스마트 지붕 코팅은 여름에는 열을 반사하고 겨울에는 가두어 줍니다.

버클리 연구소 엔지니어들은 날씨에 따라 건물을 더 따뜻하게 또는 더 시원하게 유지할 수 있는 지붕 코팅을 개발했습니다. 날씨가 따뜻해지면 재료가 햇빛과 열을 반사하지만 겨울에는 이 복사 냉각이 자동으로 꺼지므로 난방과 냉방에 사용되는 에너지가 줄어듭니다.

복사 냉각 시스템은 건물에서 열복사(예: 열)를 끌어낸 다음 이를 하늘로 방출하는 방식으로 작동합니다. 대기는 이러한 파장에 투명하기 때문에 열은 곧바로 우주로 빠져나갑니다. 다른 버전은 슈퍼 화이트 페인트와 같은 반사 표면을 사용하여 햇빛과 열을 반사시켜 건물을 시원하게 유지합니다.

그러나 이러한 시스템은 여름에 집을 시원하게 유지하는 데 효과적일 수 있지만 겨울에도 시원하게 유지합니다. 그래서 새로운 연구를 위해 팀은 수은이 떨어지면 자동으로 열을 가두는 것으로 전환할 수 있는 코팅을 개발했습니다. 그들은 이 물질을 온도 적응형 복사 코팅(TARC)이라고 부릅니다.

이 기술의 핵심은 이산화바나듐(VO2)이라는 이상한 화합물이다. 2017년에 팀은 VO2의 특이한 특성을 발견했습니다. VO2가 67°C(153°F)에 도달하면 이 물질은 전기를 전도하지만 열은 전도하지 않습니다. 이는 알려진 물리학을 명백히 위반하는 것입니다.

이제 팀은 이 기발한 작업을 수행했습니다. 아이디어는 날씨가 따뜻해지면 재료가 열적외선을 흡수하고 방출하여 건물에서 멀리 떨어져 있도록 한다는 것입니다. 그러나 날씨가 시원할 때는 재료가 열에 투명하여 태양에서 건물까지 바로 통과할 수 있습니다.

팀은 TARC의 2cm2(0.8in2) 박막 패치를 사용하여 장치를 테스트하고 이를 상업용 어둡고 흰색 지붕 재료 샘플과 비교했습니다. 무선 장치는 직사광선과 온도의 변화를 측정했습니다.

그리고 당연히 TARC는 놀라울 정도로 잘 작동했습니다. 측정에 따르면 TARC는 날씨에 관계없이 약 75%의 햇빛을 반사했지만 주변 온도가 30°C(86°F) 이상일 때 최대 90%의 열을 하늘로 방출했습니다. 날씨가 15°C(59°F) 미만으로 냉각되었을 때 TARC는 열의 20%만 방출했습니다.

수집된 데이터를 사용하여 팀은 TARC가 미국 대륙의 15개 기후대에서 일년 내내 어떻게 작동하는지 시뮬레이션하고 평균 미국 가구가 TARC를 사용하여 전기 요금을 최대 10%까지 절약할 수 있다고 추정했습니다.

연구원들은 TARC가 자동차, 전자 제품, 위성, 심지어 텐트나 의류용 직물의 온도 조절 재료로도 적용될 수 있다고 말합니다. 흥미롭게도 독립된 팀이 이산화바나듐 나노입자를 활성 성분 중 하나로 사용하여 유리와 창문에 유사한 코팅을 발표했습니다.

다음으로 팀은 지붕 코팅으로서 얼마나 실용적인지 테스트하기 위해 더 큰 TARC 프로토타입을 사용하여 실험을 실행할 계획입니다.

해당 연구는 사이언스 저널에 게재됐다.

출처: 버클리 연구소