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녹색건축의 개념과 국내외현황

건물의 에너지/환경적 특성

인간의 주변에서 에너지라고 하는 대상보다 더 흥미롭고 중요한 것은 없는듯 하다.
에너지란 일(작업)을 할 수 있는 힘을 뜻하는데, 그 어원은 그리스어인 '에르곤'에서 나왔는데 '에네르게이아'이며, '일을 하는 능력'이라고 정의된다. 사실 에너지가 일을 한 것은 인간의 일보다 훨씬 이전의 일로서, 지구나 태양계의 탄생 자체도 에너지에 의해서 이루어진 결과라고 할 수 있다. 불의 발견, 증기기관의 발명 등 에너지이용은 인류문명을 빠른 시간 안에 비약적으로 발전시켰다. 18세기부터 19세기에 걸친 산업혁명을 '에너지혁명'이라고 일컬으며 근대과학기술의 눈부신 발전을 '에너지기술의 발전'이라고 보면 거의 틀림없을 것이다.

인간은 태고적부터 여러 가지 꿈을 꾸어 왔다. 새처럼 하늘을 날고 싶다든가, 먼 곳에 빨리 가고 싶다든가, 넓은 바다를 건너 새로운 육지로 가고 싶다든가, 달나라나 별나라를 구경하고 싶다든가, 더 소박하게는 어두운 밤에도 책을 읽고 싶다든가, 추운 겨울을 따뜻하게 지내고 싶다든가 하는 것들은 인류의 꿈이요, 야심이요, 염원이었다. 이러한 인류의 꿈과 야심, 그리고 염원은 역사를 통하여 하나 둘씩 이루어졌는데, 그것은 모두가 반드시 에너지와 결부됨으로써 가능한 일이었다. 에너지는 빛, 동력, 연료로서 인간에게 많은 일을 해 주었고 인류 문명의 발달을 뒷받침하였다. 오늘날 전자·정보화사회의 시대가 활짝 개화되고 자동차, 에어컨, VTR, 인공위성 등이 작동되어 우리의 경제, 문화활동을 보다 더 편리하게 지탱해 주고 있는데, 이처럼 윤택한 생활과 눈부신 사회발전을 가능케 해 준 원동력이 바로 에너지인 것이다. 이 사실은 과거와 현재에도 그러했듯이 미래에도 역시 그러할 것이다.

에너지란 말이 물리학적 용어로서 그 개념이 명확하게 인식된 것은 그리 오래된 것이 아니며, 오늘날 우리가 열역학이라고 부르는 에너지에 관한 기본법칙도 19세기 후반에 와서야 확립되었다. 에너지에 대한 최초의 사고는 운동물체의 효과를 어떻게 나타내는가 하는 문제를 통하여 표출되었다. 즉, 질량 m, 속도 v의 물체가 있을 때 데카르트는 mv, 라이프니츠는 mv2으로 에너지를 표현해야 한다고 주장하였지만, 후에 달랑베르는 전자가 운동량이며 후자가 일에 해당한다고 밝혔다. 그리고 일을 나타내는 단위로 cgs(cm,gram, second) 단위인 에르그(erg:질량 1g인 물체에 1cm/s2 가속도를 줄 수 있는 힘으로 1cm 움직였을 때 한 일의 양)가 채택되었고, 실용단위로 이것의 107배인 줄(joule)이 사용되게 되었다.

그후 운동에너지로서 1/2mv2, 위치에너지로서 mgh(g는 중력, h는 높이)가 정의되어, 공기마찰을 고려하지 않는 한 1/2mv2 + mgh는 불변이고, 물체의 운동에너지와 위치에너지의 합은 불변이라고 하는 에너지역학 보존의 법칙이 확립되었다. 특히 란호드(1753∼1814), 줄(1818∼1889), 마이어(1814∼1878), 헬름흘츠(1821∼1894)를 거쳐, 열은 에너지형태에 불과하다는 것이 밝혀짐으로써 열역학 제1법칙(하나의 체계를 가진 에너지 총량 U는, 그 체계의 외부와 에너지교환이 없는 경우 일정하게 유지되지만, 외부와 교환이 있는 경우 그 증가량은 외부에서 들어온 열량 Q와 그 체계에 대하여 외부로부터 이루어진 역학적 일 W의 합과 같다)이 확립되었다.

그후 음, 광, 전자기, 화학변화를 포함한 모든 체계에 '에너지보존의 법칙'이 확장되어, 역학에너지, 전기에너지, 자기에너지, 열에너지, 화학에너지는 상호 교환될 수 있음이 명백히 밝혀졌다. 20세기에 들기까지는 여러 과정에 걸친 에너지의 출입, 그 형태의 변화뿐으로 물질이 가지고 있는 전 에너지의 절대적인 가치는 문제가 되지 않았으나, 1905년에 이르러 아인슈타인(1879∼1955)이 특수상대성이론을 제시하여, 속도가 v로 움직이고 있는 물체의 에너지는 E=m0c2 / √1-(V-C)2이라고 주장하였다. 여기서 c는 진공 중 광속도, m은 물체 정지시 질량을 나타낸다. v는 물체의 운동속도로 보통은 c에 비해 적으나 위 식을 전개하여, 2=moc2+1/2m0v2+ ‥‥‥‥의 형태로 쓴다면, 제2항은 뉴턴역학에 있어서의 운동에너지이며, 제1항 moc2는 물체가 정지시에 갖는 에너지로서 정지에너지라 불린다.

이는 단적으로 말해, 질량 1g의 물질이 완전히 에너지로 변화하면, c2에르그(약 9x1020에르그)의 에너지가 되고 역으로 나타내면 질량도 에너지형태에 불과하다는 것을 말한다. 이것은 원자핵반응 및 분열시의 에너지이동에 따른 질량의 증감, 광물질로의 전화 및 그 역현상에 의해 정량적으로 증명되었다. 이상, 에너지란 무엇인가를 물리학의 역사에 따라 간단히 설명했는데, 오늘날 에너지란 용어는 비단 물리학을 비롯한 자연과학 분야에서 뿐만 아니라 경제학을 포함한 인문·사회과학 영역에까지 광범하게 사용되어, 그 개념도 원래의 물리학의 범주를 넘어서 복합적인 의미를 가지게 되었다.
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