냉장고용 복층유리의 삼중 구조에서 이중 구조로의 전환에 따른 단열 성능 변화 및 결로 발생 특성 연구 = A Study on Changes in Thermal Insulation Performance and Condensation Characteristics Resulting from the Transition from Triple-Layer to Double-Layer Insulating Glass for Refrigerators

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 프리미엄 냉장고에 적용되는 글래스 도어의 원가 절감을 목적으로, 기존 삼중 복층유리 구조를 이중 복층유리 구조로 전환할 경우 발생하는 단열 성능 변화 및 결로(Dew) 발생 특성을 정량적으로 분석하고, 그에 대한 기술적 보완 가능성을 검증하는 것을 목적으로 한다. 최근 인스타뷰(InstaView)와 같은 글래스 도어 기능의 소비자 지불가치가 감소함에 따라, 고원가 구조인 삼중유리의 대체 기술로서 이중유리 적용의 필요성이 증가하고 있으나, 단열 성능 저하 및 전면 결로 발생 가능성은 주요 품질 이슈로 작용한다.
이를 위해 본 연구에서는 복층유리의 열전달 메커니즘(전도, 대류, 복사)을 이론적으로 고찰하고, **Low‑E 코팅 종류(Hard / Soft), 중공층 두께, 충전 가스(Ar, Air)**를 주요 설계 변수로 설정하였다. 열관류율(U-value, Keff)을 중심으로 시뮬레이션 해석과 실측 실험을 병행하여 삼중유리와 이중유리의 단열 성능을 비교 분석하였다. 또한, 이중유리 적용 시 냉장고 제품 전체 소비전력에 미치는 영향을 모델링 및 실측을 통해 검증하였다.
연구 결과, 삼중유리 대비 이중유리 적용 시 단열 성능은 약 26.1% 저하되는 것으로 나타났으나, Soft Low‑E(Double) 코팅과 Ar 가스 충전, 중공층 두께 12~14 mm의 최적 설계를 적용할 경우 단열 성능 저하를 최소화할 수 있음을 확인하였다. 이 경우 제품 전체 소비전력 증가는 약 1.9~2.0% 수준으로, 해석 결과와 실측 결과가 ±0.1% 이내의 오차로 일치하여 이중유리 적용의 실효성을 입증하였다.
한편, 이중유리 구조에서는 외기 조건에 따라 전면 유리 표면온도가 이슬점 이하로 떨어지면서 결로가 발생할 가능성이 확인되었다. 이를 보완하기 위해 Ag Nanowire 기반 투명 발열필름을 적용한 추가 실험 및 열해석을 수행하였다. 그 결과, 전면 발열필름 적용 시 유리 표면온도를 23.7°C 이상으로 유지할 수 있어 결로를 완전히 제거(Dew Zero)할 수 있었으며, 냉장고 고내 온도 및 소비전력에 미치는 영향은 매우 제한적인 것으로 나타났다. 다만, 발열필름의 가공비 및 공정 비용 문제로 인해 양산 적용에는 현실적인 제약이 존재함을 확인하였다.
본 연구는 삼중 복층유리 대비 이중 복층유리 전환 시 발생하는 단열 성능 저하와 결로 문제를 해석과 실측을 통해 정량적으로 검증하고, 최적 설계 조건 및 보완 기술을 제시함으로써, 원가 절감형 프리미엄 냉장고 글래스 도어 설계의 기술적 타당성을 입증하였다. 이는 향후 냉장고 제품의 비용 경쟁력 확보와 설계 의사결정에 유용한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 1.1 연구 배경 1
• 1.2 연구 목적 1
• 1.3 연구 범위 1
• 2. 이론적 배경 2
• 2.1 복층 유리의 열전달 메커니즘 2
• 2.2 유리 코팅의 종류 비교 3
• 2.3 Low-E 코팅의 원리와 특성 5
• 2.4 복층 유리 단열 성능 지표 6
• 2.5 Dew발생 메커니즘 6
• 2.6 면 발열 동작 메커니즘 7
• 3. 실험장치 및 조건설계 8
• 3.1 열 관류율 측정장치 및 조건 설계 8
• 3.2 방사율 측정장치 및 조건 설계 8
• 3.3 냉장고 소비전력 시뮬레이션 및 실험설계 9
• 3.4 투명 발열필름 적용 실험 10
• 3.5 삼중유리, 이중유리 전개도 11
• 4. 실험결과 및 검증 12
• 4.1 삼중유리 기준 단열성능 최적 설계 12
• 4.2 이중유리 최적 설계 Spec선정 14
• 4.3 삼중, 이중유리의 단열성능 비교 16
• 4.4 이중유리 열해석 및 표면 온도검토 18
• 4.5 발열필름 부착 CAE해석 및 보완 설계 제안 21
• 5. 결론 25
• 5.1 연구 요약 및 산업적 가치 25
• 5.2 향후 연구방향 26