ZEMCH 2019 International Conference Proceedings April.2020 | Page 173

1. Introduction 
The  South  Korean  government  has  operated  the  Energy  Efficiency  Standards  and  Labeling 
Program for windows since 2012, which requires that window companies develop energy ratings for 
their products prior to making sales. Grades 1–5 are decided by the test results of thermal performance 
and airtightness according to Korean Standards, KS F 2278 [1] and KS F 2292 [2]. The government also 
has  operated  a  simulation  system  for  the  thermal  performance  of  windows  in  the  program,  which 
provides an alternative procedure for window companies to save time and money on laboratory testing 
that  are  necessary  for  energy  ratings.  Obviously,  a  window  (a  base  model)  should  provide  the  test 
results of the thermal performance and airtightness, as tested by a certified laboratory earlier. Series 
models  can  be  modified  in  the  base  model  only  in  terms  of  the  glazing  system  used  or  for  thermal 
breaks of the frame [3]. If the difference between the experimental and calculated results of a base model 
does  not  exceed  a  range  specified  in  the  operational  regulations  on  equipment  for  efficiency 
management [4], the tested window frame can be used to calculate a series model. Usually, a series 
model changes the glazing system compared to the base model, and the glazing system should be the 
same thickness as that applied to the base model. The Korean government allows companies to use the 
calculation  method  specified  in  the  International  Organization  for  Standardization  (ISO)  standard 
15099 [5], so WINDOW/THERM [6] is mainly used as the simulation program to evaluate the thermal 
performance of the window; however, the thermal performance of a single window can be calculated 
according to ISO 15099 to not vary much from the test value [7], but this method cannot be used for a 
double window because of the thickness of the air cavity in the direction of the heat flow [8]. A double 
window has a large air cavity that is formed by the interior and exterior windows, and the thickness of 
the air cavity in the direction of the heat flow is generally 70 mm to 120 mm. If this thickness exceeds 
50 mm, ISO 15099 requires the use of another calculation method for the thermal characteristics of an 
air  cavity  to  be  analyzed  by  laboratory  tests.  In  previous  work,  the  calculated  results  according  to 
computational fluid dynamics (CFD) are more similar to the experimental results than to the calculated 
results according to ISO 15099, indicating that ISO 15099 is not sufficient for calculating the thermal 
characteristics of the air cavity between the external and internal windows in a double window [8]. For 
an  appropriate  calculation  method  for  the  thermal  transmittance  of  a  double  window,  the  thermal 
characteristics  of  an  air  cavity  between  the  internal  and  external  windows  need  to  be  calculated  to 
indicate the circumstances of an experimental test. 
In this study, the calculation methods for the thermal transmittance of a double window defined 
by ISO 15099 and 10077 [9‐10] are analyzed to determine which one is more appropriate. Seven cases 
of double windows are considered based on four types of double windows and six types of glazing 
systems. The air cavities for the windows in each case are calculated using the international standards 
and are simulated by CFD. Finally, the calculated U‐values by ISO 15099 and 10077 are compared with 
the experimental results. 
2. Methods   
2.1. Double window types and cases 
Table 1 indicates that six types of glazing systems are established for double windows. The glazing 
systems  are  selected  based  on  the  International  Glazing  Database  (IGDB)  operated  by  the  National 
Fenestration Rating Council (NFRC). These consist of two 5 mm glass panes separated by a 12 mm‐
wide gap filled with air (Air) or argon gas (Ar). In Table 1, CL is a glass pane with no low‐emissivity 
coating, LE is a glass pane with low‐emissivity coating, and the number before each abbreviation means 
the thickness of a glass pane or wide gap between glass panes. Glazing system C is 25.76 mm because 
it has one laminated glass pane. It consists of 5 and 3 mm glass pane, and in between, there is a 0.76 
mm PVB coating. Glazing system F is 25 mm and consists of a 14 mm‐wide gap filled with argon gas 
between one 6 mm‐coating glass pane and a 5 mm glass pane. 
Improving the Calculation Method for the Thermal Performance of Double Windows in Korea
162