미국 내 전체 에너지소비량의 약 21%를 주거 부문이 차지함.
ㅇ LBNL (Lawrence Berkeley National Laboratory)에 따르면 주거용 건물에서 냉？난방 에너지소비량(약 2,500Btu)의 약 25~30%는 창호에서 기인하는 것으로 나타남.
ㅇ 기존 창호를 ENERGY STAR 인증을 획득한 창호로 교체하면 약 1,000Btu의 에너지소비량 절감 효과가 있음.
ㅇ 기존 창호를 DOE (U.S. Department of Energy)의 중장기 성능 수준 목표치인U-factor 0.1인 창호로 교체하면 2,000Btu 이상의 에너지소비량 절감 효과가 있음.
ㅇ 본 보고서는 소유주, 건설업체, 디자이너에게 에너지 효율적인 창호 선택에 대한 정보를 제공하는데 목적이 있음.
ㅇ 본 보고서 2장에서는 창호 성능을 판단할 수 있는 지표들을 정리하여 제시함.
ㅇ 본 보고서 3장에서는 글레이징 타입, 열전도율이 낮은 스페이서, 충진 가스, 프레임 종류 등과 같은 창호 관련 기술들을 정리하여 제시함.
ㅇ 본 보고서 4장에서는 법규, ENERGY STAR 프로그램, EWC (Efficient Window Collaborative)의 Window Selection Tool 또는 RESFEN과 같은 창호 선택 프로그램 사용 등을 포함하여 에너지 효율적인 창호를 선택하는 방법을 단계적으로 설명함.
ㅇ 본 보고서 5장에서는 미국 내 16개 도시에 대해 몇 가지 창호 선택에 따른 에너지 절감량을 정리하고 있으며, 이는 창호를 새로 설치하는 경우와 교체하는 경우로 나누어서 제시함. 또한, 창호 가격, 생애비용, 기타 장점도 함께 제시함.
ㅇ 본 보고서 6장에서는 향, 창호 면적, 음영 등과 같은 디자인 요소가 에너지성능에 미치는 영향을 분석함.
ㅇ 본 보고서 7장에서는 창호 설치에 있어 핵심 사항을 정리하여 제시함.(p.1)

창호를 통한 열전달은 전도, 대류, 복사의 3가지 방식으로 이루어짐.
ㅇ 전도는 고체 간 열전달, 대류는 유체 입자 자체의 움직임의 의한 열전달, 복사는 전자기파 방식으로 에너지를 방출하면서 발생하는 열전달을 일컬으며, 이는 중간에 매질이 없는 경우에도 열전달이 가능함.(그림 1 참조)

전도, 대류, 복사의 열전달 매커니즘은 서로 상호 작용을 하며 창호 성능에 영향을 미치며, 이를 각각 개별적으로 측정할 수는 없음.
ㅇ 대신에 창호를 통한 에너지 전달량을 가늠할 수 있도록 다음과 같이 3가지 에너지성능 특성을 사용함.
  - 단열 성능 : 창호 내？외부에 온도차가 생기는 경우, 전도, 대류, 복사의 상호 작용에 의해 글레이징 또는 프레임을 통해 열 손실 또는 획득이 발생함. 이러한 특성은 열관류율(U-factor)이라는 지표를 사용하여 표기함.
  - 일사열취득 : 외기온도와 상관없이 창호를 통해 일사열로부터 열 획득이 가능함. 이러한 특성은 일사열취득계수(SHGC)라는 지표를 사용하여 표기함.
  - 침기 : 창호 틈새를 통해 열획득 또는 열손실이 발생함. 이러한 특성은 정해진 압력 하에서 창호의 단위 면적을 통과하는 공기의 양으로 측정할 수 있음. 그러나 현실적으로 침기는 바람 또는 온도차로 인해 발생하는 압력 변화의 영향을 받음.

