개념 한 쪽
공조냉동기계기사 공기의 성질 — 절대·상대·비교습도와 노점온도
공기의 성질 세트는 습도를 어떻게 정의하는지, 그리고 그 정의가 온도·압력과 어떤 관계인지를 묻는다. 절대습도는 건공기 1 kg당 수증기 질량, 상대습도는 수증기분압과 포화수증기압의 비, 비교습도는 절대습도와 포화 절대습도의 질량비다. 「분압비냐 질량비냐」를 바꿔 놓은 선지가 첫 관문이다.
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뜻
절대습도는 건공기 1 kg에 포함된 수증기의 질량이고, 포화습도는 그 온도에서 담을 수 있는 최대 수증기량이다. 상대습도(RH)는 실제 수증기분압을 같은 온도의 포화수증기압으로 나눈 값이며, 포화 공기는 수증기분압이 그 온도의 포화 수증기압과 같아진 상태다. 무입공기는 포화를 넘어 안개가 낀 상태를 가리킨다. 비교습도는 「수증기분압의 비」가 아니라 절대습도와 포화 절대습도의 질량비다 — 분압의 비로 적으면 그것은 상대습도의 정의이므로 오답이 된다.
수증기분압은 절대습도와 비례한다. 수증기량이 늘면 분압도 함께 커지므로 「반비례」라고 적은 선지는 틀린다. 상대습도는 온도에 의존한다 — 공기가 차가워지면 포화수증기량이 줄어들어 같은 수증기량에서도 상대습도가 올라간다. 보기로 「상대습도는 온도에 관계없이 일정하다」가 나오면 오답이다.
노점온도는 수증기량이 많을수록 높아지고, 습구온도는 증발 냉각 때문에 항상 건구온도보다 낮거나 같다. 건습구 온도계는 바람 속도에 따라 증발 속도가 달라지므로 일정 풍속을 유지해야 한다. 상대습도가 높을수록 건구온도와 노점온도의 차이는 작아지고, 상대습도 100%인 포화 상태에서는 두 온도가 같아진다. 결로는 표면온도가 노점온도보다 낮을 때 생기며, 절대습도는 온도와 무관하게 수증기량 자체를 나타낸다.
공기선도(마들워스 선도)는 절대습도 x를 가로축, 엔탈피 i를 세로축으로 하고 등온선과 포화 곡선을 함께 그린다. 온도와 절대습도(t-x), 엔탈피와 절대습도(i-x), 온도와 엔탈피(t-i)의 관계는 선도에서 읽을 수 있지만, 대기압을 일정하게 가정해 작성하므로 압력과 엔탈피(p-i)의 관계는 나타나지 않는다.
예제
출제 패턴은 세 가지다. ① 정의 판별 — 비교습도를 분압비로, 상대습도를 절대습도비로 적은 선지가 대표적인 오답이다(질량비=비교습도, 분압비=상대습도). ② 관계 판별 — 수증기분압과 절대습도의 비례 관계를 반비례로 뒤집거나, 상대습도를 온도 무관이라 적은 선지가 오답이다. ③ 상대습도-노점 관계 — 상대습도가 높을수록 건구온도와 노점온도의 차이가 작아지고 포화에서 0이 되며, 결로는 표면온도가 노점온도보다 낮을 때 생긴다. 결로 조건을 반대로 적은 선지가 단골 함정이다.
자주 묻는 물음
- 절대습도·상대습도·비교습도는 어떻게 다른가요?
- 절대습도는 건공기 1 kg당 수증기 질량, 상대습도는 수증기분압과 같은 온도의 포화수증기압의 비, 비교습도는 절대습도와 포화 절대습도의 질량비입니다. 분압의 비는 상대습도의 정의이고, 질량의 비가 비교습도의 정의입니다.
- 상대습도는 온도에 따라 변하나요?
- 변합니다. 공기가 차가워지면 담을 수 있는 최대 수증기량(포화수증기량)이 줄어들어 같은 수증기량에서도 상대습도는 높아집니다. 상대습도는 온도에 의존하는 값입니다.
- 건구온도와 노점온도의 차이는 무엇을 뜻하나요?
- 공기가 포화되기까지 남은 온도 차이입니다. 상대습도가 높을수록 두 온도의 차이는 작아지고, 상대습도 100%인 포화 상태에서는 두 온도가 같아집니다. 표면온도가 노점온도보다 낮아지면 그 표면에 결로가 생깁니다.
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