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“아휴~, 덥다 더워!”

우리 집 에어컨은 몇 년째 잠자고 있어. 전기 에너지를 아껴야 한다는 우리 엄마, 직장의 에어컨 바람에 냉방병을 달고 사시는 아빠 때문이야. 하지만 이렇게 더운데 나도 살 궁리를 해야겠어! 에너지도 절약하고 시원하게 여름을 보내는 좋은 방법은 없을까? 내가 직접 나서서 방법을 찾아볼 테야!

Part 1. 에너지 절약 냉방법을 찾아서!

바람길을 만들자!

잠깐! 혹시 에어컨이 있어서 걱정 없다는 친구가 있을까 봐 하는 말인데, 에너지를 아낄 수 있는 냉방이 비단 우리 집에만 필요한 건 아니야. 올여름은 때이른 이상고온으로 냉방에 쓰는 전력량이 작년보다 17.5%나 늘어날 거래. 전력 낭비의 주범은 에어컨! 에어컨 1대는 선풍기 30대와 비슷한 전력을 쓰거든. 결국 정부에서는 ‘2010년 에너지절약대책’을 발표하고, 냉방을 하는 모든 건물에서 26℃ 이하로 냉방을 하지 않도록 의무화했어.

그러니 에어컨을 켜지 않고 시원한 바람을 만들 수 있다면 전기요금 걱정도 덜고 정말 좋겠지? 그런데 어떻게 해야 에어컨처럼 시원한 바람을 만들 수 있을까?

바람을 일으키는 열쇠는?

슝슝~, 실내에 바람을 일으키는 비법은 아프리카의 흰개미집에서 찾을 수 있다! 비밀은 흰개미집의 바닥과 위쪽에 뚫린 구멍! 바닥의 구멍으로 차가운 공기가 들어오고, 더워진 공기는 위쪽 구멍으로 빠져 나가 바깥보다 낮은 온도를 유지할 수 있다. 낮 기온이 38℃를 웃도는 아프리카에서 흰개미집 안의 온도를 30℃로 유지하는 비법이다.

마이크 피어스라는 건축가는 이 원리를 이용해 1996년 아프리카 짐바브웨에 이스트게이트 쇼핑센터를 세웠다. 건물 옥상에는 더운 공기가 빠져 나갈 구멍을 뚫었고, 건물 아래에도 구멍을 뚫어 찬공기가 건물로 들어오게 했다. 이렇게 만든 건물은 한여름에도 에어컨 없이 실내온도를 24℃로 만들 수 있다고 하니, 자연에서 얻은 단순한 원리만으로 놀라운 에너지 절약 냉방법이 탄생한 셈이다.
 

오호라! 흰개미 집에 찬 공기를 끌어들이고 더운 공기는 내보내는 구멍이 있다니, 단순하면서도 효과 만점이네! 더운 공기는 가벼워 위로 올라가려는 성질이 있고, 차가운 공기는 무거워 아래로 내려오려는 성질이 있으니 말야. 그렇다면 흰개미집의 구멍 대신 우리 집에 있는 창문을 이용해 바람을 만들 수 있지 않을까? 곧바로 실험에 도전해 봐야겠어!

도전! 우리 집 바람길 찾기

-실험 내용: 여러가지 방법으로 창문을 열어 실내 온도와 바람의 세기를 측정한다.
-실험 재료: 바람개비, 온도계

➊ 창문의 위치를 파악하자! 우리 집의 평면도를 그리고 창문에 번호를 표시해 놓자.
➋ 온도와 바람 측정! 하나 또는 두 개의 창문을 차례로 열어 온도를 측정하고, 바람개비가 10초
동안 몇 바퀴 돌아가는지 세어 본다.
➌ 기록하기 측정하는 장소는 늘 같게 하고 여러 날에 걸쳐 실험하며 표에 기록한다.

잠깐! 우리 집은 바람이 잘 통할까?

닫힌 실내에서는 공기가 움직일 수 없다. 따라서 바람이 불려면 창문을 열어 공기가 들어오고 빠져나갈 수 있는 통로를 만들어야 한다. 한쪽에서 들어오고 맞은편으로 빠져 나가도록 서로 마주보는 두 창문을 열면 효과적! 이 때 방문을 닫아 두어서 공기가 흐르는 길을 방해하면 소용이 없다. 이런 바람길은 집을 설계할 때부터 중요하게 다뤄진다. 통풍이 좋은 집은 여름에는 시원하고 겨울에는 금세 환기할 수 있어 열손실이 줄어들기 때문이다. 또 습도가 적당하게 유지되어 세균의 번식을 막을 수 있다.

