KIST 강상우 박사 “건물 벽에 상변화물질과 기포 주입…외부 열 차단 효과 높여”
건물 외벽에 온도에 따라 고체에서 액체로 변하는 상변화물질 층을 추가해 외부 열이 실내로 전달되는 것을 차단하는 방식으로 냉난방 효율을 높이는 기술을 국내 연구진이 개발했다.
한국과학기술연구원(KIST) 국가기반기술연구본부 강상우 박사팀은 8일 건물 외벽에 양초의 원료로 상변화물질(PCM)인 파라핀 오일층을 만들어 건물 벽을 통해 외부 열이 침투하는 것을 줄이는 데 성공했다고 8일 밝혔다.
상변화 물질은 주변 온도가 상승하면 열을 흡수하고 주변 온도가 낮아지면 열을 방출하는 재료다. 양초의 원료인 파라핀 오일 등이 대표적이다. 고체 상태의 상변화 물질은 액체로 변하는 동안 주변의 열을 흡수한다. 액체로 변하는 상변화 물질이 흘러내리지 않도록 해 건물 벽에 적용하면 외부 열이 건물 내부로 침투하는 것을 막을 수 있다.
하지만 상변화물질을 건물 벽에 적용하면 상변화가 일어날 때 물질 안팍이 일정하게 녹지 않는 문제가 있었다. 바깥쪽부터 녹아 따뜻해진 액체가 위로 올라가면서 액체층이 형성되면 이 부분으로 열이 내부로 전달돼 열차단 효과가 금세 떨어진다.
강 박사팀은 이런 불균일한 상변화 현상 문제를 기포를 주입하는 방법으로 해결했다. 외부에서 열을 흡수해 상변화가 일어나는 동안 아래쪽에서 기포를 주입해 액체화된 상변화물질이 아래위로 골고루 순환하게 한 것이다.
연구팀이 한 변의 길이가 30㎝인 정육면체를 만들고 한 면에 두께 1.4㎝의 상변화물질 층을 만든 다음 가열하며 기포를 주입하는 실험을 한 결과 안으로 전달되는 열이 기포를 주입하지 않을 때보다 28% 감소하고 내부 온도는 2.5℃ 더 낮게 유지되는 것으로 나타났다.
연구팀은 앞으로 상변화물질을 이용한 단열층과 기포 공급 시스템에 열교환 장치를 추가해 단열층에서 흡수된 열을 모아서 저장했다가 활용하는 냉난방 시스템을 개발할 계획이다.