항온 항습기의 기본 개념

항온

온도를 일정하게 유지하는 기능으로, 특정 온도 범위 내에서 환경을 제어하여 실험 대상이 외부 온도 변화에 영향을 받지 않도록 함. 

항습

습도를 일정하게 유지하는 기능으로, 실험 대상의 수분 함량이나 공기 중 습도가 실험 결과에 영향을 미치지 않도록 함.

항온 항습기의 구성 요소

항온 항습기는 여러 주요 구성 요소로 이루어져 있음.

온도 조절 장치(Heating and Cooling System)

온도를 상승시키기 위한 히터와 냉각을 위한 냉각 장치(쿨러, 냉매 시스템)가 포함되어 있습니다. 정밀한 온도 제어를 위해 PID 제어(비례-적분-미분 제어) 방식이 사용. 

습도 조절 장치(Humidity Control System)

습도를 높이기 위해 가습기나 증기 발생 장치가 사용되고, 습도를 낮추기 위해 제습기나 냉각 방식의 제습 시스템이 사용. 

상대 습도(RH)를 제어하며, 일반적으로 ±1% RH의 정확도를 유지. 

제어 시스템(Control System)

온도와 습도 설정값을 입력하고, 현재 상태를 모니터링하며, 필요한 경우 이를 조정하는 디지털 또는 아날로그 제어 패널이 포함. 

최근의 장비는 터치스크린이나 컴퓨터 연결을 통해 원격 제어 및 모니터링이 가능. 

센서(Sensors)

온도 센서(주로 PT100 또는 열전대)와 습도 센서(Capacitive 또는 Resistive)가 설치되어 실시간으로 데이터를 수집하고, 제어 시스템으로 피드백을 제공. 

내부 챔버(Chamber): 실험 샘플을 배치하는 공간으로, 내부는 열전달이 잘 이루어지도록 설계되었으며, 부식 방지를 위해 스테인리스 스틸 소재로 제작.

항온 항습기의 유지보수

정기 점검

센서, 히터, 냉각 장치 등을 주기적으로 점검하고, 필요한 경우 교체해야 함. 

내부 청소

내부 챔버를 정기적으로 청소하여 먼지나 이물질이 축적되지 않도록 유지 함. 

교정(Calibration)

온도와 습도 센서를 정기적으로 교정하여 정확도를 유지해야 함.

항온 항습기의 선택 시 고려 사항

온도 및 습도 범위

실험에 필요한 최대 및 최소 온도, 습도 범위를 고려하여 장비를 선택. 

챔버 크기

실험 샘플의 크기에 맞는 충분한 내부 공간을 제공하는 장비를 선택해야 함. 

정확도 및 정밀도

실험 결과에 영향을 미치지 않도록 높은 정확도와 정밀도를 제공하는 장비가 필요. 

에너지 효율성

에너지 소비가 적은 장비를 선택하여 운영 비용을 절감할 수 있음.

항온 항습기의 RT(Refrigeration Ton)는 냉각 용량을 측정하는 단위로, 주로 냉동 및 공조 시스템에서 사용 됨. 

1RT는 1시간 동안 약 907kg의 물을 0°C에서 1°C 낮추는 데 필요한 열량을 의미 함. 

냉각 용량을 계산하는 데 사용되는 RT는 주로 BTU(British Thermal Unit) 및 kcal로 표현 됨.

RT(Refrigeration Ton)의 정의

1RT = 12,000 BTU/h 

1RT = 약 3,024 kcal/h 

이 정의에 따라 RT는 냉각 용량을 표현하는 주요 단위로, 공조기나 냉동기의 성능을 평가할 때 널리 사용 됨.

RT 계산 공식

BTU에서 RT로 변환 

BTU/h 값을 RT로 변환할 때, RT = (BTU/h) / 12,000 공식을 사용. 

예를 들어, 24,000 BTU/h의 냉각 용량을 가진 장비는: 24,000 BTU/h ÷ 12,000 = 2 RT

kcal에서 RT로 변환 

kcal/h 값을 RT로 변환할 때는 다음 공식을 사용.

RT = (kcal/h) / 3,024 

예를 들어, 6,048 kcal/h의 냉각 용량을 가진 장비는

6,048 kcal/h ÷ 3,024 = 2 RT

와트(Watt)에서 RT로 변환 

전기적 용량을 W(와트) 단위로 표현할 때, 이를 RT로 변환하는 공식은?

RT = (Watt) / 3,517 

예를 들어, 7,034 W의 냉각 용량을 가진 장비는?

7,034 W ÷ 3,517 = 2 RT

각 단위 간의 관계

1 RT = 12,000 BTU/h 

1 RT = 약 3,024 kcal/h 

1 RT = 약 3,517 W

이 값을 사용하여 냉각 용량을 쉽게 RT 단위로 변환할 수 있음.

항온 항습기에서 RT 계산 예제

예를 들어, 항온 항습기가 36,000 BTU/h의 냉각 용량을 가지고 있다고 가정해 보면?