ㅇ 비영리 민간단체 NFRC (National Fenestration Rating Council)에서는 창호의 전체적인 성능을 나타내는 창호 에너지성능 등급제를 개발함.(그림 2 참조)
ㅇ NFRC 라벨은 창호의 에너지성능을 판단할 수 있는 객관적인 정보를 제공함.
ㅇ 이는 NFRC 기준에 따라 측정하며, 열관류율(U-factor), 일사열취득계수(SHGC), 가시광선 투과율(VT), 기밀(AL), 결로저항계수(CR)로 이루어져 있음.(p.2)
 

ㅇ 에너지 효율적인 창호를 위한 기술은 스페이서와 유리 사이의 중공층 충진 가스의 조합으로 이루어짐.
ㅇ창호 관련 가장 최근의 혁신 기술들은 다음과 같음.(그림 3 참조)
  - 복층 이상의 다중창유리 또는 플라스틱 필름
  - 저방사(Low-e) 코팅 또는 일사열 제어 코팅을 적용한 고성능 글레이징
  - 열전도율이 낮은 가스 충진
  - 웜 엣지 스페이서
  - 고성능 프레임(p.6:1~13)

ㅇ 창호는 조망, 자연환기, 경관 등의 기능을 수행하는 요소임.
ㅇ 창호는 외관, 비용, 성능 등 여러 사항을 충분히 검토하여 선택해야 함.
ㅇ 에너지 효율적인 창호를 선택하는 단계별 프로세스는 다음과 같음.
1. 법규 만족 여부 검토 : 창호의 에너지성능 수준은 최소한 법규에서 규정하고 있는 수준 이상 되어야 함. 미국 내 대부분의 주는 창호 관련 법규로 IECC (International Energy Conservation Code)를 채택하고 있음. IECC는 미 전역을 몇 가지 기후대별로 구분하여 최소 요구수준을 규정하고 있으며, 추운 지역에서는 단열 성능에, 더운 지역에서는 일사열제어 성능에 중점을 둠.
2. ENERGY STAR 획득 여부 검토 : 모든 주들이 가장 최근 개정된 법규를 채택하는 것은 아니므로, 법규를 만족시키더라도 ENERGY STAR 인증 획득 여부를 확인하는 것이 중요함. ENERGY STAR 인증 기준은 법규보다 강화된 기준을 사용하므로 대부분의 지역에서 인증 획득 여부 검토를 통해 고성능 창호를 보장받을 수 있음.
3. NFRC 라벨 상 성능정보 확인 : 로이(Low-e) 코팅, 가스 충진, 고성능 창호 등 각 요소기술들의 조합에 따라 창호의 에너지성능에 영향을 미치게 됨. 창호 전체의 물리적 특성을 확인할 수 있는 가장 신뢰할 수 있는 방법은 NFRC 라벨을 확인하는 것임. 대부분의 주에서 법적으로 창호의 에너지성능을 확인하기 위헤 NFRC 라벨을 부착하도록 요구하고 있음.
4. Window Selection Tool (EWC 2012b) 사용 : 본 프로그램을 통해 미국 내 100개 도시를 대상으로 일반적인 창호가 가장 전형적인 주택의 에너지소비량에 어떻게 영향을 미치는 지 비교할 수 있음.
5. RESFEN (LBNL 2012) 사용 : 특정 창호가 특정 주택의 에너지소비량에 미치는 영향을 시뮬레이션 할 수 있음. 음영, 향, 창호면적을 입력 변수로 사용할 수 있음.
6. BEopt (NREL 2012a) 사용 : BEopt는 NREL (National Renewable Energy Laboratory)에서 개발한 건물에너지 및 비용 분석 프로그램임. BEopt를 이용하여 창호 및 기타 요소들이 건물에 미치는 총체적인 에너지성능을 분석할 수 있음. (p.16:1~28)

ㅇ 미국 내 전체 기후대에 걸쳐 16개 도시를 선택, 창호를 교체하는 경우와 새로 설치하는 경우에 대해 에너지 절감량을 계산함. 선택 도시는 그림 4 참조.
ㅇ RESFEN을 이용하여 2,000ft2 주택에 300ft2 창호가 설치(동？서？남？북 사방에 동일 면적으로 설치)된 것으로 가정하여 에너지소비량을 계산함. 향, 창호면적, 음영의 변화에 따른 에너지소비량은 본 보고서 6장에서 별도로 분석함(p.23)

ㅇ Zone 1, 2(더운 지역) : 기준이 되는 창호는 <표 1>에서 ID 6에 해당함. 일사열취득계수(SHGC)가 낮을수록 일사열 차단에 효과적이며, 에너지 절감량이 높게 나타남. 또한, 열관류율(U-factor)이 낮을수록 에너지 절감 정도는 커짐. 본 기후대에서는 복층유리+로이코팅 또는 삼중유리+로이코팅의 조합이 가장 효과적인 것(구체적인 시뮬레이션 결과는 보고서 p.25 참조)으로 나타남.(p.24:12~18) 

