스팀에 숨은 비밀

이번 칼럼 시리즈는 드라이클리닝과 론드리 공장에서 가장 널리 사용하는 형태의 보일러와 스팀 시스템을 커버할 예정이다. 스팀 시스템은 피니슁 장비와 히팅 코일에 열을 공급하고, 옷의 주름 제거와 얼룩 제거에 도움이 되는 열과 스팀을 제공한다.

이 시스템의 기본 구성원은 다음과 같다:

1. 보일러
2. 레귤레이터
3. 스팀 배관
4. 스팀을 사용하는 장비
5. 스팀 트랩
6. 리턴 배관
7. 리턴 탱크

그러면 스팀 시스템의 에센스라고 할 수 있는 물부터 얘기해 보자. 우리가 다 알듯 물은 3가지 상태로 존재할 수 있다. 고체 상태는 얼음, 액체 상태는 물, 그리고 기체 상태는 증기이다. 우리는 물의 액체 상태와 기체 상태에 집중할 것이다. 우리에게 가장 중요한 부분은 물이 액체 상태에서 기체 상태로, 그리고 다시 액체 상태로 바뀌는 과정이다.

이러한 상태 변화를 좀 더 잘 이해하려면 에너지 측정에 대한 기본 상식을 알아야 한다. 우선 BTU에 관해 알아보자. BTU, 즉 영국 열량 단위(British Thermal Unit)란 물 1파운드의 온도를 1℉ 높이는데 필요한 열에너지를 뜻한다. 물은 (해발 0ｍ에서) 212℉에서 끓고 증기로 변환된다.

그러면 계산을 좀 해보자. 냄비에 물 1파운드(약 15온스)가 담겨 있다. 이 물은 수도꼭지에서 나올 때 온도가 65℉였는데 이것을 끓이고자 한다. 그렇다면 212 – 65 = 147, 즉 물의 온도를 147℉만큼 올려야 한다. 그렇다면 냄비에 담긴 물에 147 BTU의 열에너지를 더하면, 이 1파운드의 물이 증기로 변할까?

하지만 물에는 “잠열”(latent heat)이란 아주 특별한 성질이 있다. 스팀 시스템이 효율적일 수 있는 비결이 바로 잠열에 있다.

물의 온도를 65℉에서 212℉로 올리는데 필요한 열에너지를 현열(sensible heat)이라고 한다. 물의 온도를 212℉까지만 올리는데 필요한 열량은 앞에서 한 계산대로 147 BTU이다.

물의 온도가 일단 212℉에 도달하면, 이제 물이 액체 상태에서 기체로 바뀔 준비가 됐다. 하지만 액체 상태의 물을 기체 상태로 전환하려면 추가로 976.57 BTU란 추가의 열에너지가 필요하다. 추가로 필요한 이 976.57 BTU란 열에너지가 바로 잠열이다.

물을 212℉로 끌어올리는 데 필요한 열에너지보다 무려 6.4배의 에너지가 있어야 물이 증기로 바뀔 수 있다. 바로 여기에 스팀의 “마술”이 숨어있다.

스팀이 응축(condensation)할 때, 즉 증기가 물 또는 리턴 워터로 바뀔 때, 이 976.57 BTU란 잠열이 주변으로 방출된다. 그 주변이 바지를 다리고 있는 레거 프레스 헤드일 수 있고, 드라잉 싸이클에 들어간 드라이클리닝 머쉰의 히트 코일일 수 있다. 또는 정말 재수 없는 날이면, 지나가다 스팀 파이프에 닿아버린 당신의 팔꿈치일 수 있다.

스팀 안에는 바로 이 잠열이 에너지 저장 수단으로 들어가 있고, 스팀 배관을 이용하면 이 에너지를 원하는 곳으로 보내 사용할 수 있고, 열에너지를 방출한 스팀은 응축수로 변해 리턴 탱크로 돌아간다.