온도에 따라 자동으로 태양 에너지 흡수율이 변하는 왁스 액추에이터 적응형 타일

(UCSB's adaptive roof tiles are actuated by the phase changes of wax, and can passively stabilize room temperature to radically reduce the energy cost of heating and coolingUC Santa Barbara)

우리나라처럼 아파트 비중이 높지 않은 대부분 국가에서는 오히려 냉난방 효율이 낮을 수밖에 없습니다. 두꺼운 콘크리트가 단열재 역할을 할 뿐 아니라 붙어 있는 햇빛을 적게 받는 구조가 오히려 집안 온도를 낮추기 때문입니다. 단독 주택이 구조상 난방 및 냉방에 더 많은 에너지가 들어갈 수밖에 없습니다. 따라서 단독 주택의 경우 에너지 효율을 높이기 의해 햇빛을 효과적으로 차단하거나 흡수해야 합니다.

캘리포니아 대학 산타 바바라 캠퍼스 (UC Santa Barbara)의 연구팀은 최적의 실내 온도인 섭씨 18도에 맞춰 태양열을 흡수하거나 반사하는 왁스 액추에이터 적응형 타일(Wax-actuated adaptive tile)을 개발했습니다. 이 타일이 특이한 점은 별도의 동력원이나 센서 없이 왁스를 이용해 타일을 열고 닫는다는 점입니다.

이 타일은 두 개의 층으로 되어 있습니다. 주변 온도가 차가울 때는 크롬 코팅된 검은색 알루미늄이 태양열을 흡수하는 역할을 합니다. 반대로 온도가 올라가면 이 타일은 접히고 그 아래 있는 탸양 에너지 반사층이 나타납니다. 반사층은 적외선에서 에너지를 효과적으로 방출하는 흰색 황산 바륨 (barium sulfate) 으로 코팅되어 있습니다.

이 적응형 타일에서 가장 영리한 부분은 녹는점이 18.2 °C이누왁스의 팽창과 수축을 이용해 액추에이터를 움직인다는 것입니다. 따라서 별도의 열 센서나 모터가 필요없어 가격을 낮출 수 있습니다.

야외에서 테스트 했을 때 이 적응형 타일은 낮은 온도에서는 일반적인 흰색 타일과 비교해 태양열 손실을 2.6배 줄이고 반대로 더운 날에는 검은색 타일과 비교해 반사율을 3.1배 높였습니다.

물론 복잡한 구조를 생각하면 장시간 사용했을 때 눈비가 오는 야외 환경에서 내구성에 문제가 없을지 검증이 필요하지만, 왁스를 창의적으로 사용했다는 점에서는 흥미롭습니다. 상용화에 성공할 수 있을지 궁금합니다.

참고

https://newatlas.com/technology/wax-motor-adaptive-roof-tiles/

https://www.cell.com/device/fulltext/S2666-9986(23)00304-6

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