ㅇ Zone 3, 4(따뜻한 지역) : 기준이 되는 창호는 <표 2>에서 ID 11에 해당함. 프레임 및 글레이징의 성능을 개선함에 따라 연간 에너지 절감량이 증가하는 것을 확인할 수 있음. 본 기후대에 속한 대부분의 도시에서 삼중유리+로이코팅+낮은 일사열취득계수(SHGC)의 조합이 가장 효과적인 것(구체적인 시뮬레이션 결과는 보고서 p.27~28 참조)으로 나타남.(p.26)

ㅇ Zone 5~8(추운 지역) : 기준이 되는 창호는 <표 3>에서 ID 15에 해당함. 일사열취득계수(SHGC) 값이 높을수록 패시브하게 난방 에너지를 절감할 수 있으나, 여름철에는 냉방 에너지 증가의 원인이 됨. 열관류율(U-factor)이 낮을수록 에너지 절감에 효과적임. 본 기후대에 속한 모든 도시에서 삼중유리+로이코팅+높은 일사열취득계수(SHGC)의 조합이 가장 효과적인 것(구체적인 시뮬레이션 결과는 보고서 p.30~32 참조)으로 나타남.(p.29) 

ㅇ 창호 구입 및 설치비용은 단가의 폭이 매우 광범위함.
ㅇ NREL의 National Residential Efficiency Measure Database에서는 새로 설치하는 경우 및 교체하는 경우에 대한 평균 창호 단가를 제공하고 있음.(표 4 참조)
ㅇ 두 경우 모두 시공비용이 포함되어 있으며, 교체하는 경우는 새로 설치하는 경우에 비해 ＄3/ft2의 철거비용이 추가됨. 

ㅇ 실제 복층유리+로이코팅 창호를 새로 설치하는 경우 비용은 ＄40/ft2까지도 상승할 수 있으며, 삼중유리+로이코팅 창호의 경우는 ＄60/ft2까지도 가능함.
ㅇ 따라서 고효율 창호는 일반적인 투자회수기간을 산출하기 매우 어려움.
ㅇ 이에 대한 대안으로 이전 장에서 조사한 실제 창호가격 상승 표를 바탕으로 에너지 절감액에 따른 투자수회기간 매트릭스를 작성, 사용자로 하여금 해당하는 투자회수기간을 찾을 수 있도록 함.
ㅇ 투자회수기간 및 비용은 주택면적 2,000ft2, 창호면적 300ft2을 기반으로 산출함.
ㅇ 2009 IECC를 만족하는 창호를 기준모델로 설정하고, 복층유리+로이코팅으로 성능을 향상시키는데 드는 추가비용은 ＄5/ft2, 삼중창으로 성능을 향상시키는데 드는 추가비용은 ＄10/ft2으로 가정, 창호 성능 향상에 따른 추가비용별 투자회수기간은 표 5와 같음.(p.42) 

ㅇ 창호를 교체하는 것은 에너지비용 절감뿐만 아니라 유지비용 절감 효과도 가져오므로, 교체하는 창호의 내구성을 확인하는 것은 매우 중요함.
ㅇ 일반적으로 고성능 창호는 열적 쾌적성 증대를 가져옴. 외기온도가 낮음에도 불구하고 고성능 창호의 따뜻한 표면은 열손실이 적게 이루어지고 있음을 의미, 실내온도를 낮게 설정해도 되므로 결과적으로 에너지비용 절감 효과를 가져옴.
ㅇ (창호를 교체하는 경우) 시공이 제대로 이루어졌다면 창호 및 창호 주변의 건물외피를 통한 기밀성능이 향상될 수 있음. 이는 특히 추운지역에서 효과적이며, 열적 쾌적성 향상에도 도움이 됨. 실내설정 온도를 낮출 수 있으므로 에너지비용 절감에도 효과적임.
ㅇ 신축 건물에서 고성능 창호를 설치하는 것은 냉？난방, 환기 부하를 낮춰줄 수 있음. 따라서 냉？난방 기기의 규모를 줄일 수 있고, 이는 고성능 창호를 설치함으로 인한 추가비용을 상쇄할 수 있음.
ㅇ 고성능 창호의 설치는 시간이 지남에 따라 창호를 성능을 저하시키고, 곰팡이 등의 문제를 발생시키는 결로의 발생을 줄여줌. 이는 실내공기질 향상에도 도움을 줌.(p.44:25~p.45:7)