실내공기질 개선을 위한 공기청정 겸용 전열교환 환기시스템의 개발 및 적용방안 검토 (The) Development and Investigation on Total Heat Exchanger with Air Cleaning Function for Indoor Air Quality in Buildings원문보기
최근, 아파트는 에너지절약 대책의 일환으로 고단열화·고기밀화가 더욱 진행되어 오고 있으며, 고기밀화에 의해 외부 공기의 도입이 어려워져 자연 환기량이 저하되어 자연환기에만 의존하는 종래의 환기방식으로는 신선공기의 부족, 배기의 불량 등의 실내환경악화의 문제가 발생하게 된다. 특히, 최근 건자재 및 도료 등에 포함되어 실내로 방출되는 고농도의 화학물질인 포름알데히드 (HCHO), 휘발성유기화합물(VOC)은 오피스환경의 Sick Building Syndrome과 유사하게 거주자의 ...
최근, 아파트는 에너지절약 대책의 일환으로 고단열화·고기밀화가 더욱 진행되어 오고 있으며, 고기밀화에 의해 외부 공기의 도입이 어려워져 자연 환기량이 저하되어 자연환기에만 의존하는 종래의 환기방식으로는 신선공기의 부족, 배기의 불량 등의 실내환경악화의 문제가 발생하게 된다. 특히, 최근 건자재 및 도료 등에 포함되어 실내로 방출되는 고농도의 화학물질인 포름알데히드 (HCHO), 휘발성유기화합물(VOC)은 오피스환경의 Sick Building Syndrome과 유사하게 거주자의 호흡계 증상 및 신체의 부조화를 일으키는 Sick House Syndrome을 발생시키고 있으며, 이의 주원인은 환기부족이라고 알려져 있다. 환기를 계획적으로 반영하지 못한 최근 고기밀아파트는 실내 온도차가 작아짐으로서 열적 패적성은 증가한 반면 자연환기량의 감소에 따라 출입문의개폐가 어렵게 되고 욕실 및 주방환기가 원활하게 이루어지지 못하고 있다. 또한, 환기부족 등의 영향으로 결로가 발생하여 곰팡이류 발생이 쉬운 고습도 환경이 조성되고, 동시에 실내에 방출되고 있는 HCHO, VOCs 등의 유해물질이 실내에 정체할 가능성이 높아 인체로의 영향이 염려스러운 상황이다. 이러한 이유로 최근의 고단열·고기밀 아파트 계획에서는 24시간 주호환기의 개념이 절대적으로 필요하다. 그러나 현재 개발되어 있는 환기유니트는 전열 또는 현열교환기를 채용하므로써 에너지 절약적인 측면은 고려되어 있으나, 공기청정부분에 주목하면 내부에 프리필터 정도만을 채용하고 있어 외부의공기가 오염되어 있을 경우 실내로 오염된 공기가 그대로 유입될 가능성을 배제할 수 없다. 따라서 본 연구에서는 전술한 전열교환 환기유니트의 문제점을 검토하여 IAQ 측면에서 대폭적 개선이 가능하고, 일반 RC조 아파트에도 적용 가능한 새로운 개념의 무덕트 타입 공기청정 겸용 환기유니트를 개발하여 적용방안의 제시를 목표로 한다. 본 연구는 크게 3단계로 진행하였으며, 국·내외 실험규격의 조사분석 및 각종환기시스템의 분석을 기초로, 1단계 연구에서는 전열교환 환기유니트의 최적 설계방안을 모색하고 전열교환기의 효율에 관한 data base를 구축하는 것을 목적으로 하였다. 일본 C사 및 M사에서 제작한 엘리먼트 코어를 이용하여 덕트형 및 벽부형의 전열교환 환기유니트를 제작하고 유효환기량 및 전열교환 효율을 실험·평가하였다. 동시에 일본의 D사로부터 덕트형 환기유니트를 구입하여 전열교환효율을 비교·평가하였다. 2단계 연구에서는 KS 기준인 전열교환 환기장치의 실험 규격을 JIS 규격과 비교하여 검토하고, 실험 규격의 민감도를 실험을 통하여 분석하였다. 최종적으로 3단계 연구에서는 최적화된 개발시스템을 실제 아파트에 적용한경우를 상정하여, 공기청정효율을 3차원CFD시뮬레이션을 통해 실제 실내 공간에서의 적용효율을 검토하였다. 