‘축열 시스템 구축 및 IoT 기반 최적 운영 알고리즘 개발’ 기술 인정받아
한국공학한림원, 도시열섬 저감 기술에 주목… 에너지 절감에 기여
“전 세계 건축분야 IoT 시장에 선제적으로 대응해 나갈 계획”

그는 어려서부터 건물을 좋아했다. 건물을 자주 들여다보니 그 안에 살고 있는 인간이 보였다. 인간을 위한 건축을 해야겠다는 생각이 든 건 자연스러운 일이었다. 인간을 위하려면 지구환경도 위해야 한다는 생각이 든 건 대학에 입학하고 난 뒤였다.

이야기의 주인공은 윤근영 건축공학과 교수다. 어린 시절부터 키워왔던 그의 연구가 최근 새삼 빛을 발했다. 지난 연말 한국공학한림원이 선정한 ‘2025년 대한민국을 이끌 100대 기술과 주역’에 포함된 것이다. 윤 교수는 지속가능한 사회를 위한 건설·교통 분야 중 도시열섬 저감 기술 부문에 선정됐다.

한국공학한림원은 학계, 산업계 및 국가기관 등에서 공학기술 발전에 공적을 세운 우수한 공학기술인을 발굴, 우대하기 위해 설립된 학술기관이다. ‘100대 기술과 주역’에는 총 238명이 선정됐는데, 기업들이 미래를 어떻게 예측하고 있는지 가늠해 볼 수 있다는 데 의의가 있다.

축열(蓄熱)이라는 전통산업과 사물인터넷(IoT)·딥러닝의 결합
윤근영 교수는 “지금은 지구환경 보전에 건축이 매우 중요한 역할을 한다는 사회적 공감대가 형성돼 있어 다행”이라며 “건축물에 한정되지 않고 우리 삶과 지구환경에 직접적인 관련이 있는 연구를 해온 것이 좋은 평가를 받게 된 것 같다”고 소감을 밝혔다.

이번에 미래 기술로 선정된 ‘축열 시스템 구축 및 IoT 기반 최적 운영 알고리즘 개발’ 기술은 축열(蓄熱)이라는 전통산업에 4차 산업혁명의 핵심요소인 사물인터넷(IoT)과 딥러닝을 결합시킨 것이다.

윤 교수에 따르면 이 기술은 상변화물질(Phase Change Material, PCM)을 활용해 능동형 축열 시스템을 구축, 건축물의 냉난방 부하를 효율적으로 줄이는 동시에 IoT를 활용해 건축물의 열 움직임을 실시간으로 측정한다. 여기에 건축물의 에너지 및 쾌적 성능을 최적화하는 딥러닝 기반의 제어 알고리즘이 결합된다.

상변화물질은 예를 들어 고체 상태에서 액체 상태로, 액체 상태에서 고체 상태로 등 상태가 변하는 물리적 변화과정을 이용해 열을 축적하거나 저장한 열을 방출하는 물질이다. 상변화 과정에서 많은 양의 열에너지 축적과 저장된 열에너지 방출이 가능해 최근 친환경건축에 활용되고 있다.

건물 내 쾌적함은 올리고, 에너지 소비는 줄이고
PCM 축열 시스템은 온도 변화에 따른 상변화 현상을 이용해 열을 숨은열(潛熱), 즉 일정한 온도에서 온도의 변화를 일으키지 않고 물질의 상태가 기체와 액체, 또는 액체와 고체 사이에서 변화할 때 흡수 또는 방출하는 열로 축적하는 것이 가능하다. 때문에 일반 축열 시스템에 비해 훨씬 더 많은 에너지를 저장하고 방출할 수 있다.

예를 들어 주간에는 건축물의 실내 발열 및 일사열을 흡수하고, 야간에는 저장된 열을 방출해 에너지를 저감한다. 경희대 건물에너지·인간행태 연구실의 최근 연구결과에 따르면 PCM 축열 시스템을 건축물에 적용함으로써 난방에너지는 약 9%, 냉방에너지는 약 4%를 감소시켰다.

