공조냉동기계산업기사 환경 및 설계조건 — 온열환경 지표와 벽체 열전도 계산

실내 환경의 설계조건은 인체가 느끼는 온열환경에서 출발한다. 공기온도, 평균복사온도, 기류속도, 습도의 네 요소가 쾌적감을 결정하며, 청정도는 공기 질 지표이므로 이 네 가지에 포함하지 않는다. 설계값은 이 네 요소를 함께 조정해 정한다.

기류는 설계에서 특히 주의할 항목이다. 사람 주위의 기류속도가 0.1~0.2m/s일 때 쾌적하고, 0.3m/s 이상이면 바람 쐬임 불쾌감이 생긴다. 공기온도가 낮거나 벽면 온도가 낮거나 습도가 낮은 상태에서 기류까지 빨라지면 콜드 드래프트가 가중되므로, 네 요소를 따로 보지 않고 함께 맞춘다.

체감 조건을 수치로 비교할 때는 유효온도를 쓴다. 유효온도는 공기온도, 습도, 기류의 세 요소가 복합적으로 작용해 결정되며 청정도는 여기에 들지 않는다. 대사량은 쾌적한 상태에서 안정 시의 값을 1로 삼는 met로 나타내고 1met는 약 1kcal/kg·hr이며, 의복 단열은 clo로 나타낸다. 여름철 실내외 온도차를 과도하게 크게 잡으면 에너지 효율이 떨어지고 결로 위험과 설비 비용이 커지므로 적정 범위에서 조건을 정한다.

벽체를 통한 열량은 열전도율과 온도차, 두께로 계산한다. 두께 ℓ인 벽의 양표면 온도가 t1과 t2이고 열전도율이 λ일 때, 단위시간 단위면적당 방열량은 q = λ·(t1-t2)/ℓ이다. 두께 100mm, 양표면 온도 320℃와 40℃, 열전도율 0.05kcal/m·h·℃인 벽이라면 q = 0.05×280/0.1 = 140kcal/m²·h가 된다. 벽체가 균일하면 내부 온도분포는 선형이므로 중심 온도는 양단 온도의 평균인 (320+40)/2 = 180℃다.

상변화에 드는 열량은 현열과 구분해야 한다. 1기압, 100℃의 포화수 5kg을 같은 온도의 건포화 증기로 만들려면 온도 변화가 없으므로 기화잠열만 필요하다. 100℃의 기화잠열 약 539kcal/kg에 질량 5kg을 곱해 2,695kcal가 된다. 현열 공식으로 계산하거나 다른 상변화의 잠열을 대입하면 값이 어긋난다.

설계 문서에서는 용어와 단위의 연결도 확인한다. 같은 열환경 지표라도 나타내는 물리량이 다르면 단위가 달라지므로, 온도 지표에는 온도 단위를, 엔탈피처럼 단위 질량당 에너지에는 kJ/kg이나 kcal/kg을 짝지어야 한다.