공기의 물리적 작용 - 온열 요소 및 기압
공기의 물리적 작용 - 온열 요소 및 기압
공기의 물리적 작용 중에 온열 요소 및 기압 등에 대해 알아보도록 하겠습니다. 먼저 공기의 물리적 작용을 이해하기 전에 공기의 온도인 기온, 즉 공기의 움직임 인 기류 그리고 공기 속 수증기량의 기습 및 태양열이 지표면에 반사되어 존재하는 복사열 등 이 4가지 인자는 인체의 체온조절 작용과 밀접한 관계가 있는 온열 요소이며, 이들 온열 요소에 의해 이루어진 종합적 상태를 우리는 온열 상태 또는 온열 조건이라고 합니다. 이상적인 온열 조건을 지적 온도라고 하고, 보통 여름은 21~22°C, 겨울은 18~21°C가 최적의 지적 온도입니다.
기온
그럼 첫 번째, 기온은 온열 조건 중에서 가장 중요한 인자입니다. 또한 기온은 태양의 복사열에 의한 것으로 하루에도 밤과 낮 사이에 차이가 심하고, 보통 우리가 일교차라고 하죠? 그리고 계절에 따라서도 큰 차이, 즉 연교차가 있습니다. 또한 해발고도에 따라서도 차이가 있으며, 100m 높이마다 대체로 기온이 0. 5~0.7°C 정도 낮아지는 특징이 있습니다. 공기가 차갑거나 따뜻하다고 느끼는 온도의 감각인 온감과 냉감은 피부 부위의 온점과 냉점에 의해서 느끼게 되는데, 온도감각은 의복에 의해 차단된 부위가 잘 발달되어 있습니다. 온도 식별도는 보통 0. 2~1. 2°C이며, 피부온도가 27~33°C의 상온일 때 가장 민감하게 느낄 수 있고, 피부가 순응할 수 있는 범위는 10~40°C 정도입니다. 온도 측정의 방법은 보통 우리가 기온이란 지상 1. 5m에서 건구 온도를 말하는 것입니다. 정확한 기온을 알기 위해서는 복사열을 피하기 위하여 백 엽관이라는 하얀색 상자가 이용되고, 보통 알루미늄의 얇은 판으로 차폐합니다. 기온은 대체로 오후 1~3시, 보통 2시가 가장 높고, 일출 전 30분, 일출 전에 최저기온이 나타납니다. 실외 기온 측정은 지상 1. 5m에서 실시하며, 1일 6회, 1일 3회, 1일 1회 측정하는 방법이 있습니다. 하루 중 최저기온은 일출 전이고, 보통 일출 30분 전이 가장 최저기온으로 인식되고 있죠. 최고기온은 오후 2시경입니다. 일교차는 1일 최고기온과 최저기온 간의 차이를 말하고, 보통 위도가 높은 지방이 위도가 낮은 지방보다 일교차가 적고, 대륙 지방이 해안지방보다 차이가 크고, 계곡과 분지 등에서도 큰 차이를 보이며 구릉이나 산 등지에서는 일교차가 작은 것이 특징입니다. 건구 온도와 습구 온도는 불쾌지수 등 여러 가지 온도로 측정이 되는데, 건구 온도는 수은이나 알코올로 만든 봉상 온도계로 측정한 온도를 말하고 습구 온도는 기온, 기습, 기류의 종합 작용에 기인한 것으로서 생물학적 의의가 크며, 쾌적 상태에서 건구 온도보다 3°C 정도 낮은 것이 특징입니다. 실제 기온 측정의 방법은 실제 기온 측정 시 Assmann 통풍 온도계를 이용하고, 일반적으로는 수은 온도계로 2분간 측정하는 방법을 씁니다. 이상 저온 시에는 알코올 온도계로 3분간 측정하고, 측정 장소의 접근이 어려울 경우에는 구부가 큰 온도계로 약 15분 이상 측정하는 것이 일반적입니다. 일교차는 1일 최고기온과 최저기온의 차이라고 말씀을 드렸는데, 몇 가지 특징이 있을 수 있습니다. 식물에 둘러싸인 지면에서는 다른 곳에 비해 일교차가 적고, 도시의 아스팔트 도로, 사막에서는 큰 특징이 있습니다. 바다 위에서는 극히 작아서 1~2°C에 불과할 때도 있고, 구름이 많은 날에는 또한 적습니다. 