1. 개요
냉풍기( 冷 風 機)는 냉풍(찬바람)을 내뿜는 기계를 말한다. 일반적인 냉방기구로 선풍기와 에어컨이 보급되어 있는 한국에서 '냉풍기'를 특별히 지칭할 경우에는 증발식 냉각기(Evaporative cooler)를 가리키는 경우가 많다.[1] 증발식 냉각기는 물을 증발시켜 주변의 공기를 시원하게 하는 기계로, 영어로는 '스웜프 쿨러(swamp cooler)' 등으로도 불린다.2. 원리
냉풍기는 기화 냉각법을 사용하여, 물이 증발하면서 주변의 공기로부터 기화열을 빼앗아가는 원리를 이용한다. 물을 적절히 분사시켜서 냉각팬으로 바람을 일으켜 빠르게 마를 수 있는 환경을 형성하고, 물이 수증기로 발산하면서 주변의 공기가 상대적으로 시원한 온도의 공기로 변하는 것이다. ( 참고) 물의 기화열은 kg당 225만J이므로 이론상으로는 최적의 상태에서 물을 적절히 증발시킬 경우 상당한 온도 저하를 기대할 수 있다.선풍기와 유사하나 물탱크에서 물을 빨아올려 기화시키는 구조가 포함되어 있고, 기화를 위해선 물을 계속 공급해줘야 한다는 차이점이 있다. 경우에 따라 아이스박스 냉풍기와 같이 얼음이나 아이스팩을 냉매로 넣어 수온을 차갑게 하는 제품도 있고, 아예 얼음만으로 냉방하는 제품도 있는데, 후자의 경우 실내 습도를 거의 올리지 않는다. 히트 펌프를 사용하여 공기를 빠르게 식히는 에어컨보다 전기 사용이 적으며, 실외기가 필요없고 설치가 용이한 것이 장점이다. 자연적인 냉각을 사용하므로 기화에는 시간이 더 걸린다.
아이스박스 냉풍기를 제외한 일반적인 물탱크 증발식 냉각기는 가습기로도 사용할 수 있다. 애초에 구조 자체가 기화식 가습기에 선풍기를 장착한 데에서 고안된 것이기 때문이다.
3. 주의점 및 한계
물을 증발시키는 방식이므로, 이미 주변의 습도가 높은 환경에서는 공기 중에 수분이 충분히 많기 때문에 증발이 제대로 일어나지 않아 효율이 극단적으로 저하된다. 마치 습기가 많은 날에는 빨래가 잘 마르지 않는 것과도 비슷한 원리이다.냉풍기가 최대로 낮출 수 있는 온도는 (건구온도-습구온도)×0.85 정도[2]로, 이 습구온도는 습도와 연관되어 있다. 냉방기구를 사용해야 할 계절인 여름의 습도가 60%에서 80% 정도로 고온다습한 동아시아 기후에서는 냉풍기가 제 성능을 온전히 발휘하기 어려운 것이다. 예를 들면 34℃의 온도에 습도 70%의 찌는 날씨가 찾아왔다고 가정할 때, 습구온도는 29℃가 되며, 냉풍기로 최대로 낮출 수 있는 온도는 29.7℃다. 이것이 한국인을 포함한 대부분의 동아시아 소비자들이 냉풍기를 사서 실망하는 이유인데, 34℃에서 4.3℃ 낮아져 29.7℃가 되었다고 해도 에어컨은 물론 선풍기 바람과 비교해도 전혀 시원하지 않기 때문이다.
대한민국은 온난 습윤 기후(Cfa)[3], 온대 하우 기후(Cwa)[4], 냉대 동계 건조 기후(Dwa)[5]로, 여름에 습도가 가장 높은 것이 특징이다. 당연히 냉풍기가 제 힘을 못 쓴다.
게다가 한 가지 문제가 더 있다. 에어컨은 냉방과 동시에 습기를 제거하는 효과가 있으므로 고온다습한 여름 날씨에 제격이지만, 냉풍기는 수증기를 발산시키는 원리이므로 냉풍기를 가동할수록 공기중에 가습기를 켜 놓은 것처럼 수증기가 계속해서 발생하며, 이것은 습기를 제거해야 할 실내에 역효과를 발생시킨다. 사람이 느끼는 체감온도 및 불쾌지수는 온도뿐만 아니라 습도에도 영향을 받기 때문에, 냉방효과가 적으면서 습도는 더 올라가 방안이 눅눅해지면 매우 불쾌해지기 쉽다. 전기를 써 가면서 겨우 온도를 30℃로 낮추고 습도는 80~90%로 높여버리면 냉풍기를 트나마나이며, 습도가 높으면 곰팡이나 벌레도 꼬이기 쉬워진다. 특히 전원의 단독주택보다 통풍이 어려운 도시의 아파트 또는 원룸, 반지하 등에서는 냉풍기를 사용할 경우 곰팡이가 빠른 속도로 번식할 수 있다.
