【열역학】 3-1강. 습공기 선도

3-1강. 습공기 선도 

 

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1. 습공기 [본문]

2. 습공기의 성질 [본문]

3. 습공기 선도 [본문]

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1. 습공기 [목차]

⑴ 대기(atmosphere) = 건공기 + 수증기 + 공해물질

⑵ 건공기(dry air) 

① 기체상수 

 

R_a = 287.06 J/kg·℃

 

② 건공기 조성 : 몰분율로 표현

○ 질소 : 0.7809

○ 산소 : 0.2095

○ 아르곤 : 0.0093

○ 탄산가스 : 0.0003

⑶ 습공기(moist air) = 건공기 + 수증기

① 기체상수

 

R_w = 461.52 J/kg·℃

 

② 환경에 따라 수증기량이 변함

 

 

2. 습공기의 성질 [목차]

⑴ 개요 : 8개

① 수증기량과 관련된 성질 : 포화수증기압, 절대습도, 상대습도

② 열량과 관련된 성질 : 엔탈피

③ 체적과 관련된 성질 : 비체적

④ 온도와 관련된 성질 : 건구온도, 습구온도, 이슬점온도

⑵ 성질 1. 포화수증기압(saturated water vapor pressure)

① 정의

○ 수증기압(vapor pressure) : 습공기 중의 수증기 분자가 나타내는 분압

○ 포화공기(saturated air) : 주어진 온도에서 최대 수증기를 포함하는 습공기

○ 최대 수증기량(포화수증기량) : 포화공기의 수증기량

○ 포화수증기압 : 포화공기의 수증기압

② 수식화

○ 경우 1. T  ≥  273.16 K

 

 

○ 경우 2. T ＜ 273.16 K

 

 

○ 최대 수증기량, 포화수증기압은 오직 온도만의 함수

○ 온도가 증가할수록 포화수증기압이 증가 : 많은 양의 수증기를 포함할 수 있기 때문

③ (참고) 포화온도(saturation temperature) T_s는 비등점을 의미 : 255.38

 

 

⑶ 성질 2. 절대습도(absolute humidity) 

① 정의 : 건조공기 1 kg에 대한 수증기의 g 수  

○ 습도비(비습, humidity ratio)라고도 함

② 수식화 

 

 

③ 절대습도의 고도변화

○ 지표에서 7 정도의 수증기량은

○ 1,000 m에서 5

○ 2,000 m에서 3

○ 3,000 m에서 2

○ 4,000 m에서 1 

⑤ 수증기의 출입이 없으면 기압, 기온의 변화와 무관하므로 기단 분석에 이용됨

⑷ 성질 3. 상대습도(relative humidity)

① 정의 : 수증기압 ÷ 포화수증기압

② 수식화

 

 

○ P_v : 대기 중의 수증기압. 대기의 수증기량과 관련

○ P_s : 포화수증기압. 온도와 관련

③ 절대습도보다 훨씬 자주 사용됨

④ 상대습도의 일변화

○ 새벽에 습도가 가장 높아짐

○ 오후 2-3시에 습도가 가장 낮아짐

⑤ 상대습도의 연변화

○ 겨울철 일변화의 진폭은 여름철의 1/2 이하

○ 대한민국 7월에 80% 이상의 최고 습도가 나타남

○ 대한민국 1월에 50-70%의 최저 습도가 나타남

⑥ 상대습도의 고도변화 : 습도는 고도와 함께 급격히 감소

○ 지면 부근에서 상대습도가 80%일 때

○ 1,000 m 상공에서 상대습도가 70%

○ 3,000 m 상공에서 상대습도가 60%

⑸ 성질 4. 엔탈피(enthalpy)

① 습공기 엔탈피 = 건공기 엔탈피 + 수증기 엔탈피

② 표준온도(0 ℃)와 표준기압(1 bar)을 기준으로 함

③ 건공기 단위질량을 기준으로 함

④ 수식화

  

 

⑹ 성질 5. 비체적(specific volume)

① 정의 : 습공기 내 단위 질량의 건조공기가 차지하는 체적

② 수식화

 

 

⑺ 성질 6. 건구온도(dry-bulb temperature)

