단열재2(결로,곰팡이,습공기선도) #아파트_011

지난 글에서는 단열을 이해하기 위해 꼭 필요한 기본 개념인 열관류율, 열전도율, 열저항에 대해 알아보았습니다. 

이번에는 결로, 곰팡이, 습공기선도에 대해 알아보겠습니다.

 

https://tophoon.tistory.com/156

단열재(열관류율,열전도율,열저항) #아파트_011

결로(Condensation)를 쉽게 이해하면 따뜻한 습공기가 차가운 표면을 만나면 생기는 것이 결로입니다. 

즉 결로가 생기기 위해서는 두가지가 함께 존재해야 합니다. 1. 따뜻한 습공기, 2. 차가운 표면

참고로 습공기(건조공기 + 수증기)는 습한 공기를 의미합니다. 

 

 

사진1 결로현상

 

 우리가 일상생활에서 흔히 볼 수 있는 결로현상은 차가운 음료수병에 물방울이 맺혀있는 현상(사진1)입니다. 결로가 생기기 위해 필요한 2가지를 기억하면서 사진1의 현상을 알아보도록 하겠습니다. 사진1은 얼마 전 맥딜리버리로 햄버거 세트를 주문해 집에서 찍은 사진입니다. 겨울철이었지만 난방을 해서 집 내부는 따뜻했고 추가적으로 샤워를 마치고 나온 상황(1.따뜻한 습공기)이었습니다. 음료수병 안에는 탄산음료와 얼음(2.차가운 표면) 있었습니다. 

 둘 중에 하나가 없다면 어떻게 될까요? 만약 추운 겨울날 야외(1.따뜻한 습공기)에서 이 얼음이든 탄산음료를 마셔도 물방울이 맺힐까요? 아니면 습기가 있는 따뜻한 방에서 따뜻한 차(2.차가운 표면)를 마신다면 물방울이 맺힐까요? 

 

 

 

사진2 곰팡이 발생 조건 출처 : https://m.post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=11364711&memberNo=31559503

 

  우리가 살고 있는 집 내부에도 사진1과 같은 결로현상이 발생할 수 있습니다. 집 내부에 결로현상이 발생하면 지속적으로 물을 닦아내는 번거로움도 있겠지만, 더 중요한 것은 곰팡이가 생길 수 있는 최적의 환경을 제공하는 것입니다. 곰팡이가 살아가는데 필요한 조건은 습도, 온도, 영양원, 산소인데 그중에서도 습도가 높은 곳을 좋아합니다.(사진2) 곰팡이는 단순히 미관상 안 좋기도 하지만 코, 폐에 감염되어 축농증, 기관지 천식, 기타 폐질환을 일으키기도 합니다. 집 내부에 결로현상, 곰팡이가 발생하지 않기 위해서는 올바른 설계와 시공이 중요합니다. (참조: http://newtonkorea.co.kr) 

 

 

사진3 습공기선도 출처 : https://www.chegg.com

 

 결로를 조금 더 자세히 이해할려면 습공기선도(Psychrometric Chart)를 이해할 필요가 있습니다. 습공기선도를 이용하면 습공기의 두 가지 조건만 알고 있어도 압력, 온도, 습도, 엔탈피, 비용적 등을 알아낼 수 있습니다. 결로에 필요한 내용만 간단히 알아보겠습니다.  

 

*Dry bulb temperature : 건구온도 (X축)

*Humidity ratio(=Absolute Humidity) : 절대습도 (Y축)

*Wet bulb or saturation temperature : 포화곡선 

 

 

 

사진4 습공기선도 출처 : https://www.chegg.com

 

 집 내부가 건구온도 20℃, 상대습도 40%의 상태(빨간색 점)라고 가정해보겠습니다.  이 경우 절대습도는 약 0.006kg/kg' 입니다. (엔탈피는 약 35kJ/kg, 습구온도는 약 13.5℃, 비용적 약 0.84㎥/kg') 여기서 온도를 15℃로 내리면 상대습도가 약 55%가 되는걸을 확인할 수 있습니다. 여기서 온도를 더 내려 7℃(파란색 점)가 되면 상대습도가 100%가 됩니다. 이 온도를 노점온도(Dew Point Temperature)이라고 하며, 결로가 발생하는 온도입니다. 

 다시 정리하면 20℃일 때 습공기(빨간색 점)와 7℃일 때 습공기(파란색 점)는 똑같이 절대습도 약 0.006kg/kg'를 갖고 있습니다. 그러나 습공기의 온도가 내려갈수록 습공기가 가지고 있을 수 있는 수증기의 양이 줄어들고, 노점온도(=이슬점온도)에 이르게 되면 수증기의 일부를 응축하여 물방울로 맺히는 것입니다. 

 

 결론적으로 건구온도 20℃, 상대습도40%의 습공기를 가지고 있는 집 내부에 온도가 7℃이하인 표면이 있으면 그 곳에서 결로가 생기는 것입니다. 

 

 결로를 더 잘 이해하기 위해 예를 하나 더 들어보겠습니다. 겨울철 적정습도는 약 40~60%라고 합니다. 'A'집의 주인은 습도를 높이기 위해 가습기를 틀고, 빨래까지 널어 집 내부의 온도가 20℃, 상대습도가 70%가 되었다고 가정해보겠습니다. 이 경우 노점온도는 약 15℃입니다. 이전 사례에서는 온도가 7℃까지 내려가야 결로가 생겼지만, 지금은 15℃에도 결로가 발생하게되었습니다. 