이를 RT로 변환하는 과정은 다음과 같음.

36,000 BTU/h ÷ 12,000 BTU/h = 3 RT

또 다른 예로, 냉각 용량이 9,072 kcal/h일 경우? 

9,072 kcal/h ÷ 3,024 kcal/h = 3 RT

요약

RT 계산법

BTU/h, kcal/h, Watt 단위의 냉각 용량을 RT로 변환하기 위해서는 각각의 단위를 나누는 공식을 사용 함.

공식 요약

RT = (BTU/h) / 12,000 

RT = (kcal/h) / 3,024 

RT = (Watt) / 3,517

공식을 이용하여 항온 항습기의 냉각 용량을 정확히 계산하고, 적절한 장비를 선택하는 데 사용할 수 있음.

천정고가 2700mm(2.7m)이고 면적이 100제곱미터(㎡)인 공간

필요한 항온 항습기의 용량을 계산하기 위해서는 공간의 부피와 열 부하를 고려해야 함. 

이 계산은 주로 공간의 크기, 사용 환경, 인원 수, 전기 장비, 그리고 외부 열원 등을 종합적으로 평가하여 냉각 용량을 결정 함. 

아래에 필요한 단계와 공식을 통해 계산 함.

공간의 부피 계산

공간의 부피는 면적과 천정고를 곱하여 구함.

면적: 100㎡ 천정고: 2.7m 부피(Volume) = 면적 × 천정고 = 100㎡ × 2.7m = 270㎥ 

따라서, 공간의 부피는 270㎥ 임.

냉방 부하 계산

냉방 부하는 공간 내에서 발생하는 모든 열을 제거하기 위해 필요한 냉각 용량을 의미 함. 

대략적인 계산을 위해서는 다음 요소들을 고려 함.

기본 냉방 부하: 공간의 크기에 따라 발생하는 열 부하 

인원 부하: 사람이 발생시키는 열 부하 

장비 부하: 전기 및 전자 장비의 열 부하 

조명 부하: 조명에서 발생하는 열 부하

공간의 부피 계산

공간의 부피는 면적과 천정고를 곱하여 구함.

면적: 100㎡ 천정고: 2.7m 부피(Volume) = 면적 × 천정고 = 100㎡ × 2.7m = 270㎥ 

따라서, 공간의 부피는 270㎥ 임.

냉방 부하 계산

냉방 부하는 공간 내에서 발생하는 모든 열을 제거하기 위해 필요한 냉각 용량을 의미 함. 

대략적인 계산을 위해서는 다음 요소들을 고려 함.

기본 냉방 부하: 공간의 크기에 따라 발생하는 열 부하 

인원 부하: 사람이 발생시키는 열 부하 

장비 부하: 전기 및 전자 장비의 열 부하 

조명 부하: 조명에서 발생하는 열 부하

대략적인 계산을 위해 다음의 경험적 수치를 사용 함.

공간의 부피 계산

공간의 부피는 면적과 천정고를 곱하여 구함.

면적: 100㎡ 천정고: 2.7m 부피(Volume) = 면적 × 천정고 = 100㎡ × 2.7m = 270㎥ 

따라서, 공간의 부피는 270㎥ 임.

냉방 부하 계산

냉방 부하는 공간 내에서 발생하는 모든 열을 제거하기 위해 필요한 냉각 용량을 의미 함. 

대략적인 계산을 위해서는 다음 요소들을 고려 함.

기본 냉방 부하: 공간의 크기에 따라 발생하는 열 부하 

인원 부하: 사람이 발생시키는 열 부하 

장비 부하: 전기 및 전자 장비의 열 부하 

조명 부하: 조명에서 발생하는 열 부하

대략적인 계산을 위해 다음의 경험적 수치를 사용 함.

기본 냉방 부하 계산

일반적인 실내 환경에서는 1㎥당 약 50~60 kcal/h의 열 부하가 발생 함. 

따라서, 기본 냉방 부하 = 270㎥ × 60 kcal/h = 16,200 kcal/h

인원 부하 계산 

사람 1명당 약 500 kcal/h의 열 부하가 발생한다고 가정 함. 

공간에 약 10명이 있을 경우, 인원 부하 = 10명 × 500 kcal/h = 5,000 kcal/h

장비 부하 계산

전자 장비의 종류와 수량에 따라 달라지지만, 일반적인 사무 공간 기준으로 장비 1대당 500~1000 kcal/h로 가정 함. 

장비 5대가 있을 경우, 장비 부하 = 5대 × 800 kcal/h = 4,000 kcal/h

조명 부하 계산 

조명은 ㎡당 약 15~20 kcal/h의 열 부하를 발생시킴. 

조명 부하 = 100㎡ × 20 kcal/h = 2,000 kcal/h

총 냉방 부하 계산

이제 각각의 부하를 모두 더하여 총 냉방 부하를 계산 .