 

우리나라의 전통 한옥도 대청마루의 툇마루가 지면보다 높고 통풍이 잘 되어 시원하다.

차가움을 더하자!

쨍쨍 내리쬐는 햇볕이 따가운 날엔 바람조차 후끈후끈~. 냉장고 문을 활짝 열어젖힌 채 얼굴을 들이대고 있다가 엄마한테 혼쭐이 났다니까. 아이스크림, 팥빙수, 얼음, 눈…. 온갖 차가운 것들을 떠올리다가 퍼뜩 떠오른 생각! 더워진 공기를 차가운 것들로 식힐 수 있지 않을까? 나는 인터넷과 책을 뒤져 가며 자료를 조사하기 시작 했어. 그리고 차가운 눈을 이용해서 냉방을 하는 건물을 알게 됐어!

겨울에 내린 눈으로 여름에 냉방을?!

일본 홋카이도는 일 년에 4~5m나 내리는 엄청난 눈이 골칫거리였다. 그런데 반짝이는 아이디어 하나로 눈도 치우고, 에너지도 절약하고 환경까지 살렸다! 그 아이디어는 바로 ‘눈 냉방 시스템’! 겨울에 내린 홋카이도의 눈 7000 톤을 얼음처럼 단단하게 만들어 거대한 밀폐 공간에 보관한다. 여름이 되었을 때 이 눈이 천천히 녹으며 생기는 차가운 공기를 관으로 끌어와 건물 냉방에 활용한 것! 게다가 눈이 녹은 물도 버리지 않고 화장실에서 쓴다니 놀라울 따름이다.

도야코 마을에서 눈의 냉기를 이용한 것처럼 우리 집에도 차가운 걸 놓아두고 공기를 순환시키면 마치 천연에어컨 같은 효과를 누릴 수 있지 않을까? 나는 집에서 쉽게 구할 수 있는 얼음을 이용해 보기로 했어.

도전! 얼음을 활용한 선풍기 냉방법

-실험 내용: 선풍기 주변에 얼음을 놓아 두고 실내 온도의 변화를 측정한다.
-실험 재료: 선풍기, 얼음, 온도계

잠깐! 한여름에도 녹지 않는 얼음 창고

눈냉방 시스템은 조선시대에도 있었다! 겨울에 채취한 얼음을 저장해 두었던 ‘석빙고’는 겨울철에 차가운 바람이 입구의 벽에 부딪혀 내부로 들어가도록 했다. 천장은 아치형으로 만들어 더운 공기가 모이게 했고 습기를 빼내는 배수로와, 석회와 진흙으로 만든 방수층, 밀집과 톱밥을 이용한 단열재를 두어 한여름에도 얼음이 녹지 않았다. 조상의 지혜로 현대의 냉장고 못지 않은 얼음 창고 탄생!


야호! 시원한 바람을 만끽하고 싶었던 소망이 이루어졌어. 미묘한 차이가 있었지만, 선풍기 40㎝ 앞에 얼음을 두었을 때가 가장 시원하게 느껴지더군. 앞으로 선풍기를 켤 때 자주 애용하기로 했어.


열을 훔치자!

‘솨아아~’

창밖을 보니 한 아주머니가 땅에 물을 뿌리고 계시네. 물을 증발시켜서 주변 공기를 차갑게 식히려는 건가 봐. 그 원리는 ‘기화열’에 있어. 액체인 물이 기체로 증발할 때 주변의 열을 빼앗고, 주변 공기는 차가워지는 거야. 마치 샤워를 한 뒤나 땀을 흘린 뒤에 바람을 쐬면 훨씬 시원한 것과 같지. 이 원리를 활용하면 더욱 시원한 여름을 날 수 있지 않을까?


마당에 물 뿌리는 원리를 이용한 에어컨도 있다!

한국과학기술원(KIST)의 이대영 박사팀은 물이 증발하면서 주변 공기를 차갑게 만드는 원리를 이용한 물에어컨을 개발했다. 습기를 머금은 따뜻한 공기가 습기 제거 장치를 지나면 건조한 공기로 바뀐다. 건조한 공기는 다시 물이 뿌려진 망을 지나면서 주변 공기를 차갑게 하는데, 이렇게 차가워진 공기를 밖으로 내보내는 원리를 이용한 것이다.

