DGIST 로봇및기계전자공학과 김봉훈 교수 연구팀이 KAIST, POSTECH, 경희대학교, 국립공주대학교 등과 공동연구를 통해 전기나 외부 동력 없이도 스스로 냉방과 난방을 조절할 수 있는 '3차원 스마트 건축물 에너지 절감 소자'를 개발했습니다.

건축물에서 소비되는 에너지는 전 세계 총에너지 소비의 약 30%를 차지하며, 그중 70% 이상이 냉난방에 사용되고 있지만 지금까지 개발된 냉난방 겸용 소자들은 외부 전력 공급이 필요하거나 기능 조절이 제한적이라는 한계가 있습니다.

DGIST 김봉훈 교수팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 "위도에 따라 처마 각도가 달라지는 전통 건축의 원리"에서 착안해, 태양 빛의 각도 변화에 따라 스스로 열고 닫히며 냉방과 난방을 전환할 수 있는 3차원 스마트 구조 소자를 고안했습니다.

이 소자는 별도의 전기 공급 없이 형상기억합금이 온도 변화에 반응해 자동으로 열리고 닫히는 원리로 작동합니다.

즉, 소자의 3차원 구조가 닫히면 표면이 태양열을 반사하고 중적외선을 방출해 냉방 모드로 작동하고 반대로 구조가 열리면 태양 빛을 흡수하는 흑색 표면이 노출되어 난방 모드로 전환됩니다.

이에 따라 계절이나 외부 온도 변화에 따라 별도의 조작 없이도 스스로 냉방과 난방 기능을 오가며 건축물의 에너지 소비를 줄일 수 있습니다.

연구팀은 실제 외부 환경에서 다양한 각도 조건으로 실험을 진행한 결과, 건물의 구조적 형태와 상관없이 안정적인 냉난방 조절이 가능함을 확인했고 이를 통해 이번 기술이 실생활 건축물에 적용될 경우, 별도의 전력 소비 없이도 에너지를 절감할 수 있는 설루션이 될 것으로 기대됩니다.

김봉훈 교수는 "이번 연구는 동력 없이 스스로 작동하는 친환경 냉난방 시스템을 제시한 것으로, 차세대 에너지 절감형 건축물 기술에 새로운 방향을 제안했다"라며 "세계적인 학술지 표지논문으로 선정된 만큼, 앞으로 실용화를 통해 산업 현장과 도시 건축물의 에너지 절감에 기여하겠다"라고 밝혔습니다.

한편, 이번 연구는 DGIST 피지컬 AI 센터, 한국연구재단의 나노 및 소재 기술개발 사업, 인류 확장 로보틱스 글로컬랩, 글로벌 생체 융합 인터페이싱 선도연구센터의 지원을 받아 수행됐습니다.

이번 연구 결과는 국제 저명 학술지 ‘Advanced Materials’의 표지논문으로 선정됐습니다.