중학교 1~3학년군[재활용]
에너지, 다시 태어나다!
학교급 중등 1~3학년 구 분 학생용
2 ● STEAM ① 재활용품을 이용한 생활용품 만들기
생각열기
블랙아웃 현상이 일어난다면?
2003년 대정전 당시 캐나다 토론토의 모습
전기사용량이 전력공급량을 초과하면 대정전인 블랙아웃이 벌어질 수 있다. 위의 사진은 사상 최악의 대정전 사건으로 불리는 2003년 미국 동부의 정전사태의 모습이다. 우리나라도 최근 여름이나 겨울이 되면 전기사용량이 늘어나면서 블랙아웃 직전의 위기에 처하기도 한다. 실제로 2011년 9월 15일에 전국적으로 정전사태가 일어난 적이 있었다. 블랙아웃이 일어나면 어떤 일이 벌어질까? 또 블랙아웃 사태가 일어나지 않도록 하기 위해서 어떻게 해야 할까? 다음의 상황을 잘 생각해 보자.
블랙아웃이 일어나 전기가 끊어진 지 일주일이 지났다. 며칠 사이 대한민국 땅은 18세기로 돌아가 있다. 휴대전화나 인터넷은 온통 먹통, 지하철은 멈춰 섰고, 신호등도 꺼져 차도 다니지 않는다. 거리를 걸어도 문을 연 은행이나 상점이 없다. 밤이 되면 온통 암흑이라 겁이 난다. 강추위 에도 난방 장치를 켤 수 없고 온수도 쓸 수 없다. 몸이 얼어붙는 것 같은 느낌이다. 언제쯤 전기가 들어오려나.
블랙아웃이 일어나 여러 가지 어려움에 처한 상항입니다. 추운 겨울에 난방 장치를 켤 수도 없고 온수도 쓸 수 없습니다. 이러한 상황에서 전기에너지를 대체하여 쓸 수 있는 에너지에는 무엇이 있을까요? 또 그 에너지를 활용하여 추운 몸을 녹일 수 있는 온수를 만들어 이 위기를 극복할 수 있을까요?
생각펼치기
학습주제 태양열 에너지를 이용한 페트병 온수기 만들기
학습목표 태양열 온수기의 원리를 알고 태양열 온수기를 만들어 봅시다.
앞으로 닥칠 에너지 고갈에 대비하고 기후 변화를 막기 위하여 신․재 생 에너지의 개발이 필요하다. 신․재생 에너지는 지금까지 사용하던 에 너지가 아닌 기술적으로 새로운 에너지인 신에너지와 사용한 후 일정 시간이 지나면 다시 보충되기 때문에 계속해서 이용할 수 있는 재생 에너지를 말한다. 중국의 한 농부는 늙은 노모를 위해 신․재생 에너지인 태양열을 이용해 온수기를 만들었다. 또한 맥주병을 재료로 사용해 비용 을 줄이면서 친환경적으로 설계했다. 우리도 페트병을 재활용하여 태양 열 에너지를 활용한 온수기를 만들어보자.
4 ● STEAM ① 재활용품을 이용한 생활용품 만들기
태양열 온수기 만들기
준비물
구멍 뚫린 1.8ℓ 페트병 6개, 검은 호스 16㎜ 5m, 은박매트(1m×50cm), 합판 (1m×50cm), 호스연결구 2개, 얇은 막대(별도의 필수 규격 없음), 양면테이프, 가위
활동과정
1. 검은 호스를 구멍이 뚫린 페트병 바닥 쪽에서 입구 방향으로 넣기(얇은 막대를 이용하면 호스를 병 입구 쪽으로 가져오기 수월함)
2. 합판에 은박매트 붙이기
3. 은박매트 위에 페트병을 2개씩 3줄로 S자로 고정시키기
4. 위와 아래쪽에 적당한 길이로 호스를 잘라내고, 양쪽 모두 호스연결구 달기.
온도가 서로 다른 두 물체가 서로 접촉하면 온도가 높은 물체에서 온도가 낮은 물체로 열이 이동한다. 시간이 지나면 두 물체의 온도가 같아지는데, 이러한 상태를 열평형이라고 한다. 열이 전달되는 방법에는 전도, 대류, 복사가 있습니다. 페트병 태양열 온수기에서 페트병의 역할은 땅이 태양빛을 흡수해서 온도가 상승한 후 그렇게 해서 데워진 공기가 확산되는 것을 유리(또는 비닐)가 막음으로써 온실 내부 온도가 상승하는 것을 말하는 온실효과가 일어나도록 하는 것이다.