반면에 사막이나 미국 남서부같이 고온건조한 기후에서는 냉풍기의 효과가 극대화된다. 예를 들어, 네바다주의 라스베이거스 지역은 습도가 10%도 안 된다. 그 덕에 습구온도는 18℃ 정도 되고 냉풍기를 켤 경우 내부 온도를 40℃에서 21℃까지 내릴 수 있다. 심지어 습도가 10% 정도면 50℃라도 온도를 27.5℃까지 낮출 수 있다. 즉, 항상 건조한 건조기후나 여름이 건조한 지중해성 기후(Cs), 고지 지중해성 기후(Ds)에 적합한 물건으로, 이런 지역에서는 오히려 덥고 건조한 바람이 몸에 열을 공급하기 때문에 선풍기를 사용하는 것이 비효율적이다. 특히 이란, 메소포타미아, 레반트 지역에서는 냉풍기의 원리를 이용해서 얼음을 저장하는 빙고를 만들었다고 한다.
물론 현실적으로는 고온건조한 지역에서도 이러한 증발식 냉각 구조는 거의 쓰지 않고 가정이나 호텔이나 전부 에어컨을 사용하는데, 그 이유는 냉풍기를 제대로 사용하는 것이 현실적으로 어렵기 때문이다. 이는 냉풍기라는 제품 자체의 한계 때문으로, 냉풍기를 통해 열을 낮춘다는 것도 '외부에서 열이 들어오지 않는다(완벽한 단열 = 열전도율이 0)'라는 현실적으로 불가능한 조건에서나 가능하다. 냉풍기를 가동하면 어떤 조건에서든 습도가 급증하기 때문에 창문과 문을 다 닫은 상태를 유지하더라도 외부에서 열이 들어오므로 곧 사람이 못 견뎌서 환기를 하게 되고, 온도차가 심해지면 사람은 견뎌도 정밀기기나 가전제품 내부에 이슬이 맺히므로 고장이 날 수 있어 강제로 송풍해야 하는 경우까지 있다. 그러므로 보통 단열이 안된 상태에서 냉풍기를 가동하게 되므로 효율이 더 떨어진다는 것이다.[6]
이에 비해서 에어컨은 외부에서 열이 들어와도 전기를 써서 강제로 내부의 열을 밖으로 뽑아내므로 밖에서 들어오는 열보다 더 많은 열을 밖으로 뽑아냄으로서 단열이 되건 말건 에어컨 근처의 온도는 내려간다.[7] 물론 단열이 잘 되어 있으면 안이 빨리 시원해지고 에어컨을 꺼도 천천히 더워진다. 반면에 단열이 안 되어있으면 에어컨 앞만 시원하겠지만 보통 에어컨을 가동하면 부수적으로 습도가 내려가므로 창문과 문을 다 닫아서 단열효과를 높이는 것을 지속할 수 있고, 습도가 너무 하락하는 것은 가습기 등으로 충분히 상쇄가 가능하므로 효율이 높은 냉방을 지속할 수 있다. 이러한 성능 차이로 인해 냉풍기라는 물건은 생소한 것이 되었고, 에어컨은 지구 어디에서나 수요가 높은 상품이 된 것이다.
3.1. 대한민국에서의 사용
상술한 한계점 때문에 냉풍기는 여름에 고온다습한 한국에서는 사용하는 데 제약이 많다. 시중의 가전 상점이나 홈쇼핑 등에서는 아예 냉풍기를 취급조차 하지 않으며[8], 주로 무엇이든 살 수 있는 인터넷 쇼핑을 통해서만 냉풍기를 찾아볼 수 있는 것이 이 때문이다. 이러한 냉풍기 제품들은 전기비를 적게는 수천 원 수준으로 극단적으로 줄일 수 있다는 식으로 홍보되지만, 대부분의 사용자 평가는 좋지 않을 수밖에 없다. 냉방 효과가 거의 없기 때문이다. 그래도 봄이나 가을에는 여름보다 습도가 낮아 일부 효과가 있다.[9]한국의 일반적인 가정에서 사용할 수 있는 냉방 가전은 사실상 에어컨과 선풍기가 전부이며, 그 밖의 다른 기발한 제품을 사용하는 것은 별로 권장되지 않는다. 1인 가구일 경우에도 작은 이동식 에어컨이나 벽걸이 에어컨을 사서 쐬는 것이 적절하다. 냉풍기의 효과를 보기 위해서는 실내 습도를 낮추어야만 하는데 고온다습한 대한민국의 여름철에 제습기를 밀폐된 방에서 사용할 경우 습기 제거를 위해 열을 발생시키는 특성 상 오히려 실내 온도가 올라가기에 전기세만 배로 낭비될 뿐이다. 제습기와 냉풍기를 같이 사용하느니 저가형이나 중고 에어컨을 구매해서 적당하게 껐다 켰다하는 게 더 시원하고 유지비도 비슷하거나 약간이나마 절약된다.
