폭염에도 시원한 개미집, 왜 그런걸까?

출처:StormGeo

 아프리카에 존재하는 사막의 기온은 여름에 50도까지 올라갈 정도로 매우 무덥습니다. 또한 어떤 사막에는 1년에 비가 한 방울도 내리지 않을 때도 많으며 보통 연중 강수량이 250mm이하이기 때문에 고온으로 금방 증발해버리기도 합니다. 따라서 사막은 항상 건조할 수 밖에 없습니다. 하지만 이렇게 건조하고 고온인 곳에서도 꿋꿋하게 집을 짓고 사는 곤충이 있다고 합니다. 그 곤충은 바로 흰개미입니다.

흰개미의 집 구조

출처:BioEnergy Consult

 개미라는 이름을 지녔지만, 사실 개미보다는 바퀴벌레에 가까운 바퀴목 흰개미아목에 속하는 흰개미는 전세계에 약 2천여개가 넘는 종의 수를 가지고 있으며, 아프리카에 사는 흰개미들만 해도 500여종이 넘는다고 합니다. 흰개미들은 주로 얇고 투명한 큐티클로 이루어져 있으며 이 큐티클은 매우 부드럽기 때문에 극한 고온이나 저온은 피해서 집을 짓는다고 합니다.

 일반적으로 개미들이 땅 속에 집을 짓는 것과는 달리 흰개미들은 흙을 높게 쌓아올려 집을 짓습니다. 흰개미들은 자신들의 배설물들과 침, 그리고 흙 등을 이용하여 원뿔형으로 집을 지을 수 있으며 낮게는 작은 언덕 수준인 1m~2m의 흰개미집도 있으나 높게는 아파트 3층 높이와 맞먹을 정도로 9m이상 되는 집을 짓는다고 합니다.

출처:CBC.ca/Pest Control Technology

 작게는 0.4cm부터 아무리 커도 2cm가 되지 않는 흰개미들이 약 9m정도의 거대하고 높은 집을 지으려면 약 8년 정도의 시간이 소요되며, 주로 더운 곳에 서식하는 흰개미들의 집은 태양을 받아 건조되면서 마치 돌처럼 단단해집니다. 실제로 2018년 브라질 북동부에서 영국의 곤충학자 스티븐 마틴(Stephen Martin)은 흰개미들이 모여사는 군락지를 발견했으며, 위에서 내려다볼땐 그냥 평범한 흙더미가 쌓여져 있는 것처럼 보이는 흰개미집이 2억개 이상 존재한다고 합니다. 흰개미들의 집 내부에는 다른 개미집과 동일하게 여러 개의 방과 통로가 존재하고 있습니다.

흰개미집의 비밀

출처:Resource WUR

 흰개미들이 안락하게 서식하는 흰개미집에는 엄청난 비밀이 숨겨져 있습니다. 그 비밀은 기온이 50도까지 올라가는 사막에서도 그들이 자리잡고 살 수 있었던 이유이기도 합니다. 일반적으로 생각할 때 바깥 기온이 50도 이상 올라가면 자연스럽게 흰개미집의 기온도 50도까진 아니더라도 바깥 기온과 마찬가지로 내부의 기온도 높게 올라간다고 생각이 됩니다. 마치 햇빛이 강하게 내리쬐는 여름철에 에어컨이 없는 집의 온도도 바깥과 마찬가지로 상승해서 매우 더워지는 것처럼 말이죠.

 하지만 흰개미의 집은 이 곰팡이균의 일종인 버섯을 이용해 온도를 조절하고 있습니다. 흰개미들은 집 내부에 버섯을 마치 가구처럼 들여다놓습니다. 사실 버섯을 들여놓는 이유는 흰개미가 식량으로 먹으려는 이유도 있지만, 이 버섯이 점점 성장하면서 열이 발생하고, 버섯에서 발생한 열로 인해 흰개미집 내부 공기가 따뜻해지면 대류현상으로 인해 공기들이 위로 올라가게 됩니다.

 데워진 공기는 저기압이 되며 원뿔형으로 솟아오른 흰개미의 집은 군데군데 존재하는 구멍들로 인해 모두 흰개미집 밖으로 빠져나가게 됩니다. 이 때 흰개미집 외부와 땅 속에서 고기압인 찬 공기가 자연스럽게 저기압이 되어버린 흰개미집 내부로 들어오게 되면서 온도가 일정하게 유지되는 것이죠.

 흰개미집은 이렇게 버섯을 이용하여 환기 과정을 거치면서 내부 온도를 조절합니다. 땅 속에서 차가운 공기가 흰개미집 안으로 많이 유입되어 내부 공기가 너무 차가워질 경우 데워진 공기가 나가지 못하게 집 위쪽에 존재하는 공기구멍들을 막아가며 내부 온도를 조절합니다. 이런 환기시설 덕분에 일년 내내 습도, 온도 등을 일정하게 유지할 수 있어 살기에 더없이 안락한 조건이 되는 것입니다. 실제로 이 때문에 흰개미집의 내부는 항상 섭씨 29~30도 정도로 유지된다고 합니다.

흰개미집 원리를 이용한 빌딩

출처:Bulawayo24

 이렇게 지혜로운 흰개미집 원리를 차용하여 지어진 빌딩이 실제로 존재합니다. 그 빌딩은 바로 아프리카 동남부에 위치하고 있는 짐바브웨의 이스트게이트 센터(Eastgate Center)라는 건물입니다. 이 건물은 환경 건축가 믹 피어스(Mick Pearce)가 설계한 건물로, 믹 피어스는 흰개미집의 환기 원리를 보고 자연적으로 통풍이 되는 건물을 설계하였습니다. 흰개미집의 원뿔형 위쪽에 위치하고 있는 공기구멍들을 보고 건물 옥상에 뜨거운 공기를 밖으로 내보낼 수 있는 통풍구역할의 60여개의 굴뚝들을 만들었습니다.

출처:My Guide Zimbabwe

 두 동으로 구성되어 있는 이스트게이트 센터 사이에 있는 공간에는 흰개미집에 찬 공기를 유입하는 것처럼 저용량 선풍기를 설치하였습니다. 그리고 양쪽 두 건물의 일층을 모두 트이게 하여 선풍기로부터 찬 공기가 건물 안으로 유입될 수 있도록 도왔습니다. 덕분에 평균온도 34도 이상을 웃도는 아프리카 짐바브웨에서 에어컨을 가동할 필요가 없을 정도로 시원한 실내온도를 만들었습니다. 실제로 이스트게이트 센터의 전력소비량은 다른 유사한 건물에 비해 10%이하에 그쳤기 때문에 엄청난 에너지 절감 효과를 볼 수 있었다고 합니다.

 *참고 자료

Cooling strategies in the biological systems and termite mound: The potential of emulating them to sustainable architecture and bionic engineering

These self-cooled buildings were inspired by termites and frogs

흰개미에게 배우는 건축의 지혜 지붕창

흰개미가 인간보다 뛰어난 건축가인 이유는?

Ancient termite megapolis as large as Britain found in Brazil

대류 (convection (current))

생활 속 바이오(19) 흰개미집 모방한 에어콘 없는 건물

- 출처→ 스마트 1분