물에어컨은 일반 에어컨을 쓸 때 사용하는 전기량의 20%만으로 냉방이 가능하다. 또 온도뿐만 아니라 습도를 조절할 수 있어서 뽀송뽀송한 여름을 날 수 있다.


❶ 습도가 높은 따뜻한 공기가 들어간다.
❷ 습기 제거 장치를 지나면서 건조해진다. 온도는 여전히 높다.
❸ 물이 뿌려진 망을 지난다.
❹ 물이 증발하면서 공기가 차가워진다
❺ 찬 공기가 나온다.

 

와! 마당에 물을 뿌려서 시원하게 하는 원리가 새로운 에어컨 기술로 태어나다니! 나도 유난히땀을 많이 흘리시는 아빠를 위해 실험을 하나 계획했어. 아빠는 가끔 찬물에 발을 담그고 계시는데, 혹시 발이 아니라 손이나 얼굴을 식히면 더 시원한 건 아닐지 궁금해졌거든.


도전! 체온을 식혀 주는 냉방법

-실험 내용: 차가운 물수건을 이마, 목, 눈, 손, 발 등에 대고 시원한 느낌을 기록한다.
-실험 재료: 세숫대야, 물수건

 

엄마 아빠는 찬 물수건을 대고 ‘아휴, 시원하다’ 를 연발하셨어. 우리 가족은 눈이나 발만 시원하게
해도 마치 몸 전체가 시원한 느낌이 든다는 걸 알았지. 실제로 발과 눈에는 모세혈관이 많이 퍼져 있어서 혈관의 전체 표면적이 넓대. 그래서 차가 운 수건이 닿으면 금세 시원함을 느끼는 거였어!

잠깐! 열을 막자

열을 뺏는 것도 더위를 식히는 방법이지만, 열을 막는 것도 방법일 수 있다. 모래사막에서 뜨거운
태양을 피하기 위해 여러 겹을 둘러 입는 것처럼, 열을 막는 방법으로 실내온도를 낮출 수 있지 않을까? 한국건설기술연구원에서는 여름철에 얇은 커튼이나 블라인드를 쳐서 창문으로 들어오는 햇빛을 막는 방법을 권장하고 있다. 창문으로 들어오는 햇빛은 집안 전체 열의 20~30%나 되기 때문에 직사광선을 막아 주는 것만으로도 실내 온도가 약 2℃ 낮아진다. 건물 바깥에 차양을 만드는 것도 좋은 방법!


우리집 을 초록숲으로!

“맴맴~, 맴맴~!”

역시 뜨거운 여름엔 시원한 나무 그늘이 최고! 나무는 잎에서 수증기를 증발시키는 증산 작용을 해. 햇빛이 그대로 창문을 통과하는 대신, 수증기를 증발시키는 데 이용되면서 시원하게 하지. 나무가 주는 상쾌한 기분을 우리 집으로 옮겨올 수는 없을까?

온도를 낮춰 주는 녹색커튼!

건물의 벽에 넝쿨 식물을 가꾸면 건물에 내리쬐는 태양의 직사광선을 흡수하고, 증산작용으로 실내 온도를 낮추어 준다. 실제로 일본의 후쿠오카에서는 나팔꽃 녹색커튼 만들기 사업으로 톡톡한 에너지 절감 효과를 누렸는데, 나팔꽃이 무성하게 자란 곳은 최대 2.7℃까지 실내 온도가 내려갔다고 한다.

우리나라도 부산과 천안 등지에서 나팔꽃 녹색 커튼 만들기가 활발하다. 특히 올여름 천안시에서 시범 운영하는 초·중학교 학생들이 직접 나팔꽃을 키우고 실내 온도를 재는 활동을 시작한다고 하니, 그 결과가 궁금해진다.
 

이제 회색 도시는 안녕히~! 모든 건물에 녹색커튼을 만들면 정말 멋지겠다. 우리 집부터 녹색커튼을 가꾸면 어떨까? 난 정말 녹색식물이 온도를  낮출 수 있을지 실험을 해 보기로 했어.  
 

도전! 녹색커튼 만들기

실험 내용 창문 앞에 나팔꽃을 가꾸어 녹색커튼을 만들자!
실험 재료 나팔꽃 씨앗, 화분

잠깐! 건물 옥상에 숲을?!

