1-6. 습공기선도의 구성요소를 도시하고, (1) 현열 가열, (2) 현열+잠열 냉각 과정에서각 상태량의 변화를 나타내시오.

습공기선도(Psychrometric Chart)는 표준 대기압 조건에서 습한 공기의 다양한 열역학적 상태량(Properties) 간의 관계를 그래프로 나타낸 것으로, 공조 시스템의 설계 및 분석에 매우 유용하게 사용되는 도구입니다. 다양한 공조 과정(가열, 냉각, 가습, 감습, 혼합 등)을 이 선도 위에서 시각적으로 표현하고 상태량 변화를 파악할 수 있습니다.

 

습공기선도의 구성요소

습공기선도는 다음의 주요 상태량들을 나타내는 선들로 구성됩니다.

1. 건구 온도 (Dry-Bulb Temperature, DB) 선:
   • 지표면에서 수평한 직선들로 표시됩니다.
   • X축 스케일이며, 건구 온도계로 측정되는 일반적인 공기 온도입니다.
   • 왼쪽에서 오른쪽으로 갈수록 온도가 높아집니다.
2. 습도비 / 절대습도 (Humidity Ratio / Specific Humidity, W or ω) 선:
   • 지표면에서 수직한 직선들로 표시됩니다.
   • Y축 스케일이며, 건조 공기 1kg당 포함된 수증기의 질량(kg-수증기/kg-건조공기)을 나타냅니다.
   • 아래에서 위로 갈수록 습도비가 높아집니다.
3. 상대습도 (Relative Humidity, RH) 선:
   • 곡선 형태로 표시되며, 왼쪽 아래에서 오른쪽 위로 갈수록 습도가 높아집니다.
   • 같은 건구 온도에서 공기가 최대로 포함할 수 있는 수증기량(포화 수증기량)에 대한 현재 수증기량의 백분율을 나타냅니다.
   • 가장 왼쪽 위의 100% 상대습도 선을 **포화 곡선(Saturation Curve)**이라고 하며, 이 선 상의 모든 점은 공기가 수증기로 포화된 상태입니다.
4. 습구 온도 (Wet-Bulb Temperature, WB) 선:
   • 왼쪽 위에서 오른쪽 아래로 경사진 직선들로 표시됩니다.
   • 젖은 천으로 감싼 습구 온도계로 측정되는 온도입니다. 공기의 온도와 습도의 복합적인 영향을 받으며, 증발 냉각 효과를 반영합니다.
   • 습구 온도 선은 비엔탈피 선과 거의 평행합니다.
5. 노점 온도 (Dew Point Temperature, DP) 선:
   • 수평한 직선들로 표시됩니다.
   • 공기를 압력 및 습도비 변화 없이 냉각할 때 수증기가 응축되기 시작하는 온도를 나타냅니다.
   • 특정 상태점의 노점 온도는 해당 상태점에서 **수평으로 이동하여 포화 곡선(100% RH 선)**과 만나는 점의 건구 온도와 같습니다. (즉, 습도비 선과 평행)
6. 비엔탈피 (Specific Enthalpy, h) 선:
   • 습구 온도 선과 거의 평행한 경사진 직선들로 표시됩니다.
   • 건조 공기 1kg과 그에 포함된 수증기가 가지는 총 에너지(현열 + 잠열)를 나타냅니다 (kJ/kg-건조공기).
   • 왼쪽 아래에서 오른쪽 위로 갈수록 엔탈피가 높아집니다.
7. 비체적 (Specific Volume, v) 선:
   • 왼쪽 아래에서 오른쪽 위로 경사진 직선들로 표시됩니다.
   • 건조 공기 1kg과 그에 포함된 수증기가 차지하는 부피를 나타냅니다 (m³/kg-건조공기).
   • 왼쪽 아래에서 오른쪽 위로 갈수록 비체적이 높아집니다.

습공기선도 구성요소 도시 (개략적인 형태)

(주: 위 그림은 구성요소의 상대적인 위치와 방향을 나타낸 개략적인 도시이며, 실제 선도의 정확한 곡률이나 간격은 다릅니다.)

 

습공기선도 상의 과정 변화

습공조 과정은 습공기선도 상에서 하나의 상태점(시작 상태)에서 다른 상태점(결과 상태)으로의 이동으로 나타납니다.

 

(1) 현열 가열 (Sensible Heating) 과정

• 정의: 공기에 수분 변화 없이 현열만 가하여 온도를 높이는 과정입니다. 공기 가열 코일 등을 통과할 때 발생합니다.
• 선도 상의 표현: 수평하게 오른쪽으로 이동하는 직선으로 나타납니다. (습도비 일정)
• 각 상태량의 변화:
  • 건구 온도 (DB): 증가합니다.
  • 습도비 (W): 일정합니다.
  • 상대습도 (RH): 건구 온도가 높아지면서 포화 수증기량이 증가하므로, 절대 수증기량이 같더라도 상대적으로 포화도(습도)는 감소합니다.
  • 습구 온도 (WB): 증가합니다 (건구 온도가 증가하므로).
  • 노점 온도 (DP): 습도비가 일정하므로 일정합니다.
  • 비엔탈피 (h): 현열이 더해지므로 증가합니다.
  • 비체적 (v): 온도가 높아지므로 증가합니다.

(2) 현열 + 잠열 냉각 (Sensible + Latent Cooling) 과정

• 정의: 공기를 냉각하면서 수분(수증기)을 제거(응축)하는 과정입니다. 공기 냉각 코일(표면 온도가 공기의 노점 온도보다 낮은) 등을 통과할 때 발생합니다. 현열과 잠열이 모두 제거됩니다.
• 선도 상의 표현: 왼쪽 아래로 기울어진 직선으로 나타납니다. 기울기는 제거되는 현열량과 잠열량의 비율(현열비, SHR)에 따라 결정됩니다. 공기가 냉각 코일 표면 온도까지 냉각되면 포화 곡선을 따라 이동할 수 있습니다.
• 각 상태량의 변화:
  • 건구 온도 (DB): 감소합니다.
  • 습도비 (W): 수증기가 응축되어 제거되므로 감소합니다.
  • 상대습도 (RH): 온도는 낮아지고 습도비는 감소하지만, 일반적으로 냉각 과정에서는 상대습도가 증가하는 경향을 보이며 포화 곡선에 가까워집니다 (냉각 코일 표면에서는 100% RH 도달).
  • 습구 온도 (WB): 감소합니다.
  • 노점 온도 (DP): 습도비가 감소하므로 감소합니다.
  • 비엔탈피 (h): 현열과 잠열이 모두 제거되므로 감소합니다.
  • 비체적 (v): 온도 및 습도비가 감소하므로 감소합니다.

습공기선도를 이용하면 이 외에도 가습, 감습, 혼합 등 다양한 공조 과정을 시각적으로 분석하고 각 상태량의 변화를 쉽게 파악할 수 있습니다.