곰팡이의 기초 - 습도

1. 결로 (結露) 와 곰팡이 

이슬점(露點)은  공기를 서서히 냉각시켜 어떤 온도에 다다르면 공기중의 수증기가 응결하여 이슬이 생기는 데, 이 때의 온도를 이슬점이라고 합니다.
결로(結露)는 수분을 포함한 공기의 온도가 이슬점이하로 떨어져서 공기가 함유하고 있던 수분이 물체 표면에서 물방울로 맺히는 현상을 말합니다. 

습공기선도(濕空氣線圖) 는 수분을 포함한 공기의 성질을 나타내는 그래프이며 많은 매개변수를 사용하여 표현하나, 그 중 한 두가지를 알면 다른 것은 쉽게 구할 수 있도록 만든 선도을 말하며, 엔진니어링, 건축공학, HVAC설계에서 많이 사용하고 있습니다. 요즘의 전자식 습도계가 일반화 되기 전에는 온도계 2개(건구와 습구)로 측정을 한 후에, 이 습공기선도를 사용하여 상대습도를 구하였습니다.

곰팡이와 곰팡이포자는 공기중으로 부유하고 있어서, 우리 거주환경에서 이를 완전 제거(*)할 수는 없습니다. 곰팡이와 곰팡이포자는 적절한 습기, 영양소와 산소만 있으면 성장하고 핍니다.  온도는 큰 영향이 없습니다. 냉장고에 있는 빵에도 곰팡이가 피는 것을 볼 수 있습니다. 단지 높은 온도에서 피는 곰팡이와 낮은 온도에서 피는 곰팡이의 종류가 다를 뿐입니다.  영양소는 모든 유기물이 대상이 되므로,제한을 받지 않습니다. 타일위에도, 시멘트위에도, PVC벽지 위에도 곰팡이는 핍니다. 오로지 영향을 받는 것은 습기뿐입니다.  습기를 관리하는 것이 곰팡이를 관리하는 유일한 방법입니다.  습기문제는 크게 두가지로 나눌 수가 있는 데, "고습도문제"(전실결로) 와 "부분결로"로  나누어서 원인과 대책을 설명합니다.

(*): 일반 공기청정기가 아닌, HEPA 필터를 장착한 공기청정기는 곰팡이 포자를 포획할 수 있습니다.  포획을 하여, 포자의 밀도를 낮출 수는 있겠지만, 그렇지만, 완전 제거하는 것은 어렵습니다.  출입문과 환기, 침기로, 사람에 묻어서, 곰팡이 포자는 항상 실내로 들어 올 수 있으니까요. HEPA 필터가 아닌 일반 공기 공기청정기는 그러한 포자자체도 포획 할 수 없습니다.  그러나 곰팡이 포자를 포획하기 위하여 HEPA 공기청정기를 사용하는 것을 권장하지는 않습니다.  곰팡이만 고려한다면, HEPA 공기청정기 보다는 제습기가 더 효과적이니까요.
 
시공제품의 선정과 방법은 또한 방대하여서, 여기에서는 다루지 않겠습니다. 차후에 별도의 문건으로 설명을 드리겠습니다.

2. 고습도문제 (전실결로)

2.1  실내환경 -- 부분 결로의  문제는 없지만, 습한 공기로 실내 전체에서 곰팡이가 피는, 지하실, 샤워실, 비좁은 공간(장롱 뒤의 벽), 갇힌 공간(가구내부,신발장)에서 발생하며,  특징은 벽, 천장, 바닥 뿐만 아니라, 실내 비품, 실내 가구, 실내공간 전체에 곰팡이 가 핍니다. 구획된 공간의 전체가 곰팡이의 공격을 당합니다.

2.2  습공기선도

습공기선도는  X축은 (건구) 온도(dry bulb)이고 우측의 수직 Y측은 공기중의 습기량입니다. 좌측의 포물선은 상대습도를 가르키는 데, 제일 좌측이 상대습도 100%이고 다음이 차례로 90%, 80%,.... 10% 입니다. 100% 상대습도의 포물선상에 표시된 온도는 습구온도입니다. 이들중 2개의 변수만 알면 나머지 변수 2개는 선도에서 알 수 있습니다.

