공동주택 하이브리드 환기시스템의 에너지 성능평가 (The) analysis of energy performance according to the application of hybrid ventilation system in multi-unit residential building원문보기
웰빙에 대한 관심과 함께 실내 공기질이 사회적 문제로 대두됨에 따라 쾌적한 실내 환경 확보를 위하여 환기의 중요성이 부각되고 있으며, 최근에는 실내의 효과적인 환기를 위하여 환기시스템 설치가 의무화 되었다.하지만 세계적으로 에너지 문제, 지구 환경 문제로 인해 에너지 절약적이며 환경 친화적인 건축기법에 관한 관심이 높아지고 있는 시점에서 24시간 상시 가동되는 환기시스템의 설치는 에너지 과다 소비와 함께 부적절한 제어로 인하여 실내 불쾌적의 증가 등과 같은 문제점을 야기할 것으로 예상된다.이에 따라 본 연구에서는 자연환기의 불확실성을 극복하고, 필요 환기량을 만족시키면서도 에너지 절감을 꾀할 수 있는 ...
웰빙에 대한 관심과 함께 실내 공기질이 사회적 문제로 대두됨에 따라 쾌적한 실내 환경 확보를 위하여 환기의 중요성이 부각되고 있으며, 최근에는 실내의 효과적인 환기를 위하여 환기시스템 설치가 의무화 되었다.하지만 세계적으로 에너지 문제, 지구 환경 문제로 인해 에너지 절약적이며 환경 친화적인 건축기법에 관한 관심이 높아지고 있는 시점에서 24시간 상시 가동되는 환기시스템의 설치는 에너지 과다 소비와 함께 부적절한 제어로 인하여 실내 불쾌적의 증가 등과 같은 문제점을 야기할 것으로 예상된다.이에 따라 본 연구에서는 자연환기의 불확실성을 극복하고, 필요 환기량을 만족시키면서도 에너지 절감을 꾀할 수 있는 하이브리드 환기방식에 대한 검토를 수행하였다.평가대상모델에 적용 된 하이브리드 환기 운영방식은 Natural and Mechanical Ventilation으로 중간기에는 자연환기, 냉/난방기에는 기계 환기를 적용하는 방식을 선택하였다. 외기 도입을 위하여 자연환기 창호를 설치하였으며 난방기의 최소환기 시점(Mode 2)과 중간기의 적절환기 시점(Mode 3)에 자연환기 창호의 환기구를 통한 급기, 주방 측 자연환기 창호를 통한 배기가 이루어지도록 하였다. 기계환기가 이루어지는 냉/난방기에는 전열교환 환기시스템을 설치하여 전열교환을 통해 급/배기가 이루어지도록 하였다. 단, 난방기에는 발코니의 예열된 공기를 환기시스템으로 유입하여 전열교환이 이루어지도록 설정하였다.하이브리드 환기방식의 공동주택 적용 가능성을 평가하기 위하여 CFD시뮬레이션을 수행한 결과, 최대환기 시(15ACH)에는 1m/s이상의 기류속도를 나타내어 기류에 의한 통풍냉각효과를 꾀할 수 있는 것으로 나타났으며, 최소환기 시(0.7ACH)에는 허용 기류속도(0.25m/s)이하를 나타내어 기류에 의한 불쾌감은 발생하지 않는 것으로 나타났다. 또한 냉/난방기의 외기 도입 시, 냉/난방 시스템을 가동하였을 때의 온도분포를 살펴보았다. 냉/난방기 모두 거주역에서의 수직, 수평 온도차가 거의 나타나지 않았으며 이를 통해 국부적인 불쾌감은 발생하지 않는 것으로 판단하였다.실내 온열환경 및 에너지 성능평가를 위하여, 엔탈피를 고려하여 하이브리드 환기 방식의 운영조건을 설정하였으며 0.7회의 환기량을 상시 확보할 수 있도록 설정하였다.이에 따라 TRNSYS 시뮬레이션을 수행한 결과 50.4%의 기간 동안 자연환기를 이용하여 쾌적한 실내 온열환경을 유지할 수 있는 것으로 나타났다.