제습기는 물을 어디서 가져오는가 — 10리터 물통의 출처

장마가 끝난 첫 주말 새벽 2시, 베란다 창을 닫은 거실에서 제습기를 켜 두고 잠들었는데 여섯 시간 뒤 물통을 비우다가 손이 멈칫했습니다. 10리터짜리 투명 통이 눈금 3분의 2까지 차 있었거든요. 문을 닫았고 외부 물은 들어오지 않았는데, 6.6리터 남짓의 물이 지하 어딘가에서 배관을 타고 온 것도 아닙니다. 그 물은 처음부터 이 방의 공기 속에 있었습니다.

제습기는 물을 만드는 기계처럼 보이지만, 실제로 하는 일은 냉장고 안쪽 벽에서 늘 일어나는 현상을 상자 하나에 가둬 두는 것입니다. 오늘은 그 물이 어디서 와서 왜 눈금 위에 쌓이는지, 그리고 왜 겨울에는 같은 기계가 훨씬 느려지는지를 숫자로 따라가 봅니다.

통념: 제습기는 공기를 말리는 기계다

대부분은 제습기를 "습기를 빨아들이는 기계"로 기억합니다. 광고도 그렇게 말합니다. 실제로 제습기를 켜 놓으면 방의 상대습도(%)는 내려가고, 빨래는 빨리 마르고, 벽지 끝의 곰팡이 자국은 더 번지지 않습니다. 이 결과만 보면 "습기를 빼낸다"는 설명이 틀린 것처럼 보이지 않습니다.

하지만 "빼낸다"는 동사는 주어를 숨깁니다. 빨아들이는 필터도, 습기를 붙잡는 스펀지도, 화학적으로 물을 흡수하는 충전재도 일반 가정용 제습기 안에는 들어 있지 않습니다. 있는 것은 차가운 금속판 하나입니다.

왜 "빨아들인다"는 설명은 부족한가

공기 중의 수증기량은 온도에 따라 상한이 정해져 있습니다. 1세제곱미터의 공기가 품을 수 있는 최대 수증기량은 20도에서 약 17.3그램, 10도에서는 약 9.4그램, 30도에서는 약 30.3그램입니다. 온도가 내려가면 공기는 수증기를 품을 능력을 잃어버리고, 잃어버린 만큼을 물방울로 내놓습니다. 이것이 응축이고, 비가 내리는 이유와 같은 원리입니다.

계산으로 확인해 봅시다. 20도·상대습도 70퍼센트인 방의 공기 1세제곱미터에는 수증기가 약 12.1그램 들어 있습니다(17.3 × 0.7). 이 공기를 식히면 어느 온도에서 물이 맺히기 시작할까요? 상한이 12.1그램이 되는 온도는 약 14.0도입니다. 이 값을 이슬점이라고 부릅니다. 고작 6도 내려갔을 뿐인데, 그 아래로는 더 이상 수증기로 존재할 수 없습니다. 즉 제습기는 "습기를 붙잡는" 것이 아니라, 공기를 자기 이슬점보다 더 차갑게 만드는 것입니다.

실제 기구: 냉동사이클이 차가운 판을 만든다

제습기 내부는 냉장고와 거의 같은 순환을 돕니다. (1) 압축기가 기체 냉매를 압축해 뜨겁고 높은 압력으로 만듭니다. (2) 그 냉매를 실외기 쪽 응축기(가는 관 다발)에서 식혀 액체로 만듭니다. 이때 버려지는 열이 제습기 뒤판의 미지근한 바람입니다. (3) 액체 냉매를 좁은 팽창장치(모세관)로 통과시키면 압력이 뚝 떨어지며 온도가 함께 떨어집니다. (4) 이렇게 차가워진 증발기 코일 위로 습한 방 공기를 팬으로 불어 보냅니다. 코일 표면은 보통 5도 안팎까지 내려가므로, 14도 이슬점의 공기는 코일을 스치자마자 이슬을 맺습니다.

맺힌 물은 코일의 물받이 홈을 타고 아래로 흘러 물통에 고입니다. 코일을 지난 공기는 5도의 포화 상태(1세제곱미터당 약 6.8그램)가 되었다가, 안쪽 팬을 지나며 방 온도로 다시 데워지므로 상대습도만 낮아진 채로 방에 돌아갑니다. 그래서 제습기를 켜면 방이 "건조해" 보이는 것입니다. 앞서 언급한 제습기 후면의 미지근한 바람은 고장이 아니라, 건조를 위해 지불한 열입니다.

이 순환을 습공기 선도(공기의 온도와 습도를 한 장에 그린 그림)에 올리면 경로가 분명해집니다. 오른쪽으로 갈수록 기온이 높고 위쪽으로 갈수록 수증기가 많습니다. 제습기의 공기는 먼저 왼쪽 아래(차갑고 건조)로 꺾이고, 다시 오른쪽(따뜻해짐)으로 돌아옵니다. 대각선 방향이 아니라 ㄱ자 모양으로 움직인다는 점이, 제습기가 냉방과 다른 일을 한다는 증거입니다.

