글쓴이 : SOONDORI
빈티지 오디오 함체 또는 PCB 기판에 공기 흐름을 유도하는 작은 구멍을 뚫고, 사례에 따라서는 작은 팬을 써서 강제 공기 흐름을 만들어내기도 하고… 오디오 내부의 열 이동에 관한, a) 복사, b) 전도, c) 대류, 세 가지 항목 중 대류에 의한 열 이동은 어느 정도일까?
■ 상상의 시나리오
1) 가로 세로 각 1m, 두께 0.1m인 금속 덕트를 상상한다. (판재의 두께 무시) 덕트의 위와 아래를 막고 외부 에너지로 덕트 내부 공기를 가열한다. 부피 팽창은 없다고 가정. 공기가 내부에서 대류하고, 가칭 <덩어리 덕트(=내부 공기 + 덕트 금속재)> 전체의 온도가 올라간다. 시간이 지나면, 덩어리 덕트의 온도는 정온 상태로 80도. 그때의 실내 온도는 40도라고 가정.
2) 그런 다음, 덕트 위아래의 막음 커버를 제거한다. 그러면, 방안 전체의 대류 즉, 공기가 덕트 아래쪽으로 들어가서 덕트 위쪽으로 나오게 될 것이다. 이것은 마치 덩어리 덕트가 히트 펌프(Heat Pump)처럼 작동하는 경우.
40도 온도 차에 해당하는 축적 에너지가 공기 흐름을 만들어낼 것은 분명한데… 그 강도를 m/S 단위 풍속으로 계산해 보면, 대류 에너지의 크기를 대충 가늠해 볼 수 있을 듯.
■ 계산하기
공기 순환이 시작되면 덩어리 덕트의 온도는 내려갈 것이다. 한 시간 후 정확히 40도에서 멈춘다고 가정한다. 그러면 열 손실은,
열 손실 Q = 지정 체적 내 공기 질량 × 공기 비열 × △T
= 0.118g(40도 1기압에서 약 1.1g/L × 0.1m^3인 0.1리터) × 0.24Kcal/(Kgㆍ℃) × 40도= 1.1328Kcal
1시간 단위이므로 1.1328Kcal/h이고, 칼로리 와트 변환에 의해서,
1.316565W
손실이든 발열이든 상관없이, 방안에는 공기 흐름을 만들어 내는 어떤 에너지가 존재했던 것. 그 감소 과정의 공기 흐름은… <덩어리 덕트>의 토출구로부터 위쪽으로, 10cm 떨어진 위치의 공기 이동 속도를 계산해 보면,
공기 흐름 중심의 속도 V_center(m/S) = ACH 상수(*) 1.0 × (1시간 동안 이루어진 방 안 대류에 의한 열 손실(W) ÷ 열원인 덩어리 덕트로부터의 거리(m)^1/3
= 1.0 × (1.317W ÷ 10cm)^1/3 = 2.361541m/S.
(ACH = Air Changes Per Hour. 체적 순환도, 출처 : https://www.engineeringtoolbox.com/convective-heat-source-d_1007.html)
약 2m/S이면,
꼭대기에 조각구름이 걸린 먼 들판 미루나무 옆 농로길을 지나치는 아주 부드러운 바람 정도일 것. 풍력계를 들고 앞으로 걸어가도 그런 정도 수치는 쉽게 나올 것이며… 그리고 그런 정도면, 2.*V × 10mA = 0.022W 정도의 에너지가 필요한 작은 LED를 켤 수도 있겠다? 물론, 발전기의 풍력-발전 효율이 좋다면. 한 시간 내내는 아닐지라도, 위아래 커버를 분리한 직후에는 잠깐 점등되지 않을까? 아닐까?
(https://www.sjsori.com/news/articleView.html?idxno=44062)
그렇게 윤곽을 잡고 시선을 돌려서… 빈티지 인티앰프의 가로폭을 43cm, 깊이를 30cm, 높이를 10cm로 가정한다. 체적은 0.0129m^3이고 안에 있는 공기 질량은 0.01419g이다. 위와 같은 조건으로 계산을 반복하면, 열 손실은 0.158323W. 앰프 커버 위 10cm 지점의 공기 속도는 1.165506m/S. 아무래도 좀 모자라는?
그렇다면,
빈티지 오디오의 표준 체적 안에서는, 대류고 뭐고, 무조건적 자연 방열을 담보할 수 없는 물리 한계가 있다는 것이 된다.
그게 아마 한 채널 당 100W가 아닐까 싶음. 더 키우고 싶다면, (가로 폭 고정 조건에서) 위로 키우거나 뒤로 키우거나. 그러다 보면 작은 꼬맹이 냉장고 만큼 커지고? 그러면서, “이번에 저희가 만든 하이엔드 파워앰프는 수백 와트에 어쩌고저쩌고”하고? 늘 그렇게 살지 않았나?
이상으로, 상상 끝.
