나무 증산작용으로 열대야 탈출

장마가 끝나기 무섭게 섭씨 35도를 오르내리는 무더위가 밤낮으로 계속되고 있습니다. 나무가 울창한 숲을 천천히 거닐다 보면 물 속에 들어갔을 때 못지않은 시원함을 느낄 수 있습니다. 이처럼 여름 숲이 시원한 데는 여러 가지 이유가 있습니다. 나무는 뿌리를 통해 흡수한 물에서 양분을 남기고 물만 밖으로 내보냅니다. 이것을 증산작용이라고 하는데, 나무는 증산작용을 통해 주변의 온도와 습도를 조절할 뿐 아니라 식물 자신의 온도와 물의 양도 조절합니다.

증산작용을 통해 대기 중으로 기화돼 나가는 물의 양은 나무마다 다르지만, 다 자란 단풍나무의 경우 시간당 생수통 수십 개 분량이나 되고, 반나절 동안 6000㎏의 물이 날아간다고 합니다. 그리고 이러한 증산작용은 햇볕이 강할수록, 온도가 높을수록, 습도가 낮을수록, 바람이 강할수록 잘 일어납니다. 더운 여름일수록 숲과 나무의 시원함을 더 잘 느낄 수 있겠죠?

나무뿌리에서 흡수된 물이 줄기를 거쳐 잎을 통해 밖으로 내보내질 때는 수증기 상태로 증발합니다. 액체 상태의 분자들 중 더 빠르게 움직이던 것들은 열을 흡수해 기체가 돼 떠나게 되는데, 액체 상태인 물이 기체 상태의 수증기로 변하는 과정을 기화라고 하며 기화에 필요한 열에너지를 기화열이라고 합니다. 물이 수증기가 되면서 주변으로부터 기화열을 빼앗아 주위 온도를 낮추기 때문에 우리가 시원함을 느끼는 것입니다.

숲과 나무 밑이 아무리 시원해도 통째로 집안으로 들여놓을 수는 없습니다. 그래서 자연이 준 기화열의 원리를 생활 속으로 가져온 것이 바로 에어컨입니다. 에어컨도 액체상태의 냉매가 기체가 될 때 주변에서 열을 빼앗는 기화열의 원리를 이용한 것입니다. 하지만 기체가 된 냉매가 공기 중으로 날아가지 않고 다시 높은 압력에 의해 주위로 열을 내놓고 액체가 되는 과정이 반복됩니다.

에어컨은 크게 실내에 있는 에어컨 본체(증발기)와 실외에 두는 실외기(응축기)로 나눌 수 있습니다. 냉매가 관을 통해 본체와 실외기를 순환하는데 실외기에서 본체로 올 때는 액체, 본체에서 실외기로 갈 때는 기체 상태로 이동합니다.

먼저 실외기에서 좁은 관을 통해 본체로 보내진 액체 냉매는 본체로 들어오기 전 드라이어를 통과하면서 수분을 빼앗기고 팽창밸브를 지나면서 높은 압력으로부터 벗어난 뒤 에어컨 본체 내에서 빠르게 기화됩니다. 이때 기화에 필요한 열을 주위로부터 흡수하게 되고, 열을 빼앗긴 차가운 공기가 프로펠러를 통해 시원한 바람으로 나오는 것입니다.

본체를 통과하면서 열을 흡수해 기화된 저온저압의 냉매는 압축기를 통과하면서 높은 압력을 받은 뒤 실외기에서 액화되면서 주위로 열을 방출합니다. 실외기를 통해 밖으로 방출되는 뜨거운 바람은 바로 기체 상태의 냉매가 액체가 될 때 방출한 열을 흡수해 뜨거워진 공기입니다. 또한 기체 상태의 냉매를 압축시켜 액체 냉매로 만들기 위해서는 많은 에너지가 필요한데, 이때 전기에너지를 이용합니다. 에어컨의 소비전력이 높은 이유도 이 때문입니다.

에어컨 때문에 실내온도는 낮아지지만 실외온도는 오히려 높아진다는 것도 생각해 볼 문제입니다. 어느덧 가정의 필수품이 된 에어컨.

아무리 복잡하고 어려워 보여도 그 기본원리는 결국 자연으로부터 배운 것입니다.



이세연 명덕고 교사