습공기를 설명하는 용어들

4월 29, 2024

습공기란

공기조화에서 다루는 공기는 일반적으로 습공기 상태를 의미합니다. 우리가 살아가는 환경의 공기상태가 바로 습공기 상태이기 때문입니다. 습공기는 공기 중에 수분을 포함한 상태의 공기를 의미합니다. 반대로 공기 중에 수분이 전혀 없는 공기를 ‘건공기’라고 합니다. 자연현상에서는 건공기 상태가 스스로 존재할 수는 없습니다. 인위적으로도 만들기 힘든 상태지요. 하지만, 공기조화에서 공기의 상태를 설명하기 위해 필요한 개념이라고 생각하시면 됩니다. 지구 상의 공기는 질소, 산소, 아르곤, 이산화탄소, 물 등 여러가지 가스가 혼합되어 있는 상태 입니다. 이 중에서 물이 혼합되어 있는 상태를 특별히 습공기라 칭하는 것입니다.

포화공기란

포화의 사전적인 의미는 ‘ 더이상의 양을 수용할 수 없이 가득찼다’ 입니다. 즉 포화공기는 공기 내 수분이 더이상 수용할 수 없이 가득 차 있는 상태를 의미합니다. 포화공기 상태에서 수증기를 계속 가하면 공기 중에는 미세한 물방울 형태로 존재하는 데 이것이 바로 ‘안개’ 입니다.

노점온도란

습공기가 냉각되면서 온도가 내려가다보면 어느 순간 물방울이 맺히기 시작합니다. 이 순간의 온도를 ‘노점온도’ 라고 합니다. 노점온도에서 ‘노’ 자는 한자로 露 이슬 ‘노’를 의미합니다. 공기조화에서 공기 중의 수분을 인위적으로 제거 하고자 할 때 (제습과정) 노점온도의 개념이 중요한 요소 이며, 설계를 할 때 반드시 알아두어야 할 사항입니다. 공기선도 상에서 노점온도는 어떤 상태 점의 습공기의 온도를 낮추면 건구온도는 낮아지고 상대습도는 올라가다가 결국 상대습도가 100%가 되는 점에 이르는 데 이 지점이 포화곡선과 만나는 점이며 이 때의 건구온도가 바로 노점온도가 됩니다.

상대습도란

습공기는 공기 중에 수분이 포함된 상태입니다. 공기 중에 수분이 얼마나 많이 포함되어 있는 가를 나타내는 지표가 ‘상대습도’ 입니다. 하지만 여기서 ‘절대습도’ 와 구분되는 점은 공기는 온도에 따라서 수분을 함유할 수 있는 공간이 달라지는 데 온도가 높을 수록 많은 양의 수분을 함유할 수가 있다는 것입니다. 다시 말하면 같은 질량의 수증기라 하더라도 온도 차이가 있다면 상대습도가 달라진 다는 의미 입니다. 같은 양의 수증기일 때 온도가 높을 수록 상대습도는 낮아지겠지요. 상대습도를 정확히 정의하자면 어떤 온도의 공기 중에 포함된 수증기 분압과 그 온도에서 포화공기 수증기 분압의 비율을 나타낸 것입니다. 즉, 얼마나 습한 가를 나타내는 척도입니다. 수증기 분압이란 공기 중에 물분자가 차지하는 압력입니다.

수식

상대습도 = ( 어떤 공기의 수증기 분압 / 포화공기의 수증기 분압 ) * 100%

= ( 어떤 공기의 수증기 비중량 / 포화공기의 수증기 비중량 ) * 100%

절대습도란

습공기 중에 함유되어 있는 수증기의 중량을 나타내는 것. 건공기 1kg 중에 포함된 수증기 x kg을 절대습도 x (kg/kg’)로 표시한다.

위의 상대습도 공식에서 어떤 공기의 수증기 분압의 크기가 변하지 않고 포화공기 수증기 분압이 변할 경우 상대습도는 변하지만 절대습도는 변하지 않는다.

수식

포화도란

습공기의 절대습도를 동일 온도에서의 포화습공기의 절대습도로 나누어 백분율로 나타낸 것

수식

단열포화온도(Adiabatic Saturated Temp)

완전히 단열된 공간에서 공기가 물로 완전히 포화상태에 이르렀을 때의 온도를 말한다. 습구온도의 열역학적 해석을 의미한다.

습공기 엔탈피

건공기의 엔탈피

h_a = C_p * t

h_a : 엔탈피 (KJ/kg, kcal/kg)

C_p : 건공기의 정압비열 (1.005KJ/kgK, 0.24kcal/kg ^oC)

t : 건공기의 건구온도 (^oC)

수증기의 엔탈피

h_v = r + C_vp * t

h_v : 수증기의 엔탈피 (KJ/kg, kcal/kg)

r : 0^oC에서 포화수의 증발잠열 ( 2501.6kJ/kg, 597.5kcal/kg)

C_vp : 수증기의 정압비열 (1.85KJ/kgK, 0.44kcal/kg ^oC)

t : 수증기의 건구온도 (^oC)

습공기의 엔탈피

습공기 엔탈피 = 건공기 엔탈피 + 수증기 엔탈피

절대습도 X(kg/kg’)인 습공기의 엔탈피 h_w 는

h_w = h_a + X * h_v