개념 한 쪽
공조냉동기계산업기사 공기의 성질 — 상대습도·절대습도·노점온도와 엔탈피
습공기의 상태는 수증기가 얼마나 들어 있는지, 그 수증기가 어느 온도에서 포화되는지, 전체 열량이 얼마인지로 나누어 읽는다. 세 가지 습도와 노점온도, 엔탈피가 그 뼈대다.
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뜻
습공기는 건공기와 수증기가 섞인 공기다. 습공기의 전체 압력은 건공기의 분압과 수증기의 분압을 더한 값과 같다. 이 관계는 상태량을 계산할 때 기준이 되며, 전체 압력에서 수증기 분압을 빼면 건공기 분압이 남는다.
습도를 나타내는 지표는 서로 다르다. 상대습도는 현재 수증기 분압을 그 온도에서의 포화 수증기 분압으로 나눈 비율에 100을 곱한 값이다. 절대습도는 건공기 1kg에 포함된 수증기의 질량을 나타내는 중량 지표로, 비율이 아니라 양 자체를 보여 준다. 비교습도는 포화 상태의 절대습도에 대한 실제 절대습도의 비율이다. 같은 수증기량이라도 온도가 달라지면 포화 수증기 분압이 달라지므로 상대습도는 변한다.
노점온도는 수증기가 포화되어 응축을 시작하는 온도다. 절대습도가 클수록 노점온도는 높아지고, 포화공기에서는 건구온도와 노점온도가 같아진다. 따라서 노점온도는 공기 중 수증기량을 온도로 표현한 값으로 읽는다.
엔탈피는 공기가 가진 열량을 단위 질량 기준으로 나타낸 값이다. 기준은 0℃의 건공기와 0℃의 물이며, 단위는 kJ/kg 또는 kcal/kg처럼 단위 질량당 에너지로 적는다. 일정한 건구온도에서 상대습도가 높아지면 절대습도가 늘어나고 엔탈피도 함께 증가한다. 이때 비체적이 커지고 노점온도도 올라간다. 상대습도가 높아지는데 엔탈피가 줄어든다는 설명은 성립하지 않는다.
상태변화의 성질도 함께 익힌다. 단열가습은 엔탈피가 일정한 등엔탈피 과정으로 진행되며, 이때 습구온도는 거의 변하지 않고 절대습도만 증가한다. 습구온도와 건구온도의 차이는 공기가 포화에 가까울수록 작아진다. 공기가 포화 상태에 가까우면 증발할 수 있는 수분이 줄어 차이가 줄어들기 때문이다.
열량 구성의 비율을 묻는 계산도 나온다. 온도 30℃, 절대습도 0.0271kg/kg′인 습공기에서 수증기 열량이 약 67kcal/kg, 습공기 총열량이 약 96kcal/kg이면 수증기 열량의 비율은 약 70%가 된다. 수증기 열량과 건공기 열량을 뒤섞으면 비율이 어긋난다.
예제
선지 판단은 상대습도를 수증기 분압과 포화 수증기 분압의 비율로 정의하는지, 절대습도를 수증기의 중량으로 보는지, 노점온도를 절대습도가 클수록 높아지는 값으로 보는지, 전체 압력을 건공기 분압과 수증기 분압의 합으로 보는지, 일정 건구온도에서 상대습도가 높아질 때 엔탈피가 증가한다고 보는지, 단열가습에서 습구온도가 거의 변하지 않는다고 보는지에서 갈린다. 상대습도를 P/Ps로 세운 선지, 절대습도를 중량 지표로 본 선지, 노점온도를 수증기량에 비례하는 값으로 본 선지, 전압을 두 분압의 합으로 본 선지, 상대습도 상승 시 엔탈피 증가를 옳게 본 선지가 맞다. 상대습도 상승 때 엔탈피가 감소한다는 선지와 단열가습에서 습구온도가 크게 변한다는 선지는 어긋난다.
자주 묻는 물음
- 상대습도와 절대습도는 무엇이 다른가요?
- 상대습도는 현재 수증기 분압을 그 온도에서의 포화 수증기 분압으로 나눈 비율입니다. 절대습도는 건공기 1kg에 포함된 수증기의 질량을 나타내는 중량 지표입니다. 온도가 바뀌면 상대습도는 달라지지만 절대습도는 수증기량 자체를 보여 줍니다.
- 노점온도는 무엇이고 어떻게 변하나요?
- 수증기가 포화되어 응축을 시작하는 온도입니다. 절대습도가 클수록 높아지고, 포화공기에서는 건구온도와 같아집니다. 공기 중 수증기량을 온도로 표현한 값으로 이해하면 됩니다.
- 단열가습에서는 습구온도와 절대습도가 어떻게 되나요?
- 단열가습은 엔탈피가 일정한 등엔탈피 과정으로 진행됩니다. 이때 습구온도는 거의 변하지 않고 절대습도만 증가합니다. 엔탈피가 일정하다는 점이 이 과정을 판별하는 기준입니다.
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