국내 연구진이 실내온도를 낮추면서 전력까지 생산할 수 있는 '스마트 창문'을 개발했다.
서울대학교 고승환 기계공학부 응용나노 및 열공학 연구실 교수연구팀은 은과 인듐주석산화물(ITO)의 적층구조로 창문 투명도를 유지하면서 실내온도는 낮추고 전력까지 생산하는 '다기능 스마트 창문' 기술을 개발했다고 13일 밝혔다.
창문은 건물에너지 소비의 대부분을 차지한다. 그만큼 열손실이 많은 곳이다. 이에 그동안 창문의 열손실을 줄이기 위한 많은 연구들이 진행돼 왔다. 하지만 창문의 색을 변경해 태양광 세기를 조절하는 스마트 창문은 불투명해져서 오히려 태양광을 흡수시켜 열을 오르게 하는 부작용이 있었다.
이에 연구팀은 투명도를 유지하면서 냉각 기능까지 제공하는 '투명복사 냉각기술'을 개발했다. 이 기술은 실내로 들어오는 태양광을 최소화하고 복사열은 외부로 방출해 실내온도를 낮춘다. 태양광 중 우리 눈에 보이는 가시광선 영역만 창을 통과시키고 근적외선 영역의 태양광은 선택적으로 반사시키는 것이다. 이렇게 하면 투과도가 낮았던 기존 스마트 창문의 한계를 극복하면서도 실내온도까지 낮아지는 효과가 생긴다.
연구팀은 스마트 창문에 냉각기술뿐만 아니라 '자가발전 기술'과 '투명히터 기술'도 탑재했다. 자가발전 기술은 빗방울이 창문에 부딪힐 때 발생하는 마찰로 전력을 생산하는 기술이다. 연구팀은 전기 전도성이 우수한 은과 ITO를 활용한 덕분에 마찰 전기를 충분히 수확할 수 있다고 설명했다. 이렇게 얻은 소량의 전기는 창문에 깔린 투명 전극을 통해 약한 열을 발생시키는 히터가 된다. 히터는 추운 날 창문에 끼는 성에나 서리를 제거할 수 있다.
연구팀이 개발한 '다기능 스마트 창문'은 일반 창문보다 실내온도를 약 7℃가량 낮출 수 있는 것으로 확인됐다. 또 비가 내리는 환경을 모사한 실험에서 빗방울 하나로 8.3와트(W)의 전력을 생산했고, 발열을 통해 일반 창문보다 2배 빠른 속도로 성에를 제거할 수 있었다.
고승환 교수는 "화석연료 고갈과 지구온난화에 대응하는 ESG 실천에 최적화된 차세대 스마트 창문 기술은 향후 플러스 에너지 기술 기반 건물을 넘어 친환경 전기차 산업 분야에도 활용될 수 있을 것"이라고 기대했다.
이번 연구결과는 오는 10월 국제학술지 '나노 에너지'에 게재될 예정이다.
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