패시브하우스가 풀어야할 숙제_우리 몸에 맞는 제습 알고리즘이 필요하다.

부제 : 패시브하우스에서 에어콘으로 제습한다는 것은 틀린 답이다.

1. 들어가는 말

- 조국의 기후 특성에서 패시브하우스의 여름 나기가 만만치 않은 것 같습니다.
제가 보기에는 여름철 실내 상대습도 해결을 위한 기술적인 경로가 설명되고 있지 못합니다.
어떻게 하면 우리나라의 여름 기후에서 최적의 에너지로 쾌적한 실내 환경을 유지할 수 있느냐에 대한 답이 없습니다.
해서 공론의 장에 여러 전문가님들께 공개 서한으로써 질문을 올려 봅니다.

2. 우리 기후에서 그것도 단열과 기밀이 잘된 패시브하우스에서 있음직한 실내 환경의 하나를 가정해 보겠습니다.
- 실내온도 24±0.5℃ , 상대습도 83%±5% ; 고온 다습한 외부 환경이 원인이던, 또는 내부 습 공급이 원인이던 그 원인 조건은 통제 불가능하다고 가정하고 이런 조건의 내부 환경이 15일  정도 연속되는 상태라고 한다면 이 실내환경을 어떤 제습 알고리즘으로 통제하는 것이 가장 합리적인 것인가? 가 제 질문입니다.(본 가정에 어느정도 부합하는 실측 데이타가 있습니다)

3. 역설적이게도 단열과 기밀이 우수한 패시브하우스에서는 실내에 설치되어 있는 에어컨과 같은 실외기가 분리된 냉방기로는 제습을 해낼 수가 없습니다.

- 왜냐하면 근본적으로 제습의 원리가 에어컨 증발기의 국부 온도를 주변온도보다 내려서 국부적인 이슬점을 형성하고 형성된 결로수를 배관을 통하여 외부로 배출하는 것인데, 실내 온도가 24℃인 상태에서 충분한 수분을 배출하기 위해서는 거주자가 한기를 느낄 정도로 과냉각 하여야만 합니다.  거주자가 추워서 실내 온도를 계속 내릴 수가 없습니다.

- 또한 이러한 냉방에 의한 제습은 연속적으로 행할 경우 투입 에너지 대비 제습 효율이 급격히 떨어지는 현상을 보입니다. 이유는 패시브하우스와 같이 단열과 기밀이 우수하면 할수록 투입된 냉방에너지에 더욱 탄력적으로 실내 온도가 내려가고 그 결과로 증발기와 주변 실내 온도가 일반적인 주택에 비해서 적은 에너지를 소비하면서 훨씬 빨리 평형에 도달하기 때문에 일반 주택에 비해서 빠른 속도로 제습력이 떨어지는 것이 관찰됩니다. 

냉방에는 물론 유리하지만 제습에 꼭 유리하지만은 않습니다.

_ 투입된 에너지에 의해 제거된 습기가 분명히 있지만 실내 온도의 냉각에 의해 상대습도값에서는 손실이 발생합니다.

- 에어컨의 제습모드는 기본적으로 온도 통제방식으로써 대개 온도 설정값을 24℃로 하는 정도 수준의 냉방을 하게끔 설정되어 있습니다. 

세부적으로는 온도 조정 속도를 느리게 함으로써 시간당 전력 소모는 적게 운전됩니다. 즉 에어컨의 제습모드를 가동했을 때 실내 온도가 24℃ 상태라면 더 이상의 제습은 이루어지지 않습니다. 이 경우에는 냉방 모드로 전환하고 설정 온도를 더 낮춰야 제습이 수행됩니다. 

에너지 효율 측면에서만 보면 오히려 실정온도를 최하 즉 18℃ 수준으로 해서 짧은 시간에 제습하고 멈췄다가 온도와 습도가 올라가면 다시 짧은 시간 과냉각하는 펄스 운전 방식이 실내 온도를 22~24℃ 설정한 다음 연속 운전하는 것 보다는 효율이 높습니다. 왜냐하면 제습과는 관련없는 기능 예를들어 팬만 공회전하면서 낭비되는 에너지를 줄일 수 있기 때문입니다.

4. 그렇다고 실외기가  일체형인 제습기가 답이될 수 있을까요?

가정용 제습기에 대해 본 협회에서 일부분 논의가 있었고 그 득실에 대한 분석들이 있었던 것으로 기억됩니다. 저는 일부 동의하는 바도 있지만 오류도 있다고 봅니다.
결코 제습기 장사를 두둔하려는 것은 아니지만 역설적으로 패시브하우스에서는 오히려 제습 그 자체만으로는 에어컨 방식보다 유리한 점이 있다는 견해입니다. 

그것은 같은 에너지를 투입하였어도 제습의 알고리즘 상 제습기가 자체 발열 효과(부작용?)로 에너지 평형을 이루는데 필요한 경로가 더 길기 때문에 역설적으로 제습 효율은 높을 개연성이 있다는 것입니다.