에어컨을 사용할 경우 단열을 위해 창문을 닫지만, 선풍기를 사용하면서 창문을 꽉꽉 닫지는 않는다. 그리고 선풍기에 집 전체의 냉방을 기대하지도 않는다. 냉풍기도 이와 마찬가지다. 통풍이 잘 된다면 냉풍기가 올린 습도는 주변공기에 섞여서 나가버리기 때문에 쐬는 사람은 어쨌건 선풍기보다 시원함을 느낄 수 있겠지만 그 이상을 기대하면 안 되는 물건이다.
에어컨과 병용하는 방법도 있다. 에어컨과의 거리가 멀어도 에어컨의 제습 효과 때문에 냉풍기가 높은 효율로 작동하므로 전체 온도나 습도 조절은 에어컨에 맡기고 냉풍기를 추가 냉방이 필요한 곳에 사용하는 방법도 존재한다. 그러나 대부분의 냉풍기 사용자들은 전기비 등 에어컨의 단점을 회피하고자 대안을 찾는 것이므로 에어컨과 선풍기를 사용하는 사람은 많아도 에어컨과 냉풍기를 같이 사용하는 사람의 비율은 적다. 결국 시간이 흘러 에어컨과 함께 쓰는 보조 냉방 기구로 선풍기의 구조를 발전시킨 에어 서큘레이터가 각광받았지, 냉풍기는 갈수록 한국 시장에서는 도태되어 호구 낚는 아이템으로 전락하고 말았다.
물을 적게 넣고 아이스팩을 최대한 많이 넣으면 좀 더 시원해지긴 하지만 습기 증발을 위해 창문을 약간이라도 열어둬야 하는 문제가 있다. 습도가 낮지만 더운 날에는 그럭저럭 유용하지만, 아이스팩을 얼리는 에너지도 에너지일 뿐더러 고온건조한 날씨에는 차피 그냥 물만 넣어서 써도 시원해지니 별 의미는 없다.[10]
3.2. 기타 문제점
- 물이 필요하다. 물이 없으면 냉풍기는 그냥 선풍기다.
- 밤에는 거의 효과가 없다. 밤에는 낮과 달리 햇볕이 없어 수증기들이 내려가려는 성질로 인하여 습도가 높기 때문이다.[11] 대략 80~90% 수준으로, 이는 여름뿐만 아니라 봄, 가을도 마찬가지다.[12] 반면, 낮에는 봄과 가을 기준 대략 30~40% 수준으로 낮아지면서 냉방 효과가 극대화된다.
- 습도가 낮은 계절이라도 비가 내리거나 흐린 날에는 쓰기가 어렵다. 구름은 말 그대로 수증기 덩어리고, 맑은 날씨는 밤에 차있던 수증기들을 올려주는 역할을 하는데 그걸 구름이 가리니 증발이 잘 안되기 때문이다. 물론 밤보다는 습도가 낮아서 아예 쓰지 못하는 건 아니다.
- 휴대용을 기준으로 할 경우, 기화열의 저장 용량이 의외로 적다. 리터당 대략 625w인데, 휴대용은 100~200ml 이내로 들어가므로, 62.5w~125w밖에 안된다. 이 정도면 미니 냉풍기라 할지라도 최대 1시간이다. 이마저도 100% 효율 기준이므로, 실제로는 이보다 낮다.
특히, 고온 건조 지역에서 휴대용 냉풍기를 쓸 경우 에어컨 바람 비슷하게 나오겠지만, 냉방능력이 300w에 가까워지는 탓에 작동시간은 30분이 채 안된다. 이는 휴대용이라기엔 너무나 짧은 시간이다. 그래서 고온 건조 지역에서도 휴대용 냉풍기를 쓰지 않는 것이다.
- 물이 뜨거울 경우 뜨거운 바람이 나올 수 있다. 이는 일시적인 현상으로, 증발에 쓰이는 에너지가 물 온도를 바꾸는 에너지보다 훨씬 더 크기 때문에 결과적인 차이는 아주 작다. 물론 증발이 힘든 상황에서는 뜨듯한 바람만 있다.
- 냉풍기를 작동시키면 작동시킬수록 습도가 거의 100%까지 증가한다. 이는 불쾌지수의 증가를 불러온다. 덤으로 온도가 낮아도 습도가 높으면 불쾌지수가 별로 낮아지지 않는다.[13] 혼자 쓰는 경우라면 창문을 열어놓고 자신에게만 향하게 해놓으면 습도가 올라가지 않기 때문에 충분히 시원하긴 하다.