① 대기온도와 동일 

⑻ 성질 7. 습구온도(wet-bulb temperature)

① 정의 : 감온부를 물에 젖은 헝겊에 싸서 4.6 m/s 이상의 속도로 흐르는 공기에 노출시켜 측정한 온도

② 수식화 (추후 업데이트)

③ 습도가 100%가 아니면 항상 건구온도보다 낮음 (∵ 기화열 흡수)

⑼ 성질 8. 이슬점온도(dew point temperature)

① 정의 : 공기가 일정한 압력에서 냉각 시 응축이 시작하는 온도

② 수식화

 

 

③ 절대습도와 일대일 대응 : 절대습도와 이슬점온도는 독립적인 물리량이 아님

 

 

3. 습공기 선도(psychrometric chart) [목차]

⑴ 개요 

 

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Figure. 1. 습공기 선도 도식

 

① 습공기 성질 중 두 가지의 독립적인 성질을 알면 다른 나머지 상태량 결정 가능

② 독립적 성질

○ 건구온도와 포화수증기압은 독립적 성질이 아님 

○ 이슬점 온도와 절대습도는 독립적 성질이 아님

○ 습구온도와 엔탈피는 독립적 성질이 아님

○ 나머지 조합은 독립적 성질이 맞음 

③ 상태량 결정

○ 일반적으로 건구온도(대기온도)는 기본적으로 알려져 있음

○ 포화수증기압 : 특정 지점을 지나는 수직선과 포화선의 교점에서의 수증기압 

⑵ 습공기 상태 변화

 

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Figure. 2. 습공기 상태 변화^]

 

① 현열가열(sensible heating) : 습공기 선도 상에서 수평 오른쪽으로 이동

○ 증가 : 건구온도, 포화수증기압, 습구온도, 엔탈피, 비체적 ○ 일정 : 이슬점온도, 절대습도  

○ 감소 : 상대습도

② 현열냉각(sensible cooling) : 습공기 선도 상에서 수평 왼쪽으로 이동

○ 증가 : 상대습도

○ 일정 : 이슬점온도, 절대습도

○ 감소 : 건구온도, 포화수증기압, 습구온도, 엔탈피, 비체적 

③ 가열가습(heating and humidification) : 습공기 선도 상에서 우측 사선 위로 이동

○ 증가 : 건구온도, 포화수증기압, 습구온도, 엔탈피, 비체적, 이슬점온도, 절대습도

○ 감소 : 상대습도 (∵ 가습량에 비해 가열량이 많음)

④ 냉각감습(cooling and dehumidification) : 습공기 선도 상에서 수평 왼쪽으로 이동 → 이슬점에 도달 → 상대습도 100% 유지

○ 증가 : 상대습도

○ 감소 : 건구온도, 포화수증기압, 이슬점온도, 절대습도, 습구온도, 엔탈피, 비체적

○ 이슬점에 도달한 이후부터 절대습도 및 이슬점온도 감소 

⑤ 냉각가습(cooling and humidification) : 습공기 선도 상에서 좌측 사선 위로 이동. 등엔탈피 변화

○ 증가 : 이슬점온도, 절대습도, 상대습도

○ 일정 : 습구온도, 엔탈피 

○ 감소 : 건구온도, 포화수증기압, 비체적

⑥ 가열감습(heating and dehumidification) : 습공기 선도 상에서 우측 사선 아래로 이동. 등엔탈피 변화 

○ 증가 : 건구온도, 포화수증기압, 비체적

○ 일정 : 습구온도, 엔탈피

○ 감소 : 이슬점온도, 절대습도, 상대습도

⑦ 가습(humidification) : 습공기 선도 상에서 수직 위로 이동

○ 증가 : 습구온도, 엔탈피, 이슬점온도, 절대습도, 상대습도, 비체적 

○ 일정 : 건구온도, 포화수증기압

⑧ 감습(dehumidification) : 습공기 선도 상에서 수직 아래로 이동

○ 일정 : 건구온도, 포화수증기압

○ 감소 : 습구온도, 엔탈피, 이슬점온도, 절대습도, 상대습도, 비체적

 

입력: 2010.07.13 19:51

수정: 2019.09.18 15:25