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고체↔액체 오가는 新단열제, '기포'로 효율 올려 폭염 막는다
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고체↔액체 오가는 新단열제, '기포'로 효율 올려 폭염 막는다
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  • 승인 2020.09.08 12:18
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실험장치 개략도 (a)상변화 물질(PCM) 벽 단면도 기포 발생장치로 벽 내부의 물질 순환을 촉진한다. (b)상변화 물질을 적용한 방에서의 온도 측정점 온도측정 위치 (한국과학기술연구원) 2020.09.08 /뉴스1


(서울=뉴스1) 김승준 기자 = 국내 연구진이 외부의 열침입을 줄일 수 있는 건물 외벽 소재를 개발했다. 이러한 기술을 사용하면 냉방에 드는 에너지를 줄여 경제성 뿐 아니라 환경문제를 해결하는 실마리가 될 수 있다.

한국과학기술연구원의 국가기반기술연구본부 강상우 박사팀은 상변화 물질을 이용해 건물 벽을 통한 열 침투를 줄이는 데 성공했다고 8일 밝혔다.

물질은 온도와 압력 변화에 따라 고체·액체·기체와 같은 '상'를 오가는 '상변화 현상'을 보인다. 상변화 현상은 흡수·방출하는 열에너지가 많아 열을 관리하는데 많이 쓰이고 있다.

이번 연구에 쓰인 상변화 물질은 일상적인 온도 범위에서 상변화가 일어난다. 고체상태의 상변화 물질은 액체로 변하는 동안 주변의 열을 흡수하기 때문에 액체로 녹은 상변화 물질이 흘러내리지 않도록 케이스에 담아 건물 벽에 적용하면 외부의 열이 내부로 침투하는 것을 막을 수 있다.

문제는 상변화 물질은 건물 벽에서 액체로 상변화할 때 일정하게 녹지 않는다는 것. 바깥 부분부터 액체로 변한 상변화 물질은 뜨거운 부분은 위로, 그렇지 않은 부분은 아래쪽으로 이동하게 된다. 이에 따라 상변화 물질은 위쪽부터 녹고 아래쪽은 잘 녹지 않게 되며, 이미 녹아버린 위쪽을 통하여 열이 실내로 침투하기 때문에 상변화 물질을 사용한 이유인 상변화 동안의 온도 유지 효과가 금세 사라지게 된다.

강상우 박사 연구팀은 불균일한 상변화 현상을 기포 주입을 통해 해결했다. 상변화가 일어나는 동안 상변화 물질 하부로부터 기포를 주입해 액체화된 상변화 물질을 순환시켰다. 그 결과 상변화 물질이 바깥쪽부터 균일하게 녹게 돼 상변화 물질이 다 녹을 동안 건물벽 전체적으로 열침투가 중지되기 때문에 실내로의 온도상승을 지연시킬 수 있었다.

강상우 박사는 "기포 발생장치를 이용한 단열 벽체가 건물 냉난방 에너지 절감에 기여할 것으로 기대하고 있다"며 "상변화 물질을 이용한 단열 기술은 건물 벽에 단열재와 함께 활용되어 열침투 경감 성능을 높이고 제로에너지 건물의 외벽 소재로도 활용될 수 있다"라고 밝혔다. 제로에너지는 건물에서 태양광 등을 통해 생산되는 에너지와 냉난방에 소모되는 에너지 등을 줄여 소모 에너지를 0으로 만드는 것이다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST의 주요사업으로 수행됐으며, 연구결과는 에너지 분야 학술지 에너지 컨버전 앤드 매니지먼트(Energy Conversion and Management)에 게재됐다.


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