프로젝트의 습도 제어 요구 사항을 성공적으로 충족하기 위한 가습 시스템 설계는 여러 요소를 고려해야 한다. 이러한 요소들의 영향을 이해하는 것은 주로 경험을 통해 이루어진다. 그러나, 가습기 프로젝트는 대부분의 HVAC 컨설턴트에게 상대적으로 일반적이지 않기 때문에, 가습 시스템을 특정하는 데 필요한 전문 지식을 쌓는 것이 어려울 수 있다.

이 원고에서는 가습기 프로젝트의 가장 중요한 요소 10가지 포인트에 대한 개요를 소개한다. 무엇보다 HVAC 컨설턴트가 가습 시스템 설계용 프로젝트에 대해 적절한 정보를 수집할 수 있도록 도와줄 것이다. 여기에는 가습 전략, 제품 크기, 기술 선택, 시스템 설계 및 필요한 부품들에 대하여 정보에 입각한 결정을 내리는 것이 포함된다. 그것은 몇 가지 경험 규칙을 제시하고 컨설턴트가 달리 고려하지 않을 수 있는 가습 프로젝트의 중요한 측면을 검토하도록 상기시켜 줄 것이다.

지형철 / 콘데어 한국지사장

➊ 가습이 왜 필요할까요?

공기의 습도를 유지해야 하는 필요성은 크게 다음 세 가지 주요 범주 중 하나에 속한다. 제 조 효율성을 개선 또는 유지하기 위해서, 수분 손실에 민감한 물품을 보존하기 위해서 그리고 인체 건강을 보호하기 위해서다.

제조 효율성 향상 ---------------

습기 손실에 민감한 재료를 다루는 모든 산업은 습도 제어로부터 혜택을 받을 수 있다. 여기 에는 인쇄, 제약, 섬유 및 식품 생산과 같은 산업이 포함된다. 제품의 수분 손실은 제품의 물 리적 무결성 또는 품질에 영향을 미칠 수 있을 뿐만 아니라, 무게 감소를 통해 제조 수율을 감소시킬 수 있다.

습기에 민감한 제품 외에도, 40%RH 이상의 습도를 가지는 공기는 자연적으로 전하를 분산시키기 때문에, 정전기 문제가 있는 모든 제조 공정은 또한 가습할 수 있다. 여기에는 전자 및 데이터 센터와 같은 산업뿐만 아니라, 많은 패키징 공정이 포함된다.

직접분사(Cold Water) 가습기는 증발을 통해 매우 경제적인 냉각을 제공할 수 있다. 산업 및 상업 상황에서, 이것은 값비싼 냉방 장치의 간접비 없이 보다 편안한 작업 환경을 제공하여 운영 효율성을 크게 향상시킬 수 있다.

보존 ------------------------

재료의 수분 손실이 발생하면, 재료의 무결성이 약화되어 시간이 지남에 따라 돌이킬 수 없는 손해가 발생할 수 있다. 보존을 위한 가습은 박물관, 미술관, 기록보관소, 대저택 및 궁전과 같은 건물 내 유산부문에 특히 중요하다. 천연 재료로 만든 귀중한 그림, 가구, 조각품 및 모든 전시물은 수분 손실로 인해 손상될 수 있다.

보존을 위한 일정한 습도 조절은 악기에도 또 한 중요하다. 나무의 건조로 인한 미세한 치수 변화조차도, 악기의 조율이 틀려지게 할 수 있다. 교회 오르간과 같은, 대형 악기의 경우, 슬 라이더와 움직이는 부품의 마찰이 증가됨에 따라, 치수 변화는 성능을 저하시킨다.

나무로 된 바닥이나 벽이 있는 건물은 뒤틀 림과 손상을 방지하기 위해 습도 조절이 또한 필요할 수도 있다.

건강 ------------------------

많은 과학적 연구들은 건강을 위한 이상적인 실내습도가 40~60%RH임을 보여준다. 이 수준에서 우리의 호흡기 면역계는 최적으로 기능하고, 많은 공기 중 바이러스의 양과 전염성이 상당히 감소된다.

만약 습도가 40%RH 아래로 떨어지면, 코와 목의 점막이 건조해진다. 이는 흡인된 오염원이 감염을 일으키기 전에 이 오염원을 포획하여 파괴시키는 우리 몸의 자연적인 점액섬모 제거과정을 손상시킨다.

에어로졸 과학 연구는 사람들이 말, 기침 또는 호흡을 통해 배출하는 바이러스는 건조한 공기에서 더 오래 공기 중에 남아 있음을 또한 보여준다. 이것은 배출된 작은 방울이 더 작은 크기로 증발하기 때문이다. 또, 일부 바이러스는 40%RH 아래의 습도에서 더 잘 생존하고 상당히 더 오랫동안 전염성을 유지하는 것으로 나타났다.

가습기 없이 난방되는 건물 실내에서, 실내 습도는 일반적으로 실외 온도가 약 10°C 이하로 떨어질 때 최적 임계값인 40%RH 아래로 떨어진다. 따라서 겨울철 거주자의 건강을 위해 건물을 가습하는 것이 중요하다.

➋ 습공기선도(Psychrometric Chart)는 어떤 정보를 제공할까요?

습공기선도(Psychrometric Chart)는 공기 온도, 공기 수분 함량 및 상대습도 간의 관계를 보여준다. 일반적으로 이것은 가습기 프로젝트에서 온도에서의 결과적인 변화를 고려하면서, 습도를 낮은 수준에서 요구되는 습도 수준으로 높이는 데 필요한 물의 양을 계산하는데 사용된다.

▷습공기선도(Psychrometric Chart)를 사용하려면, 다음 사항을 알아야 한다.

