가습방식

왜 배우는가: 가습은 겨울철 난방 실내, 데이터센터, 클린룸처럼 습도 관리가 중요한 공간에서 쓰는 기본 공조 요소다. 시험에서는 가습 방식의 종류와 특징을 묻는 문제와, 가습 과정을 습공기선도에 작도하는 문제로 반복해서 출제된다.

출제 이력: 제132회 2교시 2번, 제117회 2교시 6번, 제95회 1교시 6번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

가습방식은 공기에 수분을 공급하여 절대습도를 높이는 방법이며, 수분을 공급하는 형태와 열원에 따라 구분한다.

핵심 키워드

• 가습(Humidification)
• 절대습도
• 순환수 가습
• 온수 가습
• 증기 가습
• 물분무식
• 기화식
• 단열 가습

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 건조한 공기에 물을 넣어 촉촉하게 만드는 작업이다. 겨울철 난방으로 실내 공기가 건조해지면 이를 보충하는 것이 가습이다.

정식 정의는 다음과 같다. 가습은 공기에 수증기 또는 물을 공급하여 절대습도를 증가시키는 공조 과정이다. 절대습도는 건공기 1kg에 대한 수증기 질량(kg/kg(DA))이다.

가습방식은 크게 물을 공기 중에 직접 분무하는 방식과 증기 또는 온수를 공급하는 방식으로 나뉜다. 분무 방식은 물을 미세하게 뿌려 공기 속에서 증발시킨다. 이때 증발에 필요한 열은 공기 자신의 현열에서 가져오므로 건구온도가 내려간다. 이를 단열 가습이라 한다. 분무수를 펌프로 순환시켜 쓰면 순환수 가습이 된다.

증발은 흡열 과정이다. 액체가 기체가 되려면 분자 사이의 인력을 이겨야 하며, 이때 필요한 에너지가 기화 잠열이다. 온수 가습은 온수를 분무하여 공기에 열과 수분을 함께 준다. 증기 가습은 증기를 공기 흐름에 직접 취출하므로 증기가 가진 엔탈피가 거의 그대로 공기에 더해진다.

가습 과정은 습공기선도에서 읽는다. 가습과 제습이 없는 단순 가열이나 냉각은 습도비가 일정한 수평선으로 나타난다. 수평선에서 벗어나는 방향은 수분이 추가되었는지 제거되었는지를 보여 준다. 가습은 습도비가 증가하는 방향으로 이동하는 과정이다.

선도의 왼쪽 끝 곡선은 포화선이며 상대습도 100% 곡선이다. 가습이 진행되어 공기가 포화선에 가까워지면 더 이상 수분을 받아들이기 어려워진다. 습구온도가 일정한 선은 엔탈피가 거의 일정한 선과 비슷한 방향으로 기울어 있다. 따라서 단열 가습은 습구온도가 거의 일정한 선을 따라 움직인다고 이해하면 된다.

3. 등장 배경과 필요성

겨울철 실내는 난방으로 온도가 오르면서 상대습도가 떨어진다. 이때 실내 공기가 건조해지면 호흡기가 마르고 정전기가 생기며, 목재나 종이 같은 재료가 변형된다. 공조에서 가습이 필요한 이유는 재실자의 쾌적성과 물품 품질을 함께 확보하기 위해서다.

산업 분야에서도 습도 관리가 필요하다. 포장, 인쇄, 제지, 섬유, 전자 산업이 대표적이다. 상대습도가 낮으면 마찰로 정전기와 스파크가 생기기 쉽다. 상대습도를 높게 유지하면 정전기 축적이 크게 줄어든다.

데이터센터에서는 상대습도 관리가 설비 보호와 직결된다. 스파크가 IT 장비를 손상시킬 수 있기 때문이다. ASHRAE는 데이터센터의 권장 범위로 상대습도 45~55%를 제시해 왔다. 반도체 제조 공정과 병원 수술실도 일정한 습도를 유지해야 하는 대표적인 공간이다.

이러한 요구를 맞추기 위해 가습은 공기조화기 내부의 가습 장치로 수행된다. 가습 방식을 선택할 때는 필요한 가습량, 공급 열원, 수질 관리, 에너지 소비를 함께 고려해야 한다. 따라서 방식별 상태변화를 이해하는 것이 설계와 답안 작성의 출발점이 된다.