석빙고에는 어떤 과학적 원리가 있는지 궁금해요.

Question

석빙고가 얼음을 저장하기 위하여 만든 창고로 알고 있고 겨울에 얼음을 채취해서 저장하였다가 여름에 사용했다고 하던데 석빙고의 과학적 원리가 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

석빙고는 신기한 과학적 원리에 기반해 작동합니다. 주요한 원리는 바로 "끓는점도 낮아지는 상태에서 열을 흡수하는 증발열"입니다.

석빙고 안에는 알코올과 같은 낮은 끓는점을 가진 액체가 들어있습니다. 외부에서 석빙고를 흔들어주거나 회전시키면, 액체의 표면적이 증가하게 됩니다. 이때 액체의 일부는 증발하여 기체 상태로 변하면서 열을 흡수합니다. 열은 주위의 온도를 낮추기 위해 에너지를 소비하므로, 석빙고 안의 온도가 낮아지게 됩니다.

즉, 석빙고 안의 액체가 증발할 때 흡수하는 열은 주변의 열을 흡수하여 액체를 냉각시키는 역할을 합니다. 이러한 원리로 인해 석빙고는 신선한 식품을 시원하게 유지하는 데 도움을 주는 것입니다.

Answer 2

안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 현재 우리나라에 남아 있는 석빙고의 홍예구조는 돌재료인 화강암을 이용하여 견고성을 유지하고 내부의 용적을 극대화하도록 축조되었다. 또한 석빙고 내부는 온습도 변화가 작고 바람이 거의 유입되지 않는 구조를 갖추고 있어 단열성이 우수한 것으로 밝혀졌다.

이러한 석빙고의 과학 원리를 좀 더 자세히 살펴보자! 경주 석빙고의 경우 환기 구멍은 아래쪽이 넓고 위는 좁은 직사각형 기둥 모양인데, 이렇게 함으로써 바깥에서 바람이 불 때 빙실 안의 공기가 잘 빠져나오는 것이다. 즉, 복사열로 데워진 공기와 출입구에서 들어오는 바깥의 더운 공기가 지붕의 환기 구멍으로 빠져나가기 때문에 빙실 아래의 찬 공기가 오랫동안 머물 수 있어 얼음이 적게 녹기 때문에 겨울에 저장된 냉기를 여름철까지 보존할 수 있었던 것이다.

석빙고는 지붕에 잔디를 심어 태양 복사열을 차단하였고, 내부 바닥 한가운데는 5° 경사지게 배수로를 파서 얼음에서 녹은 물이 밖으로 흘러 나갈 수 있는 아주 과학적인 구조를 갖추고 있다.

석빙고 내부 축냉을 위해서는 얼음 저장량 조절은 물론 얼음 사이에 고효율의 단열재를 사용하는 것이 중요하였다. 선조들은 석빙고의 얼음을 왕겨나 짚으로 쌓아 보관했는데, 이것은 왕겨나 짚이 단열 효과를 높이기도 하지만, 얼음이 약간 녹으면서 융해열로 주변 열을 흡수하게 되므로 왕겨나 짚의 안쪽 온도가 낮아져 그만큼 얼음이 장기간 보관될 수 있도록 한 것이다.

석빙고는 자연 그대로의 순환 원리에 맞추어 계절의 변화와 돌·흙·바람·지세 등을 활용하여 자연 상태에서 가장 효과적으로 얼음을 오랫동안 저장할 수 있는 구조로 되어 있다. 이러한 시설은 세계적으로도 드문 것으로 조상들의 과학적인 지혜를 듬뿍 엿볼 수 있는 것이다.

출처 : 문화재청 - 조선의 냉장고 ‘석빙고의 과학’

Answer 3

안녕하세요. 정철 과학전문가입니다.

석빙고의 기본적인 원리는 화강암을 재료로 하여 천장을 아치형으로 만들고

그 사이를 움푹 들어간 구조로 하여 더운 공기를 밖으로 빼어낼수 있게 하여 0도정도로 온도를 유지할 수 있었던 것입니다.

Answer 4

안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.

석빙고는 지표면 아래에 땅을 파서 만든 지하실로, 열전도율이 낮은 재료와 외부와의 단열을 통해 얼음을 장기간 보관할 수 있습니다. 석빙고의 천장에는 환기구가 설치되어 있습니다. 환기구는 찬 공기가 순환하도록 하여 얼음이 녹는 것을 늦추는 역할을 합니다. 더운 공기는 위로, 차가운 공기는 아래로 향하는 성질이 있기 때문에, 천장 환기구를 통해 찬 공기가 순환하면 아래쪽에 있는 얼음이 녹는 것을 방지할 수 있습니다. 또한, 얼음 사이에는 열을 차단하는 효과가 있는 왕겨와 짚을 넣어 얼음이 녹지 않도록 했습니다. 왕겨와 짚은 열전도율이 낮은 재료이기 때문에, 얼음이 녹는 것을 늦추는 데 도움이 됩니다. 이러한 원리로 여름에도 어름이 녹지 않은 겁니다

Answer 5

안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.

석빙고의 천장은 홍예 구조, 즉 아치형으로 되어 있습니다. 화강암을 잘라 1~2ｍ 간격으로 이어 만들었는데, 이렇게 만들어진 둥근 공간이 더운 공기를 가두는 에어 포켓 역할을 합니다. 여기 가둬진 더운 공기는 아래쪽은 넓고 위는 좁은 직사각형 기둥 모양의 환기 구멍을 만들어 밖으로 빼냈습니다.