서울시에서는 올해 말까지 도심에 5만 2263㎡의 정원을 만들 계획이다. 장소는 바로 높은 건물들의 옥상! 한국건설기술연구원에 따르면, 옥상에 나무를 심은 건물은 콘크리트 옥상 건물보다 6.4~13.3% 에너지를 절약하는 효과가 있다. 게다가 옥상에 깔아 놓은 흙은 산성비와 자외선을 막아 콘크리트가 부식되는 걸 막아 주고, 소음도 줄여 준다.

나팔꽃을 열심히 가꿔서 우리 집 창문에 무성하게 자란 초록 잎사귀를 드리우면 좋겠다! 그리고 나서 실내 온도가 얼마나 낮아졌는지 직접 재 봐야지. 단, 결과를 알 때까지 시간이 좀 필요하겠는걸?


Part 2. 쏙쏙 탐구 비법 공개 !

평범한 호기심을 빛나는 탐구로!

이렇게 궁금한 것에 대해 자료를 찾고 실험을 하며 시원한 여름을 보낼 수 있게 되니 정말 뿌듯해. 친구들도 내가 알려 준 여러 가지 방법으로 신나는 여름 방학을 보내길~. 그럼 여기서 끝~!

잠깐~! 이 녀석아 탐구를 시작했으면 끝까지 마무리를 해야지~! 오만가지 실험만 벌여 놓고 어딜 내빼려고~!

허걱! 아저씨는 누구세요~? 에너지도 절약하고 시원해지는 방법을 저렇게나 많이 찾았는걸요? 아, 혹시 저에게 상을 주려고 오셨나요?

아흠아흠! 나는 16차원에 사는 딴지박사야! 주제가 이상한 실험, 하다 만 실험, 결론 없는 실험은 죄다 나에게로 오지. 이 재밌는 것을 잘 정리하기만 해도 탐구 보고서 하나는 거뜬히 나온다고! 먼저 주제부터 살펴볼까~?

첫 번째 딴지!

주제는 구체적인가?

궁금한 주제가 생겼다고 해서 곧바로 탐구 문제가 정해지는 것은 아니야. ‘에너지를 절약하는 냉방법’처럼 범위가 너무 넓다면 ‘우리 집에서 가장 시원한 방은 어디일까?’처럼 실험이 가능하고 구체적인 주제로 좁혀야한다는 말씀!

두 번째 딴지!

사전 조사는 충분해?

주제를 정할 때 꼭 필요한 과정은 선행 연구 조사! 인터넷과 과학책 등 이전의 자료를 조사하면 서 나와 비슷한 주제를 이미 탐구한 적은 없는지, 또 책이나 인터넷 조사만으로 충분히 해결될 문제는 아닌지 살펴봐야 한다구! 그렇게 해서 독창적인 탐구 문제로 다듬어야 진짜 의미 있는 탐구가 될 수 있지. 특히 사회 이슈와 관련된 주제는 다른 사람도 관심을 가질 만한 주제여서 더욱 돋보이기 마련이야.

좋은 예

대야에 발을 담그면 시원하다.

우리 몸의 어느 부분을 담글 때 가장 시원할까?
≫ ‘몸의 각 부분의 온도 변화에 따른 체감 온도 연구’처럼
일반화할 수 있는 주제로 발전시키면 재미있는 탐구 주제가 될 수 있다.

우리 집에서 가장 시원한 방은 어딜까?
≫ ‘창문의 위치와 크기에 따른 방의 온도 변화’를 알아 보는 것으로 일반화해 보자.
이렇게 하면 생활 주변에서도 쉽고 재미있는 탐구 주제를 이끌어 낼 수 있다.

나쁜 예

마당에 물을 뿌리면 물을 뿌리지 않을 때보다 온도가 내려갈까?
≫ 굳이 실험하지 않아도 알 수 있다. 당연히 온도가 내려간다.

더운 나라 사람들은 어떻게 더위를 이길까?
≫ 인터넷이나 책만 찾아봐도 알 수 있는 내용이다.

세 번째 딴지!

실험 방법은 믿을 수 있나?

‘몸의 각 부분의 온도 변화에 따른 체감 기온 연구’처럼 사람의 감각기관에 의존하는 실험은 어떻게 측정할까? ‘매우시원하다’ ‘약간 시원하다’로 표현하면 모호한 결과가 돼. 사람마다 다를 수 있어서 믿을 수 없는 실험이 되지. 이럴 때는 숫자로 표현할 수 있는 방법을 찾아. 예를 들면 시원한 느낌을 ‘체감 기온’으로 나타내는 거야. 그리고 실험은 가능하면 많은 사람에게 하자. 자료가 많으면 많을수록 결
과에 믿음이 가니까! 스티커를 붙여 통계 조사를 하는 것도 재미있을 거야.

