면에서 보다 효과적이었으며, 특히 열차단 필름

이 남쪽 및 동쪽에 설치된 경우 감소량이 보다 현저하

였다.

3.2. 에너지 성능

기본형(base case) 및 필름 설치에 따른 에너지 성능

은 냉방시스템 작동에 따른 실내로부터의 제거 열량을

산정함으로써 분석되었다. 기본형과 film_01, film_02

의 적용시 발생된 일주일 동안 제거열량 변화는

Figure 7 에 나타나 있다.

제거량은 base-case, film_02, 및 film_01의 순으로

나타났으며 이는 앞서 비교된 실내온도의 변화 순서과

일치한다. 즉, 일사취득 계수가 적을수록 제거 열량은

감소되었으며, 이는 추후 냉방시스템에서 사용되는 에

너지의 감소효과를 가져올 것으로 기대된다.

창면적비의 변화에 대한 필름설치의 효과는 Table 8

은 정리되어 있다. 창면적비가 증가할수록 모든 경우

에 있어 실내로부터 제거되는 열량은 증가하는 추세를

보이고 있다. 열량의 증가량은 창면적비가 0.1 증가함

에 따라 각각 96.26 kWh (base-case), 48.76 kWh

(film_01), 53.74 kWh (film_02) 이며, 일사열 취득계수

가 감소할수록 증가량은 감소되었다. 또한, 일사열취

Table 6. Change of indoor temperature by film application according to the window ratio

Window

ratios

Base-case Film_01 Film_02

Average indoor

temperature (°C)

Average indoor

temperature (°C)

Difference

with base-case (°C)

Average indoor

temperature (°C)

Difference

with base-case (°C)

0.1 31.49 30.13 -1.36 30.28 -1.21

0.2 33.53 30.93 -2.60 31.20 -2.34

0.3 35.34 31.63 -3.71 32.04 -3.31

0.4 36.95 32.33 -4.62 32.79 -4.16

0.5 38.38 32.87 -5.51 33.45 -4.92

0.6 39.68 33.10 -6.28 34.03 -5.65

0.7 40.80 33.87 -6.95 34.58 -6.24

0.8 41.85 34.29 -7.56 35.04 -6.81

0.9 42.75 34.67 -8.08 35.45 -7.30

Table 7. Change of indoor temperature by film application according to the orientation

Orientations

Base-case Fil_01 Film_02

Removed heat

(kWh)

Removed heat

(kWh)

Changing amount

(%)

Removed heat

(kWh)

Changing amount

(%)

East 1,588.70 1,061.34 -31.91 1,113.67 -28.55

West 1,324.03 922.50 -30.33 960.99 -27.42

South 1,562.06 1,075.92 -31.12 1,128.98 -27.73

North 1,146.59 935.03 -27.17 864.21 -24.63

Figure 7. Removed heat profiles from indoor space

(window ratio: 0.8, south-facing, Aug/1-Aug/7).

1012 문진우 · 한승우 · 김수영

한국생활환경학회지

득계수가 가장 낮은 Film_01의 적용 시 기본형(base

case)에 비교하여 제거열량의 감소효과가 우수했으며

감소량은 10.71~31.22% 의 범위로 나타났다. 이러한

감소량은 냉방 시스템의 작동에 요구되는 에너지의 사

용량을 효과적으로 감소할 수 있을 것으로 판단된다.

열차단 필름 설치 및 창문의 방위조건 변화에 따른

제거열량 변화는 Table 9에 요약되어 있다. 모든 향

에 대하여 일사열 취득계수가 가장 작은 film_01이

적용되는 경우에 제거 열량이 가장 적은 것으로 분석

되었다. 적용된 film_01은 film_02에 비하여 제거열

량 감소효과는 2.54~3.39% 더 우수 한 것으로 나타

났다. 또한, 감소효과는 필름이 설치된 창문이 남쪽

과 동쪽을 향하고 있을 경우 보다 효과적인 것으로

분석되었다.

