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에너지를 절약해 주는 창문이 있다? 스마트 윈도우 기술
2020. 8. 26. 12:09
가끔 TV에서 버튼 조작만으로 유리창이 투명해졌다가 불투명해지는 장면을 보신 적이 있으실 텐데요. 이와 같은 윈도우를 ‘스마트 윈도우’라고 합니다. 주로 전기적인 자극을 주어 햇빛의 투과율을 자유롭게 조절해 에너지를 절약할 수 있도록 해주는 기능을 수행하는데요. 스마트 윈도우 기술을 삽입한 유리나 필름 형태로 제작되고 있습니다.
스마트 윈도우는 미래형 스마트 시티를 실현하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대되기 때문에 미래형 기술로 주목받고 있는데요. 오늘은 스마트 윈도우 기술은 무엇인지, 어떤 원리로 작동하는지 자세히 알아보도록 하겠습니다.
▲스마트 윈도우 원리(출처: Tech Xplore)
스마트 윈도우란 외부에서 유입되는 태양광의 투과율을 자유롭게 조절하여 에너지 손실을 줄이면서 냉난방 효율을 높여주는 창호를 의미하는데요. 에너지 효율을 향상시키는 미래형 기술로 자동차, 버스, 항공기, 기차 등 수송분야 뿐만 아니라 주택 및 인테리어 등 건축분야, 디스플레이, 반도체 등 정보표시 분야 등 다양한 분야에서 활용될 수 있습니다.
▲스마트 윈도우가 적용된 사무실 유리(출처: Eb Glass)
스마트 윈도우는 화학증착법이나 스퍼터링법으로 특정 물질을 유리에 혼입하여 일정 파장의 태양광을 차폐 또는 투과시키는 ‘수동형 방법’과 액정 등을 이용해 인위적으로 가시광 전파장의 투과율을 조절할 수 있는 ‘능동형 윈도우’가 있습니다.
-수동형 스마트 윈도우(Passive Smart Window)
수동형은 전기적 또는 전자적 시스템이 삽입되어 있지 않은 스마트 윈도우로, UV 차단 및 태양광으로부터 열을 흡수하는 기능을 수행합니다.
-능동형 스마트 윈도우(Active Smart Window)
능동형은 전자 시스템이 삽입되어 있는 스마트 윈도우를 의미합니다. 기본적으로 ‘전기변색(Electrochromic)’을 이용하는 기술로 스위치를 켜고 끄는 간단한 동작만으로 햇빛을 차단하거나 투과시켜 에너지 절약 기능을 제공하는데요. 여름철 냉방 시 10~25% 정도의 에너지 절감 효과와 낮 시간 주차 시 차량 내부의 온도 상승을 억제시켜 쾌적한 운전환경을 유지해줍니다.
전기변색 스마트 윈도우 기술 #PDLC
▲베스트룸 PLDC 필름 스마트 윈도우 모습(출처: bestroom.co.kr)
전기변색 스마트 윈도우 기술에는 대표적으로 ‘고분자 분산형 액정 기술(Polymer Dispersed Liquid Crystal, PDLC)’이 있습니다. 액정 기술하면 가장 먼저 ‘LCD 디스플레이’를 떠올리실 텐데요. LCD는 편광판을 사용하는 반면, 고분자 분산형 액정 기술인 ‘PDLC’는 편광판 없이 제조가 가능하고 제조공정이 간편하다는 장점이 있습니다.
마이크론 크기의 액정 입자들이 고분자 메트릭스 내에 고르게 분산되어 있는 구조를 지니고 있어, 외부 전압에 의한 액정 입자와 고분자 굴절률 차이에 의해 태양빛의 투과율이 조절되는데, 이를 통해 열이 실내에 들어오거나 내부의 열이 밖으로 빠져나가는 것을 조절할 수 있기 때문에 에너지 절감에 효과적입니다.
PDLC는 주로 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트, 폴리비닐알코올, 폴리스티렌, 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리술폰 등의 고분자를 매트릭스로 사용하여 복합필름을 만드는데요. 하지만 투명한 상태를 유지하기 위해서는 전압을 항상 인가해야 하기 때문에 전력소모가 크다는 단점이 있습니다.
전자시스템 없이 #자동 색변환 기술 등장!
▲스마트 빌딩 이미지(출처: Siemens)
기존 전기변색 방식의 스마트 윈도우 기술은 전력 구동회로가 복잡해 공정비용이 높고 설치 시 전기배선 작업이 필요하다는 단점이 있었는데요. 최근에는 별도 전원공급 장치가 없어도 태양빛의 세기에 따라 자동으로 태양광을 조절하거나, 외부 기온 변화에 따라 태양광 적외선의 투과율을 스스로 조절하는 기술들이 개발되고 있습니다.
또한 유리뿐만 아니라 유리창에 탈부착할 수 있는 필름형 제품들도 개발되고 있는데요. 기존보다 가격은 더 저렴하면서 설치가 간편지기 때문에 다양한 제품에 적용이 가능해집니다. 또한 제로 에너지 빌딩에 적용해 에너지 효율을 높일 수 있어, 미래 스마트 시티를 구현을 앞당길 수 있을 것으로 기대되고 있습니다.
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