냉난방 배관설비의 결로현상과 방지대책

결로현상 (일반적인 결로 현상에 관한 사항입니다)

어떤 습공기가 그 공기의 노점온도 이하가 되는 구조체와 접촉할 때 구조체 내부 또는 구조체

실내표면에서 발생하는 것을 결로라 한다

방수표면결로(Surface condensation)는 벽, 유리창, 천장 및 바닥의 표면에 발생하는 결로를 말한다. 표면결로는 건물의 표면온도가 접촉하고 있는 공기의 포화상태 온도(노점온도)보다 낮을 때에 그 표면에 수증기 막이나 물방울이 나타나는 현상이다. 예를 들면 욕실에서 거울 위에 서리는 김이나 물방울, 난방 된 실내에서 유리창의 내표면에 생기는 물기, 여름철에 흙에 접한 지하실의 실내표면에 물방울이 발생한다. 표면결로 발생이 우려되는 곳은 벽체의 연결부위인 모서리 부분과 창의 상인방 등 단열이 어려운 부분들이다. 특히 모서리 부분은 단열성능을 3배로 강화하여 시공하여야 한다

결로의 원인분석

1) 건축물의 입지 조건 :

건축물이 밀집되어 있어 일조량이 부족하거나 통풍이 되지 않고, 온도나 바람 등의 기후 조건이 까다로울 경우 결로가 발생할 수 있다.

2) 건축물의 하자 :

내장재의 방습 성능이 떨어지거나 단열재를 사용하지 않은 경우, 결로 현상이 쉽게 발생하고, 콘크리트의 양생이 되지 않았을 때에도 결로가 발생한다. 건축을 겨울에 하거나 한여름이 지난 후에 습식 공사가 진행된 경우에는 같은 조건에서도 결로가 더 심하게 발생하기도 한다.

3) 생활 습관 :

주거 생활에 있어서는 필연적으로 습도가 높은 공기가 형성되는데 이에 적절한 배출을 위하여 환기가 절대적으로 필요하나 이를 소홀히 하거나 부족하게 하면 결로가 발생한다. 생활에서 발견되는 대부분의 결로 현상은 환기를 적절하게 시행하지 못하는 상태에서 밀폐된 환경을 유지하고 심지어는 거실이나 침실에서 식물을 키우는 등의 비적절한 생활 습관에서 비롯된다.

4) 계절적인 실내외 온도/습도 차이 :

겨울철에는 외부의 온도가 낮은 반면에 난방 등에 의해 실내 온도가 높고 주방이나 욕실에서의 온수 사용, 사람들의 호흡, 실내의 식물 등에 의해 실내 습도가 높아 져서 여름에는 발생하지 않은 결로가 심하게 발생하기도 한다.

5) 창호 제품상의 문제 :

습도가 높은 실내에서는 가구의 뒤편나 벽체의 코너부분에 습기가 흡수되어 곰팡이등으로 나타나게 되지만 결로 현상의 대부분은 창호 제품의 표면이나 유리의 표면에서 물방울로 나타난다. 이는 벽체에서의 결로는 마감재에 의해 가려져서 직접적으로 나타나지 않지만 단열 바가 사용되지 않은 금속재의 창호나 단열성이 낮은 유리는 외부의 온도를 실내에 그대로 노출 시킨 상태와 같이 되어 실내 온도를 떨어뜨리면서,온도가 떨어진 공기에서 발생하는 수분을 물방울로 형성하게 된다.

6) 실내습기의 과다발생

7) 건물의 사용패턴 변화에 의한 환기부족

8) 구조체의 열적 특성

9) 시공불량

10) 시공직후 미건조 상태

(1) 실내습기의 과다발생

(2) 실내외 온도차

건물내에서 결로발생은 동계에 극심하며 그 원인은 난방에 따른 실내외의 높은 온도차 때문이다. 더운 공기는 찬 공기보다 더 많은 수증기를 포함하므로 그 자체는 결로가 발생되지 않는다.그러나 더운 공기중에 과대하게 들어있는 수증기는 공기가 냉각하면서 결로를 유발한다.

(3) 구조체의 열적특성: 구조체에 의해 발생하는 결로의 원인은 크게 구조체의 열용량과 열교현상으로 구분된다.

① 열용량: 구조체의 열용량에 의해 온도가 변화하는 속도는 결로발생에 영향을 미친다.열용량이 큰 벽돌벽이나 콘크리트 바닥과 같은 중량구조체는 경량구조체보다난방에 대한 반응이 늦기 때문에 난방하는 도중에 잠시 동안 결로가 발생할 수 있다.

② 열교현상: 건물의 테두리보, 슬래브지붕, 발코니의 돌출부위 등은 단열을 연속적으로 할 수 없는단열의 취약부위에서 열의 출입에 의한 열교현상에 의해 결로가 발생할 수 있다

습기와 결로

1. 습기의 기초사항

(1) 수증기압

수증기는 눈으로 볼 수 없으나 눈으로 볼 수 있는 안개나 발생 증기는 공기 중에 떠다니는 물방울이다. 수증기의 분자는 주어진 공간을 빠르게 차지한 후 접촉표면의 각 부분으로수증기압을 작용하게 한다. 수증기 분자에 의한 수증기압(Vapour pressure)은 수증기량이 증가할수록 커진다. 공기 중에 포함된 수증기압은 건축재료를 통과하는 수증기의 양을계산하는데 사용된다.

