[대전=뉴스프리존] 이기종 기자= 한국연구재단(NRF)은 아주대학교 건축학과 이황 교수팀이 스마트 소재의 4D 프린팅을 통해 기온변화에 감응해 자동으로 움직이는 건축외피(차양) 모듈을 개발했다고 1일 밝혔다.

건물의 냉난방 등에 사용되는 에너지는 비산업부문 중 가장 큰 비중을 차지한다.

이에 외부 창호 등을 통한 일사 부하를 해결하기 위해 건물의 외장 입면이 필요에 따라 자동으로 열리고 닫히는 외장 시스템이 필요하다.

이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 선인장의 기공(氣孔) 개폐방식에 착안해 건물 파사드가 온도에 따라 저절로 열리고 닫히는 방식으로 일사와 환기를 조절하는 시스템을 제안했다.

연구과정을 보면 선행연구를 통해 건물의 파사드 형태(창호, 외벽 등 건물외부 요소 일체)가 외부 기후에 반응하여 일사 유입 등을 조절하는 방식으로 복잡한 기계설비의 도움 없이 냉난방 부하를 줄여 제로 에너지 상태에 가까운 건물을 만들 수 있음을 입증했다.

그러나 기존에도 기온에 따라 형상이 변하는 스마트 소재를 이용한 시도가 있었지만 다시 원래 모습으로 돌아오는 변형회복력이 낮았다.

이러한 선행연구를 바탕으로 변형력(최대 6% 이내)은 낮지만 복원력이 높은 니켈-티타늄 합금 와이어와 복원력은 낮지만 변형이 자유로운(최대 800%) 형상기억 고분자를 조합했다.

이 과정에서 변형률을 20% 수준으로 향상시키고 외력 없이 스스로 회복과 변형을 반복하는 합성물을 만들었다.

이 연구결과에 의하면 형태 복원력, 3차원 변화 과정을 설계과정에서 예측할 수 있도록 시뮬레이션했고 모형실험을 통해 외부자극에 자동으로 반응하는 건축 형태 변형 메커니즘을 규명했다.

연구관계자는 “4D 프린팅을 이용한 외장재료의 변화를 제안해 제작의 복잡성을 크게 낮추고 다양한 형태의 움직이는 외장 모듈을 저비용으로 제작하는 데 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.

이 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 생애 첫 연구사업 및 우수신진연구사업의 지원으로 수행됐고 건축·건설 분야 국제학술지 건축공학저널(Journal of Building Engineering)에 8월 8일 게재됐다.