[DEZEEN] 색상이 변하는 외장재는 건물을 가열하고 냉각하는 데 도움이 될 수 있습니다.

시카고 대학의 연구원들은 난방 또는 냉방을 돕기 위해 색상을 변경하고 건물의 에너지 효율을 개선하기 위해 개조할 수 있는 클래딩 재료를 발명했습니다.

복합 재료는 동박, 플라스틱 및 그래핀을 비롯한 여러 층으로 구성되어 있으며 외부 온도에 따라 열화상 이미지에서 나타나는 적외선 색상을 변경할 수 있습니다.

동시에 건물에서 흡수하거나 방출하는 적외선 열의 양도 변경합니다. 더운 날에는 열화상 이미지에서 재료가 노란색으로 나타나 더 많은 열을 방출하고 있음을 나타내는 반면, 추운 날에는 열을 유지하기 때문에 보라색으로 나타납니다.

예를 들어 슁글 형태로 외벽에 사용할 경우 이 재료는 잠재적으로 난방, 환기 및 공조(HVAC)의 필요성을 줄이고 건물의 전체 에너지 소비를 낮출 수 있습니다.

“우리는 본질적으로 건물을 사람처럼 취급하는 저에너지 방법을 알아냈습니다. 추울 때 레이어를 추가하고 더울 때 레이어를 벗습니다.”라고 재료 엔지니어인 Po-Chun Hsu는 말했습니다. 프리츠커 분자 공학 학교연구를 주도한 사람.

“이러한 종류의 스마트 재료를 사용하면 엄청난 양의 에너지 없이 건물의 온도를 유지할 수 있습니다.”

클래딩은 카멜레온처럼 온도에 반응합니다.

그만큼 시카고대학교 이 물질은 외부 온도에 따라 색상이 변할 수 있기 때문에 “카멜레온과 같다”고 설명합니다.

선택한 트리거 온도에서 재료는 소량의 전기를 사용하여 구리를 박막에 증착하거나 제거합니다.

이 화학 반응은 물질의 중앙층(수성 전해질 용액)을 고체 구리로 효과적으로 변형시킵니다. 방출량이 적은 구리는 열을 유지하고 건물 내부를 따뜻하게 하는 데 도움이 되는 반면, 방출량이 많은 수성층은 건물을 시원하게 유지합니다.

수성 전해질 층은 또한 재료를 불연성으로 만드는 데 도움이 되며 연구원들은 금속에서 액체로 전환하는 과정을 “안정적이고 비휘발성이며 효율적이며 기계적으로 유연하다”고 설명합니다.

Hsu는 “일단 상태를 전환하면 두 상태를 유지하기 위해 더 이상 에너지를 가할 필요가 없습니다.”라고 말했습니다. “따라서 이러한 상태 사이를 자주 전환할 필요가 없는 건물의 경우 실제로 매우 무시할 수 있는 양의 전기를 사용하고 있습니다.”

재료는 에너지 소비를 8%까지 줄일 수 있습니다.

연구의 일환으로, Nature Sustainability 저널에 게재연구원들은 또한 15개 기후대를 대표하는 미국 15개 도시의 건물에 재료를 적용하여 달성할 수 있는 에너지 절약을 테스트하기 위한 모델을 만들었습니다.

날씨 변화가 심한 지역에서 그들은 이 재료가 건물의 연간 HVAC 에너지 소비량의 평균 8.4%를 절약할 수 있다는 것을 발견했습니다. 동시에 이 자재는 건물 전체 전기의 0.2%만 사용하여 작동했습니다.

현재 상태 그대로, 건물 건설 및 운영은 전 세계 탄소 배출량의 거의 37%를 차지합니다.대부분은 조명, 난방 및 냉방을 포함한 건물 운영에 기인합니다.

이러한 배출을 줄이기 위해 이 재료는 열악한 단열 또는 역사적인 건물을 개조하고 에너지 효율을 개선하는 데 사용될 수 있습니다. 연구자들은 단열재보다 설치하는 것이 더 편리할 것이라고 제안했습니다.

그러나 투명 전도성 층으로 사용되는 단층 그래핀 및 금 마이크로그리드를 포함한 일부 구성 요소는 현재 여전히 비싸고 제조가 복잡함.

연구자들은 지금까지 6센티미터 너비의 재료 패치만 만들었지만 더 큰 시트를 형성하기 위해 대상 포진처럼 조립하는 것을 상상해보십시오.

물 층이 활성화되면 재료는 짙은 흰색이며 구리 층이 활성화되면 구릿빛 갈색으로 변합니다.

그러나 투명한 물 층 뒤에 안료 층을 추가하여 다른 색상을 표시하도록 재료를 조정할 수도 있습니다.

건물을 시원하게 유지하는 또 다른 방법은 건물을 흰색으로 칠하는 것입니다. 이를 위해 퍼듀 대학의 연구원들은 최근 햇빛의 98%를 반사하는 “기록상 가장 하얀 페인트”를 개발했습니다.

이미지 제공: Hsu Group.