네 번째 딴지!

정직하게 기록했나?

오, 마이 갓! 실험 결과나 가설이 틀렸다며 기록을 하지 않거나 결과를 고치는 친구들이 있어. 그건 탐구에서 대단한 실수라고! 오히려 실험을 통해 하나의 가설이 틀렸다는 것을 검증했으니, 고스란히 기록해야 마땅하지. 잘못된 가설이나 실험 방법, 결과도 의미가 있어. 모두 기록하면 성공에 이르는 중요한 과정으로 남아서 오히려 믿을 수 있는 탐구가 돼. 잘못된 단계로 돌아가서 수정한 뒤 탐구 과정을 이어 나가면 된단다. 단, 빠짐없이 기록할 것!

후덜덜~,

떨리는 탐구 발표는 이렇게!

■ 탐구 동기, 과정, 결과, 아쉬운 점과 더 연구하고 싶은 부분을 차례로 요점만 간단히 말한다. 장황하게 하지 말고 다른 사람이 궁금해 할 내용을 빠뜨리지 않는 것이 포인트!
■ 질문과 답변을 할 때는 질문을 메모해서 요지에 맞는 대답을 하자.
■ 기본예절을 지키자. 발표하기 전과 끝난 뒤에는 인사를 꼭 하고, 말꼬리를 흐리지 말고 ‘~했습니다’로 끝까지 말하자.   오성환 (서울특별시과학전시관 교육연구사)
 

질문을 하고 가설을 세워 실험을 하고, 다른 사람에게 결론을 말해 주는 것은 과학자만 할 수 있는 일이 아니었어. 전기도 아끼고 냉방병도 사라졌다는 엄마 아빠의 칭찬에 기분은 더욱 우쭐~! 주변에 호기심을 가지고 즐겁게 실험해 보는 것도 시원한 여름을 보내는 방법이 아닐까? 게다가 방학 숙제까지 해결하고 말이야. ‘어린이과학동아’ 친구들도 꼭 도전해 보길 바랄게~!

한 눈에 이해가 쏙쏙  특집 한 걸음 더!

실내에 바람길을 만드는 사람은?
바람이 잘 통하는 실내 환경을 만드는 방법은 건축공학자들이 연구하고 있어요. 실내 환경에는 소리, 빛, 온도와 습도, 환기와 통풍이 포함되지요. 건물의 실내 환경을 조절하는 데는 에너지가 필요하고, 대부분의 에너지는 화석 연료에서 얻고 있어요. 그래서 에너지를 최대한 적게 소비할 수 있도록 건물을 설계하는 것이 중요하답니다. 이런 분야를 ‘건축환경계획’ 이라고 해요. 이런 연구 덕분에 자연이 주는 혜택을 최대한 이용해서 에너지를 절약하면서도 편안한 공간을 만들 수 있어요.

동굴이 시원한 까닭은?
여름철 시원한 피서지인 동굴! 그런데 여름에는 시원했던 동굴이 신기하게도 겨울에는 따뜻하게 느껴져요. 그건 동굴 속 공기가 바깥 공기와 분리되어 있기 때문! 열은 대류와 복사, 전도를 통해 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하지만, 땅 속 깊숙한 곳에 있는 동굴은 항상 일정한 온도를 유지할 수가 있어요. 김장독을 땅 속 깊이 묻어 두는 것도 일정한 온도를 유지하기 위해서랍니다.

왜 미지근한 물로 샤워를 해야 할까?
푹푹 찌는 듯이 더운 여름, 우리 몸은 쉴 새 없이 땀을 배출하며 몸 속 장기와 피부를 식혀 주고 있어요. 그런데 우리가 차가운 음식을 먹고 차가운 물로 샤워를 하면 우리 몸은 추위로부터 보호하기 위해 다시 체온을 상승시킨다는 사실! 여름철에 샤워를 할 때는 미지근한 물로 하라는 이유가 여기에 있답니다. 한여름에 뜨거운 삼계탕을 먹는 것도 날씨가 더워서 차가워진 몸 속 장기를 데우려는 데서 유래했다고 해요.