검토대상 시스템은 환기전용, 공기청정 및 동시가동의 3가지 모드로 운전이 가능하며, 시스템 내부에는 TVOC 및 HCHO 제거를 위한 전용필터가 내장되어 환기를 실시하지 않고 청정모드만을 가동하여도 실내 TVOC 및 HCHO를 상당부분 제거 가능하도록 설계되어 있다. 여기서 TVOC 제거용 필터를 one-pass 효율 30％로 실현하기위한 경계조건 설정방법으로 UDF(user define function)를 이용하여 해석code(c compiler)를 작성하였고, 공기연령의 개념을 이용한 환기효율분석을 동시에 실시하였다. 본 연구를 통하여 얻어진 결과를 정리하면 다음과 같다. ▶ 1단계 연구 : 전열교환 환기유니트의 성능시험 분리형세트(엘리먼트 :일본 C사, M사) 및 일체형세트(엘리먼트 :일본 C사), 그리고 분리형세트(일본 D사 환기유니트)의 유효환기량을 측정한 결과, 대체적으로 규격의 적용기준인 유효환기량 85,0％ 이내의 수준을 만족(분리형D사 제외)하였다. 또한 열교환효율의 측정결과, C사 > M사 > D사 순으로 효율특성을 파악할 수 있었다. 실험결과를 검토하여 본 결과 엘리먼트의 통과풍속, pitch, 유효환기량에 따라 효율특성이 달라지는 점을 확인하였고, 이를 통하여 엘리먼트 코어의 D/B 구축이 필수적이라는 점을 파악할 수 있었다. ▶ 2단계 연구 : 전열교환 환기유니트의 시험규격에 따른 민감도 분석KS 규격과 JIS 규격을 비교하면, 실내조건은 큰 차이가 없으나, 실외조건이 현저한 차이를 나타내었다. 이를 통해 KS 규격이 습구온도의 민감성의 정도가 더 크게 나타남을 알 수 있어, 보다 정확한 습구온도의 측정이 필요하다는 점을 파악할 수 있었다. ▶ 3단계 연구 : 공기청정 겸용 환기유니트 적용시 CFD 시뮬레이션 공기청정 겸용 환기유니트 적용시 CFD 해석결과, 환기모드 운전시 매립 덕트형에 비해 약 94.6％의 환기효과를 나타내었다. 공기청정모드 운전시 환기횟수 0.96회 (환기모드)와 비슷한 수준의 결과를 나타내었으며, 실전체 공간에 비교적 균등한 농도분포를 가져올 수 있음을 확인하였다. 동시가동모드인 환기+공기청정모드 운전시 급격한 농도감소효과를 발휘하고 있음을 확인하였고, 실제 운전시 swing모드로 풍향을 바꿔가면서 가동할 경우 공간전체에 균등한 농도분포가 형성될 것으로 파악할 수 있었다. 종합적으로 볼 때, 공기청정겸용 환기시스템은 실내공기질 및 쾌적성 향상과 구조적인 문제를 동시에 해결할 수 있는 적합한 시스템이라고 할 수 있다.
최근, 아파트는 에너지절약 대책의 일환으로 고단열화·고기밀화가 더욱 진행되어 오고 있으며, 고기밀화에 의해 외부 공기의 도입이 어려워져 자연 환기량이 저하되어 자연환기에만 의존하는 종래의 환기방식으로는 신선공기의 부족, 배기의 불량 등의 실내환경악화의 문제가 발생하게 된다. 특히, 최근 건자재 및 도료 등에 포함되어 실내로 방출되는 고농도의 화학물질인 포름알데히드 (HCHO), 휘발성유기화합물(VOC)은 오피스환경의 Sick Building Syndrome과 유사하게 거주자의 호흡계 증상 및 신체의 부조화를 일으키는 Sick House Syndrome을 발생시키고 있으며, 이의 주원인은 환기부족이라고 알려져 있다. 환기를 계획적으로 반영하지 못한 최근 고기밀아파트는 실내 온도차가 작아짐으로서 열적 패적성은 증가한 반면 자연환기량의 감소에 따라 출입문의개폐가 어렵게 되고 욕실 및 주방환기가 원활하게 이루어지지 못하고 있다. 또한, 환기부족 등의 영향으로 결로가 발생하여 곰팡이류 발생이 쉬운 고습도 환경이 조성되고, 동시에 실내에 방출되고 있는 HCHO, VOCs 등의 유해물질이 실내에 정체할 가능성이 높아 인체로의 영향이 염려스러운 상황이다. 이러한 이유로 최근의 고단열·고기밀 아파트 계획에서는 24시간 주호환기의 개념이 절대적으로 필요하다. 그러나 현재 개발되어 있는 환기유니트는 전열 또는 현열교환기를 채용하므로써 에너지 절약적인 측면은 고려되어 있으나, 공기청정부분에 주목하면 내부에 프리필터 정도만을 채용하고 있어 외부의공기가 오염되어 있을 경우 실내로 오염된 공기가 그대로 유입될 가능성을 배제할 수 없다. 