(x)에너지 기후변화 관련자료

햇빛으로 온수를 만들고 난방도 한다

제13장 햇빛으로 온수를 만들고 난방도 한다


우리나라에 널리 보급된 태양열 온수장치

우리나라 건물의 지붕을 모두 태양열 집열장치로 덮으면
화석연료 사용을 얼마나
줄일 수 있을까? 지붕에 쏟아지는 햇빛만 열로 바꾸어서 이용하면 가정
의 난방과 온수, 공장의 공산품
생산에 필요한 열을 거의 대부분 얻을 수 있을 것으로 보인다. 우리나라
는 해마다 수백억 달러를 써서
석유나 가스 같은 값비싼 화석연료를 수입하고 게다가 이것들을 태우면
서 많은 양의 온실기체를 배출한다.
이러한 형편을 생각할 때 태양열을 적극 이용하는 것은 에너지 자급과
지구환경 보호를 위해서뿐만 아니라
외화절약을 위해서도 절실히 필요하다.
태양열로는 난방이나 온수용 열 생산만 할 수 있는 것이 아니다. 태양열
은 여름에 냉방에 이용할 수 있고,
농수산품을 건조하는 데 이용할 수 있고, 음식물을 조리하는 데도 이용
할 수 있다.

1. 태양열을 모으는 장치

검은 색의 물체는 햇빛을 받으면 점점 뜨거워진다. 누구나 경험할 수 있
고 널리 알려져 있는 이 사실이
바로 햇빛을 열로 바꾸어서 이용하는 데 기초가 되는 원리이다. 태양열
로 온수를 얻고 난방을 하는 태양열
집열장치에서는 이 원리가 아주 효과적으로 이용된다. 태양열 집열장치
로 널리 사용되는 것은 평판형 집열판,
진공관형 집열장치 등이 있는데, 우리가 주위에서 흔히 볼 수 있는 것
은 평판형 집열판이다.

평판형 집열판은 윗부분이 투명한 유리로 덮여 있고, 그 속에는 햇빛을
흡수해서 뜨거워진 액체가 흐르는
관이 들어 있다. 집열판에 햇빛이 비치면 온실효과가 일어나고, 그 결
과 높은 온도가 얻어진다. 그러므로
집열판은 작지만 성능이 아주 좋은 온실 같은 것이라고 할 수 있다. 집
열판에서 온실효과가 일어나는 이유는
유리를 통과한 햇빛이 집열판 속에 흡수되었다가 방출되면 유리를 통과
하지 못하는 적외선 형태의 열로 바뀌어서
집열판 안에 축적되기 때문이다. 집열판 내부에서 얻어질 수 있는 공기
의 최대 온도는 섭씨 180도에
달한다. 집열판 속을 흐르는 액체의 경우 가장 높이 올라갈 수 있는 온
도는 섭씨 90도 정도 된다.
집열판 속의 액체는 축열조라고 불리는 커다란 물통 속으로 전해져서
그 속의 물을 데우는데, 이 물이
목욕용이나 난방용으로 이용된다.


우리나라에서 설치되어 있는 태양열 온
수 장치의
얼개, 집열판에서 데워진 책체가 가볍기 때문에 축열조로 이동
한다.

2. 난방.온수용 태양열 장치
우리나라에서 사용하는 태양열 집열판은 대부분 목욕용 온수를 만들기
위한 것으로, 보통 용량이 작은 축열조가
위에 부착된 상태로 남쪽 지붕 위에 설치된다. 그러나 축열조의 용량이
크거나 미관을 생각해야 하는 경우에는
지상이나 지하에 설치해야 한다. 우리나라에 보급되어 있는 온수용 태양
열 집열판의 크기는 약 7제곱미터이고,
축열조의 부피는 약 450리터 가량 된다. 이것으로 햇빛이 항상 비치는
날에는 충분한 양의 목욕물을
얻을 수 있다. 그러나 비나 눈이 와서 햇빛을 볼 수 없는 날에는 축열조
의 물이 데워지지 않기 때문에,
온수를 쓸 수 없는 경우가 생긴다. 축열조에는 이때를 대비해서 다른 에
너지원을 이용하는 히터가 붙어
있다. 우리나라에서는 축열조의 물이 식거나 햇빛으로 충분히 데워지지
않았을 때에 물을 데우는 다른 에너지원으로
심야전기를 이용한다. 그러나 가스나 나무, 석유를 때서 물을 데울 수
도 있다.
집열판의 크기가 작으면 거기에서 얻을 수 있는 에너지는 그리 많지 않
다. 따라서 태양열로 난방을 하려면
집열판이 넓어야 하고 축열조도 커야 한다. 이때 집열판에서 얻은 열로
전체 난방에너지의 얼마를 충당할
수 있는가는 태양열 난방장치의 크기에도 좌우되지만, 이것보다 더 중요
한 요소는 주택의 난방용 에너지
소비량이다. 벽이나 지붕, 그리고 창문으로 열이 달아나지 않도록 단열
을 잘 하고 남향으로 지은 40평
주택의 경우 집열판을 15제곱미터만 설치하면 대부분의 난방열을 얻을
수 있다. 그러나 같은 면적의 집열판이라
해도 단열이 거의 되어 있지 않은 낡은 주택에서는 10%의 난방열도 얻
을 수 없다.

