열 환경 - 일사, 열환경 4요소, 유효 온도, 불쾌 지수, 전열, 습기, 결로, 결로 방지 방법

일사의 효과

일조가 햇빛이 건축물 안에 도달하는가에 대한 것이라면, 일사는 열량적인 것을 포함하는 단어이다. 일사에 의한 태양열은 건축물에 큰 영향을 주기 때문에 건축 계획을 할 때에 중요하게 고려해야 할 사항이다. 대지, 벽체, 지붕 등은 태양열을 흡수하거나 반사하여 실내의 온도에 크게 영향을 미친다. 일사의 효과는 일사의 세기, 일사를 받는 면의 방향, 시간, 일사를 받는 면의 성질 및 주위의 기온 상태에 따라 달라진다. 일사량의 단위는 kcal/㎡·h로 표시한다.

건축물의 방위와 일사량은 계절에 따라 크게 다르게 나타난다. 여름에는 수평면에 대한 일사량의 값이 크고, 남쪽 수직면에 대한 일사량은 적다. 또한, 오전의 동쪽 수직면과 오후의 서쪽 수직면에 강한 일사를 받고 있다. 겨울에는 반대의 현상이 나타나지만 남쪽 수직면의 일사는 다른 방위에 비해 여름에는 적고, 겨울에는 많다.

주택의 방향 배치는 일사량과 직접 관계가 있으므로 겨울에 수직면의 일사량을 많이 받는 남향으로 하는 것이 유리하다. 

 

열 환경의 4요소

온도, 습도, 기류, 벽의 복사열은 인체의 온열 감각에 가장 큰 영향을 끼치는 것으로 열 환경의 4요소라고 한다. 다른 말로는 온열 요소라고 한다. 실내 환경에서 기후적인 조건을 좌우하는 가장 큰 요소는 공기의 온도이며, 인체의 열 환경에 영향을 주는 온도, 습도, 기류, 벽의 복사열 등은 서로 상호 작용을 하면서 인체에 영향을 끼치므로 이 4요소를 잘 조합하여 쾌적한 환경을 조성해야 한다. 

 

유효 온도, 불쾌지수

유효 온도는 실감 온도나 감각 온도라고 한다. 온도, 습도, 기류의 3요소를 잘 조합하면 인체의 온열감에 감각적인 효과를 나타낼 수 있다. 유효 온도를 잘 조절하면 온열감이나 한기에 인체가 잘 적응할 수 있게 할 수 있다.

불쾌지수는 미국에서 냉방 온도를 설정하기 위해 만든 것으로, 여름에 그날의 무더움을 나타내는 지표로 사용된다. 불쾌지수를 구하는 식은 불쾌지수(DI)=(건구 온도 + 습구 온도) x 0.72+40.6이다. 불쾌지수의 값이 75DI이면 더위를 느끼며 10%의 사람이 불쾌감을 느끼고, 80DI이면 거의 모든 사람이 불쾌감을 느끼며, 85DI가 되면 견딜 수 없는 더위를 느끼게 된다.

 

전열

전열은 열의 전달을 말한다. 열은 온도의 차가 생길 때 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하여 복사, 대류, 전도의 방법으로 열이 전달된다. 복사는 물체에 발생한 열 에너지가 전달 매개체 없이 다른 물체에 전달되는 것으로 공기 같은 유체에 의해 열이 이동되는 것이다. 전도는 고체 내부에서 고온부로부터 저온부로 열을 전달하는 현상이다. 건축물에서 열의 이동은 전도, 대류, 복사의 현상이 조합되어 나타난다.

열 관류는 고체의 양쪽 유체 온도가 다를 때 고온 쪽에서 저온 쪽으로 열이 통과하는 현상이다. 열 관류 현상은 열전달-열전도- 열전달 과정을 거치는 열의 이동이다.

실내 온도는 외부 기온의 영향을 많이 받으며 외부와 실내 간의 열이동에 영향을 많이 받으므로 실내 온도를 쾌적하게 유지하기 위해서는 냉방 설비와 난방 설비를 해야 한다. 

 

습기와 결로

실내 기후는 온도와 습도 조정을 알맞게 해야 쾌적한 환경을 만들 수 있다. 수증기를 포함하고 있는 습한 공기를 냉각하면 공기 중의 수분이 더 이상 수증기로 존재할 수 없는 한계에 도달하는 데 이 수증기 압을 포화 수증기 압이라고 한다. 습한 공기를 냉각하여 공기 중의 수분이 더 이상 수증기로 존재할 수 없는 한계를 노점 온도라고 하고, 이 공기가 노점 이하의 차가운 벽에 닿아 물방울이 생기는 현상을 결로 현상이라고 한다. 결로의 종류에는 물체의 표면에 발생하는 표면 결로와 물체 내부에 발생하는 내부 결로가 있다. 결로는 여름철과 겨울철 난방을 할 때 발생하기 쉽다. 남쪽 실은 습도가 낮고 북쪽 실은 춥고 상대 습도가 높아서 북향을 하고 있는 벽이나 천장 등에서 결로가 많이 발생한다.

 

결로 방지 방법

1. 환기를 하여 습한 공기를 제거하면 실내의 결로가 방지된다. 주방이나 욕실의 환기를 위해 창을 열어 환기를 하면 습기가 다른 실로 전파되지 않게 할 수 있다.

2. 난방을 하면 건물의 온도를 높이고 실내 기온을 노점 온도 이상으로 유지시킬 수 있다. 가열된 공기는 더 많은 습기를 함유하여 차가운 표면 위의 결로로 발생한 습기를 포함하고 있다가 환기를 하면 외부로 배출되며 결로를 제거할 수 있다. 난방의 온도와 난방 시간은 결로에 많은 영향을 주는데, 겨울에 낮은 온도로 난방을 오래 하는 것이 높은 온도로 난방을 짧게 하는 것보다 결로 방지에 효과적이다. 

3. 단열은 구조체를 통한 열손실을 방지하고 보온의 역할을 한다. 벽돌이나 블록으로 쌓은 조적 벽의 중공 구조일 때 내부의 단열재는 난방을 하면 실내의 표면 온도를 빠르게 올릴 수 있다. 중공 벽 내부의 실내 쪽에 단열재를 시공한 벽은 외부 쪽의 온도가 낮기 때문에 내부 결로를 방지하기 위해 온도가 높은 쪽에 방습층을 설치하는 것이 효과적이다.