① 시작 조건의 온도 및 RH. 이것은 일반적으로 가장 추운 실외 겨울 조건이다.

② 요구되는 종료 조건의 온도와 1과 동일한 기간동안의 RH.

프로세스 (〈그림 1〉 참조) ----------

A 등온가습 -스팀이 추가되면 최소한의 온도 상승과 함께 수분 함량과 상대습도가 증가한다.

B 가열 - 열에너지를 추가하면 온도가 상승하고, 수분 함량에 영향을 주지 않고 상대습도가 감소한다.

C 제습 - 제습이 이루어지면, 제습 과정 동 안 방출되는 열로 인한 온도 상승으로 상대습도가 감소된다.

D 냉각 - 열에너지를 제거하면 온도가 낮아지고, 냉각 과정 동안 응축을 통해 수분 함량이 감소할 가능성이 있는 상대습도가 증가한다.

E 가습/냉각 - 물(Cold water)이 증발되면 수분량과 상대습도를 증가시키는 반면, 증발 과정을 위해 사용되는 열에너지는 공기 온도를 낮춘다.

전형적인 등온가습 과정 ----------

시작 조건 -6°C 100%RH : 가능한 가장 추운 실외 온도와 경험될 수 있는, 가장 낮은 RH 또는 수분량을 기준으로 해야 한다.

1단 계 가열 +28°C : 차트는 가습 전 RH 수준을 보여준다.

2단계 수분 첨가 +0.0056kg/kg : 요구되는 RH 수준까지. 차트는 건조공기 kg 당 요구되는 수준으로 습도를 상승시키는 데 필요한 수분량을 보여준다.

종료 조건 22°C 50%RH

전형적인 단열가습 과정 ----------

시작조건 -6°C 100%RH : 가능한 가장 추운 실외 온도와 경험될 수 있는, 가장 낮은 RH 또는 수분량을 기준으로 해야 한다.

1단계 가열 +40°C : 차트는 가습 전 RH 레벨과 필요한 가열 해당 열량을 보여준다.

2단계 수분 첨가 & 냉각 +0.0056kg/kg -12°C : 특정 엔탈피 선을 필요한 RH 수준까지 대각선으로 상승시킨다. 차트는 건조 공기 kg 당 원하는 수준으로 습도를 상승시키는데 필요한 수분량을 보여준다.

종료 조건 22°C 50%RH

➌ 어떤 용량의 가습기가 필요할까요?

프로젝트에 필요한 가습기 용량을 결정하려면, 부하계산(Load Calculation)을 수행해야 한다. 이 계산은 1kg의 건조공기에 대해, 건조 시작 조건에서 원하는 습도 레벨까지 습도를 증가시키는데 필요한 물의 양에, 처리되는 전체 공기 볼륨을 곱하여 계산한다. 공기의 시작 및 종료 조건을 습공기선도에 표시하여, 1kg의 건조 공기를 가습하는 데 필요한 수분량을 m³/kg 단위의 특정 부피와 함께 결정할 수 있다.

프로젝트의 전체 공기량을 결정하는 방법은 공조장치(AHU) 또는 다이렉트 룸 가습 전략에 따라 달라진다(포인트 4 참조).

용량계산 핵심 팁 ---------------

- 매 1m³/s의 신선한 공기마다, 약. 25kg/ hr의 습도가 필요하다.

- 매 스팀 100kg 마다, 약. 75kW의 전력이 필요하다.

- Cold water 1kg이 증발할 때마다, 약. 0.68kW의 증발 냉각이 생성된다.

▷Load Calculation(부하 계산)을 수행하려면, 다음 사항을 알아야 한다.

1kg의 건조공기를 시작부터 종료조건까 지 습도를 올리는데 필요한 수분의 볼륨과 이 조건에서의 특정 공기의 볼륨(습공기선도 2 참조)

➍ 룸(room)내 가습과 덕트 내 가습의 차이점과 선택방법은?

이 질문에 대한 답은 종종 건물 내에 기존 공 조장치(AHU)와 덕트 네트워크가 있는지 여부 에 달려 있다. 중앙 공조장치가 있는 경우, 건물의 HVAC 전략의 일환으로 가습 목적으로 이것을 사용하는 것이 합리적이다.

건물에 덕트형 공조시스템이 없는 경우에는, 습도 제어만을 목적으로 설치하는 것은 실용성 이 떨어지거나 비용면에서 효율적이지 않다. 이러한 상황에서는 일반적으로 다이렉트 룸 가 습기가 사용된다.

필요한 습도제어가 매우 특정 위치에만 지정되어 있거나 요구되는 가습량이 매우 낮은 경우 에는 기존의 공조장치를 이용한 가습은 실용성 이 떨어질 수 있다. 이 같은 조건에서는, 다이 렉트 룸 가습 시스템이 더욱 효율적이고 비용 면에서도 이점이 있다.

반대로, 실내 습도를 유지하는 데 필요한 수분량이 매우 높은 경우, 공조장치가 수용할 수 있는 물리적인 수용량보다 많은 가습이 필요할 수도 있다. 예를 들어, 실내 내 상당한 열 증가가 있는 경우, 필요한 습도 부하가 높을 수 있고, 공조장치로부터 공급되는 온도가 낮아질 수 있어, 운반할 수 있는 수분을 제한할 수 있다.

이러한 상황에서, 실내 단열 가습 시스템은 습도 제어뿐만 아니라 추가적인 냉각 기능도 제공할 수 있다. 이것은 공조장치 가습 시스템 (있는 경우)에서 제공하는 ‘추가기능’ 으로 사용될 수도 있다. (다음 호에 계속)