에너지 절약해주는 창문? ‘스마트 윈도’ 기술 [우리가 몰랐던 과학 이야기] (155)

 
가끔 TV에서 버튼 조작만으로 유리창이 투명해졌다가 불투명해지는 장면을 본 적이 있을 텐데요. 이 같은 창을 ‘스마트 윈도’라고 합니다. 주로 전기적인 자극으로 햇빛의 투과율을 자유롭게 조절해 에너지를 절약할 수 있는 기능을 수행하는데요. 스마트 윈도 기술을 삽입한 유리나 필름 형태로 제작되고 있습니다.

스마트 윈도는 ‘스마트 시티’를 실현하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대되기 때문에 미래형 기술로 주목받고 있는데요. 오늘은 스마트 윈도 기술은 무엇인지, 어떤 원리로 작동하는지 자세히 알아보도록 하겠습니다. 

◆스마트 윈도(Smart Window)란?

‘스마트 윈도’의 원리. 출처=테크 익스플로어(Tech Xplore)

 
스마트 윈도란 외부에서 유입되는 햇빛의 투과율을 자유롭게 조절하여 에너지 손실을 줄이면서 냉·난방 효율을 높여주는 창호를 뜻하는데요. 에너지 효율을 향상시키는 미래형 기술로 자동차와 버스, 항공기, 기차 등 수송뿐만 아니라 주택 및 인테리어 등 건축, 디스플레이와 반도체 등 정보표시 등 다양한 분야에서 활용될 수 있습니다. 

◆스마트 윈도의 종류

‘스마트 윈도’가 적용된 사무실. 출처=Eb 글라스(Glass)

 
스마트 윈도에는 먼저 화학 증착법이나 스퍼터링법으로 특정 물질을 유리에 혼입하여 일정 파장의 태양광을 차폐 또는 투과시키는 수동형이 있습니다.

액정 등을 이용해 인위적으로 가시광 전 파장의 투과율을 조절할 수 있는 능동형도 있습니다. 

-수동형(Passive) 스마트 윈도

수동형은 전기적 또는 전자적 시스템이 삽입되어 있지 않은 스마트 윈도입니다.

자외선(UV)을 차단하거나 햇빛으로부터 열을 흡수하는 기능을 수행합니다. 

-능동형(Active) 스마트 윈도

능동형은 전자 시스템이 삽입되어 있는 스마트 윈도를 의미합니다. 

기본적으로 전기변색(Electrochromic) 기술을 사용해 스위치를 켜고 끄는 간단한 동작만으로 햇빛을 차단하거나 투과시켜 에너지 절약 기능을 제공하는데요. 여름철 냉방 시 10~25%의 에너지를 절감하는 효과를 내는 한편 낮시간 주차 시 차량 내부의 온도 상승을 억제시켜 쾌적한 운전환경을 유지해줍니다. 

◆전기변색 스마트 윈도 기술 PDLC

고분자 분산형 액정(Polymer Dispersed Liquid Crystal·PDLC) 필름 기반 스마트 윈도의 모습. 출처=베스트룸(bestroom.co.kr)

 
전기변색 스마트 윈도 기술로는 대표적으로 고분자 분산형 액정(Polymer Dispersed Liquid Crystal·PDLC)이 있습니다. 액정 기술이라 하면 가장 먼저 액정표시장치(LCD) 디스플레이를 떠올리실 텐데요. PDLC는 LCD에 쓰이는 편광판 없이 제조할 수 있고, 그 공정이 간편하다는 장점이 있습니다. 

100만분의 1m인 마이크론 크기의 액정 입자들이 고분자 매트릭스 내 고르게 분산되어 있는 구조를 지니고 있어 외부 전압에 의한 액정 입자와 고분자의 굴절률 차이로 태양광의 투과율이 조절됩니다. 이를 통해 열이 실내에 들어오거나 내부에서 밖으로 빠져나가는 것을 조절할 수 있기 때문에 에너지 절감에 효과적입니다. 

PDLC는 주로 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트, 폴리비닐알코올, 폴리스티렌, 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리술폰 등의 고분자를 매트릭스를 사용하여 복합 필름으로 만듭니다.

다만 투명한 상태를 유지하기 위해서는 전압을 항상 인가해야 하기 때문에 전력 소모가 크다는 단점이 있습니다. 

◆전자 시스템 없는 자동 색 변환 기술 등장!

‘스마트 빌딩’의 이미지. 출처=지멘스(Siemens)

 
기존 전기변색 방식의 스마트 윈도 기술은 전력 구동회로가 복잡해 공정비용이 많이 들고 설치 시 전기배선 작업이 필요하다는 단점이 있었는데요. 최근에는 별도 전원공급 장치가 없어도 햇빛의 세기에 따라 자동 조절하거나 외부 기온의 변화에 따라 자외선의 투과율을 스스로 조절하는 기술이 개발되고 있습니다.

또한 유리뿐만 아니라 유리창에 탈·부착할 수 있는 필름형 제품도 속속 개발되고 있는데요. 기존보다 가격은 더 저렴하면서 설치가 간편하기 때문에 다양한 제품에 적용할 수 있습니다. 또한 ‘제로 에너지’ 빌딩에 적용해 에너지 효율을 높일 수 있어 미래 스마트 시티를 구현을 앞당길 수 있을 것으로 기대되고 있습니다. 

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