세계에서 가장 오래된 에어컨 ‘바드기르(badgir)’

무익 선풍기와 ‘코안다 효과’

2010년대에 등장한 날개 없는 선풍기는 큰 히트를 치며 이제는 특이한 모습이 아닐 정도로 생활 속에 자리 잡았다.

이 선풍기는 1981년 동경 시바우라 전기(東京芝浦電気, 현 도시바)에 의해 최초로 특허출원되었지만, 수십 년이 흐른 뒤에야 빛을 보게 된 것으로 알려졌다. 날개 없는 선풍기에 적용되는 원리는 ‘코안다 효과(Coanda effect)‘로 20세기 초, 루마니아의 과학자 헨리 코안다(Henri Coanda, 1886~1972)에 의해 발견되었다.

 

▲ 시바우라전기의 특허도면과 작동원리

제트엔진을 비행기에 처음 장착한 사람으로 유명한 헨리 코안다는 제트엔진의 불꽃이 직선으로 방출되는 게 아닌 동체의 표면을 따라 굽어지는 것을 발견하였고, 이 현상을 코안다 효과로 명명하게 되는데 간단히 설명하면 ‘유체는 물체의 면을 따라 흐르는 현상’을 의미한다.

 

루마니아는 그의 업적을 기려 2004년 부쿠레슈티 오토페니 국제공항을 ‘헨리 코안다 국제공항‘으로 개칭하기도 했다.

 

▲ 헨리 코안다 국제공항

하지만, 이러한 원리를 이용하여 시원한 바람을 만들어내는 장치가 시바우라 전기가 상용화하기 이전, 그것도 아주 오래 전인 페르시아 제국에서 사용된 예가 있다.

 

고대의 에어컨, 바드기르

이란의 중부지역은 매우 고온을 나타내며, 극도로 건조한 대기와 큰 일교차가 특징.


현대에 이르러서도 당시의 건물과 형태가 변함없이 유지되고 있는 야즈드(Yazd)는 무려 B.C. 3천 년 전부터 유래된 세계 최고(最古)의 도시이다.

 

▲ 야즈드(Yazd)

이란은 지역적으로 개방적인 입지에 있어서 이민족의 정복전쟁과 침입이 수천 년간 끊이지 않던 곳이었다. 정복의 대상이었던 큰 도시에서 멀리 떨어진 거리와 거친 환경은 침입자들의 외면을 받아 전쟁으로 인한 파괴를 면할 수 있었고, 이로 인해 고대의 찬란한 건축물들이 남아 있게 된 것은 현대의 고고학자들과 관광객들에게는 큰 행운이다.

 

그중에서도 야즈드와 다른 도시의 구분을 짓는 것이 바로 특이한 건축물들의 존재. 아래 사진은 야즈드에서 흔히 찾아볼 수 있는 탑 형태의 건축물로 ‘바드기르(badgir)’라고 불린다.

 

▲ 마치 타워형 에어컨을 크게 키운듯한 모습의 바드기르

 

바드기르를 통한 냉각방식

고대 냉각 타워의 형태에는 두 가지가 있는데, 첫 번째는 공기의 대류와 코안다 효과를 이용한 기본적인 형태가 있다.

높은 곳의 시원한 공기가 바람을 따라 타워의 구멍으로 들어와 벽을 타고 내려와 건물 내의 더운 공기를 밀어내게 된다. 부수효과로 사막의 바람은 모래를 머금고 있는데, 이 모래도 긴 타워를 통과하면서 실내로 들어오지는 못하고 무게에 의해 아래로 쌓이게 된다.

 

▲ 바드기르의 원리

정체되어 있던 공기는 순환하게 되고 집안의 관상수나 분수 혹은 수영장 같은 인테리어의 수분을 증발시키면서 열을 빼앗아 지붕에 난 구멍이나 반대쪽 바드기르로 빠져나가고 실내는 더욱 시원해지는 원리이다.

 

이런 바드기르의 존재 때문에 창문은 의도적으로 작게 만들었다. 작은 창문은 사막의 뜨거운 직사광선을 피하게 해 주었고, 실내의 수분이 외부로 증발되는 것도 최소화할 수 있었다. 또한 매우 두꺼운 진흙벽으로 만든 건물은 자연적으로 사막의 고온으로 구워져 도자기 형태가 되어 절연 효과를 낼 수 있었다.

 

거대한 바드기르들은 사막의 모래 바람을 막아주고 마치 숲처럼 인공 그늘을 만들어 외부에 있는 사람들이 쉴 수 있는 곳이 되어주기도 했다.

 

▲ 그늘도 제공하는 바드기르

 

카나트를 이용한 냉각

두 번째 형태는 조금 더 복잡하게 발전된 방법으로, ‘카나트(qanat)‘라고 불리는 고대의 지하수로를 이용한 냉각방법이다.

 

▲ 카나트

카나트란 지하수를 이용한 관개수로로 페르시아에 의해 발명되었다.


건조지대에서 깊은 곳에 있는 담수를 취수하기란 매우 어려운 일이며, 어렵게 발견하더라도 오랜 기간 고여있던 물은 토양으로부터 흡수된 염분 때문에 바로 사용하기는 힘들다.

 

그런 이유로 산지에서 생성된 담수를 끌어오게 된 것인데, 지표층에서 물을 흐르게 하면 건조한 기후에서는 엄청난 양의 물이 증발로 손실된다. 이에 카나트라 불리는 지하를 통과하는 수로를 이용하는 방식을 적용하게 된 것이다.

 

▲ 카나트를 이용한 냉각원리

카나트를 이용해 실내를 시원하게 만드는 방법은 바드기르를 이용한 공기의 순환방식에 더해, 카나트를 통해 들어온 더운 바람이 지하수의 차가운 온도와 지표 아래의 저온층을 통과하면서 냉각되어 흘러가다가 상대적으로 저압대인 실내와 연결된 통로로 빨려 들어오게 하여 건물을 더욱 시원하게 만드는 원리이다.

 

이런 방식은 카나트가 있는 곳으로 조금이라도 가깝게 내려가야 하기 때문에 지하나 반지하층의 형식으로 건물이 만들어졌다. 그런 이유로 외부에서는 건물이 낮아 보여도 실내로 들어가면 높은 천장을 가진 형태를 갖추고 있다.

 

▲ 카나트가 적용된 건물

카나트는 고대의 도시와 건설기술의 발전을 가져왔고, 그 당시 만들어진 수로를 통해 지금도 이란의 고원지대에서는 농업용수와 식수를 공급받는 곳이 있을 정도로 견고하게 조성되었다.

 

건물들은 집주인의 사회적 지위에 따라 더욱 높고 거대해졌는데, 현재 야즈드에 있는 도우랏 아바드 가든(Dowlat Abad Garden)이 가장 웅장하고 아름다운 모습으로 남아있다.

 

▲ 도우랏 아바드 가든

도우랏 아바드 가든은 33m에 달하는 거대한 높이뿐 아니라 내부에서도 아름다운 경관이 보이게 설계하여 많은 관광객을 끌어들이고 있다.

 

또한, 이런 자연냉각 시스템을 이용하여 차갑게 만든 물을 오랜 기간 저장할 수 있는 지하 저수지(AB Anbar)도 함께 발전하게 되었다.

 

▲ AB Anbar

이러한 건축물들은 모두 20세기에 발견된 이론인 코안다 효과가 바탕이 된 것으로, 이를 고대의 실생활에 적용시킨 페르시아인들의 지혜가 담긴 유산들은 소중히 보존되어야 할 전인류적 가치라고 할 수 있다.