3. 태양열 냉방장치
태양열을 이용한 냉방장치는 우리나라에는 없지만 이미 개발되어 유럽
각지에서 조금씩 사용되고 있다. 태양열
냉방은 여러 가지 방식으로 이루어질 수 있지만 여기서는 습기를 제거하
는 실리카겔을 이용하는 것을 소개한다.
이 장치는 물이 증발할 때 주위에서 열을 빼앗고 그 결과 주위의 온도
를 낮추는 원리를 이용하는 것이다.
그림에서 실내로 들어오는 공기는 먼저 실리카겔을 통과하면서 습기가
제거되어 건조해진다. 그후 이 공기에
가는 물방울이 뿌려지는데, 건조한 공기와 만난 물방울은 증발하고 이
로 인해서 실내로 들어오는 공기가
차가워진다. 실리카겔은 어느 정도 습기를 빨아들이면 더 이상 작용하
지 않는데, 이때 열을 가해서 습기를
제거해주면 기능이 살아난다. 태양열은 습기를 잔뜩 품은 실리카겔을 가
열해서 재생시켜주는 작용을 한다.
태양열 냉방 장치는 현재 널리 사용되는 에어컨에 비해서 여러 가지 장
점을 가지고 있다. 에어컨은 실내의
공기를 폐쇄 상태에서 순환시키면서 냉각하기 때문에 환기가 잘 이루어
지지 않지만, 태양열을 이용하면 신선한
공기가 계속해서 들어오기 때문에 환기 걱정을 할 필요가 없다. 또한 에
어컨의 냉매로 이용되는 프레온
가스가 대기로 방출되면 지구온난화와 오존층 파괴가 일어나지만, 태양
열 냉방을 하면 이러한 일도 발생하지
않는다. 더운 여름날 에어컨을 많이 사용하면 다른 때보다 전력수요가
크게 올라가고, 이때 필요한 전기를
공급하기 위해 여름철에만 가동하는 발전소를 준비해두어야 하는데, 태
양열로 냉방을 하면 이러한 발전소
건설에 들어가는 비용과 전기를 절약할 수 있다.

4. 태양열 건조장치와 조리 기구
태양열 건조장치는 공기를 뜨겁게 만들어서 이용한다. 이것은 액체가 아
니라 공기만을 데우기 때문에 아주
간단하게 만들 수 있다. 주로 바닥을 검게 칠한 판 위에 몇 센티미터의
공간을 두고 빛을 통과하는 투명막을
씌워서 만든다. 햇빛이 비치면 판과 막 사이의 공기가 뜨거워지는데,
이 공기로 농수산물을 쉽게 말릴
수 있다.

태양열 건조장치는 경유를 때는 건조장치와 비교할 때
여러 가지 유리한 점을
지니고 있다. 경유 건조장치는 농가 한곳에서 설비하기에는 비용이 많
이 들지만 태양열 건조장치는 농가에서
간단하게 설치할 수 있다. 또한 경유 건조기는 연료비가 많이 들어가고
온실기체와 이산화황 같은 오염물질이
배출되지만, 태양열 건조장치를 사용하면 이러한 걱정을 할 필요가 없어
진다. 건조기를 사용하지 않고 길가나
마당에 농작물을 말리면 시간도 많이 걸리고 쥐가 갉아먹거나 비에 젖
어 썩는 일이 발생하지만, 태양열
건조기에 말리면 건조시간을 절반 이하로 줄일 수 있고 쥐나 비도 막을
수 있다. 태양열 건조장치는 열대와
아열대 국가에서 널리 사용되지만 우리나라에는 아직 보급되지 않고 있
다.
햇빛을 잘 모으면 요리도 할 수 있다. 이러한 장치는 태양열 조리기라
고 하는데, 간단한 것으로는 달걀을
삶거나 라면을 끓일 수 있다. 조금 공들여서 만든 장치로는 커다란 남비
를 걸고 요리를 할 수 있다.
태양열 조리기는 인도와 아프리카 같이 햇빛이 많은 나라에 보급되어 있
다. 이들 나라에서는 여자들이 요리를
위해 나무를 모으러 멀리까지 다녀야 하는데, 태양열 조리기는 이러한
수고를 덜어준다.

자료제공 : 에너지대안센터

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