숫자 하나: 1그램의 물에 2,450줄

가정용 제습기 전면. 앞면 안쪽으로 공기가 들어가고, 등 뒤에서는 응축기 열이 배출된다 — Dinkun Chen, CC BY-SA 4.0 (Wikimedia Commons)

물 1그램을 수증기에서 액체로 바꾸려면 응축잠열 약 2,450줄을 다른 곳으로 빼앗아야 합니다. 이것이 제습기의 진짜 부담입니다. 20도·70퍼센트 공기를 분당 약 4세제곱미터(시간당 250세제곱미터) 불어넣는다고 하면, 위 계산대로 공기 1세제곱미터당 5.3그램(12.1그램에서 6.8그램)이 빠집니다. 한 시간이면 약 1.3킬로그램, 즉 초당 900와트 가까운 열을 물에서 거둬내야 합니다.

그래서 제습기의 소비전력은 대개 200~400와트 수준으로 표기되고, 실제로 빼앗은 열은 압축기와 함께 밖으로 밀려납니다. 즉 방의 총열량은 줄지 않고 오히려 늘어납니다. 같은 방에서 에어컨이 시원하게 느껴지는 것도 응축기 열을 창밖으로 버리기 때문입니다. 제습기는 열을 집안에 두고, 에어컨은 창밖에 버립니다. 제습기에 "송풍 모드"가 있어도 이 구조는 같습니다.

온도가 낮으면 왜 느려지는가

증발기 코일은 5도보다 훨씬 차가워질 수도 있습니다. 그러나 공기가 이미 차갑다면 코일과 공기의 온도 차가 작아져 응축이 줄고, 물이 맺히기 전에 코일이 얼어버리기도 합니다. 10도의 서늘한 방에서 상대습도 60퍼센트라면 수증기량은 1세제곱미터당 7.7그램에 불과합니다. 같은 공기 1세제곱미터를 코일 온도 5도까지 식혀도 빼낼 수 있는 양은 0.9그램 남짓에 그칩니다.

겨울철 제습기 성능이 반 토막 나 보이는 가장 큰 이유이고, 여기에 물이 얼음이 되어 열전달을 가로막는 것까지 겹칩니다. 코일이 어는 순간 공기가 닿는 면이 줄어들기 때문에, 기계는 압축기를 멈추고 코일에 열을 잠깐 보내 얼음을 녹이는 제상 운전을 합니다. 그동안 물을 빼는 일은 멈춥니다. 소리는 계속 나는데 물통이 차지 않는 구간이 생기는 이유가 여기 있습니다.

습공기 선도에서 각 공정의 방향. 제습은 수증기를 줄이며 식히는 과정(COOLING+DEHUMIDIFY)으로 표시된다 — IanVG, CC0 (Wikimedia Commons)

이 설명이 틀리는 경우

제상을 빼도 예외는 있습니다. 실리카겔이나 제올라이트 같은 흡습제를 회전판에 입혀 물을 흡수시킨 뒤 열로 말려 내보내는 흡착식 제습기는 차가운 코일로 공기를 식히지 않습니다. 같은 일을 하면서도 방식이 완전히 다르므로, 이 글의 냉동사이클 설명은 그런 기기에는 전혀 해당하지 않습니다. 펠티에 소자(전기로 한쪽을 차갑게, 다른 쪽을 뜨겁게 만드는 반도체)를 쓰는 소형 제습기는 순환은 같지만 압축기 대신 반도체를 씁니다.

또 하나, "제습기가 방을 건조하게 만든다"는 문장을 너무 믿어서는 안 됩니다. 문을 열어 두면 바깥의 습한 공기가 계속 들어와 성능이 크게 떨어집니다. 환기와 제습을 동시에 바라는 것은 서로 반대 방향의 요구입니다. 그리고 방 전체의 체적이 크다면, 제습기는 방 전체를 말리는 장치라기보다 그 주변 몇 세제곱미터를 반복해서 처리하는 장치에 가깝습니다.

생활에 적용되는 판단

첫째, 방을 닫고 선풍기처럼 공기를 순환시켜야 합니다. 제습기는 공기를 빨아들이는 입구 근처에서 효과가 가장 크므로, 벽에 붙여 두기보다 방 가운데나 바닥과 간격을 둔 자리에 놓읍시다. 둘째, 목표 습도는 상대습도 50~60퍼센트 사이가 무난합니다. 이 아래로 내려가면 목이 마르고 정전기가 늘어납니다.

셋째, 빨래를 방 안에서 말리는 날에는 문을 닫고 제습기를 켜는 편이 낫습니다. 젖은 빨래는 말리는 동안 많은 수증기를 내놓기 때문에, 창문을 열면 그 수증기가 그대로 방으로 돌아옵니다. 넷째, 물통이 차지 않는다고 바로 고장으로 단정하지 말고 제상 표시등이 켜지는지 먼저 보십시오. 대개는 기계가 아니라 방의 온도와 습도가 낮아 생긴 일입니다.

독자에게

여러분 집 제습기의 물통은 하루에 몇 리터까지 찼나요? 또 같은 제습기를 겨울에 켜면 여름만큼 물이 차지 않는다는 걸 느낀 적이 있나요? 자신이 사는 곳의 습도와 방 온도에 따라 그 숫자는 크게 달라집니다.

참고 자료

• ASHRAE, Handbook of Fundamentals — 표준 대기압에서의 포화 수증기압·습공기 물성 값
• WMO, 포화수증기압 계산식(Magnus 형)
• 미국 에너지부(DOE), 응축식·흡착식 제습기의 냉동사이클 및 제상 운전 설명 자료