 집 내부에 절대습도가 높아지면, 노점온도 역시 높아지기 때문에 결로 발생 우려가 증가하게 됩니다. 따라서 실내에는 적정한 습도를 유지해야 합니다. 결로방지를 위해서 환기를 하라고 하는데 그 이유가 여기에 있습니다. 

 

 다시 돌아와서 결로가 생길려면 두 가지 조건이 필요한데 1.따뜻한 습공기, 2.차가운 표면입니다. 결로를 단열재편에서 이야기하는 이유는 단열을 제대로 하면 2.차가운 표면이 생기지 않습니다. 위에서 설명했듯이 음료수컵 내부에 얼음과 탄산음료가 있어 표면이 차가운 경우에는 물방울이 맺히지만, 따뜻한 커피가 있다면 물방울이 맺히지 않습니다.

 그러나 우리는 얼음이든 시원한 탄산음료와 함께 햄버거를 먹어야 맛있게 먹을 수 있습니다. 이 경우 결로를 방지하기 위해 따뜻한 커피와 햄버거를 먹는 것이 아니라 얼음과 탄산음료를 보온병에 넣어 문제를 해결해야 합니다. 이와 같은 원리로 집의 단열을 올바로 설계, 시공하면 결로를 방지할 수 있습니다.   

 

 

사진5 출처 : http://www.turbosport.co.uk/showthread.php?t=320383

 

 

 지금까지 결로방지를 위해 단열의 중요성을 알아보았습니다. 그러나 여기서 끝이 아닙니다. 단열은 기본으로 잘 해야하지만 단열만 잘한다고 해서 모든 결로를 막을 수 있는 것은 아닙니다.

 사진5를 보면 왼쪽이 실내 측, 오른쪽이 외측입니다. 빨간선은 구조체 온도곡선, 파란선은 노점온도곡선을 나타낸 것입니다. 실내와 실외는 수증기 압력차가 존재해 수증기는 높은 곳에서부터 낮은 곳으로 이동하려고 합니다. [실내의 마감벽체 및 구조체는 재료에 따라 투습의 정도가 다릅니다. 일반적으로 동일한 재료일 경우에는 두께가 두꺼운 것이 투습하기가 어렵습니다. 이러한 투습이 어려운 성질을 '투습저항'이라고 합니다. (노점온도곡선은 경계면수증기압을 이용해 구합니다.)]   

 

 

*투습비 저항 (단위 m·h·mmHg/g)

 

석고보드 10

소나무 50

콘크리트 50

치장벽돌 10

비닐 벽지 28,258

유성페인트 20,000

유리 100,000

폴리에틸렌필름(PE필름) 1,000,000

 

출처 : 건축환경공학 (김재수 저)

 

 

 노점온도곡선을 구하는 방법을 쉽게 알아보겠습니다. 추운 겨울철 실내는 습도가 높고, 실외는 습도가 낮습니다. 그렇기 때문에 실내에 있는 수증기가 벽체를 통과해 실외로 나가려고 합니다. 그러나 벽체를 구성하는 재료가 투습에 대해 저항하고 있어, 수증기는 재료들을 통과하면서 수증기의 양이 줄어들게 됩니다. 습공기선도에서 본 것처럼 수증기의 양이 줄어들게 되니 노점온도 역시 같이 떨어지게 되는 것입니다. 

 문제는 구조체온도가 노점온도보다 낮은 경우에는 결로 발생이 가능한 취약부위입니다. 이런 결로를 '내부 결로'라고 합니다. 사진5와 같은 문제가 발생하는 경우 내부로 습기가 침투되지 않도록 '방습층'을 설치해야 합니다.

 이 경우 단열을 잘하더라도 내부에 결로가 생길 수 있음을 의미합니다. 왜냐하면 결로에 필요한 1. 따뜻한 습공기, 2. 차가운 표면 중에서 2. 차가운 표면을 실내 내부에서는 제거하였지만, 단열재보다 외부에 존재하는 구조체에는 2.차가운표면이 여전히 남아있기 때문입니다. 이 경우에는 구조체의 차가운 표면을 제거할 수 없으니 1.따뜻한 습공기가 구조체 근처로 가지 못하도록 방습층을 설치해야 하는 것입니다.

 

 

 

 지금까지 결로현상과 곰팡이, 습공기선도, 투습저항에 대해서 알아보았습니다. 다음 글에서는 외단열과 내단열, 단열재 시공방법에 대해서 알아보겠습니다. 도움이 되셨다면 공감과 댓글 부탁드립니다. 건설현장에 궁금한 점이 있다면 무엇이든 댓글로 남겨주세요.

 

 

 

 

 

*참고 (Tyvek 투습방수지) 

 

사진6 목조주택 방습층 Tyvek 출처 : https://www.homedepot.com/

 

 목조주택은 습기에 민감하기 때문에 투습방수지인 Tyvek을 시공하여 관리합니다. Tyvek은 외부의 물은 막아주고 내부의 습기는 배출해주는 역할을 하여 구조체인 나무를 보호합니다.