실내의 공기를 20°C - 80% 라고 가정을 합니다. 위의 선도에서 "A"지점입니다. 이 상황에서 온도가 내려간다면, 선도에서 좌측방향으로 "B" 지점으로 이동합니다. "B"지점에 도달하면 이슬이 맺히기 시작합니다. "B"지점이 이슬점입니다. 17°C - 100% 가 되는 지점입니다.  습도가 높기 때문에 온도가 3°C만 떨어져도 이슬점에 도달합니다. 온도가 더 내려가면 "C"지점으로 미끄러지는 데, 미끄러지면서 계속 이슬을 만들고 있습니다. 이것이 "결로"입니다. "C" 지점은 10°C - 100% 입니다. "C"지점까지 오는 데, 이슬을 맺은 총 결로의 량은 공기 1 Kg당 4 g (우측 수직Y측 눈금 0.012-0.008 kg= 4g) 입니다.  30평의 아파트인 경우, 아파트 전체에 약  800 g이나 결로가 됩니다. ( 4 x 1.292 x 85 x 2 = 800 )   대단한 양의 물이 실내공간 전체에 내려 앉습니다. 벽, 천장, 바닥, 가구, 비품의 모든 표면에 이 물이 내려않습니다. 실내공간 전체가 매우 습해집니다.  물이 내려 앉으면 48시간 이후에 곰팡이의 공격이 시작됩니다. 곰팡이가 피기 시작합니다. 20° - 80% 의 실내에서는 온도가 3°C 만 내려가도 이슬이 맺힙니다. 새벽녁에 이슬이 맺힙니다.

여기에서 만일 처음의 실내가 20°C - 80% 가 아니고 습도가 30% 낮은 건조한 20°C - 50% 이면 어떻게 되었을 까?  습공기선도를 다시 조사하여 본니다.  우측의 습공기선도에서 20°C - 50% 에서 온도가 내려가면 좌측으로 "D"지점으로 이동합니다. 온도가 내려가서 10°C로 내려가도 아직 이슬점에 도달하지 않습니다. 이슬점은 대략 8°C가량 됩니다. 즉 처음의 20°C에서 온도가 12°C 나 내려가서 8°C 가 되어야 겨우 이슬이 맺히기 시작합니다.  실내의 온도차가 12°C가 되는 곳은 우리의 생활에서 그리 흔하지 않습니다.

일반적으로 곰팡이를  방지하기 위하여서는 미국 환경청 등이  실내습도 60% 이하로 혹은 50%로 권장하는 그 이유가 여기에 있습니다.

실내습도를 50%이하로 유지하면 웬만하여 결로가 생기지 않고, 반대로  80%가 되면 아주 쉽게 온도가 3°C만 떨어져도 결로가 생깁니다.

3. 부분결로 문제

3.1 실내환경 ---실내의 습도는 충분히 낮지만,벽,천장, 바닥 중의 일부 국지적인 장소에서 단열공사가 완벽하지 아니하여, 이 불완전한 단열공사 부분이 열도체 역할을 하여, 외부의 차가운 냉기가 내부의 따스한 공기에 접촉하여 접촉면이 이슬점이하로 떨어져서 물방울이 맺히는 것입니다. 결로가 되면 곰팡이가 필수가 있습니다. 단열공사가 불완전한 벽,천장,바닥의 특정부위에만 곰팡이가 피는 것으로 이는 실내전체에 곰팡이가 피는 전체결로와는 차이가 납니다.

3.2 습공기선도

부분결로가 생기는 메커니즘을 조사하여 봅니다. 실내의 온습도는 아주 이상적인 것으로 하여 20°C - 50% 로 가정합니다. 습도가 충분히 낮습니다.  그리고 실내의 온도도 변하지 않고 그대로 20°C에 있습니다. 전체결로는 생기지 않습니다.  이 상황에서 열도체가 벽을 둟고 들어와서 외부의 차가운 온도가 실내의 온화한 실내공기와 접촉을 하면, 결로가 발생합니다. 이 열도체의 표면과 그 주위에서 문제가 발생합니다. 즉 위의 습공기선도에서 실내습도가 50%이면 열도체 온도가 8°C 이면 이슬점이 생기고("D" 점), 습도가 40%이어도 5°C에서 이슬점이 생깁니다("E"점). 결로가 생기면 곰팡이는 피기 시작합니다.
충분한 습기가 모이면 48시간내에 곰팡이가 피기 시작합니다. 즉 실내의 온습도는 이상적이나, 실내를 둘러싸고 있는 벽,바닥, 천장에서  국지적인 결함이 있어서, 이 국지적인 장소에서  결로가 생기고 곰팡이가 피는 것입니다.