높은 곳으로 올라가면 적어지고, 구릉, 산 등에서는 작고 계곡, 분지에서는 큰 특징을 가지고 있습니다. 대륙에서는 상당히 크고 해양, 해안에서는 작습니다. 즉, 내륙지방이 제일 크고 그다음 해안지방, 그다음 삼림 지방 순으로 일교차의 차이를 보이고 있다고 볼 수 있습니다. 높은 위도의 지방은 낮은 위도의 지방에 비해 일교차가 적은 것이 특징이고, 또한 연교차란 1년 동안의 최고 및 최저온도의 차이를 말하고, 위도별로는 한대, 온대, 열대 지방으로 커지며, 우리나라의 경우에는 최고 8월, 최저 1월에 연교차를 보이고 있다고 할 수 있습니다. 실내의 적정온도는 18±2℃, 침실 온도는 15±1℃, 보통 병실은 21±2℃가 가장 적당한 온도라고 보통 이야기합니다. 아마 초등학교 때 운동장 한편 잔디밭에 있던 하얀 백엽상을 기억하시는 분도 많으실 건데요. 이번에는 온도계의 종류 및 특징에 대해서 살펴보면, 먼저 백엽상은 지상 1. 5m에서 측정하고, 기상관측인 경우에 백엽상의 가운데에 온도계를 고정시키면서 백엽상은 일정한 장소의 기온을 측정하는 데 좋고, 다른 장소로 옮겨서 기온, 기습을 측정할 수 없으므로 그러한 경우에는 아스만 통풍 온습도계를 사용해야 합니다. 아스만 통풍 온습도계는 기온과 기습을 동시에 측정할 수 있고, 건구, 습구의 두 가지 온도계가 부속되어 있습니다. 건구는 보통의 온도계를 말하는 거고, 습구는 온도계의 둥근 부분을 젖은 헝겊으로 싸서 측정하는 겁니다. 측정 방법은 관측하기 조금 전에 통풍을 시작해서 온도계의 눈금이 정상이 되도록 하고, 통풍이 시작된 지 5분 정도 지날 때의 눈금이 가장 정확합니다.
기습, 습도
두 번째, 공기 중에 함유되어 있는 수증기의 상태인 기습, 습도입니다. 습도란 일정 온도의 공기 중에 포함될 수 있는 수증기의 상태를 우리는 습도라고 하고, 낮에는 태양열을 흡수하여 대지가 과열되는 것을 막고, 밤에는 지열의 발산을 방지하여 일기와 기후를 완화시켜주는 작용을 합니다. 기온이 높아지면 공기 중 절대수 분량은 높아지지만 비교 습도는 낮아지고, 이러한 현상은 체온 방산에 유리하게 작용합니다. 즉, 기온이 높을 때는 비습이 낮기 때문에 땀의 증발을 촉진시켜 상쾌감을 주고, 표준 기습은 대체로 40~70% 정도입니다. 기습의 표시 방법에는 절대 습도, 포화습도 및 비교 습도의 세 가지가 있으나 비교 습도를 많이 사용합니다. 절대 습도라는 건 공기 1㎥ 중에 함유된 수증기량이나 수증기의 장력을 의미하고, 비교 습도는 현재의 공기 1㎥에 포화상태에서 함유할 수 있는 수증기량과 현재 그중에 함유되어 있는 수증기량과의 비를 %로 표시하는 것을 의미합니다. 포화습도란 일정한 공기가 함유할 수 있는 수증기량에는 한계가 있는데, 이 한계를 넘었을 때 공기 중 수증기량이나 수증기의 장력을 의미합니다. 포차란 현재 공기 1㎥ 내 포화상태에서 함유할 수 있는 수증기량과 현재 그중에 함유되어 있는 수증기량과의 차이를 의미합니다. 즉, 포차란 포화습도에서 절대 습도를 뺀 값이 될 수 있습니다. 노점이라는 것도 있는데, 포화습도에 달하지 못하는 공기라도 온도의 하강 시 최대 수증기량이 적어지므로 포화상태에 달해 더욱 강화될 경우 과잉 수증기의 응축으로 이슬이 되는데, 이와 같은 포화상태에 달한 온도를 의미합니다. 보통 기습은 아스만 통풍 건습계를 가장 많이 사용하고, August 건습계, 모발습도계, 자기 습도계 등도 습도 측정에 이용합니다.