따라서 본 연구에서는 전술한 전열교환 환기유니트의 문제점을 검토하여 IAQ 측면에서 대폭적 개선이 가능하고, 일반 RC조 아파트에도 적용 가능한 새로운 개념의 무덕트 타입 공기청정 겸용 환기유니트를 개발하여 적용방안의 제시를 목표로 한다. 본 연구는 크게 3단계로 진행하였으며, 국·내외 실험규격의 조사분석 및 각종환기시스템의 분석을 기초로, 1단계 연구에서는 전열교환 환기유니트의 최적 설계방안을 모색하고 전열교환기의 효율에 관한 data base를 구축하는 것을 목적으로 하였다. 일본 C사 및 M사에서 제작한 엘리먼트 코어를 이용하여 덕트형 및 벽부형의 전열교환 환기유니트를 제작하고 유효환기량 및 전열교환 효율을 실험·평가하였다. 동시에 일본의 D사로부터 덕트형 환기유니트를 구입하여 전열교환효율을 비교·평가하였다. 2단계 연구에서는 KS 기준인 전열교환 환기장치의 실험 규격을 JIS 규격과 비교하여 검토하고, 실험 규격의 민감도를 실험을 통하여 분석하였다. 최종적으로 3단계 연구에서는 최적화된 개발시스템을 실제 아파트에 적용한경우를 상정하여, 공기청정효율을 3차원 CFD 시뮬레이션을 통해 실제 실내 공간에서의 적용효율을 검토하였다. 검토대상 시스템은 환기전용, 공기청정 및 동시가동의 3가지 모드로 운전이 가능하며, 시스템 내부에는 TVOC 및 HCHO 제거를 위한 전용필터가 내장되어 환기를 실시하지 않고 청정모드만을 가동하여도 실내 TVOC 및 HCHO를 상당부분 제거 가능하도록 설계되어 있다. 여기서 TVOC 제거용 필터를 one-pass 효율 30％로 실현하기위한 경계조건 설정방법으로 UDF(user define function)를 이용하여 해석code(c compiler)를 작성하였고, 공기연령의 개념을 이용한 환기효율분석을 동시에 실시하였다. 본 연구를 통하여 얻어진 결과를 정리하면 다음과 같다. ▶ 1단계 연구 : 전열교환 환기유니트의 성능시험 분리형세트(엘리먼트 :일본 C사, M사) 및 일체형세트(엘리먼트 :일본 C사), 그리고 분리형세트(일본 D사 환기유니트)의 유효환기량을 측정한 결과, 대체적으로 규격의 적용기준인 유효환기량 85,0％ 이내의 수준을 만족(분리형D사 제외)하였다. 또한 열교환효율의 측정결과, C사 > M사 > D사 순으로 효율특성을 파악할 수 있었다. 실험결과를 검토하여 본 결과 엘리먼트의 통과풍속, pitch, 유효환기량에 따라 효율특성이 달라지는 점을 확인하였고, 이를 통하여 엘리먼트 코어의 D/B 구축이 필수적이라는 점을 파악할 수 있었다. ▶ 2단계 연구 : 전열교환 환기유니트의 시험규격에 따른 민감도 분석 KS 규격과 JIS 규격을 비교하면, 실내조건은 큰 차이가 없으나, 실외조건이 현저한 차이를 나타내었다. 이를 통해 KS 규격이 습구온도의 민감성의 정도가 더 크게 나타남을 알 수 있어, 보다 정확한 습구온도의 측정이 필요하다는 점을 파악할 수 있었다. ▶ 3단계 연구 : 공기청정 겸용 환기유니트 적용시 CFD 시뮬레이션 공기청정 겸용 환기유니트 적용시 CFD 해석결과, 환기모드 운전시 매립 덕트형에 비해 약 94.6％의 환기효과를 나타내었다. 공기청정모드 운전시 환기횟수 0.96회 (환기모드)와 비슷한 수준의 결과를 나타내었으며, 실전체 공간에 비교적 균등한 농도분포를 가져올 수 있음을 확인하였다. 동시가동모드인 환기+공기청정모드 운전시 급격한 농도감소효과를 발휘하고 있음을 확인하였고, 실제 운전시 swing모드로 풍향을 바꿔가면서 가동할 경우 공간전체에 균등한 농도분포가 형성될 것으로 파악할 수 있었다. 종합적으로 볼 때, 공기청정겸용 환기시스템은 실내공기질 및 쾌적성 향상과 구조적인 문제를 동시에 해결할 수 있는 적합한 시스템이라고 할 수 있다.