또한 이 기술은 IoT 및 딥러닝을 이용해 PCM이 적용된 건축물의 축열 및 방열을 제어한다는 점에서 건축물의 에너지 절감에 대한 새로운 해결방법을 제시하고 있다.

윤 교수는 “이번에 선정된 기술은 딥러닝 기반의 최적화 알고리즘을 활용해 건물 내의 사람들이 쾌적함을 느낄 수 있도록 하고, 냉난방 에너지 소비를 줄일 수 있다”고 설명했다.

지구 온난화, 특히 도시열섬 현상의 주범으로 건축물을 꼽은 윤근영 교수는 “전체 삶의 약 90%를 건축물에서 살아가는 우리에게 이 기술은 쾌적하고 건강하며 편리한 환경을 제공해줄 수 있다는 점에서 중요하다”고 강조했다.

건축물이 도시열섬 현상의 주범
윤근영 교수가 이 분야에 관심을 갖게 된 것은 지구 온난화, 특히 도시열섬 현상의 주범이 건축물이라는 사실을 절감하면서부터였다. 건축물에서 발생하는 온실가스가 지구 전체 온실가스의 30%를 차지하고 있다는 것이다.

윤 교수는 “전체 삶의 약 90%를 건축물에서 살아가는 우리에게 이 기술은 쾌적하고 건강하며 편리한 환경을 제공해줄 수 있다는 점에서 중요하다”고 강조했다.

윤 교수는 이 기술이 지속가능하며 친환경적인 건축물 구현에도 기여할 수 있다고 본다. 건축물의 온실가스 방출량을 줄이고 나아가 도시열섬효과를 완화시킬 수 있기 때문이다.

이 기술은 2021년 750억 달러 규모의 성장이 예측되는 전 세계 건축분야 IoT 시장에 선제적으로 대응할 수 있는 원천 기술로써의 가치도 있다. 윤 교수는 “이 기술은 방법론적 응용이 가능하며, 적용성이 뛰어나 새로운 기술 창출에도 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

산업계에서 인정받은 경희대 건축공학과
윤근영 교수의 뒤를 따르고자 하는 후학도 많고, 이들에 대한 윤 교수의 애정도 남다르다. 윤 교수는 “연구 성과를 낼 때도 보람있지만, 제자들이 각자의 진로를 찾아 좋은 직장에 취업했을 때 특히 보람을 느낀다”며 웃음을 보였다.

건축공학과의 장점도 언급했다. 윤 교수는 “학생들은 건축과 인간, 지구환경에 대한 기본지식부터 건축실무에 적용되는 친환경건축, 환경에너지 시뮬레이션에까지 배울 수 있다”며 “이러한 점이 산업계에서 경희대 건축공학과 출신 인재가 활약하고 있는 이유가 여기에 있다고 생각한다”고 강조했다.

건축공학과는 교육부와 한국대학교육협의회가 주관하는 ‘2016년 산업계관점 대학평가’에서 건축(시공) 분야 최우수 대학에 선정되기도 했다. 교육과정 설계·운영·성과 등 3개 영역 모두 우수하다는 평가를 받았다.

윤 교수는 “앞으로 딥러닝 기반의 범용 건물 에너지 관리 및 도시열섬 효과 저감 기술을 개발해 4차 산업혁명의 건설 분야 적용 표준을 제시하기 위한 연구를 진행할 예정”이라며 “제로에너지 건축물의 구현을 위해 에너지 신산업 분야인 태양광과 ESS(Energy Storage System) 등을 건축물에 적용하기 위한 다양한 연구도 진행할 예정”이라고 향후 계획을 밝혔다.

박은지(커뮤니케이션센터, sloweunz@khu.ac.kr)