- 간단하게 말해서 위 실내 환경에서 제습기로는 상대습도를 50% 아래로 내릴 수가 있지만 에어컨으로는 불가능합니다. 에어컨의 제습 모드로는 실내 온도가 이미 24℃ 싱태이므로 사실상 제습은 일어나지 않습니다. 설정 온도를 최소치인 18℃로 내려 과냉각 모드로 제습한다고 해도 일반 주택에 비해서는 빨리 냉각에 이르게 되고 그 평형에 도달하는 시간 동안은 습도가 내려가지만 설사 실내 온도가 18℃로 내려가도 습도는 50% 이하로 내려가지 않습니다. 

물론, 실내 온도를 제습기를 가동했을 때의 온도로 환산해서 상대습도를 다시 계산한다면 습도값은 더 내려갈 것이니다만 이 경우에도 간과할 수 없는 것은 어쨋던 50% 이하로 내리는 것은 에어컨을 켰다 껐다를 반복하는 등 여간 노력이 아니고는 불가능할 것입니다.
또 일단 실내 온도가 18℃에 도달하고 나면 그 이후로는 패시브하우스의 ' 계' 면 에너지 교환 보상 정도의 아주 작은 냉방 에너지만 투입될 수 있기 때문에 제습은 사실상 멈추게 되고 환기나 기타 요인에 의해 공급되는 습기가 에어컨에 의해서 제거되는 양보다 많아지고 따라서 실내 습도는 새로운 평형을 찾을 때까지 올라가게 됩니다. 

무엇보다 이 상태로는 불을 때지 않고는 추워서 살 수가 없습니다.

- 일단, 에어컨과는 달리 이놈은 습도값에 의해서 작동하기 때문에 설정 습도에 도달할 때까지는 제습기능이 멈추지 않습니다. 몰론 설정치와 현재치의 차이가 줄어들 수록 효율은 떨어질 것입니다. 첨하여 에어컨은 제습이 기본 목표가 아니므로 습도값을 설정하는 기능은 없습니다. 

그러므로 온도값으로 통제해야 하는데 앞에 전기한 바와 같이 제습모드는 실내 온도가 24℃ 값에 바로 도달하게 됨으로 금방 무력화 되기에 사용할 수가 없고 냉방 모드의 온도값으로는 목표하는 습도값을 추정하여 컨트롤 할 수 없습니다. 

즉, 상대습도를 55%로 낮추기 위해서 어떻게 에어컨을 조작해야하는지 알 수가 없습니다. 그냥 계속 온도를 낮춰볼 수 박에 없는데,  에너지 효율면에서는 증발기와 주변온도의 편차가 가장 큰 상태로 운전하는 것이 제습효율(제거된 수분/투입에너지)에는 오히려 유리합니다. 

천천히 실내 온도를 내리면 오히려 수분 제거에는 불리합니다. 이론적으로는 무한급수에 가깝게 온도를 천천히 내리면 실내 상대습도는 결쿡 100%에 수렴하게 될 것입니다. 따라서 습도 제거 효율을 올리려면 실내 온습도 평형 편차가 큰 조건으로 에어컨을 운전하는 것이 유리합니다.

- 제습기의 단점은 실외기 일체형이라서 자체 발열 에너지가 그대로 실내로 전이되기 때문에 실내 온도가 상승하게 됩니다. 역설적으로 상승하는 실내 온도 때문에 상대습도값은 더 낮아지게 되기도 합니다.

- 제습이라는 목적이 있기는 하나 실내 온도를 상승시킨다는 것 때문에 썩 마음에 드는 제습 방식이라고 동의되지 않습니다. 정량적으로 실내 습도를 50% 이하로 통제하기 위해서 제습기를 가동하면 실내 온도가 얼마나 올라가는지 제습기의 효율을 근거로 운동에너지를 제외한 나머지가 열에너지로 전이된다는 과감한 가정을 전제로 추정해 볼 수는 있을 것입니다. 

제가 사는 집의 경우 외부온도가 22℃ 내외일 때 경험으로는 300W급 가정용 제습기를 24시간 연속 가동하면 시간당 0.4회 수준의 환기상태와 내부용적 450㎥ 실내 공간의 온도가  1℃ 정도 올라가는 것으로 보고 있습니다. 

즉, 제습기를 위 실내 조건에서 제습하기 위해 15일 연속 가동하려면 부수적으로 에어콘 같은 냉방기도 동시에 또는 순차적으로 가동해야만 한다는 것을 의미합니다.

- 결론적으로 에어컨과 같은 냉방기기의 운용만으로는 실내 습도의 통제가 불가능함을 확인하고 다른 기술적인 경로를 찾아야 합니다.

5. 저는 에어컨도 제습기도 하나만으로는 답이 될 수 없음을 논증하였습니다. 

위 모순된 상황을 회피할 수 있는 제3의 제습 알고리즘이 전문가들에 의해서 논의되고 추천되기를 희망합니다.  이미 실내로 유입된 공기를 어찌하는 것이 아니라 그 전단계에서 공조기로 유입 공기 중의 습기를 사전에 제거해서 실내로 공급하는 방식이라면 제습 대상인 공기와 제습 증발기간의 △E를 유지하는데는 유리한 점이 있을 것으로 봅니다만 최근 기후와 같이 낮밤의 일교차가 1~2℃에 불과하고 평균 외부 온도가 23~24℃ 수준이고 상대습도가 85~90%를 넘는 기후가 연속되는 조건이라면 역시 이리하면 된다가 딱 떨어지는 손쉬운 문제가 아닙니다.