화목 난로의 열교환과 축열난방
열교환 방식은 화목 난로에서 발생한 열로 어떻게 실내를 따뜻하게 하는 가에 따라 달라진다. 열교환 방식의 차이는 다름 아닌 난방 방식의 차이라 할 수 있다. 우리가 익히 들어온 난방 방식에는 구들, 보일러와 같은 바닥 난방과 벽난로와 같은 공간 난방 방식이 있다. 구들은 구들돌에 보일러는 물에 열을 저장해두었다가 서서히 열복사가 일어나게 하는 난방 방식이다. 지금 여기서 얘기하고자 하는 화목 벽난로는 곧바로 실내 공간에 열을 복사하거나 공기를 데우는 방식이다. 이러한 공간 난방 방식의 종류를 살펴보자.
가) 돌이나 벽돌, 흙과 같은 재료로 만든 축열체에 열을 저장했다 열복사가 일어나게 하는 축열 복사 방식
나) 물을 뎁혀서 공간 난방에 이용하는 온수 열복사 방식
다) 화목 난로를 통과한 뜨거운 공기를 이용해서 실내 공기를 데우는 대류난방 방식
어떠한 난방 방식이든 잘 설계되고 시공된 화목난로의 열교환기는 뜨거운 열기가 그대로 굴뚝으로 빠져나가지 않고 가능한 실내로 열기를 전달하도록 한다. 집밖으로 빠져나가는 아까운 열기를 최대한 실내에서 먼저 이용하고 정작 굴뚝으로는 가능한 식혀진 상태로 연소가스가 빠져나가도록 한다. 장작이 열에너지로 바뀌는 연소효율이 70% 정도가 된다. 그러나 잘못 설계된 화목 난로의 경우 실내에서 이용할 수 있는 열에너지는 장작이 연소될 때 발생하는 열에너지의 10~20% 정도 밖에 되지 않는다. 결과적으로 장작이 갖고 있는 열에너지의 7~14%밖에 실내 난방에 사용하지 못한다. 그러나 축열, 온수, 대류 난방 등 어떠한 방식이든 효과적인 열교환장치가 달린 화목난로는 30~40% 이상의 에너지를 실내 난방에 사용할 수 있도록 한다.
축열 난방 방식은 외풍이 많은 집이 대부분인 시대에 개발되었다. 여기 저기 틈이 숭숭 뚫린 옛날 집들은 한 시간에 열번 이상 공기 교환이 일어났다. 다시 말해 집안의 모든 공기는 매 시간 마다 열번 이상 완전히 교체되었다. 맙소사. 아무리 화목난로를 활활 태운다 해도 순 식간에 따뜻해진 실내 공기를 사라지고 차가운 외부 공기가 방안을 가득 채우고만다는 얘기다. 축열체가 없는 벽난로는 사실 효과적인 난방장치가 아니란 셈. 이러한 이유로 한번에 과도하게 집 안 공기를 뎁히는 대신 남는 열을 축열체에
저장한다. 축열체에 충분한 열을 저장한 후에도 축열재(돌, 벽돌, 흙)의 표면은 상대적으로 온도가 낮은 상태가 유지된다. 축열재에 저장된 열은 서서히 실내로 시간당 매우 낮은 비율로 천천히 실내로 복사 된다. 이러한 축열 열복사 난방 방식은 외풍이 많은 실내 공간을 난방하는데 적합하다.
축열 복사 난방 방식은 깨끗한 연소를 돕는다.
축열 복사 난방은 오랜 시간 동안 실내 온도를 지나치게 높이지 않으면서도 장작을 고온 연소시킬 수 있다. 불 붙은 화목에서 발생한 뜨거운 열기가 곧바로 실내로 가지 않고 차가운 돌이나 흙 또는 물에 전달된다. 활활 타는 큰 불은 매우 높은 온도이기 때문에 불완전 연소에 의한 해로운 연기나 가스도 적게 발생한다. 해로운 연기나 가스는 고온의 불꽃 속에서 재연소된다. 축열난방 방식은 뜨거운 화목의 열기를 흙이나 돌, 물 등에 축열시킨 후 빠져나가게 만든다. 화목난로 에는 댐퍼Damper나 개폐구가 있어서 곧바로 뜨거운 열기가 연통이나 굴뚝을 통해서 빠져나가는 걸 조절한다. 축열된 흙이나 돌은 서서히 실내로 열복사를 시작한다. 실내 공간은 화목 난로의 불이 꺼진 후에도 비교적 상당한 시간 동안 지속해서 일정한 온도를 유지한다.
