유리에 투명 필름만 붙여 실내 온도 6.5℃ 낮춘다

경희대, 양자컴퓨터 이용해 효율 높은 냉각복사 필름 패턴 디자인

유리에 코팅하면 냉방을 하지 않아도 건물 온도를 낮추는 투명 필름이 개발됐다. 기존 유리 건물에 비해 냉방 에너지 비용을 30% 줄일 수 있으리란 기대다. 

경희대학교(총장 한균태)는 전자공학과 이응규 교수 연구팀이 실내 온도를 낮출 수 있는 냉각복사 필름을 개발했다고 4일 밝혔다. 기계학습과 양자컴퓨터를 활용해 광학 구조를 설계한 점도 주목된다.  

연구진이 개발한 냉각복사 필름을 붙인 유리로 주변 경관을 바라보는 장면 (자료=ACS Energy Letters)

냉각복사는 어떤 물체가 적외선으로 방출하는 에너지의 양이 그 흡수량보다 클 때 물체의 온도가 감소하는 현상이다. 냉각복사 필름은 건물과 자동차 내부 온도를 높이는 주된 요인인 자외선과 근적외선을 반사하고 가시광선은 투과시켜 에너지 소모를 줄이는 역할을 한다. 

연구팀이 개발한 냉각복사 필름을 부착한 건물은 기존 유리 공간에 비해 내부 온도가 6.5℃ 낮았다. 

냉각복사 필름 효과를 높이기 위한 적절한 구조를 찾는 것이 관건이었다. 이응규 교수는 "가시광과 같이 인간이 필요한 스펙트럼만 투과하고, 불필요한 자외선 및 적외선 스펙트럼을 반사해야 냉각에 요구되는 에너지를 절감할 수 있다"라며 "이를 구현할 광학 코팅 구조를 찾는 것이 문제 해결의 핵심"이라고 말했다.

개발한 냉각복사 필름은 가시광만을 투과하고, 자외선 및 근적외선을 반사한다 (출처 ACS Energy Letters)

이 교수는 미국 노터데임대학 루오 텡페이 교수와 함께 기계학습과 양자컴퓨터 알고리즘을 개발해 고효율 냉각복사 필름 구조를 디자인했다. 양자컴퓨터는 계산한 경우의 수가 많을수록 일반 컴퓨터에 비해 효과가 크다. 어떤 물질을 활용할지, 어떤 순서로 구조를 쌓을지에 따라 경우의 수가 무궁무진한 냉각복사 필름의 디자인에 적합하다.  

양자컴퓨터 알고리즘을 통해 1차원 광학 구조 외에도 2차원 및 3차원 광학 구조에서도 알고리즘을 통해 광학 구조를 최적화할 수 있다. 신물질 개발 등에도 응용할 수 있다. 이 교수는 "양자컴퓨터 응용은 가치가 큰 미래산업이다. 양자컴퓨터의 우월성을 선보일 수 있는 분야를 빠르게 선점해야 하는데, 그런 면에서 이번 연구의 가치가 높다"고 말했다. 

경희대 전자공학과 이응규 교수가 태양 에너지를 활용해 내부 기온을 낮추는 냉각복사 필름을 개발했다. 연구 결과는 국제 학술지 ACS Energy Letters에 11월 2일(화) 게재됐다. (사진=경희대)

이 연구는 학술지 'ACS 에너지 레터스(ACS Energy Letters)'에 2일 실렸다. 한국연구재단 신진연구자 사업 지원으로 진행됐다.