4. 결론 및 향후 연구

본 연구에서는 창문을 통한 에너지 유입을 제어하기

위한 창문 부착형 열 차단 필름의 열 및 에너지 성능이

다양한 조건에서 분석되었다. 연구 결과의 요약은 다

음과 같다.

1. 열차단 필름이 설치됨에 따라 실내 온도는 낮게

형성되는 것으로 분석되었다. 이러한 분포는 측정 및

시뮬레이션의 경우 동일한 것으로 나타났으며, 특히

일사열 취득계수가 적은 필름 적용 시 그 효과는 보다

우수한 것으로 분석되었다.

2. 창면적비가 증가할수록 실내의 평균온도는 상승

하는 경향을 나타냈다. 그러나, 일사열취득계수가 적

은 필름이 적용될 경우 상승비는 감소되었다. 창면적

비가 증가할수록 냉방시스템에 의하여 실내로부터 제

거되는 열량이 증가되었다. 또한, 모든 창면적비에 대

하여 일사 취득계수가 감소할수록 제거 열량이 감소되

었다.

3. 모든 방위조건에 대하여 창문의 일사열 취득계수

가 감소할수록 실내온도는 낮게 형성되었다. 특히, 남

쪽 및 동쪽을 향한 창문에 필름이 설치될 경우 그 효과

Table 8. Reduced amount of removed heat by the films according to the window ratio

Window

ratios

Base-case Film_01 Film_02

Removed heat

(kWh)

Removed heat

(kWh)

Changing amount

(%)

Removed heat

(kWh)

Changing amount

(%)

0.1 765.48 683.48 -10.71 692.43 -9.54

0.2 909.92 745.51 -18.07 763.21 -16.12

0.3 1,044.93 806.23 -22.84 831.43 -20.43

0.4 1,167.22 867.39 -25.69 898.96 -22.98

0.5 1,283.04 922.83 -28.07 961.43 -25.07

0.6 1,388.32 977.53 -29.59 1,021.58 -26.42

0.7 1,481.17 1,027.39 -30.64 1,077.07 -27.28

0.8 1,562.06 1,075.92 -31.12 1,128.98 -27.73

0.9 1,631.81 1,122.31 -31.22 1,176.06 -27.93

Table 9. Reduced amount of removed heat by the films according to the orientation

Orientations

Base-case Film_01 Film_02

Average indoor

temperature (°C)

Average indoor

temperature (°C)

Difference with

base-case (°C)

Average indoor

temperature (°C)

Difference with

base-case (°C)

East 45.67 38.56 -7.11 39.28 -6.39

West 41.90 36.60 -5.30 37.11 -4.79

South 41.85 34.29 -7.56 35.04 -6.81

North 39.40 35.41 -3.99 35.81 -3.59

열 차단 필름의 창문 설치에 따른 여름철 성능 분석 1013

제 21 권 제 6 호 2014년

가 우수한 것으로 나타났다. 또한, 일사취득 계수가 작

은 필름의 적용 시 제거열량이 현저히 감소되었다. 남

쪽 및 동쪽에 적용되었을 경우, 효과는 우수한 것으로

분석되었다 .

본 연구에서는 제한된 조건에 대하여 현장실험 및

컴퓨터 시뮬레이션이 진행되었다. 향후, 다양한 실제

건물 조건에서 발생되는 열차단 효과에 대한 추가적인

분석이 필요할 것으로 사료된다. 특히, 열 차단 필름이

적용되는 경우, 겨울철 유입되는 태양 에너지의 감소

에 따른 난방에너지 변화에 대한 추가적인 연구가 진

행되면 효과적일 것으로 판단된다.

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University of Wisconsin (2010). TRNSYS16.1, http://

sel.me.wisc.edu/trnsys/

투 고 일: 2014. 11. 4

수정접수일: 2014. 12. 8

게재승인일: 2014. 12. 26