개념 한 쪽
열 환경은 실내공기의 온도·습도·기류·청정도를 포함하는 공기조화의 핵심 개념으로, 구조체의 열용량과 복사열 등의 영향이 인체의 열적 체감에 큰 영향을 준다.
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출제기준 단원 「열 환경」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 복사난방 지표 판단 | 1 | 복사열 영향이 큰 공간의 적절한 열환경 지표를 고르기 |
| 습공기 선도 항목 식별 | 1 | 습공기 선도에 표시되는 상태량과 표시되지 않는 값을 구분하기 |
| 공기조화 기본 정의 | 1 | 공기조화의 네 가지 핵심 요소를 완성하기 |
공기조화는 실내의 온도·습도·기류·청정도를 사람과 물품에 적합한 상태로 유지하기 위해 인위적으로 조절하는 것을 말한다. 이 네 요소는 공기조화의 기본 정의로 자주 출제되므로 암기해야 한다.
복사난방과 같은 경우는 공기 온도 자체보다 벽이나 천장 등에서 방출되는 복사열의 영향이 크다. 이럴 때 열환경을 평가하는 지표로는 대류와 복사를 모두 고려한 작용온도(operative temperature)가 가장 적합하다. 글로브온도는 복사와 대류를 모두 측정하는 도구로 이해하되, 지표 선택에서는 작용온도가 더 직접적이라는 점을 기억해야 한다.
구조체의 열용량이 크다는 것은 많은 열에너지를 저장하는 특성을 의미한다. 이로 인해 외부 온도 변화에 대한 내부 온도의 변동이 지연되어 실내 온도가 안정화되는 효과가 크고, 피크 부하가 감소하는 경향이 있다. 그러나 결로 발생 여부는 표면온도와 단열 성능 등 다른 요인에 더 직접적으로 좌우된다.
습공기 선도는 온도와 습도의 상태 변화를 엔탈피 등과 연계해 열량 변화를 시각적으로 파악하는 도구이다. 선도상에는 건구온도, 습구온도, 절대습도, 상대습도, 엔탈피, 비체적, 수증기 분압 등이 표시되며, 비열비나 열용량 같은 물성치는 선도에서 직접 표시되지 않으므로 별도 계산이 필요하다. 습공기 엔탈피는 건조공기의 현열과 수증기의 잠열의 합으로 정의되며 기준 온도는 0℃이다.
실내 공기 오염 평가에서는 탄산가스(CO2) 농도를 환기 상태와 인원 활동의 간접 지표로 사용한다. CO2 농도는 사람의 호흡에 비례하여 증가하므로 환기가 부족하거나 인원이 많은 실내에서 다른 오염물질의 농도도 함께 높아질 가능성을 시사한다. 측정이 비교적 쉽다는 점도 장점으로 작용한다.
일사에 의한 취득열량을 계산할 때에는 면적, 열관류율(U값), 그리고 일사효과를 반영한 상당외기온도차가 필요하다. 또한 표면과 공기 사이의 열교환량을 계산할 때는 고려 대상 구간을 명확히 하여 해당 구간의 표면 열전달계수와 그 구간의 온도차를 사용해야 한다. 예컨대, 특정 구간에 해당하는 내표면 열전달율과 실내온도와 내표면 온도의 차를 사용하여 열교환량을 산정한다.
벽체를 통한, 실내 공기와 내측 표면 사이의 열교환량을 구하는 문제를 고려한다. 벽의 크기 4m×5m, 실내 측 표면의 열전달계수 αi=8 W/m²·K, 실내온도 22℃, 실내측 표면온도 20℃가 주어졌을 때 전달열량 Q는 다음과 같이 계산한다.
Q = αi × A × ΔT = 8 W/m²·K × (4 m × 5 m) × (22℃ − 20℃) = 320 W
이 계산에서 외표면 열전달율이나 실외온도는 '실내 공기와 내측 표면' 구간의 열교환량을 요구하는 문제에서는 불필요한 정보이므로 소거해야 한다.
복사난방 공간의 열환경 평가는 작용온도를 선택하는 것이 적절하다는 점도 실전에서 자주 출제되는 예시이다. 습공기 선도 문제는 그 도구의 목적이 열량 변화 파악이라는 점을 기준으로 접근한다.
다음 중 복사난방 공간의 열환경을 평가하기 위한 지표로서 가장 적합한 것은?
정답 ② · 복사난방 공간의 열환경 평가에 가장 적합한 지표를 고르는 문제이다. 복사난방 공간은 복사에 의한 열전달 비중이 크므로 실내온도만으로 평가할 수 없고, 대류 열전달과 복사 열전달을 종합한 작용온도가 가장 적합하다.
복사난방은 복사열 전달이 주요하므로, 대류와 복사를 모두 고려한 작용온도(Operative temperature)가 열환경 평가에 가장 적합하다.
다음 중 습공기 선도상에 표시되어 있지 않는 상태량은?
정답 ④ · 습공기 선도상에 표시되지 않는 상태량을 고르는 문제이다. 습공기 선도에는 건구온도, 습구온도, 상대습도, 절대습도, 엔탈피, 비체적, 수증기 분압 등 공기 상태를 결정하는 주요 변수들이 곡선으로 표시되어 있다.
습공기 선도에는 온도, 습도, 엔탈피, 비체적 등 주요 상태량이 표시되나, 비열비는 일반적으로 표시되지 않는다.
공기조화란 인공적으로 실내공기의 온도, 습도, 기류와 ( )의 4가지 요소를 인체 혹은 물품에 가장 적합한 상태로 유지시켜 주는 것이다. ( )속에 들어갈 단어로 옳은 것은?
정답 ③ · 공기조화의 정의에서 빈칸에 들어갈 4대 요소를 묻는 문제이다. 공기조화란 실내공기의 온도, 습도, 기류 및 청정도를 인체나 물품에 가장 적합한 상태로 유지하는 것을 말한다.
공기조화는 실내공기의 온도, 습도, 기류와 청정도의 4가지 요소를 인체 혹은 물품에 가장 적합한 상태로 유지시켜 주는 것이다.
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