건축설계, 건축 및 유지보수를 위한 수분 관리지침(9)
이슬점과 상대습도
8) 수분 조절 원리 #2: 응축관리
실내 응축을 제한하고 응축이 발생하는 장소 및 시간에 결로가 없는지 확인합니다.
(1) 문제: 응축현상 발생– 이슬점을 추적합니다.
실내 공기 및 실외 공기 모두 수증기를 포함합니다. 공기가 흐르는 곳마다 수증기가 흐릅니다. 습기찬 공기가 충분히 차가운 표면에 닿으면, 공기의 수증기는 그 저온 표면에 응축합니다. 공기 이슬점 온도의 개념은 응축이 언제, 왜 그리고 얼마나 발생하는지를 이해하고 이를 피하는 방법을 이해하는데 매우 유용합니다.
이슬점(dew point)은 응축이 발생하는 온도입니다. 노점이 높을수록 차가운 표면에서 응축 위험이 커집니다. 이슬점은 공기가 얼마나 수증기를 함유하고 있는지에 달려있습니다. 공기가 매우 건조하고 물 분자 가 거의 없는 경우, 이슬점이 낮고 응축이 발생하기 위해서는 표면이 공기보다 훨씬 차가워야합니다. 공기에 습기가 많고 물 분자가 많이 포함되어 있으며, 이슬점이 높고 응축은 공기보다 약간 낮은 표면에서만 발생할 수 있습니다.
참고적으로 이슬점은 응축이 나타나기 시작할 때까지 미러 표면을 냉각하여 측정할 수 있습니다. 이러한 방식으로 이슬점을 측정하는 모니터를 ‘냉각 미러 장치’라고 합니다.
건물 내부의 더운 온도는 응축을 고려해야합니다. 실내 공기 노점이 표면 온도보다 낮으면 응축을 방지할 수 있습니다. 노점이 상승하면 차가운 표면에 수분이 응축되기 시작합니다. 예를 들어, 습기가 많은 실외 공기가 미국 마이애미 건물에서 누출되면, 일반적으로 1년 내내 이슬점이 70°F 이상이 될 것입니다.
에어컨이 설치된 건물을 정상적으로 작동하는 동안 온도가 70°F 미만인 표면이 많이 있습니다. 예를 들어 , 55°F에서 공기를 공급하는 공기 덕트의 표면 온도는 55°F가 됩니다. 침투하는 실외 공기의 이슬점이 70°F인 경우, 그 습기는 저온 덕트의 외부에서 응축되고, 아마도 공급 공기 확산기에서 응축될 것입니다.
(A) 이슬점과 상대습도
대부분의 사람들은 습도를 생각할 때, 이슬점보다는 상대습도(RH)를 생각합니다. 그러나 상대습도는 대기 중에 수증기의 절대량을 표시하는 것이 아니라 상대적인 측정입니다. 간단한 용어로, 상대습도(RH) 는 공기가 현재 온도에서 유지할 수 있는 최대 양에 비해 공기 중의 수증기 양입니다.
기술적으로 더 정확한 상대 습도의 정의는 같은 온도에서 완전히 포화된 공기 샘플의 증기압과 공기 샘플의 증기압의 비율입니다(백분율로 표시). 그러나 위에 제공된 정의는 충분히 정확하고 이해하기 쉽고 건물의 수분 관리에 유용합니다.
공기 중에 수증기의 절대량이 동일하게 유지되더라도, 대기 온도 및 상대 습도가 변경됩니다. 따라서 공기의 상대 습도(RH)만 알면 응축을 예측하는데 별로 도움이 되지 않습니다.
상대 습도(RH)와는 달리 이슬점은 공기 온도에 따라 변하지 않습니다. 이러한 의미에서 이것은 공기 중 수증기 양을 “절대적으로” 측정한 것입니다. 공기의 이슬점과 표면 온도를 알면 결로를 예측할 수 있습니다. 이슬점이 표면 온도보다 높으면 수증기가 저온 표면에 응축됩니다. 만약 이슬점이 표면 온도보다 낮으면 습기가 응축되지 않습니다. 그래서 표면을 둘러싼 공기의 이슬점을 알고 있으면 응축을 예측하는 것은 간단합니다.
많은 습도 기기가 대기 온도와 상대 습도만 측정하고 읽을 수 있기 때문에 이슬점을 아는 것이 항상 쉬운 것은 아닙니다. 따라서 사용하는 기기에 공기 이슬점이 표시되지 않는 경우, 공기의 온도와 습도에 따라 이슬점을 찾기 위해 습도 도표가 필요합니다. 습도 도표는 습한 공기의 물리적 및 열적 특성을 그래프로 나타냅니다. 습도 도표는 공기의 수증기 특성과 습한 공기의 가열 및 냉각 효과를 이해하는 데 유용한 도구입니다. 그 역사와 사용법은 아래 사이트를 참고하시기 바랍니다.
[참고] http://www.handsdownsoftware.com/psychrometrics-100th-bday.pdf
해수면을 기준으로 이슬점에 대한 공기의 온도와 상대 습도를 나타내는 간단한 습도 도표가 [그림18]에 나와 있습니다. 이 차트와 함께 대기 온도와 상대 습도를 측정하기 위한 저비용 모니터의 수치를 통해, 몇 초 안에 공기 이슬점의 보다 유용한 값을 결정할 수 있습니다.
[그림18] 공기 온도, 상대습도 및 이슬점과 관련된 습도 도표
예를 들어, 계기에 실외 공기가 85°F이고 상대 습도가 60%라고 가정합니다. 차트에 그 점을 그려봅니다. 그런 다음, 그 지점에서 시작하여 라인이 포화 곡선과 교차할 때 까지 왼쪽으로 수평 이동합니다.(즉, 도 표의 왼쪽 가장자리를 형성하는 100% 상대습도 곡선) 교차 지점에서 도표 아래로 똑바로 내려와 수치를 확인하면 이슬점을 알 수 있습니다. [그림18]에 나와 있듯이, 85°F 및 60%의 공기 노점은 70°F입니다. 즉 이러한 조건의 공기는 온도가 70°F 이하인 표면에 닿으면 습기가 응축되기 시작합니다.
습도 도표는 표면 온도, 이슬점 및 상대습도(RH) 사이에 중요한 역동성을 보여줍니다. 상대 습도가 90%라 하면, 표면은 결로 현상이 발생하기 위해서는 공기보다 3°F 더 낮아야합니다. 많은 시기에 정상적인 상태에서 실내 온도보다 3°F 낮은 건물 표면이 있을 가능성이 큽니다.
[그림19] 상대습도의 함수로써 실내 온도와 이슬점의 차이
높은 온도, 상대 습도가 높으면 응축 위험이 높을 수 있습니다. [그림19]는 상대 습도가 25%와 100% 사이 일 때 결로 현상이 나타나기 위해 표면 냉각 온도와 상대 습도를 나타냅니다. 이 도표는 상대습도의 관점에서 이슬점을 생각할 수 있는 방법을 제공합니다. 50% 상대 습도에서, 응축이 발생하기 위해서는 표면이 실내 공기보다 20°F 더 낮아야합니다. 보통의 경우, 건물의 표면 온도는 실내 공기보다 20°F 낮습니다.