냉동창고 방습

왜 배우는가: 냉동창고는 저온 상태를 유지하기 위해 단열과 방습을 함께 설계해야 하며, 습기가 단열재에 침투하면 단열 성능 저하, 결빙, 구조 손상이 생긴다. 이 때문에 방습 원리와 노점·결로 개념은 설계 문제로 매 회차 반복해서 출제된다.

출제 이력: 제138회 3교시 5번, 제110회 2교시 1번, 제98회 3교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

냉동창고 방습은 저온 측으로 수증기가 침투하여 단열층이 결로·결빙되는 것을 막기 위해 고温 측에 투습저항이 큰 방습층을 설치하는 것을 말한다.

• 방습층, 투습저항, 노점온도, 결로, 수증기압 구배, 단열층 결빙, 방습 시공

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 냉동창고 벽 안으로 더운 바깥 공기의 수증기가 들어와 차가운 단열재 속에서 물로 바뀌는 것을 막는 일이다. 단열재가 물을 머금으면 열전도율이 올라가 냉동 부하가 늘고, 얼어서 체적이 팽창하면 마감이 깨진다.

정식으로는 방습(vapor control)을 벽체 내부의 수증기 이동을 억제하는 설계 행위로 정의한다. 수증기는 온도차에 따라 고온 측에서 저온 측으로 확산하며, 이 확산 경로에 방습층을 두어 수증기 유입을 차단한다. 방습층의 성능은 투습저항(vapor resistance)으로 나타낸다. 투습저항이 클수록 수증기 투과량이 작다.

노점온도(dew point)는 공기 중 수증기가 포화되어 이슬로 맺히기 시작하는 온도다. 벽체 내부 어느 한 지점의 온도가 그 지점의 노점온도 이하로 내려가면 그곳에서 결로가 생긴다. 냉동창고는 내부가 영하이므로 외기 쪽에서 들어온 수증기가 단열재 안에서 노점을 만나기 쉽다.

결로는 표면결로와 내부결로로 나눈다. 표면결로는 벽 표면온도가 접한 공기의 노점보다 낮을 때 표면에 물이 맺히는 현상이다. 내부결로는 벽체 안쪽 어느 부분의 수증기압이 그 온도의 포화수증기압보다 높을 때 생긴다. 냉동창고의 방습 문제는 주로 내부결로에 해당한다.

수증기압 구배는 벽 양쪽의 수증기압 차이다. 고온·고습 측에서 저온·저습 측으로 수증기가 확산하는 구동력이다. 방습층은 이 구배를 줄이는 방향으로 배치한다.

3. 등장 배경과 필요성

냉동창고는 실내를 영하로 유지하므로 외기와의 온도차와 수증기압차가 모두 크다. 벽체를 통한 열 관류와 수증기 관류는 같은 저항 계산 이론을 따른다. 벽체 내부의 온도 분포는 부재의 열저항으로, 수증기압 분포는 부재의 투습저항으로 결정된다. 두 분포를 비교하여 노점 이하가 되는 부분이 생기면 내부결로가 발생한다.

초기 냉동창고 설계에서는 단열재만 두껍게 하면 된다고 여기는 경우가 있었으나, 단열재 속 수분은 단열 성능을 크게 떨어뜨린다. 그래서 단열만으로는 부족하고 방습을 별도로 설계해야 한다는 인식이 자리 잡았다.

표면결로 방지는 실내 수증기 발생을 억제하고 환기로 절대습도를 낮추며, 단열 강화로 실내측 표면온도를 올리는 것이 기본이다. 내부결로 방지는 벽체 내부온도를 그 부분의 노점보다 높게 유지하도록 단열재를 벽의 고온 측(외측)에 두고, 수증기가 들어오는 쪽에 적절한 투습저항의 방습층을 설치하는 것이 기본이다. 냉동창고에서는 이 원칙을 저온 측 면에 적용하므로 방습층의 위치가 특히 중요하다.

방습이 필요한 이유는 세 가지로 정리된다. 첫째, 단열 성능을 유지한다. 둘째, 단열재 결빙과 체적 팽창에 따른 파손을 막는다. 셋째, 바닥과 벽의 동상·융해에 따른 구조 손상을 줄인다. 이 세 가지가 방습을 설계 필수 항목으로 만든다.