스마트글라스의 기원과 종류 및 특성

글라스의 기원

유리창은 로마의 발명품으로 공중목욕탕, 중요한 건물, 그리고 엄청난 부잣집에서 사용되었다. 로마 시대의 유리는 상당히 불투명했는데 외부 환경으로부터 실내를 보호하기 위해 동물 가죽이나 천 또는 나무를 사용하던 것에서 크게 발전한 것이었다. 창문이라는 단어 자체는 '바람 눈'을 의미하는 바이킹의 반다우가에서 유래했다. 한때는 부의 상징이었던 유리창은 이제 전 세계 어느 곳에서든 흔히 볼 수 있게 되었으며, 유리창을 통하면 문을 열지 않고도 실내에서 빛을 받고 밖을 내다볼 수 있다.

 

한 가지 단점이라면 창문은 열기나 냉기가 전해지는 식으로 날씨의 영향을 받는다. 벽과 창문에 따라 실온을 유지하는 데 단열벽보다 열 배 이상 효율이 떨어진다. 겨울에 흔히 볼 수 있는 집의 열화상 이미지를 보면 창문 부근은 열손실로 밝게 보인다. U값(열관류율)은 창의 효율성을 측정한 값으로 열이 드나드는 정도를 보여준다. 투명 유리로 된 단일 창은 U값이 보통 1.2~1.3이다. 공간을 사이에 두고 창이 두 개인 경우, U값은 0.5~0.7로 떨어진다. 즉 U값은 낮을수록 좋다.

 

유리 사이에 층을 두는 것만이 창 효율을 향상시키는 유일한 방법은 아니다. 실제로 눈에 보이지 않는 반사면인 저방사 코팅은 창의 U값을 더 낮춘다. 창틀 사이에 흔히 아르곤이나 크립톤을 사용하는 단열 가스를 주입하는 것도 마찬가지다. 밀폐된 고품질 프레임은 공기 누출을 방지한다. 이런 기술들은 지속적으로 비효율을 개선하고, 건물의 냉난방에 미치는 창의 영향을 감소시켰다. 미국 에너지 스타 프로그램에 의한 윈도 등급에 따르면 0.15~0.2 정도의 U값을 갖는 창이 가장 효율적이다.

 

스마트글라스의 종류와 특성

스마트글라스라 불리는 적응형 기술은 날씨에 따라 실시간으로 반응하는 창을 말한다. 화학에서 변색 현상은 물질의 색이 바뀌는 모든 과정을 말한다. 전기는 전기 변색으로, 열은 열 변색으로, 빛은 광 변색으로 이 과정을 촉발시킨다. 전기 변색 유리는 1970년대와 1980년대에 덴버 근처의 미국 국립재생에너지연구소, 캘리포니아의 로렌스버클리국립연구소 등에서 개발되었다. 전기 변색성을 띠게 하는 것은 사람 머리카락의 50분의 1 굵기인 나노스케일 금속 산화물들의 얇은 층인데, 세부적인 제조법은 제조사마다 다르며 연구를 통해 계속 진화하고 있다. 짧은 전압 버스트에 노출되면 이온이 다른 층으로 이동하며 유리의 색조와 반사성이 변화한다. 스마트폰이나 태블릿으로 조정되는 전기 변색 유리는 실내조명만큼 전환이 자유롭다.

 

가장 발전된 형태의 전기 변색 창은 최적의 성능을 위해 빛과 열을 세분화한다. 추운 겨울날에는 태양에서 가시광선과 열복사가 모두 투과된다. 여름에는 열을 차단하면서 가시광선은 받아들이도록 유리를 작동시킬 수 잇다. 전압을 약간 다르게 하면 둘 다 반사되어 방을 어둡게 할 수도 있다. 즉 블라인드를 닫거나 칠 필요가 아예 없다.

 

동종 기술인 열 변색 유리는 전기를 필요로 하지 않는다. 외부 온도에 따라 자동으로 투명에서 불투명으로 전환했다가 다시 돌아온다. 마치 창문 버전의 무드 링과도 같다. 광 변색 창은 빛 노출을 기반으로 유사하게 작동한다. 어떤 안경 렌즈는 같은 화학반응을 사용한다. 두 경우 모두 명확한 장점은 어떠한 행동도 필요로 하지 않는 것이지만, 열 변색 및 광 변색 창은 전기 변색 창보다 적응성과 제어력이 부족하다. 주문형 스마트 윈도에는 냉난방 효율 개선과 함께 조명용 에너지 부하를 줄일 수 있는 추가 이점이 있다.

 

일본의 전기 변색 유리 실험에서는 더운 날 냉방 부하가 30퍼센트 이상 떨어질 수 있다는 것이 밝혀졌다. 캘리포니아에 본사를 둔 기업인 뷰에 따르면 자사 전기 변색 라인은 기존 창문에 비해 에너지 사용을 20퍼센트 줄였다고 밝혔다. 하지만 다른 유리보다 50퍼센트 정도 비싼데, 이는 스마트글라스의 근본적인 단점이다. 커튼이나 블라인드의 필요성이 줄거나 없어지고 효율적인 냉방장치를 사용하는 경우 이 비용은 일부 보충될 수 있다. 가격 효율성은 고온 환경 또는 태양 노출이 심한 곳에서 가장 클 수 있다. 시장이 커지면 가격은 계속 하락할 것이다. 미래형 기술이 블레이드 러너와 같은 영화에 등장한 이래로 변환 가능한 스마트글라스는 향후 건물 효율성을 증가시키는 일반적인 도구가 되었다.