안녕하세요 염정흠 전문가입니다.
Q. 급궁금한건데 보일러는어떤원리로 집을따뜻하게 해주었는지가 궁금합니다.
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.우리나라에서 난방기로 흔히 쓰이는 보일러는 본체 내부에서 물을 가열하여 그 물로 난방을 합니다. 보일러 안에는 버너가 있는데 거기에 불을 점화합니다. 그 위에는 온수코일이 지나가는데 그 안에 있는 물이 데워져서 난방이 필요한 공간으로 이동합니다. 방이나 거실 공간의 바닥콘크리트 안에는 보일러에서 데워진 온수가 지나가는 배관이 깔려 있는데 온수가 배관을 지나가면서 바닥 콘크리트를 데워줍니다. 열전도현상을 이용하는 것이죠. 그러면 데워진 콘크리트에서 생활공간으로 열을 방출하여 공기도 따뜻하게 만드는 것입니다. 이때 바닥 온수배관을 콘크리트로 덮는 이유가 옛 선조들이 돌판을 깔고 그 밑으로 뜨거운 공기가 지나가면서 데우게 되면 온기가 오래 갔던 것처럼 콘크리트가 서서히 식으면서 보일러를 끄고 나서도 한동안 난방이 이루어지게 하는 목적이 강했는데 요즘은 콘크리트를 대신해서 온기를 머금고 있으면서 서서히 식게 해주면서 시공이 쉬운 자재도 출시되었습니다. 시공 비용과 공사기간을 비교하여 적절히 선택하면 됩니다. 거실과 방을 데우고 다시 보일러로 돌아오는 물은 많이 식어서 오는데 그것이 버너를 지나는 코일로 이어져서 재가열이 됩니다. 그 과정이 계속 순환되는 것입니다. 물론 욕실이나 주방 온수로도 사용이 됩니다.외국의 난방 방식은 집 안에 난로(화로)를 설치해서 불을 피워서 그 열기가 집 안으로 퍼지게 하는 것이기 때문에 실내 공기질이 좋지 않으며 실내에서는 공기의 대류가 잘 이루어지지 않기 때문에 난방 면적이 그리 넓지 않습니다. 하지만 우리나라의 바닥난방 방식은 보일러를 적절한 위치에 설치하고 온수배관을 각 공간에 깔아주면 넓은 공간을 효율적으로 난방하면서 공기질에 악영향을 주지 않습니다. 단점은 공사비용이 난로에 비해 높고, 공사기간이 더 오래 걸리지만 위에서 잠시 언급했듯이 공사기간에 대한 문제를 해결한 제품이 출시되었습니다. 그리고 그 제품은 한국이 아닌 외국에서 먼저 개발해서 적용되고 있었습니다. 그만큼 한국식 난방방식이 우수하여 적극적으로 적용하고 있음을 알 수 있습니다.
Q. 예전부터 과자봉지에는 질소가 들어있다고 알고 있는데 어떤 과학적 이유인가요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.과자 같은 음식물은 산소와 만났을 때 산패됩니다. 특히나 과자는 기름에 튀겨서 만들어지는 것이 많아서 기름성분이 산소와 만나서 산패되기 쉽습니다. 그리고 산소가 있으면 미생물이 번식할 수 있기 때문에 부패도 발생할 수 있습니다. 이를 막기 위해서 진공포장을 하게 될 경우 과자가 다 부셔질 수 있기 때문에 기체를 채워서 최대한 형태를 유지하고 산패와 부패를 막는 것입니다. 내용물과 화학 반응을 하지 않는 불활성 기체를 채워야 하는데 아르곤, 네온, 헬륨 같은 기체는 비싼 반면 질소를 공기 중에서 얻기 쉬워서 비용도 싸고 무색, 무취의 기체라서 과자의 색과 맛, 향에 영향을 주지 않아 과자 봉지에 함께 충전하기 적합한 기체인 것입니다. 그래서 과자 봉지나 라면, 김 등의 봉지 안에 질소를 충전하는 것입니다.