수증기압(f)의 단위는 ㎜Hg 또는 ㎏/㎠, Pa(파스칼)이 사용된다. 1.0 Pa= 1.0 N/㎡, 1.0 ㎏/㎠=735.56 ㎜Hg, 1.0 ㎜Hg= 133.32 Pa

(2) 포화수증기압

포화수증기압(Saturated vapour pressure)은 어떤 공기가 주어진 온도에서 액체가 증발하는 분자의 수와 응축하는 분자의 수가 같아지는 상태로 공기가 포함할 수 있는 최대한의 수증기압을 말한다. 즉 어떤 온도상태 하에서 공기가 더 이상의 수증기를 함유할 수 없어 기체상태에서 액체상태로 변화하기 직전까지의 수증기압을 말한다.

(3) 노점온도

어떤 불포화된 습공기를 계속 냉각하면 일정온도에 도달하여 그 공기는 포화상태가 된다. 포화상태란 건구 온도와 습구 온도가 동일한 상태인 상대습도가 100%가 되는 것으로더 이상의 수증기를 포함하지 않고 응축되어 이슬이 맺혀지는 상태를 말한다. 즉 공기중의 수증기가 응축되어 이슬이 형성되는 온도가 노점온도(Dew point temperature)이다.노점온도 이하에서 건축재료의 표면과 접촉하여 얇은 액체 막이 생성되는 것을 결로(Condensation)라고 한다

2. 습기와 열전도율의 관계

각종 건축재료의 열전도율은 습기 함유상태에 따라 열전도 성능이 변화한다. 일반적으로 건축재료는 평균 평형함수상태의 열전도율 값을 사용하나 결로 등과 같이 습기량의 변화가 생기면 열전도율은 수정된 값을 사용해야 한다. 무기질 재료의 습기함유량이 1%, 3%, 5%에 따라 증가할 때 열전도율은 32%, 75%, 144% 정도로 증가한다. 즉 습기의 함유량이 많을수록 열전도율은 높다

3. 결로의 종류와 결로의 피해

(1) 결로의 종류: 결로의 종류는 결로의 발생부위와 발생시기에 따라 분류된다.

① 표면결로

표면결로(Surface condensation)는 벽, 유리창, 천장 및 바닥의 표면에 발생하는 결로를 말한다. 표면결로는 건물의 표면온도가 접촉하고 있는 공기의 포화상태 온도(노점온도)보다 낮을 때에 그 표면에 수증기막이나 물방울이 나타나는 현상이다. 예를 들면 욕실에서 거울위에 서리는 김이나 물방울, 난방 된 실내에서 유리창의 내표면에 생기는 물기, 여 름철에 흙에 접한 지하실의 실내표면에 물방울이 발생한다. 표면결로 발생이 우려되는 곳은 벽체의 연결부위인 모서리 부분과 창의 상인방 등 단열이 어려운 부분들이다. 특히 모서리 부분은 단열성능을 3배로 강화하여 시공하도록 한다.

② 내부결로

내부결로(Interstitial condensation)는 구조체내 경계면이나 재료의 내부에서 발생하는 결로를 말한다. 내부결로는 건물의 구조체 내부의 다공질 재료에 함유되어 있는 수증기압이 그 온도에 대한 포화수증기압 이상으로 될 때, 즉 재료의 내부온도가 노점온도보다 낮을 때에 그 재료 내부에 수증기막이나 물방울이 나타나는 현상이다. 단열재와 같이 공극을 다량 함유한 재료에 내부결로가 발생하면 단열성능이 저하되고 썩게된다. 또한 결로된 부분의 온도가 0℃ 이하로 되면 팽창되어 구조를 파괴할 수 있다

(2) 결로의 판정

구조체의 결로여부를 판정하는 방법에는 노점온도를 구한 후 전열과정과 온도구배에 의하여 판정하는 방법과전습과정(傳濕過程)에 의한 구조체의 투습량과 투습구배에 의하여 결로여부를 판정하는 방법이 있다

4. 결로의 방지대책

결로의 발생원인을 제거하기 위한 방법에는 크게 환기, 난방, 단열의 세 가지로 분류된다.

첫째, 환기를 통해 습한 공기를 제거하여 실내의 결로를 방지한다. 수증기 발생이 많은 부엌이나 화장실에 배기구나 배기팬을 설치한다.

둘째, 난방을 통해 건물내부의 표면온도를 올리고 실내온도를 노점온도 이상으로 유지시킨다. 난방방법은 낮은 온도로 난방시간을길게 하는 것이 높은 온도로 난방시간을 짧게 하는 것보다 유리하다.

셋째, 단열을 통해 구조체의 열손실 방지와 보온의 역할을 하도록 한다.

(가) 표면결로의 방지대책: 실내표면온도가 실내공기의 노점온도를 초과하기 위한 표면결로의 방지대책은 다음과 같다.

1) 실내에서 발생하는 수증기를 억제한다.

2) 환기에 의해 실내 절대습도를 저하한다.

3) 단열강화에 의해 실내측 표면온도를 상승시킨다.

4) 직접가열이나 기류촉진에 의해 표면온도를 상승시킨다.

(나) 내부결로의 방지: 내부결로를 방지하기 위해서는 열관류의 온도구배식에서 구한 구조체 내부의 온도가 그 지점에서의 노점온도를 초과해야 한다. 이에 따른 내부결로의 방지대책은 다음과 같다.

1) 벽체내부로 수증기의 침입을 억제한다.

2) 벽체내부 온도가 노점온도 이상 되도록 단열을 강화한다.(열관류율을 적게 하여 열관류저항을 높힌다)

3) 단열공법은 외단열로 한다.

4) 내부결로를 방지하기 위해 방습층은 온도가 높은 단열재의 실내측에 위치한다.

5) 벽체내부 단열재 실외측에 공기층을 두어 통기시킨다.(단, 단열성능의 저하를 방지하기 위해 단열재 외기측 표면에 방풍층을 설치한다)