최근, 산업화와 중국발 황사 그리고 오염물질의 농도 측정 기술의 발전으로 인해 재실자 중심의 실내공기질 평가에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 실내공기질을 악화시키는 오염물질은 크게 가스상 오염물질과 입자상 오염물질로 구분되며, 실내·외 농도에 따라 실내에 미치는 영향성과 확산 특성은 다른 경향을 보인다. 이는 실외 오염물질 농도가 낮다는 가정하에 시행되는 환기와 그 효율의 평가에 있어 오염물질의 특성이 고려되어야 함을 의미한다. 이에 본 연구에서는 각 오염물질의 이동 및 확산 메커니즘을 고려한 실내공기질 제어 방안을 도출하고자 하였다. 이를 위해 ...
최근, 산업화와 중국발 황사 그리고 오염물질의 농도 측정 기술의 발전으로 인해 재실자 중심의 실내공기질 평가에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 실내공기질을 악화시키는 오염물질은 크게 가스상 오염물질과 입자상 오염물질로 구분되며, 실내·외 농도에 따라 실내에 미치는 영향성과 확산 특성은 다른 경향을 보인다. 이는 실외 오염물질 농도가 낮다는 가정하에 시행되는 환기와 그 효율의 평가에 있어 오염물질의 특성이 고려되어야 함을 의미한다. 이에 본 연구에서는 각 오염물질의 이동 및 확산 메커니즘을 고려한 실내공기질 제어 방안을 도출하고자 하였다. 이를 위해 전산유체역학을 이용한 실내공기질 평가 기법을 제안하였으며, 입자상 오염물질 중 겨울철 가습기 사용으로 인해 시료의 미네랄 성분으로부터 발생하는 White dust의 농도 형성, 확산, 제거 특성에 관한 연구를 수행하였다. 이상의 연구내용에 관한 결과를 요약하면 다음과 같다.
1) 현재 국내 현행법 기준으로 가스상 오염물질은 분류체계와 정의가 비교적 명확하며, 시행규칙에 따라 권고 및 방출 기준을 명시하고, 이를 시행하고 있는 것으로 조사되었다. 반면, 입자상 오염물질은 법령상 분류체계의 기준이 명확하지 않으며, 이로 인해 권고기준과 실내공기질 개선을 위한 대안이 마련되어 있지 않은 실정이다. 확산 특성에 따라 크게 가스상과 입자상으로 구분되는 각 오염물질의 농도 저감을 위해서는 선별적인 제어 전략을 수립하여야 함에 따라 권고기준을 설정하는 등, 관련 정책과 제도의 마련이 시급할 것으로 판단된다.
2) 실내공기질 개선에 있어 환기효율 또는 공기교환율을 개선하는 것은 매우 중요한 요소이다. 현재 실내·외 환경조건을 고려한 제어 전략 수립 등의 관련 연구가 진행되고 있으나 실내 공간 특히, 국부영역에 대한 각 오염물질의 확산 특성에 관한 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 전산유체역학을 이용하여 동일한 공간과 환기 조건에서 각 오염물질에 대한 농도 저감 성능을 정량적으로 분석하였다. 그 결과 환기효율의 개념이 대상으로 설정하거나 실내공기질 악화에 기여하는 오염물질을 중심으로 평가되어야 한다는 점을 도출하였다.
3) 국내의 경우, 동절기 외기 온도와 습도가 낮음에 따라 주거시설에서 별도의 가습기를 사용하여 습도를 적정 범위로 유지하고 있다. 이 중, 초음파 방식의 가습기 사용은 시료의 오염 또는 가습기 내부의 청결과 관계없이 시료 자체의 미네랄 함유로 인해 White dust라는 미세먼지를 발생시킨다. 이는 같은 수돗물이라고 하더라도 미네랄 함량에 따라 농도 형성 경향이 다를 수 있다는 것을 의미하는 것으로 본 연구에서는 국내 실정을 고려하여 6종류의 시료와 2가지 방식의 가습기 사용에 의한 실내 White dust 농도 변화를 분석하였다. 그 결과, 수돗물이라고 해서 White dust 발생량이 반드시 높지는 않았으나 미네랄 함량과는 상관성이 있는 것으로 확인되었다. 단, White dust의 인체 유해성 여부는 아직 관련 학계에서 여러 의견이 공존하고 있음을 밝힌다.
4) 수치 모델을 활용하여 입자상 오염물질인 White dust의 농도 예측 성능을 검증하고, 제어 방안을 수립하였다. 수치 모델의 활용은 추가 실험을 통해 계수를 획득함으로써 신뢰성과 적용 타당성이 입증될 수 있으나 공간을 질점으로 가정함에 따라 온도 변화, 환기 방식 등의 변수는 고려할 수 없는 것으로 나타났다. 이는 재실자 중심의 평가를 위해서는 3차원 유동해석이 추가로 필요하다는 것을 의미한다.
