빛 공해 억제·실내 온도 절감 동시 구현…도심 건축·차량 창문에 적용 가능
KAIST가 일상 공간의 창문을 통해 도심의 에너지 낭비와 시야 불편이라는 두 가지 문제를 동시에 해결할 수 있는 신기술을 선보였다. KAIST 생명화학공학과 문홍철 교수 연구팀은 ‘전기변색 및 금속 증착’ 기술을 결합한 차세대 스마트 윈도우 시스템 RECM을 개발하고, 해당 기술이 빛 공해를 줄이면서도 냉방 에너지를 절감하는 데 효과적이라는 사실을 입증했다고 17일 밝혔다.
3가지 모드로 변신하는 창문…계절·시간·목적에 따라 조절 가능
연구팀이 개발한 RECM(Reversible Electrodeposition and Electrochromic Mirror) 스마트 윈도우는 전기 신호를 통해 창문의 빛과 열 투과율을 능동적으로 조절할 수 있도록 설계됐다. 이 시스템은 사용자의 선택에 따라 세 가지 모드로 작동한다. 모드 I (투명 모드): 빛과 열이 모두 통과되는 일반 유리 상태로, 겨울철 햇볕을 실내로 유입하는 데 유리하다. 모드 II (변색 모드): 프러시안 블루(Prussian Blue)와 DHV+• 변색 분자가 형성되며 창문이 짙은 파란색으로 변한다. 빛을 흡수하고 열은 일부만 투과시켜 실내 온도를 조절하고 프라이버시도 확보할 수 있다. 모드 III (변색 및 증착 모드): 은(Ag+)이 창 표면에 증착되며 빛과 열을 반사하고, 동시에 변색 물질이 반사광을 흡수해 보행자의 눈부심까지 억제한다.
이처럼 RECM은 하나의 창문 안에서 다양한 기후와 환경 조건에 유연하게 대응할 수 있는 능동형 스마트 기술로, 도시 환경과 교통수단 등 실사용 가능성이 높은 윈도우 솔루션으로 평가받는다.
미니어처 모델 실험에서 입증된 탁월한 열 차단 효과
연구팀은 실제 실내 열 제어 성능을 검증하기 위해 미니어처 모델 하우스를 활용한 실험을 진행했다. 일반 유리를 설치한 공간은 45분 내에 실내 온도가 58.7℃까지 상승했지만, RECM 스마트 윈도우를 모드 III로 작동시킨 경우 온도는 31.5℃에 그쳐, 무려 27.2℃의 온도 저감 효과가 확인됐다.
이는 도시의 밀집 건축물에서 에너지 소비를 실질적으로 줄이는 데 기여할 수 있는 근거를 제공하며, 특히 도심 빌딩 외벽 유리, 전기차 및 고속열차 창문, 스마트홈 디스플레이 등 다양한 응용처에 활용될 수 있는 기술적 기반이 된다.
기존의 금속 반사형 스마트 윈도우는 태양광을 잘 차단하지만, 외부 반사광으로 인해 도심 보행자에게 심각한 눈부심을 유발한다는 한계를 지녔다. KAIST 연구팀은 이러한 문제점을 RECM의 구조 설계를 통해 해결했다.
특히 모드 III에서는 은(Ag) 증착층이 빛과 열을 반사하는 동시에, 변색 물질이 반사광을 흡수함으로써 외부로 튀는 강한 빛의 반사를 줄이는 데 성공했다. 실험 결과에 따르면, 기존 반사형 소자에 비해 반사광의 세기가 약 33% 감소했고, 외부에서 눈에 띄지 않을 정도로 반사광을 억제하는 데 성공했다.
이로써 KAIST가 개발한 RECM 시스템은 단순한 에너지 효율을 넘어서, 인간 친화적 도시환경 구축이라는 새로운 기술적 패러다임을 제시하고 있다는 평가를 받고 있다.
KAIST, 에너지 절감과 사용자 안전이 결합된 미래 건축기술 주도
문홍철 교수는 “이번 연구는 기존 스마트 윈도우 기술이 갖는 한계를 넘어, 실시간 열 차단과 빛 조절, 그리고 시야 안전성까지 아우른 ‘종합형 스마트 창호 플랫폼’을 제시한 것”이라며, “앞으로 도시 건축물, 교통수단, 스마트 기기 창호 등 다방면으로 응용될 수 있을 것”이라고 말했다.
KAIST는 이번 기술을 통해 에너지 절감, 사용자 친화성, 도시 환경과의 조화라는 세 가지 축을 모두 충족시키는 차세대 윈도우 기술의 주도권을 확보하게 됐다. 이는 단순한 연구성과를 넘어, 건축공학·에너지공학·소재화학·인간공학이 융합된 대표적 기술 모델로도 평가받고 있다.
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