홍라이프 계산기습구 온도 계산기 쉽게 이해하기 — 개념과 원리
습구 온도는 일정한 압력에서 공기 중으로 물을 증발시켜 도달할 수 있는 가장 낮은 온도로, 젖은 천을 감싼 온도계에 바람이 지나갈 때 가리키는 값입니다. 이 계산기는 스털(Stull, 2011)의 근사식으로 기온과 상대습도에서 습구 온도를 구합니다. 온열 스트레스 평가, 냉각탑, 증발식 냉각기, 농업 분야 등에서 쓰입니다.
계산 방법
T_w = T·atan[0.151977·(RH + 8.313659)^½] + atan(T + RH) − atan(RH − 1.676331) + 0.00391838·RH^1.5·atan(0.023101·RH) − 4.686035
- T: 기온(°C)
- RH: 상대습도(%). 0.5가 아니라 50처럼 넣습니다.
- 역탄젠트(atan)는 라디안 단위로 계산합니다.
스털은 이 식을 습공기 자료에 맞춰 만들었으며, 해수면 기압에서 RH 5~99%, 기온 −20~50 °C 범위에서 대부분 약 ±0.3 °C 이내의 오차를 보입니다.
원리
젖은 표면에서 물이 증발하면 잠열을 빼앗아 표면이 식습니다. 표면 온도는 더 따뜻한 공기에서 들어오는 열과 증발에 쓰이는 열이 정확히 균형을 이루는 지점에서 멈춥니다. 공기가 건조할수록 증발이 많아 기온보다 크게 낮아지고, 포화된 공기에서는 증발이 없으므로 RH 100%에서는 습구 온도가 기온과 같습니다. 정확한 습공기 계산은 반복 계산이 필요하므로, 스털의 닫힌 근사식이 간편한 대안이 됩니다.
예제 풀이
- 입력값: T = 30 °C, RH = 50%
- 첫째 항: 30 × atan(0.151977 × √58.313659) ≈ 25.7871
- atan(80) ≈ 1.5583, atan(48.3237) ≈ 1.5501
- 0.00391838 × 50^1.5 × atan(1.15505) ≈ 1.1876
- T_w ≈ 25.7871 + 1.5583 − 1.5501 + 1.1876 − 4.6860 ≈ 22.30 °C
| 기온 (°C) | 습구온도 (°C) |
|---|---|
| 7.5 | 2.95160391 |
| 15 | 9.40039001 |
| 22.5 | 15.84876113 |
| 30 | 22.29683396 |
| 37.5 | 28.74468519 |
| 45 | 35.19236728 |
| 60 | 48.08736245 |
결과 해석
습구 온도는 항상 이슬점(이 예에서 약 18.4 °C)과 기온 사이에 있습니다. 습구 온도는 땀으로 몸을 식힐 수 있는 정도를 보여 주며, 높아질수록 증발 냉각이 잘되지 않습니다. 습구 온도 35 °C가 지속되는 상태는 인체가 견딜 수 있는 이론적 한계로 제시된 바 있으며, 실제 위험은 그보다 훨씬 낮은 값에서, 특히 활동 중일 때 시작됩니다. 설비 측면에서는 증발식 냉각기나 냉각탑이 도달할 수 있는 최저 출구 온도의 기준이 됩니다.
흔한 실수
- 상대습도를 0.5처럼 소수로 넣는 경우
- 해수면과 기압이 크게 다른 곳이나 적용 범위 밖에서 쓰는 경우
- 습구 온도를 복사와 바람까지 반영한 별도 지표인 WBGT(습구흑구온도)와 혼동하는 경우
- 역탄젠트를 도(°) 단위로 계산하는 경우
자주 묻는 질문
습구 온도가 기온보다 낮은 이유는 무엇인가요?
증발이 젖은 표면의 잠열을 빼앗기 때문이며, 공기가 건조할수록 그 차이가 커집니다.
습구 온도와 체감온도는 같은 것인가요?
아닙니다. 체감온도는 사람이 느끼는 더위를 추정한 지표이고, 습구 온도는 물리적으로 측정되는 온도입니다.
출처: Stull, R. (2011), "Wet-Bulb Temperature from Relative Humidity and Air Temperature", Journal of Applied Meteorology and Climatology, 50, 2267–2269 · Sherwood and Huber (2010), "An adaptability limit to climate change due to heat stress", PNAS, 107(21), 9552–9555