또한 냉/난방 시스템을 가동하지 않은 상태에서의 하이브리드 환기방식을 적용한 경우 3월~6월, 10월~11월의 쾌적 온도 범위를 만족함으로써 인위적인 환경 조절에 대한 요구가 줄어 냉/난방에 소비되는 에너지를 절감할 수 있을 것으로 판단하였다. 반면 실내 온열환경을 조절한 상태에서의 실내 평균온도의 경우 연중 쾌적 온도 범위는 만족하지만 온도편차가 전열교환 환기방식에 비해 크게 나타나는 것을 볼 수 있었다. 하지만 이는 모드변동에 따른 현상이므로 ±2℃까지는 쾌적온도 범위로 간주하였다.하이브리드 환기방식과 전열교환 환기방식의 냉/난방 부하를 비교해보았을 때, 하이브리드 환기방식의 경우, 난방부하 2,768 KJ/h, 냉방부하 12,881 KJ/h, 전열교환 환기방식의 경우, 난방부하 5,477KJ/h, 냉방부하 25,290 KJ/h로 하이브리드 환기방식의 경우 50% 냉/난방 부하 감소 효과가 있는 것으로 나타났다. 이는 난방기의 경우 발코니의 예열된 공기를 이용하여 전열교환이 이루어졌기 때문으로 여겨지며, 냉방기의 경우 자연환기 이용으로 냉방부하가 감소된 것으로 판단된다. 이를 통해 냉/난방에 소비되는 에너지가 감소될 것으로 예상된다.하이브리드 환기방식 적용 시의 자연 통풍냉각 시간을 검토한 결과, 냉방기 통풍냉각이 가능한 시간은 313시간으로 전체 냉방기간 중 10%를 차지하는 것으로 나타나 이 기간 동안에는 냉방에너지 사용량을 줄일 수 있을 것으로 판단된다.이러한 연구 결과를 종합해 보았을 때, 전열교환 환기방식을 사용하는 것보다 자연환기와 기계환기를 병용한 하이브리드 환기방식을 적용하는 것이 실내 온열 환경 측면이나 에너지 측면에서 훨씬 유리하다는 결론을 도출할 수 있다.본 연구를 통해 하이브리드 환기방식의 적용 가능성과 효과를 검증할 수 있었다. 적절한 제어전략을 수립하여 하이브리드 환기방식을 적용한다면 실내공기질을 만족시키면서 에너지 절감 및 환경부하 절감에도 상당한 기여를 할 수 있을 것으로 여겨지며 본 연구 자료가 추후 하이브리드 환기방식의 적용 확대를 위한 기초적인 검토 자료로 활용 될 수 있을 것으로 예상한다.
웰빙에 대한 관심과 함께 실내 공기질이 사회적 문제로 대두됨에 따라 쾌적한 실내 환경 확보를 위하여 환기의 중요성이 부각되고 있으며, 최근에는 실내의 효과적인 환기를 위하여 환기시스템 설치가 의무화 되었다.하지만 세계적으로 에너지 문제, 지구 환경 문제로 인해 에너지 절약적이며 환경 친화적인 건축기법에 관한 관심이 높아지고 있는 시점에서 24시간 상시 가동되는 환기시스템의 설치는 에너지 과다 소비와 함께 부적절한 제어로 인하여 실내 불쾌적의 증가 등과 같은 문제점을 야기할 것으로 예상된다.이에 따라 본 연구에서는 자연환기의 불확실성을 극복하고, 필요 환기량을 만족시키면서도 에너지 절감을 꾀할 수 있는 하이브리드 환기방식에 대한 검토를 수행하였다.평가대상모델에 적용 된 하이브리드 환기 운영방식은 Natural and Mechanical Ventilation으로 중간기에는 자연환기, 냉/난방기에는 기계 환기를 적용하는 방식을 선택하였다. 외기 도입을 위하여 자연환기 창호를 설치하였으며 난방기의 최소환기 시점(Mode 2)과 중간기의 적절환기 시점(Mode 3)에 자연환기 창호의 환기구를 통한 급기, 주방 측 자연환기 창호를 통한 배기가 이루어지도록 하였다. 