페트병 에어컨의 진실, 과학으로 포장된 집단 무지

내 블로그에 방문하신 어느 손님께서 가능한 물건이냐고 질문을 하셔서, 
페트병 에어컨이라는 것의 존재를 알게 되었다.

좀 찾아보니, 최근 핫 이슈인 듯 많이 나온다.
동영상도 있고 조선일보 같은 언론사들도 경쟁적으로 기사를 쓰고 있다.
게다가 MBC에서는 모 대학교수를 앞세워서 실증(?) 방영도 했었나 보다.

압축된 공기가 좁은 통로를 통과하여 압력이 낮아지고 속도가 빨라질 때,
온도가 낮아지는 것을 이용해서 실내 온도를 5도나 낮춘다는 것이다.

실내온도를 5도 낮추려면,
냉기의 온도는 최소한 10도 이상 낮아야 한다.

헐~
실내 온도 5도를 낮추려면 에어컨으로도 꽤 빵빵하게 틀어야 하는데,
창문에 단지 작은 구멍들을 여러 개 뚫어서 가능하다고?
거의 혁명적인 수준이다.

꼭 페트병은 아니라도,
비슷한 상황을 살면서 많이 접했을 텐데, (문틈으로 부는 틈새바람 등)
난 한 번도 그 정도의 강력한 냉각효과를 경험한 적이 없다.
아마 다른 사람들도 그럴 텐데 방글라데시에서는 실내온도를 5도나 낮춘단다.
그렇다면 그 수많은 가전업체 및 건설회사들은 그동안 뻘짓만 했나?
밖에서 페트병이 박힌 창문을 향해 팬으로 바람만 불어주면 되었을 텐데...

딱 보는 순간 말도 안 되는 사기급이었지만,
그 의도는 방글라데시와 같은 어려운 나라를 위한 착한 발명이라 하므로,
이렇게 잘못을 밝히는 과정이 그리 통렬하거나 즐겁지는 않다.
(하지만 과학 기자들이 다 있을 언론사들의 영혼 없는 기사들은 뭔지...)

소위 Joule Thomson 효과라는 유식한 용어까지 써가며 과학 현상이라고 하나,
기계공학이나 화학공학에선 학부의 열역학 과정에서 배우는 기본적인 원리이다.

고압의 가스를 쉽게 얻을 수 있는 항공기와 같은 곳에서의 에어컨 방식으로 알고 있다.
하지만 일반적인 바람에 의한 정도의 압력으로는 냉각효과를 얻을 수 없다.

페트병 에어컨은 그 외에도 여러가지의 모순이 있지만,
쿨하게 넘어가서 그냥 이상적(ideal)으로 가정하여,
과연 얼마나 온도를 낮출 수 있을지 계산해 보겠다.

그 과정은 산수 수준이고,
심오한 부분은 전혀 없다.

링크에서 보면 그래프로 부터 Joule Thomson 계수를 구할 수 있다.

공기는 대부분 질소이고,
여름철의 기온은 절대온도로 300K를 약간 넘으므로 계수값은 아래에 표시한 것처럼 0.2 K/bar가 된다.
즉, 1기압의 압력차가 생기면 0.2도 온도가 낮아진다는 것이다.

그러므로 5도의 온도차가 생기려면 25기압 정도나 되는 압축공기가 필요하다.
여기서 1차적으로는 진실 게임의 결론이 난다.

한편, 두산백과 사전을 참고하면 공기의 줄-톰슨 계수는 0.26이라고 나오는데,
어느 값을 써도 뒤에 나올 결론엔 영향을 미치지 않는다.
심지어는 0.26이 아니라 그 100배인 26이라고 해도 결론은 거의 같다.

한편, 바람이 압력으로 전환되면 얼마나 되는지 알아보자.
즉, 바람에서 얻을 수 있는 최대 압력차가 얼마나 될까?

소위 동압이라고 하는데,
선풍기의 강풍보다도 거의 2배나 센 약 29 km/h 정도의 속도라면 동압이 40 N/m2 (= Pa)이 된다.
(선풍기의 바람 속도는 여기를 참조)
이것을 기압(bar)으로 변환하면 0.0004 bar가 된다.

1기압이 변하면 0.2도 낮아지는데,
고작 0.0004 기압이 변하면 도대체 몇 도가 낮아지는 건가?

일반적으로 페트병 에어컨을 사용하는 환경보다 훨씬 봐주는 조건으로 계산을 해도,
페트병 에어컨을 통과한 공기의 온도는 겨우 0.00008도(= 0.2 x 0.0004) 밖에 떨어지지 않는다.

내가 아는 어떤 온도계로도 측정이 불가능한 정도의 차이다.
실제로는 그 차이가 아무 의미도 없다.

페트병 주둥이로 바람이 통과하면 눈꼽의 눈꼽만큼 온도가 떨어지는 것은 과학이지만,
실내온도가 5도 떨어진다는 것은 과학도 아니고 그냥 뻥이다.

거의 조작 수준이라고 본다.
조작이라는 것이 단지 거짓으로 데이터를 꾸며내는 것만이 아니고,
잘못된 값임을 알면서도 내세우는 것도 조작이라고 생각한다.

밖에서 바람이 부는데 답답하게 페트병으로 틀어막지 말고,
그냥 활짝 열어두는 게 훨씬 시원할 것이다.

선풍기를 통과한 공기가 온도는 더 높은데 왜 시원한가?
바람이 세게 불어서 피부를 통한 열전달이 열 배는 늘어나기 때문이다.

하지한 현존하는 가장 효과가 강력한 약은 프라시보라는 약이다.
거의 만병통치약이라고 생각하고 있다.
항상 느끼지만 인간의 감각기관은 너무나 허술하다.
창문을 막아 놓고 5도가 떨어졌다고 최면을 걸면 시원하게 느껴질 수도 있다.

이론과 실제와는 다를 수 있다고 의심하실 분이 있을 것이라,
간단하게 직접 온도를 비교 측정해 보았다. (LM35 온도 센서 IC를 이용)

즉, 아래와 같이 선풍기를 이용해서 주둥이 출구의 공기와 페트병으로 들어가기 전의 온도를 비교해 보았다.
당연히 아무런 차이가 없다.
방안 온도를 5도나 낮추려면 페트병 입출구 온도차는 아무리 적어도 10도는 나야 한다.

- 페트병 출구 = 27.42~27.71도
- 페트병 입구 = 27.42~27.71도

[게이의 향연]

헐... 그렇구나