주요 연구성과
NEW 건축학과 이황 교수팀, 기온변화에 자동반응하는 건축외피모듈 개발
- 2021-10-25
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아주대학교 건축학과 이황 교수 연구팀이 기공을 여닫아 열을 조절하는 선인장의 원리를 모방해 기온변화에 따라 자동으로 움직이는 건축 외피 모듈을 개발했다.
이 교수 연구팀은 스마트 소재와 4D 프린팅을 이용해 기온 변화에 감응, 자동으로 움직이는 건축외피(차양) 모듈을 개발했다. 관련 연구 성과는 국제 학술지 <건축공학저널(Journal of Building Engineering)> 8월8일자에 실렸다. 4D 프린팅은 입체 모양을 찍어내는 3D 프린팅에 시간의 차원을 추가, 시간에 따라 변형이 가능한 소재를 프린팅 해낸다.
연구팀은 온도에 따라 형태가 달라지는 형상기억소재를 이용해 선인장의 기공 개폐 작용을 모방했다. 선인장은 빛과 습도에 따라 숨구멍인 기공을 여닫아 사막에서 생존해 나간다. 연구팀은 니켈 티타늄 소재의 형상기억 합금과 형상기억 고분자를 결합, 기온이 상승하면 형상기억 합금이 수축하며 차양을 닫아 햇빛을 가리도록 했다. 기온이 떨어지면 형상기억 고분자가 휘어지면서 차양이 열린다.
연구팀은 축소형 건물 구조에서 형상기억 복합재가 기온 변화에 따라 외벽을 여닫을 수 있음을 입증해냈다. 기존 연구에서도 기온에 따라 형상이 변하는 스마트 소재를 시도한 예가 있었지만 다시 원래 모습으로 돌아오는 변형 회복력이 낮다는 점이 한계로 작용했다. 연구팀은 변형력은 낮으나 복원력이 높은 니켈-티타늄 합금 와이어와 복원력은 낮으나 변형이 자유로운 형상기억 고분자를 조합해 이 부분을 해결했다. 변형률을 20% 수준으로 높이고, 외력 없이 스스로 회복과 변형을 반복하는 합성물을 만들어낸 것.
건물의 냉난방에 사용되는 에너지는 비산업 부문에 쓰이는 에너지 중 큰 비중을 차지한다. 이에 아주대 연구팀이 개발한 기술로 실내 냉방 부하를 줄이는 데 기여할 수 있을 전망이다.
이황 교수는 “4D 프린팅을 활용하면 다양한 형태의 모듈을 비교적 쉽고 저렴한 방식으로 움직이는 건물을 구현할 수 있다”며 “건축물의 실내 냉방부하를 줄일 수 있을 뿐 아니라, 앞으로 도로 차폐벽이나 태양광 패널 등에도 응용할 수 있을 것”이라고 전했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단이 추진한 우수신진연구사업의 지원으로 이뤄졌다.
<연구진의 건물 외피 모형실험. 주변 온도에 따라 외피가 열리고 닫히는 모습>