단열유리 - 로이유리 - 원리

 

집의 유리창이 클수록 전경을 즐길 수 있어서 가능하면 넓은 유리창을 가지고 싶어합니다. 하지만 예전에는 유리창이 넓을수록 여름에는 덥고 겨울에는 추울 수 있어서 창의 크기를 원하는 만큼 넓게 만들 수 없었습니다.
요즘은 단열 유리가 많이 나오면서 전면이 전체 유리로 만들어진 건물을 자주 볼 수 있습니다.

 

 

열의전달

열에너지는 전도(conduction), 대류(convection), 복사(radiation)의 세 형태로 전달됩니다. 

 

1. 전도
온도가 높으면 물질을 이루는 분자들이 활발하게 움직입니다. 활발하게 움직이는 분자들이 옆에 있는 분자들과 충돌하면서 에너지를 주는 방식입니다.
냄비 바닥에 렌지 불 위에서 데우면 냄비 속의 음식으로 열이 전달되어 뜨거워지는 이유가 됩니다.

 

2. 대류 
난로에 손을 직접 닿지 않아도 주변에서 따뜻함을 느낍니다. 공기가 온도가 높아지면 팽창하게 되고  밀도가 작아지게 되어 공기가 위로 상승합니다. 
가열된 매질의 직접 움직여서 에너지가 전달되는 방식입니다. 우리가 목욕물이 한쪽만 뜨거우면 손을 넣어 저어주는 것이 강제 대류입니다.

 

3. 복사
모든 물체는 분자들이 진동하고 열진동에 의해 전자기파를 냅니다. 물질이 없는 곳에서 전자기파의 형태로 에너지를 전달하는 방법입니다. 태양에서 나온 전자기파가 지구까지 진공으로 전달될 수 있는 것입니다. 
귀체온계의 경우 고막에서 나오는 원적외선을 감지해서 온도를 재는 것은 복사에너지를 측정하는 원리입니다.

체온계의 원리와 종류

 

복층유리

겨울에 바깥이 추우면 실내와 온도차이가 많이 납니다. 전도를 통해 열이 빠져나가기 쉽습니다. 같은 온도 차이일 때 열전도도가 클수록 열을 잘 전달합니다.
열전도도 : 같은 크기의 막대사이에서 온도차이가 같을 때 1초동안 흐르는 열량
공기는 0.025 [W/m•K]이고 보통의 유리는 1.1[W/m•K]입니다. 유리보다 공기는 열을 잘 통과시키지 않는다는 것을 알 수 있습니다.
유리한장으로 만들지 않고 복층유리는 유리와 유리 사이에 밀폐된 공기층을 만들어 주는 구조로 창을 만듭니다.
공기층에 의해 전도되는 열에너지를 줄일 수 있게 됩니다. 여름에는 바깥의 열을 실내로 들어오지 못하게해서 더 시원하고 겨울에는 실내의 열에너지를 바깥으로 적게 전달해서 실내가 더 따뜻하게 유지됩니다.
우리가 옷을 여러벌 껴 입으면 두꺼운 옷 한 벌만 입는 것보다 더 따뜻하고 오리털 점퍼가 일반 옷 보다 더 따뜻한 이유가 오리털 사이의 공기 덕분입니다.

 

로이유리

유리로 공기를 막았기 때문에 대류로 전달되는 열이 없고 복층 유리 사이의 공기층 덕분에 전도되는 열에너지를 많이 줄일 수 있습니다.
유리 면에 금속을 코팅해서 원적외선을 반사시키면 실내의 열에너지가 밖으로 빠져나가지 않습니다. 하지만 거울처럼 반사만 시킨다면 유리 창을 통해 밖의 경치를 볼 수 없습니다.
유리에 진공에서 은 분자를 아주 작게 뿌려주면 얇게 코팅이 되고 원적외선을 일부만 반사하도록 만듭니다. 
밖으로 빠져나가는 원적외선을 줄이면 바깥이 경치도 볼 수 있고 복사에너지의 형태로 빠져나가는 열에너지를 줄여서 실내를 따뜻하게 유지시킬 수 있습니다. 마찬가지로 여름에도 더 시원해 집니다.
원적외선의 많은 부분을 반사시키면 밖으로 빠져나가는 원적외선이 적어집니다. 방출되는 비율을 방사율(emissivity)이라고 합니다.
방사율이 낮은(Low Emissivity) 유리라고 로이(low-E) 유리라고 부른다고 합니다.