- 습도가 높으면 전자제품, 가구류, 미술품(액자에 걸린것)에 좋지 않다. 냉풍기를 켜놓고 환기를 시키지 않는다면 심한 경우 집안이 곰팡이로 뒤덮이는 경우도 있고 부패나 부식이 가능한 물건일 경우에는 썩고 녹스는 일이 진행되기도 한다.
- 안에 물이 항시 차 있어 비린내와 물때가 생기므로, 에어컨이나 선풍기보다 자주 세척해야 한다.
- 냉풍기 안에 물탱크에 모기가 번식하는 사태가 생길 수 있다. 실제로 인도에는 이런 일이 많다. 굳이 모기가 안 생겨도 고인물은 오염되기 쉽다. 물을 갈아줘야 하는데 귀찮아서 안 갈 경우 오염된 공기가 뿜어져 나올 수 있다. 여름 날씨가 덥다보니 물때에 이끼가 끼는 경우도 있다. 그 외에도 파리나 하루살이가 빠져죽는 경우가 허다하다. 어항에 빠진 벌레들은 물고기나 거북이가 제때제때 처리(?)해주지만 냉풍기에 빠진 벌레들은 며칠만 지나도 빠르게 부패한다. 그런데 그 물탱크가 분해를 하지 않는 이상 따로 분리를 할 수 없게 설계된 제품도 있기에 세척하기가 쉽지 않다.
- 선풍기보다 더 복잡한 구조상 고장도 잦다.
4. 아이스박스 냉풍기
5. 관련 문서
[1]
북한에서 사용하는 규범인
문화어로는 선풍기는 선풍기지만, 에어컨이라는 말 대신 '랭풍기'라고 한다.
#
[2]
0.85배 한 것은 냉풍기의 일반적인 효율인 85% 기준. 이 식은 한마디로 아무것도 안 달아놓은 온도계와 물의 증발로 식히는 온도계의 온도차에서 85%까지만 낮출 수 있다는 소리다.
[3]
제주특별자치도 및 동해안~남해안 지역,
울릉군 등
[4]
대구광역시,
경상북도,
전라남도 동부 등
[5]
수도권,
강원특별자치도
[6]
열에너지를 물에 줘서 수증기로 만들어버리고 그 줘버린 열에너지만큼 시원해지는 방식인데 이 수증기는 별도로 빼내지 않는 한 계속 주변에 머물러 있으므로 비유적으로 말하자면 '배에 물이 새는데 밖으로 퍼내지 않고 물통에 담아두는 꼴'이다. 물통에 물을 넣다보면 물통은 언젠가는 꽉 차게 되고 더 이상 물을 담을 수 없는 사태가 발생한다.
[7]
현실에서는 냉각기의 성능계수는 3정도다. 이게 무슨 소리냐 하면 사용한 에너지의 3배 정도를 밖으로 뽑아낼 수 있다는 소리다. 100J의 에너지를 쓰면 300J의 에너지를 밖으로 뽑아낼 수 있다는 것. 물론 저기서 400J의 에너지는 열에너지고, 뽑아내는 도중에도 밖에서 열이 들어오지만...
[8]
냉풍기라는 물건이 알려졌을 2000년대 초반에 홈쇼핑에서 몇번 취급한 적이 있으나, 구매자들의 참혹한 후기를 보고서는 취급을 그만뒀다.
[9]
5월 평균 낮 최고기온인 27도에 습도 45%를 기준으로 하면, 습구온도는 대략 19도 정도로, 계산식을 거치면 대략 20도 안팎의 공기를 토출한다. 휴대용으로는 4~6월, 9~11월에 그나마 쓸 수 있다. 여름에도 조금 시원하긴 하지만, 미지근한 바람이 나오므로 부적합하다. 그래도 펠티어 소자가 장착된 휴대용 에어컨 선풍기와 비교하면 전력 소모가 훨씬 적으면서 훨씬 시원하다.
[10]
그럼에도 아이스팩을 동봉해주는 이유는 사용할때 그나마 조금 시원하라고 그러는 것이다.
[11]
수면시간이 대부분 밤이기 때문에, 정작 써야할 시간에 쓸 수 없는 셈이다. 물론 야근하고 주간에 자는 경우라면 냉풍기의 높은 효과를 온전히 체감할 수 있겠지만, 문을 열고 써야되므로 안대를 쓰는 등의 불편함이 적지 않다.
[12]
위 기준은 우리나라를 기준으로 한 것으로, 다른 나라는 수치가 다소 차이날 수 있다. 그러나 다른 나라라도 밤에는 습도가 높은 경우가 매우 흔하다.
[13]
다만, 건구온도가 20도일 경우 습도가 100%라 할지라도 불쾌지수가 68이므로 쾌적하다. 따라서 습구온도가 20도 근처라면 냉풍기가 의외로 효과적이다.