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외출 전 창밖을 보며 오늘의 날씨를 가늠하고, 그에 맞춰 옷을 챙겨 입는데요. 많은 분들이 겨울철 쾌청하게 맑은 바깥 날씨를 보고 가볍게 옷을 입었다가 낭패를 본 경험, 한 번쯤은 있으실 거예요. 분명 구름 한 점 없이 하늘도 맑고, 햇볕도 쨍쨍 비치는데 어째서 구름 낀 우중충한 날보다 더 추운 걸까요? 그 비밀은 바로 ‘복사냉각’에 있다는 사실! 그렇다면 복사냉각은 무엇인지, 우리 일상에서 어떻게 활용되고 있는지 한 번 살펴볼까요?

■ 구름이 없고, 공기가 맑을수록 더 춥다? ‘복사냉각’ 현상의 원리

‘복사냉각’이란 낮 동안 태양광선으로 인해 온도가 올라갔던 지표면이 밤 사이 열 에너지를 적외선 형태로 공기 중이나 대기권 밖으로 내보내 온도가 내려가는 현상을 말해요. 쉽게 말해, 지구 지표면의 열이 지구 밖으로 빼앗겨 공기 중의 온도가 떨어지는 거죠. 구름이 낀 흐린 날에는 지표면에서 방출된 열을 구름이 붙잡아 주거나 지표면으로 돌려보내는데요. 구름이 이불처럼 대기권을 덮어준다는 의미로 ‘이불 효과’라고 부르며, 이불을 덮고 자면 더 따뜻한 것과 같은 원리라고 생각하면 돼요.

반대로 구름 없이 날씨가 맑고, 바람이 약한 밤에 복사냉각 현상이 가장 심하게 나타나며, 이로 인해 안개나 서리가 형성되는 경우도 많죠. 참고로 겨울에는 일사량이 적기 때문에 낮 동안 얼마나 많은 열을 흡수하는가 보다 밤 동안 열을 얼마나 덜 빼앗기는지가 추위에 영향을 준다고 해요.  또한 가을철 낮과 밤의 큰 일교차가 생기는 이유 역시 낮에는 태양 복사에너지 흡수가 늘어나 지표면의 공기가 따뜻하고, 밤에는 지표면에서 방출하는 복사에너지가 늘어나기 때문이랍니다.

■ 여름철 전기세 폭탄도 이제 안녕! 복사냉각 효과를 활용한 ‘복사냉각 기술’

복사냉각의 원리를 활용한 ‘복사냉각 기술’은 자동차나 건물의 표면에 흡수된 열을 외부로 방출해 전기를 쓰지 않고 온도를 낮추는 원리인데요. 태양열로 인해 건축물의 온도가 높아지는 것을 억제하기 위해 1970년대부터 등장한 기술이죠. 화석 연료를 비롯한 별도의 에너지를 필요로 하지 않기 때문에 친환경 기술로 주목받으면서 전 세계 연구소에서 관련 기술 개발에 박차를 가하고 있어요. 대표적으로 미국 위스콘신대 등 다수 대학이 공동 연구를 통해 태양열을 흡수하는 소재로 벽을 세운 구조물이 있는데요. 주변 열을 흡수하고, 방출하는 ‘PDMS’라는 고분자 물질과 태양빛을 반사하는 알루미늄을 이용한 소재를 건물 외벽에 적용한 것으로 기온이 높을수록 더 큰 냉각 효과를 보여준다고 해요. 

우리나라의 포스텍과 고려대 공동 연구팀에서는 바르면 표면온도가 떨어지는 복사냉각 페인트를 개발해 화제를 모으기도 했어요. 이 페인트는 일반 페인트에 친환경 실리카 물질을 넣어 만든 것으로, 페인트를 바르는 것만으로도 표면 온도를 최대 10도 정도 낮춰주는 효과가 있다고 해요.  외부 온도가 높아지면 그 열을 적외선 형태로 방출해 온도를 낮추는 원리로, 이 기술이 상용화된다면 제로에너지 건물도 탄생할 수 있게 되겠죠. 이외에도 태양광을 흡수한 후 열을 방출하지 않는 금속이 별도의 장치 없이 자체 냉각되는 기술 또한 국내에서 개발했는데요. 열복사를 돕는 나노구조를 도입한 것으로, 여름 기온 25도를 가정했을 때 무려 10도 이상의 냉각 효과를 볼 수 있답니다.

■ 몸의 열은 발산하고, 외부 열은 반사 시키고! ‘복사냉각 섬유 소재’의 탄생

최근 한국생산기술연구원에서는 몸에서 나오는 복사열은 투과시키고, 체온을 높이는 외부 빛은 반사하는 복사냉각 섬유 소재 개발에 성공했어요. 복사냉각 소재는 자외선, 가시광선, 근적외선을 차단하고, 인체의 원적외선은 투과시켜야 복사냉각 효과를 볼 수 있는데요. 이번에 개발한 소재는 전기방사 방식으로 만든 지름 600 나노미터의 부직포를 이용해 태양 복사에너지의 중심 파장인 250~2500 나노미터의 빛은 90% 이상 반사하고, 피부 온도에서 발생하는 파장이 긴(8~12마이크로미터) 원적외선은 50% 이상 투과시켜 탁월한 복사냉각 효과를 볼 수 있죠.

실제로 기존 섬유에 비해 표면 온도를 10도 이상 냉각시키는 효과를 확인 했다고 해요. 또한 고분자 섬유 소재는 유연하기 때문에 다양한 표면에 쉽게 적용할 수 있다는 것이 큰 장점인데요. 앞으로 섬유뿐 아니라 건축, 자동차, 화장품 등 복사냉각이 필요한 다양한 분야에 응용될 것으로 기대를 모으고 있답니다. 

꾸준한 연구 개발을 통해 복사냉각 기술이 우리 일상에 다양하게 적용된다면 생활이 더욱 편리하고, 쾌적해지는 것은 물론 에너지 낭비 문제 해결에도 많은 도움이 되겠죠! 앞으로 어떠한 복사냉각 기술이 지구와 우리의 환경을 바꾸어 놓을지 여러분도 함께 기대해 주세요 😊

 

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