가습방법

왜 배우는가: 가습은 난방 중 실내 쾌적성과 산업 공정 품질을 좌우하므로 실무 설계에서 자주 다뤄진다. 이 개념은 3개 회차에 걸쳐 1교시 용어와 4교시 논술 물음으로 출제되었다.

출제 이력: 제134회 1교시 5번, 제132회 4교시 2번, 제117회 1교시 7번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

가습은 공조 공기에 수증기를 공급해 습도를 높이는 조작이며, 가열·냉각·제습과 함께 습공기 처리 과정을 이루는 한 단계다.

핵심 키워드

• 절대습도: 건조공기 1kg에 포함된 수증기 질량이며 단위는 kg/kg(DA)다.
• 상대습도: 같은 온도의 포화 수증기 분압에 대한 현재 수증기 분압의 비율이다.
• 증기 가습: 보일러 증기를 공기 흐름에 직접 분사하는 방식이다.
• 수분무 가습: 노즐이나 회전체로 물을 미립화해 공기에 분산하는 방식이다.
• 초음파 가습: 진동자로 수면을 떨어 미세 물방울을 만드는 방식이다.
• 단열 가습: 물의 증발열을 공기의 현열에서 얻어 엔탈피가 거의 일정한 가습이다.
• 가습량: 공기 질량유량에 가습 전후 절대습도 차를 곱한 수분 공급량이다.

2. 개념 풀이

쉬운 말로 말하면 가습은 마른 공기에 수분을 보태는 일이다. 겨울철 실내는 난방으로 공기 온도가 올라가면서 상대습도가 떨어진다. 수증기량이 같아도 온도가 높으면 상대습도가 낮아지기 때문이다. 그래서 난방 중인 건물에는 수증기를 더해 상대습도를 쾌적한 범위로 끌어올려야 한다.

정식으로 정의하면, 가습은 습공기 중 수증기량을 늘려 절대습도 또는 상대습도를 높이는 조작이다. 수증기량을 줄이는 조작인 제습과 짝을 이룬다. 공조기에서는 가열 또는 냉각 코일로 온도를 맞춘 뒤 가습기로 수분을 보태는 순서가 일반적이다. 가습 위치가 가열 전인지 후인지에 따라 공기의 상태 변화 경로가 달라진다.

핵심 용어를 차례로 풀이하면 다음과 같다.

• 절대습도: 건조공기 1kg에 대한 수증기의 질량이다. 단위는 kg/kg(DA)로 쓰며 가습량 계산의 기준이 된다.
• 상대습도: 습공기의 수증기 분압을 같은 온도의 포화 수증기 분압으로 나눈 값이며 단위는 %다. 온도가 변하면 절대습도가 같아도 상대습도가 달라지므로 두 값을 함께 봐야 한다.
• 증기 가습: 보일러 증기를 공기 흐름에 직접 분사한다. 건구온도 변화가 작아 등온 가습에 가깝고, 공급된 증기만큼 엔탈피가 증가한다.
• 수분무 가습: 물을 미립화해 공기 중에 분산시킨다. 물이 증발하면서 공기의 현열을 빼앗아 건구온도가 낮아지고 엔탈피는 거의 일정하게 유지된다.
• 단열 가습: 수분무 가습처럼 증발열을 공기 현열에서 얻는 가습을 말한다. 습도는 올라가고 건구온도는 내려가는 것이 특징이다.
• 초음파 가습: 진동자가 물을 미세 입자로 만들어 공급한다. 소비 에너지가 적고 소음이 작지만 수질 관리가 중요하다.

가습량은 다음 식으로 구한다.

$L = G(x_2 - x_1)$

L은 가습량(kg/h), G는 건조공기 질량유량(kg(DA)/h), x_2는 가습 후 절대습도(kg/kg(DA)), x_1은 가습 전 절대습도(kg/kg(DA))이다. 식의 뜻은 공기가 가져가는 수분량이 유량과 습도 차에 비례한다는 것이다.

가습 방식은 공기에 주는 열과 물의 상태 변화에 따라 나뉜다. 이 기준이 다음 절의 배경과 이후 방식 비교의 바탕이 된다.

3. 등장 배경과 필요성

겨울철 난방은 실내 공기를 건조하게 만든다. 연속 난방을 하면 상대습도가 떨어져 점막 건조와 불쾌감이 늘고, 정전기 발생도 증가한다. 목재 가구의 수축이나 전자기기의 정전기 장애 같은 문제도 함께 나타난다. 그래서 동절기 공조에서는 가습이 필요한 경우가 많다.