Recently, apartments are designed to be energy efficient by insulating the heat, which leads to poor ventilation. Due to this problem, the quality of the indoor air lacks. To make it more dangerous, toxins such as Formaldehyde (HCHO), Volatility Organic Compound (VOC) comes out from the construction...
Recently, apartments are designed to be energy efficient by insulating the heat, which leads to poor ventilation. Due to this problem, the quality of the indoor air lacks. To make it more dangerous, toxins such as Formaldehyde (HCHO), Volatility Organic Compound (VOC) comes out from the construction materials which cause Sick House Syndrome that results to resident's breathing symptoms and bodily lack of harmony, similarly with Sick Building Syndrome of office environment. A cause from lack of ventilation. Because a high air consistency apartment failed in deliberate ventilation, thermal agreeableness increases as that room temperature difference is decrescent. On the other hand the opening and shutting door became difficult and the bathroom and kitchen ventilation are not being smoothly. Moreover, with the fact of high humidity environment which makes mold easily by the effect of ventilation tribe and the possibility of stagnation that the hazardous substance such as HCHO, VOCs does, the situation is anxious on human body. For these reason, Concept of 24 hours' ventilation is necessary in high insulation and consistency apartment plan, Although the present ventilation unit that is developed considers energy economic side, in air cleaning parts have only free filter inside. So outdoor polluted air can flow through free filter indoors. Therefore total heat exchanger ventilation units in IAQ can be improved greatly on investigation of total heat exchanger ventilation units in this study. Moreover ductless type air cleaning and ventilating units can be developed and applied in general RC-structure apartments. This study has been progressed greatly by 3 steps. According to research and analysis of internal and external test standards. In first step, method of optimum design of total heat exchanger ventilation units is examined and constructing D/B about efficiency of total heat exchanger ventilation units is aimed. Duct type and wall-fixed type total heat exchanger ventilation units is made of eliment core of Japan C and M company, ventilation rate and total heat exchange efficiency is tested and estimated. At the same time total heat exchange efficiency is compared and estimated with duct type ventilation units of Japan D company. In 2 steps study, the test standard of total heat exchanger ventilation equipments between KS and JIS is estimated and sensitivity of the test standard is analysed through test. In 3 steps study, assuming that optimum system is applied to real apartment, air cleaning efficiency is investigated with 3D CFD simulation for the ventilation. Examination target system can operate in3 modes those are ventilation, air cleaning and air cleaning & ventilation. this system has filter inside for removing TVOC and HCHO. So indoor TVOC and HCHO are removed much in only cleaning mode except ventilating. C code to let one-pass efficiency of filter for removing TVOC be 30％ was compiled with UDF (user define function) as boundary condition establishment method, At the same time ventilation efficient analysis was performed with air age concept. The main results through this study are summarized as follows ; ▶ 1 step study : Efficiency Test on the electric heat exchange and ventilation unit. Trough measuring the validity ventilation amount of Separated type set (Eliment : Japan C company, M company), monolithic type set (Eliment : Japan C company) and separated type set (Japan D company), results meet standard requirements of validity ventilation amount within 85.0％ in general, And as a result of measuring the heat exchange efficiency. the efficient characteristic of C, M and D company in order is good, As a result of experiment, the efficient characteristic changes in accordance with the wind velocity of eliment , pitch, validity ventilation amount. So, construction of eliment core D/B is necessary. ▶ 2 step Study : A Response analysis according to Test standard of the electric heat exchange and ventilation unit. There is no difference of inside experiment conditions but outside experiment conditions between KS standard and JIS standard. The wet-bulb temperature on KS standard is more susceptible than on JIS. Therefore accurate measuring of wet-bulb temperature is necessary. ▶ 3 steps Study CFD simulation for the ventilation system combined air cleaning function. Analysis result with the ventilation system combined air cleaning function have ventilation effect of about 94.6％ than reclamation duct type at ventilation mode operation. When air clearness mode operated, resulted such as ventilation number of times 0.96 (ventilation mode). confirmed that can bring comparatively equal density distribution in actual space, With ventilation & air cleaning mode operation, confirmed that is showing density decrease effect. Generally, the ventilation system combined air cleaning function is able to solve all problem as the air quality, improved refreshment and structural problem in the room.