1. 태양열 온수기의 성능을 좋게 하기 위하여 어떻게 하면 좋을까요?
2. 태양열 온수기를 운동장에 들고 나가 직접 따뜻한 온수를 만들어 봅시다.
학습 활동지
▣ 신·재생 에너지를 알아봅시다.
1. 신에너지: 지금까지 사용하던 에너지가 아닌 기술적으로 새로운 에너지 종류:
2. 재생에너지: 사용한 후 일정 시간이 지나면 다시 보충되기 때문에 계속해서 이용할 수 있는 에너지 종류:
▣ 태양열 온수기의 원리
6 ● STEAM ① 재활용품을 이용한 생활용품 만들기
▣ 태양열 온수기의 성능은?
수돗물의 온도 온수기를 통과한 후의 온도
생각다지기
▣ 태양열 온수기를 더 발전시켜보자.
태양열 에너지를 더 효율적으로 사용하기 위해 태양열 온수기를 어떻게 개선하면 좋을지 생각해 봅시다.
생각되돌아보기
신․재생 에너지 중 하나인 태양열 에너지를 이용하여 따뜻한 온수를 만들 수 있는 페트병 태양열 온수기를 만들어 보았습니다. 우리가 만든 페트병 태양열 온수기는 화석 연료를 대체할 수 있는 태양열을 활용함으로써 에너지 자원 고갈과 대규모 정전 사태인 블랙아웃의 위기에 대처할 수 있는 한가지의 방법입니다. 또한 생활에서 쓰이고 버려지는 페트병을 재활용하여 만들 었기 때문에 환경오염과 자원의 낭비를 막을 수 있는 장치이기도 합니다. 이러한 페트병 태양열 온수기를 만들고 직접 작동해서 따뜻한 온수를 만들었을 때 어떤 느낌이 들었나요? 재활용품을 이용하여 신․재생 에너지를 실생활에 유용하게 활용할 수 있는 다양한 방법을 더욱 모색해 봅시다.
8 ● STEAM ② 가스레인지 폐열을 활용한 온수기
프롤로그 1
다음은 ○○시 지역단체장 선거에 출마한 어느 시장 후보의 연설 내용입니다. 이 사람이 공약 으로 내건 것은 무엇인지 알아봅시다.
사랑하는 ○○시민 여러분! 기호 2번 △△△ 후보입니다.
지속가능한 개발 전국민 실천 운동을 벌이며 반평생을 살아왔습니다. 우리 ○○시가 전국에서 공장이 가장 많이 밀집해있어 오랫동안 시민들이 경제적 어려움 그리고 취업난을 겪지 않고 풍족 하게 살아온 것은 모두가 다 아는 사실입니다.
하지만 살림살이는 나아졌지만 여러분의 삶의 질은 높아지셨습니까?
수백 개의 공장 굴뚝 한가운데 여러분이 겪고 있는 대기오염의 피해는 조금도 나아지지 않았습 니다. 세금은 남들과 똑같이 내면서 우리 아이들과 연로하신 부모님의 건강은 챙겨드리지 못했습 니다.
존경하는 유권자 여러분!
십여 년 전부터 재활용 분야에서는 폐열의 활용이라는 이슈가 생겼습니다.
선진국에서는 이미 공장의 굴뚝에서 나오는 더 뜨거운 열기들을 모아 다른 에너지로 사용가능 한 기술을 개발하여 여러 용도로 재사용하고 있다고 합니다.
사랑하는 ○○시민 여러분!
저를 시장으로 뽑아주신다면 굴뚝에 정화장치를 설치하는 것은 물론이고, 수많은 공장에서 버려 지는 폐열을 활용할 수 있는 집열 장치를 설치하여 여러분 가정에 난방, 온수, 전력을 무상으로 공급하겠습니다.
시민 여러분!
모두 한 분도 빠짐없이 반드시 투표에 참여하셔서 우리 지역의 참일꾼을 뽑아주시기 바랍니다.
회색도시에서 녹색도시로 바꾸는 힘은 시민 여러분에게서 나옵니다. 모두가 살기 좋은 희망의 변화가 시작될 수 있도록 지지를 보내주시기 바랍니다.
