건축 기술과 자재는 끊임없이 발전하고 있습니다. 이러한 과정에서 일부 연구팀은 에너지 효율을 높이거나 냉난방 및 조명과 같은 기능을 건물 요소에 직접 통합하는 등 시급한 문제들을 해결하기 위해 노력하고 있습니다. 전기를 생산하고 건물을 분석하는 콘크리트 나 달걀로 만든 고강도 벽돌과 건축 기술을 한 단계 더 끌어올리고 있습니다.
에어로브릭 엠파 오미크론 벽돌.
스위스 취리히에 위치한 융합 재료 연구소인 엠파(Empa)의 연구진이 실리카 에어로젤로 채워진 새로운 유형의 반투명 벽돌인 에어로브릭(Aerobrick)을 공개했습니다. 건축 공학 저널(Journal of Building Engineering)에 기존 벽돌과 동일한 기능을 수행하면서 자연광을 실내로 투과시키는 기능을 더했고, 단열성과 강도 또한 훨씬 뛰어납니다.
사실, 야니스 베르네리와 미할 가노비야크 엔지니어가 이끄는 팀은 2017년에 이미 에어로브릭의 초기 버전을 선보였지만, 성능 향상을 위해 디자인, 구성 및 제조 공정을 개선했습니다. 효과적인 단열 기능을 갖춘 반투명 벽 전체를 시공하는 것이 목표였는데, 이제 그 목표가 현실이 되었습니다. 이 새로운 벽돌은 벽돌 구조물에 추가적인 단열층을 시공할 필요 없이 난방비를 절감하는 데 도움이 될 뿐만 아니라, 모든 종류의 공간에 은은한 조명을 제공하여 전기료 절감에도 기여할 것입니다.
유리와 에어로젤
Empa의 에너지 재료 및 건설 부품 부서에 있는 Wernery, Ganobjak 및 동료들은 로마 건축가 비트루비우스가 건물에 필수적이라고 여겼던 원칙, 즉 내구성, 기능성 및 아름다움에 부합하는 재료를 개발하고자 했습니다.
이를 위해 연구진은 다양한 디자인, 크기, 조합을 시험했지만, 주요 재료는 항상 동일했습니다. 바로 플로트 유리(용융 유리를 용융 주석 층 위에 띄워 균일한 두께와 매우 평평한 표면을 얻는 방식으로 제조), 에폭시 수지, 그리고 실리카 에어로겔 알갱이였습니다. 이 모든 재료는 높은 광학적 투명도를 고려하여 선택되었으며, 최종 결과물이 투명하지 않으면서도 최대한 많은 빛이 통과할 수 있도록 했습니다.
수백 번의 컴퓨터 시뮬레이션 끝에 최종 디자인이 완성되었습니다. 12mm 두께의 플로트 유리 패널 네 개를 스페이서로 연결하고, 측면, 하단, 상단 표면은 1.5mm 두께의 에폭시 층으로 밀봉했습니다. 스페이서는 실리콘 몰드를 사용하여 유리 패널 사이에 직접 접합했습니다. 이 기술을 통해 유리를 접합하는 동시에 패널 사이에 여러 개의 공기층을 만들어 단열 성능을 최적화할 수 있었습니다.
에어로브릭 벽돌 프로토타입. 엠파 오미크로노.
성능 향상을 위해, 벽돌의 중간층에 4개, 양쪽 바깥층에 각각 1개씩, 총 6개의 빈 공간이 생겼고, 각 공간의 밀봉면에 작은 틈을 남겨두었습니다. 이 틈에는 접착제가 없는 에어로젤 알갱이를 채운 후, 투명 테이프로 밀봉했습니다. 최종적으로 완성된 벽돌의 크기는 500mm × 136mm × 84mm입니다.
최초의 시제품이 완성되자 연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션과 실험실 실험을 통해 시제품의 성능을 검증하는 데 집중했습니다. 유압 프레스를 가했을 때, 에어로브릭은 약 45메가파스칼(MPa)의 압축 강도를 보였는데, 이는 현재 시중에 나와 있는 어떤 벽돌보다도 뛰어난 수치입니다.
열전도율 측면에서 에어로젤이 채워진 유리벽돌은 53mW/(mK)를 넘지 않아 현재까지 기록된 모든 소재 중 가장 낮은 값을 보였습니다. 또한, 가시광선 스펙트럼의 대부분을 투과합니다. 따라서 이 소재는 우수한 성능과 심미적 특성을 바탕으로 건축물 외관을 위한 새로운 구조 요소로 활용될 수 있습니다
사용 사례
연구진에 따르면, 에어로젤 유리 벽돌은 사생활 보호, 보안 또는 방해 방지 등의 이유로 외부가 직접 보이지 않아야 하지만, 은은한 자연광이 들어올 수 있는 공간에 이상적입니다. 연구팀은 특히 사무실 건물, 도서관, 박물관 및 기타 공공장소에서 이러한 유리 벽돌의 유용성을 강조합니다.
산업용 프레스에 담긴 에어로브릭 벽돌 중 하나. 엠파 오미크로노.
또한, 자연광을 극대화하고 공간을 절약하는 것이 필수적인 건물에서 이러한 조명 방식의 다재다능함을 강조합니다. 예를 들어, 마드리드, 바르셀로나 또는 기타 대도시의 중심부와 같이 고층 건물과 아파트가 밀집된 인구 밀도가 높은 도심 지역을 언급합니다. 나아가, 이러한 조명 방식이 건물 거주자의 생체 리듬에 미치는 긍정적인 효과를 강조하는데, 이는 24시간 주기로 나타나는 신체적, 정신적, 행동적 변화를 의미하며, 이러한 변화는 주로 자연광에 의해 조절됩니다.
같은 맥락에서, 건강한 생체 리듬 유지를 위해서는 병원, 요양원, 동물원, 마구간, 기타 동물 사육 시설 등도 포함됩니다. 직사광선이 필요하지 않은 식물 또한 이러한 벽돌로 지은 온실에서 큰 이점을 얻을 수 있습니다.
에어로브릭으로 시공한 내력벽을 보여주는 그림. 엠파 오미크로노.
현재 특허 승인과 잠재적인 산업 파트너를 기다리는 동안, 에어로브릭 경영진은 가볍고 얇으며 에너지 효율적인 외벽을 구현하는 솔루션에 대해 매우 자랑스러워하고 있습니다. "에어로젤이 채워진 유리 벽돌은 건물 외벽을 통해 건물 내부로 더 많은 빛을 들여올 뿐만 아니라 건강을 증진하고 조명 및 난방에 필요한 에너지를 절약하는 데 도움이 될 것이라고 믿습니다.".
출처: https://www.elespanol.com/omicrono/.