Recently, apartments are designed to be energy efficient by insulating the heat, which leads to poor ventilation. Due to this problem, the quality of the indoor air lacks. To make it more dangerous, toxins such as Formaldehyde (HCHO), Volatility Organic Compound (VOC) comes out from the construction materials which cause Sick House Syndrome that results to resident's breathing symptoms and bodily lack of harmony, similarly with Sick Building Syndrome of office environment. A cause from lack of ventilation. Because a high air consistency apartment failed in deliberate ventilation, thermal agreeableness increases as that room temperature difference is decrescent. On the other hand the opening and shutting door became difficult and the bathroom and kitchen ventilation are not being smoothly. Moreover, with the fact of high humidity environment which makes mold easily by the effect of ventilation tribe and the possibility of stagnation that the hazardous substance such as HCHO, VOCs does, the situation is anxious on human body. For these reason, Concept of 24 hours' ventilation is necessary in high insulation and consistency apartment plan, Although the present ventilation unit that is developed considers energy economic side, in air cleaning parts have only free filter inside. So outdoor polluted air can flow through free filter indoors. Therefore total heat exchanger ventilation units in IAQ can be improved greatly on investigation of total heat exchanger ventilation units in this study. Moreover ductless type air cleaning and ventilating units can be developed and applied in general RC-structure apartments. This study has been progressed greatly by 3 steps. According to research and analysis of internal and external test standards. In first step, method of optimum design of total heat exchanger ventilation units is examined and constructing D/B about efficiency of total heat exchanger ventilation units is aimed. Duct type and wall-fixed type total heat exchanger ventilation units is made of eliment core of Japan C and M company, ventilation rate and total heat exchange efficiency is tested and estimated. At the same time total heat exchange efficiency is compared and estimated with duct type ventilation units of Japan D company. In 2 steps study, the test standard of total heat exchanger ventilation equipments between KS and JIS is estimated and sensitivity of the test standard is analysed through test. In 3 steps study, assuming that optimum system is applied to real apartment, air cleaning efficiency is investigated with 3D CFD simulation for the ventilation. Examination target system can operate in3 modes those are ventilation, air cleaning and air cleaning & ventilation. this system has filter inside for removing TVOC and HCHO. So indoor TVOC and HCHO are removed much in only cleaning mode except ventilating. C code to let one-pass efficiency of filter for removing TVOC be 30％ was compiled with UDF (user define function) as boundary condition establishment method, At the same time ventilation efficient analysis was performed with air age concept. The main results through this study are summarized as follows ; ▶ 1 step study : Efficiency Test on the electric heat exchange and ventilation unit. Trough measuring the validity ventilation amount of Separated type set (Eliment : Japan C company, M company), monolithic type set (Eliment : Japan C company) and separated type set (Japan D company), results meet standard requirements of validity ventilation amount within 85.0％ in general, And as a result of measuring the heat exchange efficiency. the efficient characteristic of C, M and D company in order is good, As a result of experiment, the efficient characteristic changes in accordance with the wind velocity of eliment , pitch, validity ventilation amount. So, construction of eliment core D/B is necessary. ▶ 2 step Study : A Response analysis according to Test standard of the electric heat exchange and ventilation unit. There is no difference of inside experiment conditions but outside experiment conditions between KS standard and JIS standard. The wet-bulb temperature on KS standard is more susceptible than on JIS. Therefore accurate measuring of wet-bulb temperature is necessary. ▶ 3 steps Study CFD simulation for the ventilation system combined air cleaning function. Analysis result with the ventilation system combined air cleaning function have ventilation effect of about 94.6％ than reclamation duct type at ventilation mode operation. When air clearness mode operated, resulted such as ventilation number of times 0.96 (ventilation mode). confirmed that can bring comparatively equal density distribution in actual space, With ventilation & air cleaning mode operation, confirmed that is showing density decrease effect. Generally, the ventilation system combined air cleaning function is able to solve all problem as the air quality, improved refreshment and structural problem in the room.
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