기계환기가 이루어지는 냉/난방기에는 전열교환 환기시스템을 설치하여 전열교환을 통해 급/배기가 이루어지도록 하였다. 단, 난방기에는 발코니의 예열된 공기를 환기시스템으로 유입하여 전열교환이 이루어지도록 설정하였다.하이브리드 환기방식의 공동주택 적용 가능성을 평가하기 위하여 CFD 시뮬레이션을 수행한 결과, 최대환기 시(15ACH)에는 1m/s이상의 기류속도를 나타내어 기류에 의한 통풍냉각효과를 꾀할 수 있는 것으로 나타났으며, 최소환기 시(0.7ACH)에는 허용 기류속도(0.25m/s)이하를 나타내어 기류에 의한 불쾌감은 발생하지 않는 것으로 나타났다. 또한 냉/난방기의 외기 도입 시, 냉/난방 시스템을 가동하였을 때의 온도분포를 살펴보았다. 냉/난방기 모두 거주역에서의 수직, 수평 온도차가 거의 나타나지 않았으며 이를 통해 국부적인 불쾌감은 발생하지 않는 것으로 판단하였다.실내 온열환경 및 에너지 성능평가를 위하여, 엔탈피를 고려하여 하이브리드 환기 방식의 운영조건을 설정하였으며 0.7회의 환기량을 상시 확보할 수 있도록 설정하였다.이에 따라 TRNSYS 시뮬레이션을 수행한 결과 50.4%의 기간 동안 자연환기를 이용하여 쾌적한 실내 온열환경을 유지할 수 있는 것으로 나타났다.또한 냉/난방 시스템을 가동하지 않은 상태에서의 하이브리드 환기방식을 적용한 경우 3월~6월, 10월~11월의 쾌적 온도 범위를 만족함으로써 인위적인 환경 조절에 대한 요구가 줄어 냉/난방에 소비되는 에너지를 절감할 수 있을 것으로 판단하였다. 반면 실내 온열환경을 조절한 상태에서의 실내 평균온도의 경우 연중 쾌적 온도 범위는 만족하지만 온도편차가 전열교환 환기방식에 비해 크게 나타나는 것을 볼 수 있었다. 하지만 이는 모드변동에 따른 현상이므로 ±2℃까지는 쾌적온도 범위로 간주하였다.하이브리드 환기방식과 전열교환 환기방식의 냉/난방 부하를 비교해보았을 때, 하이브리드 환기방식의 경우, 난방부하 2,768 KJ/h, 냉방부하 12,881 KJ/h, 전열교환 환기방식의 경우, 난방부하 5,477KJ/h, 냉방부하 25,290 KJ/h로 하이브리드 환기방식의 경우 50% 냉/난방 부하 감소 효과가 있는 것으로 나타났다. 이는 난방기의 경우 발코니의 예열된 공기를 이용하여 전열교환이 이루어졌기 때문으로 여겨지며, 냉방기의 경우 자연환기 이용으로 냉방부하가 감소된 것으로 판단된다. 이를 통해 냉/난방에 소비되는 에너지가 감소될 것으로 예상된다.하이브리드 환기방식 적용 시의 자연 통풍냉각 시간을 검토한 결과, 냉방기 통풍냉각이 가능한 시간은 313시간으로 전체 냉방기간 중 10%를 차지하는 것으로 나타나 이 기간 동안에는 냉방에너지 사용량을 줄일 수 있을 것으로 판단된다.이러한 연구 결과를 종합해 보았을 때, 전열교환 환기방식을 사용하는 것보다 자연환기와 기계환기를 병용한 하이브리드 환기방식을 적용하는 것이 실내 온열 환경 측면이나 에너지 측면에서 훨씬 유리하다는 결론을 도출할 수 있다.본 연구를 통해 하이브리드 환기방식의 적용 가능성과 효과를 검증할 수 있었다. 적절한 제어전략을 수립하여 하이브리드 환기방식을 적용한다면 실내공기질을 만족시키면서 에너지 절감 및 환경부하 절감에도 상당한 기여를 할 수 있을 것으로 여겨지며 본 연구 자료가 추후 하이브리드 환기방식의 적용 확대를 위한 기초적인 검토 자료로 활용 될 수 있을 것으로 예상한다.
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