즉 외부와의 차단 벽, 바닥, 천장에서 하자가 생겨서, 외부의 냉기를 충분히 차단하지 못하면, 그 장소에서 결로가 생깁니다. 이를 흔히들 결로문제라고 하며, 추운 겨울에 많이 생깁니. 왜냐하면 습도가 낮기 때문에, 외부 온도가 충분히 낮아야 하기 때문입니다. 외부 온도가 5°C, 혹은 0°C이하에서 주로 발생합니다.  단열공사가 불량하면 국지적이 아닌, 벽 전체에서도 생길 수가 있습니다.

이 열도체에 단열재를 덮어서 차가운 열도체가 실내의 공기와 접촉하는 것을 막아야 합니다.

열도체를 열도체만 생각할 필요가 없습니다. 단열공사가 정확하게 되어 있지 않은 장소는 전부 열도체라고 생각하면 됩니다. 벽에 단열공사를 하지 않았다던가, 벽에 크랙이 가서 바람이 들어 온다던가 하면 열도체와 같은 문제가 발생합니다.
일반적으로, 창문주위, 출입문 주위에 많이 발생합니다. 단열시공이 되어 있지 않은 베란다의 벽에서도 많이 발생합니다.

4. 디지털식 접근

위의 습공기선도는 아나로그식 접근이다. 필자도 이 습공기선도로 공부를 하고 엔지니어링을 하였다. 이 습공기선도을 이해하고 사용하기에는 조금 어렵다.  모양도  이상하고, 그리고  4~5 종류의 선이 서로 연관 연결되어 있다. 정보는 많이 들어가 있지만, 이해하는 것은 그리 쉽지가 않다.  왜냐하면 계산하는 식이 무척 어렵기 때문이다.   이슬점을 계산하는 식은 다음과 같다.

이렇게 복잡하기 때문에 위의 습공기선도가 복잡하다.

그러나 현대는 그리 힘들지 않다.

지금은 디지털시대라 컴퓨터를 이용하여 이슬점온도를 쉽게 계산하고, 다른 각종 엔지니어링 데이터도 쉽게 제공하여 준다.

간단한 예를 들어서  하나의 표를 만들어  상황을  설명하면 다음과 같다.

미국 환경청의 곰팡이 홈페인지를 보면 다음과 같이 시작한다.

     "곰팡이 관리의 핵심은 습도관리이다 (The Key to Mold Control is Moisture Control)"  

미국환경청은 습도를 최소한 60%이하로 유지하는 것을 요구하고, 더 이상적으로는 30%~50%로 관리하는 것을 권장한다.    습도를 관리하기 위하여서 

 i) 내부의 물새는 부위을 수리하고, 물이 내부로 침투하는 것을 방지하여야 하고 (방수작업),

ii) 결로를 방지하는 단열공사를 하여야 하고 (결로방지작업), 

iii) 고습의 공기는 환기를 하여야 한다(환기장치설치). 

iv) 그리고 최후의 수단으로 다른 방법이 없을 때는  제습기 혹은 에어컨를 사용하여 습도를 낮추어야 한다.  

이것이 기본이고 원칙이다. 그리고 이것이 곰팡이 방지의 근간이고 근본이다. 

시중에서는 작업하기기 쉽다는 이유로, 단 하나의 이유로,  항균제, 항균첨가제, 항균페인트, 등을 사용하고 있는 데, 미국환경청은  살생물제(Biocide)를 사용하는 것을 권장하지 않는다.  살생물제는 우리 인간에게도 해를 입힐 수 있기 때문이다. ( 예; 가습기 살균제 사건 )

전실결로로 가방에 핀 곰팡이

 
부분결로로 벽지에 핀 곰팡이

<참고사항>

곰팡이가 필지 아니 필지를 예측하고 싶으면  습도계를 놓아두고 관찰하면 논리적 과학적 사고를 할 수 있다.

요즘은 디지털식 습도계를 값싸게 쉽게 구할 수 있다. 아래의 온습도계는 인터넷에서 7~8천원 주면 구할 수 있다.

필자도 사용하고 있는 데, 꽤 괜찮다.  곰팡이가 필 것 같은 장소에 놓아두고 관찰을 하면서 곰팡이을  예측한다.