새 시대! 새 일꾼!
이 △△△와 함께 열어갑시다.
감사합니다.
다음달 1일부터 지역난방요금이 1% 인하되고, 주거용 오피스텔에도 주택용 요금이 적용됩니 다.
전국 36개 지역 173만 가구가 요금 인하의 혜택을 보게 될 전망입니다.
3월부터 지역난방요금이 1% 인하되고, 주거용 오피스텔에도 주택용 난방요금이 적용돼 지역 난방비가 저렴해질 전망입니다.
지식경제부는 지역난방의 경우 열병합 발전을 해 일반발전보다 에너지 이용효율이 30% 가까 이 높은데다, 지난해 소각열과 폐열, 매립가스 등 저렴한 연료에너지 사용이 늘어 요금 인하 요인이 발생했다고 설명했습니다.
이에 따라 이번 요금 인하는 한국지역난방공사와 GS파워, 삼천리 등 21개 에너지 사업자가 운영하고 있는, 서울과 경기도, 안양 등 전국 36개 지역 173만 세대와 건물 2천631개에 적용될 예정입니다.
전체 1천488만 세대의 11.6%가 가격 인하 혜택을 보는 셈입니다.
이번 요금 조정으로 지역난방을 사용하는 85m2 아파트를 기준으로 연간 난방비가 7천 원 정도 절감되며, 오피스텔 입주자의 난방비도 연간 8만 원 정도 낮아질 것으로 예상됩니다.
지식경제부는 지역별 열병합발전소를 통합해 운영하고 소각열과 폐열 이용을 늘려, 원가경쟁 력을 지속적으로 강화할 계획입니다.
프롤로그 2
2011년 2월 23일 KTV 뉴스의 일부입니다.
10 ● STEAM ② 가스레인지 폐열을 활용한 온수기
프롤로그 3
네이버 인터넷 데이터 센터 ‘각’ 전경 사진
컴퓨터를 켜면 나는 소리는 무엇일까요? 하드디스크를 식히는 팬이 돌아가는 소리입니다.
여름에는 본체에서 나는 열기가 짜증이 날 때가 있습니다. 그렇다면 이렇게 많은 데이터가 모여 있는 곳을 상상해 볼까요? 위 사진은 네이버가 이용자들의 엄청난 데이터양을 저장하고 있는
‘각’이라는 건물입니다. 지난 6월에는 국제적으로 통용되는 친환경 인증제도에서 최고 등급을 받은 이 건물의 특징들을 살펴봅시다.
생각열기
폐열의 종류를 알아보고 방법을 생각해 봅시다.
◦ 폐열이란?
와 같은 곳에서 발생하여 버려지는 열을 와 같은 방법으로 재활용하는 것이다.
① 현재 이용 중인 폐열
② 재활용할 수 있는 폐열
네이버 인터넷 데이터센터의 친환경적 요소를 찾아봅시다.
① 위치 선정 : - 그 까닭 : ② 설계 방식 : - 그 까닭 :
12 ● STEAM ② 가스레인지 폐열을 활용한 온수기
생각펼치기
가스레인지의 폐열의 모을 수 있는 장치를 표현해 봅시다.
온수를 보관할 수 있는 통을 보온병의 원리를 가지고 표현해 봅시다.
생각다지기
물의 온도 변화를 살펴봅시다.
처음 물의 온도 나중 물의 온도
다른 모둠과 결과를 비교해 봅시다.
① A 모둠의 온도 변화 :
- 우리 모둠과의 차이점 :
② B 모둠의 온도 변화 :
- 우리 모둠과의 차이점 :
온도의 차이를 높이기 위해 방법에는 무엇이 있을지 알아봅시다.
14 ● STEAM ② 가스레인지 폐열을 활용한 온수기
생각되돌아보기
다음을 읽고 물음에 답하여 봅시다.
은형 씨의 가족은 매일 800ℓ 정도의 온수를 쓰고 온수용만으로 매달 약 2만 원 정도의 요금을 내고 있습니다.
가스레인지의 폐열을 이용한 온수기로 하루에 300ℓ 정도의 온수를 사용한다면 매년 아낄 수 있는 가스비는 얼마일까요?
- 위에서 살펴본 사례 이외에 어디에서 폐열을 활용할 수 있을까요?
- 위 아이디어 중 하나를 선택하여 폐열을 이용한 장치를 표현해봅니다.
