노점온도

왜 배우는가: 노점온도는 습공기의 수증기량을 온도로 나타내는 지표이며, 결로 발생 여부와 냉방 코일의 제습량 판단의 출발점이 된다. 상대습도와 함께 습공기 선도에서 상태값을 찾는 기본 개념이라 보기·계산·서술형 문항에 반복해서 나온다.

출제 이력: 제136회 1교시 10번, 제129회 1교시 10번, 제124회 1교시 13번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

노점온도(습공기를 수증기량 일정하게 냉각할 때 수증기가 포화되어 응결이 시작되는 온도)는 습공기 속 수증기의 현재 수증기압에 해당하는 포화온도다.

• 노점온도(dew point temperature)
• 포화수증기압(saturation vapor pressure)
• 수증기분압(partial pressure of water vapor)
• 상대습도(relative humidity)
• 절대습도(humidity ratio)
• 결로(condensation)
• 습공기 선도(psychrometric chart)
• 선형보간법(linear interpolation)

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 공기를 식혔을 때 물방울이 처음 맺히기 시작하는 온도다. 공기 속 수증기의 양이 같으면 노점온도도 같다. 그래서 노점온도는 수증기량의 척도로 쓰인다.

정식 정의는 다음과 같다. 습공기의 압력과 수증기 함량이 일정할 때, 그 수증기 분압과 같은 포화수증기압을 갖는 온도가 노점온도다. 공기가 부피와 압력을 유지한 채 냉각되어 포화 상태에 이르는 온도이며, 이 온도 이하로 내려가면 과잉 수증기가 이슬로 맺힌다.

수증기분압은 습공기 중 수증기만이 차지하는 압력이다. 혼합 기체 법칙에 따라 전체 압력의 일부로 작용한다.

포화수증기압은 주어진 온도에서 액체 물과 기체 수증기가 평형을 이룰 때의 수증기 압력이다. 온도가 오르면 지수함수적으로 커진다.

상대습도는 현재 수증기압과 같은 온도의 포화수증기압의 비다. 기온이 변하면 수증기량이 같아도 상대습도가 달라진다. 반면 노점온도는 수증기량이 변하지 않으면 온도가 바뀌어도 값이 같다. 그래서 노점온도는 습윤 정도를 직접 나타내는 지표로 쓰인다.

결로는 구조체 표면 온도가 주변 공기의 노점온도보다 낮을 때 표면에 수분이 맺히는 현상이다.

계산 순서는 다음과 같다.

• 주어진 건구온도와 상대습도로 포화수증기압 P_s를 구한다.
• 수증기분압 P_w = \phi \times P_s를 구한다.
• P_w와 같은 값이 되는 온도를 포화수증기표에서 찾는다. 표에 없으면 선형보간법을 쓴다.

선형보간법은 두 기준점 사이를 직선으로 잇는 방법이다. 표 값 사이의 수증기압을 근사할 때 쓰며, 간격이 좁을수록 오차가 작다. 곡선이 강하게 휘는 구간에서는 오차가 커진다.

3. 등장 배경과 필요성

공기조화 설계에서는 건구온도와 상대습도만으로는 공기 속 수분량을 직접 비교하기 어렵다. 온도가 달라지면 상대습도가 함께 변하기 때문이다. 노점온도는 수분량을 온도 하나로 나타내어 비교를 쉽게 만든다.

결로 문제에서도 노점온도가 기준이 된다. 실내 공기의 노점온도가 외벽이나 창호 표면 온도보다 높으면 표면에 결로가 생긴다. 건물 기밀 시공이 강화되어 실내 수증기가 빠져나가기 어려워진 뒤에 결로 문제가 더 자주 나타났다.

냉방 코일에서는 코일 표면 온도가 공기의 노점온도보다 낮아야 제습이 일어난다. 노점온도 계산은 제습량과 현열비를 구하는 출발점이다. 또한 건습구온도계나 노점계로 실측한 값을 해석할 때도 쓰인다.

그래서 노점온도는 결로 방지 설계, 제습 설계, 습공기 선도 해석의 공통 기준으로 자리 잡았다.