DGIST 로봇및기계전자공학과 김봉훈 교수 연구팀이 KAIST, POSTECH, 경희대학교, 국립공주대학교 등과 공동연구를 통해 전기나 외부 동력 없이 스스로 냉방과 난방을 조절할 수 있는 ‘3차원 스마트 건축물 에너지 절감 소자’를 개발했다고 11일 밝혔다.
건축물에서 사용되는 에너지는 전 세계 총 에너지 소비의 약 30%를 차지하며, 그중 70% 이상이 냉난방에 사용된다. 이에 따라 냉난방 효율을 높이는 친환경 기술 개발의 필요성이 커지고 있으나, 기존 냉·난방 겸용 소자들은 외부 전력 공급이 필요하거나 기능 조절이 제한적이었다.
연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 전통 건축의 “위도에 따라 처마 각도가 달라지는 원리”에 착안해, 태양빛의 각도 변화에 따라 스스로 열리고 닫히며 냉방과 난방을 전환할 수 있는 3차원 스마트 구조 소자를 설계했다. 이 소자는 형상기억합금(Shape Memory Alloy)의 온도 반응 특성을 활용해 전기 공급 없이 자동으로 작동한다.
소자의 3차원 구조가 닫히면 표면이 태양열을 반사하고 중적외선을 방출해 냉방 모드로 작동하며, 구조가 열리면 태양빛을 흡수하는 흑색 표면이 노출돼 난방 모드로 전환된다. 외부 온도나 계절 변화에 따라 별도의 제어 없이도 자동으로 냉난방 기능을 수행해 건축물의 에너지 소비를 줄일 수 있다.
연구팀은 실제 외부 환경에서 다양한 각도 조건으로 실험을 진행한 결과, 건물 구조와 상관없이 안정적인 냉난방 조절이 가능함을 확인했다. 이를 통해 본 기술이 실생활 건축물에 적용될 경우, 별도의 전력 소모 없이 효율적인 에너지 절감이 가능할 것으로 기대된다.
김봉훈 교수는 “이번 연구는 동력 없이 스스로 작동하는 친환경 냉난방 시스템을 제시한 것으로, 차세대 에너지 절감형 건축 기술의 새로운 방향을 열었다”며 “앞으로 실용화를 통해 산업 현장과 도시 건축물의 에너지 절감에 기여하겠다”고 말했다.
이번 연구는 DGIST 피지컬 AI(Physical AI) 센터, 한국연구재단의 나노및소재 기술개발사업, 인류확장 로보틱스(TransHuman Robotics) 글로컬랩, 글로벌 생체융합 인터페이싱 선도연구센터(ERC)의 지원을 받아 수행됐다.
연구에는 DGIST 김봉훈 교수와 진호준 연구원, KAIST 이봉재 교수, POSTECH 김진태 교수, 경희대학교 김선경 교수, 국립공주대학교 서준용 교수가 참여했으며, 연구 결과는 국제 학술지 Advanced Materials 표지 논문으로 선정됐다.
헬로티 이창현 기자 |