기류
세 번째는 기류입니다. 공기의 움직임이라고 말씀을 드렸는데, 바람 또는 기동이라 해서 바람은 기압의 차이와 기온의 차이에 의해서 형성되는 겁니다. 기류는 우리 생활에 대하여 절대로 필요한 것으로 우리가 느낄 수 있는 기류의 하한계 범위는 대략 0. 5m/s입니다. 이 이하를 불감 기류, 보통 0. 2~0. 5m/s를 이야기했는데 우리의 피부로 감각하지 못하는 기류는 실내나 의복 내에 끊임없이 존재하며, 우리의 신진대사, 특히 생식선 발육을 촉진시켜주며, 한냉에 대한 저항력을 강화시키고, 실내에서 쾌적 기류는 0. 2~0. 3m/s, 실외에서는 1m/s 정도를 이야기하고 있습니다. 옥외에서는 0. 5m/s 이상, 3m/s의 풍속이 항상 존재하여 우리의 방열 작용을 촉진시키며, 가옥의 자연환기의 원동력이 되는 동시에 공기성분의 평등화와 일기 및 기후변화의 동력이 되기도 합니다. 기류는 그가 가진 압력과 냉각력으로 우리의 피부에 적당한 자극을 주어서 체온조절과 혈관운동, 신경은 물론이고 신진대사에 좋은 영향을 주는데, 강한 바람은 생체를 흥분시키고, 오래가면 피로를 가져오기도 합니다. 기류는 그 속도에 따라 다음과 같이 분류되어 있는데, 무풍은 0. 1m/s 이하, 불감 기류는 0. 5m/s 이하, 쾌적 기류는 1. 0m/s를 이야기합니다. 보통 기류의 측정은 Kata 온도계와 열속풍속계를 주로 이용해서 측정합니다. 다음은 복사열입니다. 인체는 일정한 온도로 가열된 공기 중에 있다고 할 때 그때의 기온을 표시해주는 겁니다. 실제로 사람 주변에는 항상 복사열을 내는 발열체가 있으므로 이런 이론적인 상태는 존재하지 않습니다. 태양의 직사광선을 받거나 난로와 같은 발열체가 주위에 있을 때 온도계에 의한 실제 온도보다 더 큰 온감을 느끼게 됩니다. 영향범위로는 복사열의 영향범위는 거리의 제곱에 비례하여 감소하므로 주변의 발열체의 온도와 기온과의 차이가 크지 않다면 일정한 거리에서는 발열체의 영향은 무시할 수 없습니다. 보통 우리가 난로를 피운다면 사람들이 그 난로와 간격을 보고도 이야기할 수 있습니다.
온열 지수
마지막으로 온열 지수입니다. 먼저 쾌감 대란 인간이 쾌감과 불쾌감을 느끼게 되는 것은 기온, 기습, 기류의 상호작용에 의해서 형성되는 미세기후에 의해서 결정되지만, 신체적 조건, 의복의 착용상태, 활동량 등 여러 가지 여건에 따라서도 다르게 느낄 수 있습니다. 성인이 착의 상태에서, 옷을 입은 상태에서 쾌감을 느낄 수 있는 것은 불감 기류, 즉 60~65%의 습도, 17~18℃ 정도의 기온일 때를 말합니다. 겨울철 쾌감 온도는 19℃ 정도이고, 여름철 쾌감 온도는 21. 7℃ 정도입니다. 감각 온도는 체감온도 또는 실효 온도라 고도합니다. 온도, 습도, 보통 우리가 포화습도, 기류, 보통 무풍의 기류, 이 3가지 인자에 의해서 이루어지는 체감을 감각 온도라고 합니다. 역시나 감각 온도는 피복, 계절, 성별, 연령별, 기타 조건에 따라 변화됩니다. 이에 여러분이 많이 이야기해보셨을 불쾌지수라는 건데, 기후변화에 따라 소요되는 냉난방 조절장치의 전력소요량을 추산하기 위해 미국 기상국이 제정했던 것으로 미국은 1950년 이래 불쾌지수가 이용되고 있습니다. 보통 불쾌지수는 건구 온도+습구 온도에 0. 72를 곱해주고 섭씨일 때는 40. 6℃를 더해주면서 불쾌지수를 추정·계산해낼 수 있는데요. 보통 불쾌지수가 70% 이하라고 한다면 10% 정도 사람이 불쾌감을 호소하고, 75% 이하라고 한다면 50% 정도의 사람이 불쾌감을 호소하는 수준입니다. 79% 이하라면 100%, 거의 모든 사람이 불쾌감을 호소하는 수준이고, 80% 이상이라면 매우 심한 불쾌감을 호소하고, 85% 이상일 때는 견딜 수 없는 상태가 되기도 합니다. 최적 온도에 대해서 말씀을 드리겠는데, 먼저 주관적 쾌적 온도는 감각적으로 가장 쾌적하게 느끼는 온도를 주관적 쾌적 온도라고 합니다. 앞서서 얘기했던 Thomas라는 사람이 분류한 주관적 지적 온도는 다음과 같은데, 생산적 쾌적 온도는 노동을 할 때 생산능률을 최대로 높일 수 있는 작업온도를 우리가 생산적 쾌적 온도라고 합니다. 생리적 쾌적 온도는 인체의 최소한 에너지 소모로 최대의 활성을 할 수 있는 온도를 생리적 쾌적 온도라고 합니다.