Q. 건물의 에너지 효율을 높이기 위한 과학적 방법이 있을까요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.에너지 효율을 높이려면 건축물 내부 환경을 유지하는데 있어서 기계와 전기 설비 사용을 줄이면 됩니다. 내부 환경이라 하면 온도와 습도, 공기 청정도 등입니다. 주택을 기준으로 생각한다면 사람이 생활하기 쾌적한 환경을 유지하기 위해서 냉난방기와 공기조화설비 등을 가동하고, 필요에 따라서 여러가지 전기제품을 가동시킵니다. 그런 것들의 가동을 최소화하는 것이 에너지 효율을 높이는데 크게 작용하며, 장비의 효율이 높은 것을 사용하는 것이 그 다음일 것입니다. 설비 가동을 줄이려면 기본적으로 외부 환경의 영향을 적게 받도록 건축되어야 합니다. 우선 단열계획이 중요합니다. 단열은 박스와 같은 직육면체 공간을 기준으로 상하부와 측면부를 모두 감싸서 온도 변화를 최소화하면 됩니다. 그러면 외부가 춥거나 더울 때 내부의 온도 변화를 줄일 수 있어서 냉난방기의 가동시간을 줄일 수 있습니다. 하지만 단열에는 헛점이 한가지 있습니다. 단열재들의 연결이 끊어지는 구간을 통해서 열교현상이 발생합니다. 그럴 경우 해당 부위에 단열보강을 하기도 하고 단열재 설치가 끊김 없이 연결되도록 치밀하게 계획하여 시공하면 됩니다. 그렇게 하고도 문제점이 있는데 단열재와 구조체의 열전도율 차이가 크기 때문에 그 사이에 습기를 머금은 공기가 들어갈 경우 결로가 발생합니다. 장시간 결로가 발생하면 곰팡이 같은 인체에 해로운 것이 생겨날 수 있습니다. 그래서 가장 좋은 단열계획은 내부와 외부를 다 단열재로 덮고 마감작업을 하는 것입니다. 대신 시공비용이 높아집니다. 그 부분은 건축주의 선택사항이기 때문에 여건이 된다면 내외부 단열작업을 다 하는 것이 좋습니다. 그리고 단열에 가장 취약한 부분이 창과 문인데 필요 이상의 설치면적을 줄이고, 열효율이 좋은 제품이 계속 개발되고 있기 때문에 그런 제품으로 시공하는 것이 최선일 것 같습니다. 생활하면서 필요할 때마다 자연환기를 해주는 것으로 공기조화기 사용도 줄이면 좋습니다. 하지만 냉난방기 작동시 환기로 인해 열손실이 발생할 우려가 있다면 공기조화기를 통한 환기가 더 효율적일 때도 있습니다. 주택 외에 공장이나 영업을 위한 건축물의 경우에는 에너지 효율이 좋은 작업장비를 사용해야 됩니다. 기계장비의 사용이 불가피한 용도이기 때문에 최대한 효율이 높은 장비를 사용하고, 불필요한 가동시간을 줄이면 됩니다. 그 외에는 초기 비용을 더 들이더라도 지열을 이용하는 방법이나 자연환경을 최대한 활용할 방법을 찾아서 적용하는 것으로 에너지 효율을 높일 수 있습니다. 태양광이나 풍력 발전설비 설치를 생각하는 사람도 더러 있는데 에너지 효율을 높이는 방법이라기 보다 에너지를 생산하여 사용하는 방법이기 때문에 에너지 효율과는 다른 성향일 것 같습니다.
Q. 목욕탕에 습도가 높은 이유가 무엇인가요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.습도가 높아지는 조건은 기온이 높아서 포화수증기량이 높을 때, 주변에 물이 많아서 수증기 발생도 많을 때입니다. 기온이 높을수록 공기중에 내포할 수 있는 수증기량의 한계치가 높기 때문입니다. 목욕탕이 그 조건에 매우 부합한 환경을 갖추고 있습니다. 목욕탕 내에 사우나 시설과 온탕에서 발생하는 열기로 기온이 높고, 수증기 발생량도 많아서 습도가 높은 것입니다.
Q. 얼마전까지만 해도 우리나라가 물부족 국가로 선정 되었던 이유가 무엇일까요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.우리나라가 물부족 국가라고 알려진 것은 잘못된 것이었습니다. 우리나라는 1인당 가용 수자원이 여유로운 편입니다. 처음 물부족 국가라고 거론된 것은 PAI(UN과 관련 없는 민간단체라는 말도 있습니다.)라는 민간단체에서 더 면밀하게 조사하고 계산하지 않고 단순히 해당 지역 강수량을 해당 지역 인구 수로 나눈 값만 가지고 얘기하면서 물부족 지역으로 분류되었던 것입니다. 1인당 연간 사용 가능한 재생성 수자원 1000톤을 기준으로 물부족 국가를 분류하는데 우리나라 경우 1400톤이 넘습니다. 1700톤 이상의 수자원 풍요국은 아니지만 여유로운 편입니다. 하지만 분류상 물 스트레스 국가입니다. 물부족 국가가 아니라고 해서 무분별하게 낭비하는 것은 안 좋습니다.어떤 민간단체의 통계로 나온 내용을 정부가 오인하여 UN의 발표인 것으로 대대적인 광고와 선동을 하게 되었던 것이지 우리나라는 물부족 국가가 아닙니다.