찜통차 예방 실마리 냉각소재 개발
찜통차 예방 실마리 냉각소재 개발
  • 함예솔
  • 승인 2020.09.07 15:55
  • 조회수 394
  • 댓글 0
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찜통차처럼 밀폐된 공간에서의 온실 효과로 인한 극단적인 과열을 해소할 실마리가 나왔습니다. 광주과학기술원 전기전자컴퓨터공학과 송영민 교수 연구팀이 외부전원 없이 밀폐된 공간의 온도를 낮춰줄 친환경 소재로 된 구조체를 개발했습니다. 

야누스 냉각 구조가 적용된 열적으로 밀폐된 공간의 열 방출 모식도. 출처: 한국연구재단
야누스 냉각 구조가 적용된 열적으로 밀폐된 공간의 열 방출 모식도. 출처: 한국연구재단

쾌적한 실내온도 유지를 위한 차량지붕용 소재 뿐 아니라 전자기기의 발열을 막을 방열소자나 냉방에너지 절약을 위한 건축물 시공 등으로의 응용을 위한 단초가 될 것으로 기대됩니다. 해당 연구는 <Science Advances>에 게재됐습니다.

 

야누스 복사 냉각기

 

이 냉각기는 위에서부터 차례로 폴리머(PDMS), 은(Ag), 석영(SiO2)으로 된 두께 500μm 정도의 다층패널 형태로, 온도를 낮추고자 하는 공간의 위를 덮는 형태로 냉각 효과를 낼 수 있습니다. 태양광을 강하게 반사(90% 이상)하는 금속인 은(Ag)을 기준으로 위 아랫면에서의 복사 특성을 분리해 아랫면은 밀폐된 공간에서 열을 흡수하고 흡수된 열을 윗면을 통해 방출시킵니다. 로마 신화에 나오는 두 얼굴의 신, 야누스를 따라 야누스 복사 냉각기라고 명명한 이유입니다. 

기존 냉각 소재와 야누스 소재의 열 복사⦁방출 특성 차이점에 대한 개략도. 출처: 한국연구재단
기존 냉각 소재와 야누스 소재의 열 복사⦁방출 특성 차이점에 대한 개략도. 출처: 한국연구재단

물론 자연적 열 방출인 복사현상을 이용하는 냉각 방식은 기존에도 있었습니다. 하지만 한 쪽 단면에서만 열을 방출하기에 부착된 표면(surface)의 냉각에만 그쳐 공간(space)의 열을 배출시키기는 어려웠습니다. 

 

차량 내부 온도, 4℃가량 낮추다

 

개발된 냉각소재는 맨 아래 놓인 석영 구조체가 접하고 있는 밀폐된 공간 내부의 열을 흡수(광대역 복사)하면, 그 위의 폴리머 구조체가 이 열이 주변 공기를 데우는 데 쓰이지 않도록 하면서 전자기파 형태로 방출(선택적 복사)하여 밀폐 공간의 온도를 낮춥니다. 

직사광선 아래에서 주차된 차량에 적용된 야누스 구조의 모식도. 출처: 한국연구재단
직사광선 아래에서 주차된 차량에 적용된 야누스 구조의 모식도. 출처: 한국연구재단

실제 차량모사 환경에서 측정한 결과 기존 수동복사냉각 소재가 '표면'만 냉각시키는 데 반해 이 소재는 차량 '내부'의 온도를 43℃에서 39℃로 4℃가량 낮출 수 있는 것으로 나타났습니다. 

야누스 구조의 차량 모사 밀폐 공간에서의 냉각 성능 시연. 출처: 한국연구재단
야누스 구조의 차량 모사 밀폐 공간에서의 냉각 성능 시연. 출처: 한국연구재단

이를 자동차 소비전력 절감효과로 환산하면 10% 절감할 수 있는 수준입니다. 참고로 기존 수동복사냉각 소재는 태양광을 반사하는 알루미늄(Al) 기판, 두께 100 μm의 폴리머(PDMS)로 된 이상적인 광대역 복사기였습니다.

 

한편 이번 연구는 10cm2 면적의 야누스 냉각판을 이용한 것이나, 면적에 비례해 방출에너지가 커지는 적외선 열복사 특성상 차량 같은 큰 체적에서도 냉각효과를 보일 것으로 연구팀은 기대하고 있습니다. 


##참고자료##

 

  • A Janus Emitter for Passive Heat Release from Enclosures,Science Advances(2020)

 


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