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한국과학기술연구원, 폭염 줄여주는 ‘건물 외벽 소재’ 개발 ​
한국과학기술연구원, 폭염 줄여주는 ‘건물 외벽 소재’ 개발 ​
  • 이진수 기자
  • 승인 2020.09.08 15:57
  • 댓글 0
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[더리포트] 국내 연구진이 외부의 열침입을 줄일 수 있는 건물 외벽 소재를 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 국가기반기술연구본부 강상우 박사팀이 상변화물질(PCM, Phase Change Material)을 적용하여 건물벽을 통한 열침투를 경감시키는데 성공했다고 8일 밝혔다.

한국과학기술연구원에 따르면 기후변화에 따른 여름철 폭염의 기세가 점점 커지면서 그 기간도 늘어나고 있어 여름철 냉방부하가 증가하고 있다. 현재 건물 외벽에는 열을 차단하기 위한 단열재가 사용되고 있는데, 추가적으로 외부 열침투를 지연시킬 수 있는 물질을 적용하여 실내 온도 상승을 낮춤으로써 건물의 냉방부하를 저감시킬 수 있다.

이에 KIST 연구진은 상변화물질을 건물 벽에 적용시켜 외부 열침투를 경감할 수 있게 했다.

한국과학기술연구원 강상우 박사팀이 상변화물질(PCM, Phase Change Material)을 물 벽에 적용시켜 외부 열침투를 경감할 수 있게 했다. (a) 실험장치 구성 (b) 유체유동 가시화용 레이져 모듈. (이미지=한국과학기술연구원)
한국과학기술연구원 강상우 박사팀이 상변화물질(PCM, Phase Change Material)을 물 벽에 적용시켜 외부 열침투를 경감할 수 있게 했다. (a) 실험장치 구성 (b) 유체유동 가시화용 레이져 모듈. (이미지=한국과학기술연구원)

상변화물질은 주변의 온도가 상승하면 열을 흡수하고 주변의 온도가 낮아지면 열을 방출하는 재료이며, 대표적인 물질로는 양초의 원료인 파라핀 오일이 있다. 고체상태의 상변화물질은 액체로 변하는 동안 주변의 열을 흡수하기 때문에 액체로 녹은 상변화물질이 흘러내리지 않도록 케이스에 담아 건물 벽에 적용하면 외부의 열이 내부로 침투하는 것을 막을 수 있다.​

하지만 상변화물질은 건물 벽에서 액체로 상변화할 때, 건물의 바깥쪽부터 안쪽으로 일정하게 녹지 않는 문제점이 있다. 바깥 부분부터 액체로 변한 상변화물질은 뜨거운 부분은 위로, 그렇지 않은 부분은 아래쪽으로 이동하게 된다.

이에 따라 상변화물질은 위쪽부터 녹고 아래쪽은 잘 녹지 않게 되며, 이미 녹아버린 위쪽을 통하여 열이 실내로 침투하기 때문에 상변화물질을 사용한 이유인 상변화 동안의 온도 유지 효과가 금세 사라지게 된다.

KIST 강상우 박사 연구팀은 이러한 높이에 따라 불균일한 상변화 현상을 기포 주입을 통해 해결했다. 상변화가 일어나는 동안 상변화물질 하부로부터 기포를 주입하여 액체화된 상변화물질을 골고루 순환시켰다. 그 결과 상변화물질이 바깥쪽부터 균일하게 녹게 되어 상변화물질이 다 녹을 동안 건물벽 전체적으로 열침투가 중지되기 때문에 실내로의 온도상승을 지연시킬 수 있었다.

KIST 강상우 박사는 “이번 연구에 활용된 상변화물질 기포 발생장치를 이용한 단열 벽체가 건물 냉난방 에너지 절감에 기여할 것으로 기대하고 있다.”라며, “상변화물질을 이용한 단열 기술은 건물 벽에 단열재와 함께 활용되어 열침투 경감 성능을 높이고 제로에너지 건물의 외벽 소재로도 활용될 수 있다.”라고 밝혔다.

이 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST의 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 에너지 분야 ‘Energy Conversion and Management’ (JCR 분야 상위 1.87%) 최신 호에 게재되었다.

 


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