기본 냉방 부하: 16,200 kcal/h 

인원 부하: 5,000 kcal/h 

장비 부하: 4,000 kcal/h 

조명 부하: 2,000 kcal/h

총 냉방 부하 = 16,200 + 5,000 + 4,000 + 2,000 = 27,200 kcal/h

RT로 변환

이제 총 냉방 부하를 RT 단위로 변환 함.

1RT = 3,024 kcal/h 

필요한 RT = 27,200 kcal/h ÷ 3,024 kcal/h ≈ 9 RT

천정고가 2.7m이고 면적이 100㎡인 공간에서 효과적인 냉각을 위해서는 약 9 RT 용량의 항온 항습기를 사용하는 것이 적절 함. 

그러나 실제 설치 시에는 외부 환경 조건, 단열 상태, 사용 목적 등을 추가로 고려하여 약간의 여유 용량을 선택하는 것이 좋음.

TIP !!

BTU/h는 British Thermal Unit per hour의 약자로, 시간당 에너지 사용량 또는 방출량을 나타내는 단위. 

BTU는 영국 열량 단위로, 1 BTU는 1파운드의 물을 섭씨 약 0.56도(화씨 1도) 올리는 데 필요한 에너지를 의미.

따라서 BTU/h는 주로 난방 장비, 냉방 장비(에어컨), 보일러 등에서 에너지 효율을 측정하는 데 사용 됨.

예시

에어컨의 냉방 능력은 BTU/h로 표시. 

예를 들어, 에어컨이 10,000 BTU/h의 냉방 능력을 가지고 있으면, 1시간에 10,000 BTU만큼의 열을 제거할 수 있다는 뜻 임. 

난방기의 경우에도, 30,000 BTU/h라면 1시간에 30,000 BTU만큼의 열을 방출할 수 있다는 의미임. 

간단한 변환

1 BTU/h = 0.29307107 와트(W) (약 0.3W) 

1 W = 3.412 BTU/h 

BTU/h는 에너지 소비량이나 기계의 성능을 평가하는 데 중요한 지표로 사용되며, 일반적으로 냉난방 시스템의 효율을 평가할 때 많이 사용 됨.

TIP !!

1 RT (Refrigeration Ton)은 냉동 용량을 나타내는 단위로, 1 RT = 12,000 BTU/h라는 관계가 있음.

RT(냉동톤)와 BTU/h의 관계 

1 RT는 1시간 동안 12,000 BTU의 열을 제거할 수 있는 능력을 의미 함. 

이 값은 냉동 및 냉방 시스템에서 자주 사용되는 단위로, 냉방기(에어컨)나 냉동기의 성능을 측정할 때 사용 됨.

배경

1 RT는 24시간 동안 1톤(2,000파운드)의 얼음을 0°C에서 0°C의 물로 바꾸는 데 필요한 냉동 능력을 기준으로 정의 됨. 

이 과정을 수행하는 데 필요한 열량이 12,000 BTU/h로 계산되었기 때문에, 이 단위가 냉동 및 냉방 시스템에서 널리 사용되게 되었.

간단한 정리 

1 RT = 12,000 BTU/h 

2 RT = 24,000 BTU/h 

3 RT = 36,000 BTU/h 

이 관계는 냉동 및 냉방 장비의 용량을 평가할 때 매우 중요한 지표로 사용 됨.

항온 항습기(Temperature and Humidity Chamber) 를 생산 판매하는 주요 업체.

ESPEC (일본)

강점: 세계 최대급 레퍼런스, 안정적인 온·습도 제어 정밀도와 균일도.

특징

광범위 라인업: -70~+180 °C, 10~98%RH, 급속램프 옵션(예: 5 °C/min↑)

에너지 절감(Eco-Mode), 수처리/제습 모듈 내장, 저소음 설계

전자/자동차 규격(JEDEC, IEC, ISO, JASO) 템플릿 풍부

Thermotron (미국)

강점: 고속 램핑과 통합 스트레스 옵션에 강함.

특징

LN₂/CO₂ 부스트 냉각으로 초고속 사이클링, 진동시험기(Shaker) 연동형

멀티채널 데이터로거·원격 모니터링, 유지보수 접근성 우수

항공우주/방산 MIL-STD-810, HALT/HASS 응용 레퍼런스 많음

Weiss Technik (독일, Weiss Umwelttechnik/Weiss Technik)

강점: 유럽 규격(IEC/ISO/UNECE) 대응과 정밀한 습도 제어.

특징

ClimeEvent/Walk-in 등 소형~대형 모듈형, 부식 저감 스테인리스 챔버

에너지 회수·가변식 제습으로 TCO 절감, 안전 인터락 체계적

자동차/배터리 셀 테스트(충방전 연동, off-gas 옵션) 솔루션 보유

CSZ – Cincinnati Sub-Zero (미국)

강점: 가성비/내구성, 대형 Walk-In 프로젝트 경험 풍부.

특징 

Z-Plus/Benchtop/Walk-In 라인업, -70~+190 °C, 10~98%RH

서비스 네트워크와 신속 부품 공급, 사용자 친화 UI

전자·의료기기 규격시험(QC/신뢰성)에 적합