연통은 좋은 열교환 장치가 아니다.
원통형의 연통은 실내로 열을 방사시키는 대신 상당한 양의 열을 실외로 배출시킨다. 연통은 결코 좋은 열교환장치가 아니다. 뜨거운 연기와 가스는 연통과의 마찰을 피하면서 연통 중간을 빠르게 빠져나간다. 사실 효과적으로 연기와 가스를 배출하기 위해서 연통이나 굴뚝은 단열처리를 해야 한다. 당연히 열교환이 쉽게 일어나지 않는다. 때문에 장작열의 많은 부분이 연통을 통해 창과 벽을 너머 집 밖으로 빠져나가 버린다. 아프로베쵸Aprovecho 연구소의 실험 결과 이렇게 잃어버리는 열을 잡아두면 상당한 양의 장작을 줄일 수 있다. 좋은 난방용 장작난로는 좋은 열교환장치를 갖고 있는 난로이다. 열교환이 잘 이뤄지면 땔감을 적게 사용할 수 있다.
댐퍼(Damper)에 대한 잘못된 상식
화목이 연소된 후 연통이나 굴뚝의 연기 배출을 조절하면 실내 환기량을 줄일 수 있다. 많은 사람들이 연통의 댐퍼를 불의 세기 조절 장치로 알고 있다. 물론 불의 세기를 조절하는 데 사용할 수 있다. 그러나 연소 중 연통의 댐퍼를 닫으면 불완전 연소되고 집안은 연기로 가득차게 된다. 댐퍼를 연소실 바로 위에 설치하면 최악의 결과를 낳을 수 있다. 연소는 연소대로 잘 않되고 연기는 연기대로 많이 난다. 연소가 된 후 뜨거워진 열기가 충분한 시간 축열재를 통과해서 축열체에 열이 저장되기 전까지는 외부로 빠져나가지 않도록 배기를 조절할 수 있는 적절한 위치에 댐퍼가 있어야 한다. 댐퍼가 없다면 뜨거운 공기가 굴뚝을 통해서 빠져나가는 만큼 창이나 문, 지붕 틈새 등을 통해서 들어온 차가운 공기가 실내로 들어오게 된다. 댐퍼는 불기 조절장치라기 보다는 배기 지연 장치라 할 수 있다. 처음 불을 붙일 때 상당한 정도로 실내 공기의 교체가 일어난다. 3~4 시간 화목 난로를 활활 때서 축
열체에 충분히 열이 저장된 후 댐퍼를 닫아두면 실내의 뜨거운 공기가 빠져나가는 것과 차가운 공기가 실내로 들어오는 것을 막을 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 연소구에 외부로부터 공기를 끌어들이는 공기주입관을 연결해두면 실내의 대류 온도를 어느 정도 일정하게 유지하는 데 도움이 된다.
축열 방식의 장점과 단점
- 장점
1. 축열 열복사 방식은 밤새 집안을 따뜻하게 유지할 수 있다. (열복사 지속성)
2. 열복사는 너무 뜨겁지 않고 부드러운 따뜻한 느낌을 준다.
3. 화목 난로를 때는 시간을 줄일 수 있다. 즉 밤새 불을 때지 않아도 된다.
4. 단시간 고열 연소가 가능하기 때문에 연기가 적게 난다.
- 단점
1. 순간적인 실내 온도 조절이 되지 않는다. 서서히 실내 온도가 올라가고 서서히 식는다.
2. 축열재가 달궈지는 데 오랜 시간이 걸린다. 따라서 실내 온도를 높이는 시간도 한참 걸린다.
3. 축열재가 실내에서 차지하는 공간 비중이 크다.
4. 돌, 벽돌, 흙으로 축열 열교환 장치를 만드는 데 약간의 기술과 경험이 필요하다.
[출처] 화목 난로의 열교환과 축열난방 (스트로베일 하우스) |작성자 팻독피쉬