5) 실험과 Numerical 모델 그리고 전산유체역학을 이용하여 공기청정기의 실내 White dust 농도 저감 성능을 평가하였다. 또한, 동절기 상황을 고려하여 바닥난방의 가동이 White dust의 확산에 미치는 영향성을 검토하였다. 그 결과, 동일한 조건으로 공기청정기가 가동되더라도 설치 위치에 따라 농도에는 큰 차이를 보이는 것으로 확인되었으며, 상부 취출방식의 공기청정기에서는 공기청정기 주변에 대한 국부적인 농도 저감효과를 기대할 수 없는 것으로 나타났다. 또한, 난방의 가동은 오히려 실내 미세먼지의 확산을 가속화하여 농도 저감에 악영향을 미치는 것으로 확인되었다.
최근, 산업화와 중국발 황사 그리고 오염물질의 농도 측정 기술의 발전으로 인해 재실자 중심의 실내공기질 평가에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 실내공기질을 악화시키는 오염물질은 크게 가스상 오염물질과 입자상 오염물질로 구분되며, 실내·외 농도에 따라 실내에 미치는 영향성과 확산 특성은 다른 경향을 보인다. 이는 실외 오염물질 농도가 낮다는 가정하에 시행되는 환기와 그 효율의 평가에 있어 오염물질의 특성이 고려되어야 함을 의미한다. 이에 본 연구에서는 각 오염물질의 이동 및 확산 메커니즘을 고려한 실내공기질 제어 방안을 도출하고자 하였다. 이를 위해 전산유체역학을 이용한 실내공기질 평가 기법을 제안하였으며, 입자상 오염물질 중 겨울철 가습기 사용으로 인해 시료의 미네랄 성분으로부터 발생하는 White dust의 농도 형성, 확산, 제거 특성에 관한 연구를 수행하였다. 이상의 연구내용에 관한 결과를 요약하면 다음과 같다.
1) 현재 국내 현행법 기준으로 가스상 오염물질은 분류체계와 정의가 비교적 명확하며, 시행규칙에 따라 권고 및 방출 기준을 명시하고, 이를 시행하고 있는 것으로 조사되었다. 반면, 입자상 오염물질은 법령상 분류체계의 기준이 명확하지 않으며, 이로 인해 권고기준과 실내공기질 개선을 위한 대안이 마련되어 있지 않은 실정이다. 확산 특성에 따라 크게 가스상과 입자상으로 구분되는 각 오염물질의 농도 저감을 위해서는 선별적인 제어 전략을 수립하여야 함에 따라 권고기준을 설정하는 등, 관련 정책과 제도의 마련이 시급할 것으로 판단된다.
2) 실내공기질 개선에 있어 환기효율 또는 공기교환율을 개선하는 것은 매우 중요한 요소이다. 현재 실내·외 환경조건을 고려한 제어 전략 수립 등의 관련 연구가 진행되고 있으나 실내 공간 특히, 국부영역에 대한 각 오염물질의 확산 특성에 관한 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 전산유체역학을 이용하여 동일한 공간과 환기 조건에서 각 오염물질에 대한 농도 저감 성능을 정량적으로 분석하였다. 그 결과 환기효율의 개념이 대상으로 설정하거나 실내공기질 악화에 기여하는 오염물질을 중심으로 평가되어야 한다는 점을 도출하였다.
3) 국내의 경우, 동절기 외기 온도와 습도가 낮음에 따라 주거시설에서 별도의 가습기를 사용하여 습도를 적정 범위로 유지하고 있다. 이 중, 초음파 방식의 가습기 사용은 시료의 오염 또는 가습기 내부의 청결과 관계없이 시료 자체의 미네랄 함유로 인해 White dust라는 미세먼지를 발생시킨다. 이는 같은 수돗물이라고 하더라도 미네랄 함량에 따라 농도 형성 경향이 다를 수 있다는 것을 의미하는 것으로 본 연구에서는 국내 실정을 고려하여 6종류의 시료와 2가지 방식의 가습기 사용에 의한 실내 White dust 농도 변화를 분석하였다. 그 결과, 수돗물이라고 해서 White dust 발생량이 반드시 높지는 않았으나 미네랄 함량과는 상관성이 있는 것으로 확인되었다. 단, White dust의 인체 유해성 여부는 아직 관련 학계에서 여러 의견이 공존하고 있음을 밝힌다.
4) 수치 모델을 활용하여 입자상 오염물질인 White dust의 농도 예측 성능을 검증하고, 제어 방안을 수립하였다. 수치 모델의 활용은 추가 실험을 통해 계수를 획득함으로써 신뢰성과 적용 타당성이 입증될 수 있으나 공간을 질점으로 가정함에 따라 온도 변화, 환기 방식 등의 변수는 고려할 수 없는 것으로 나타났다. 이는 재실자 중심의 평가를 위해서는 3차원 유동해석이 추가로 필요하다는 것을 의미한다.
5) 실험과 Numerical 모델 그리고 전산유체역학을 이용하여 공기청정기의 실내 White dust 농도 저감 성능을 평가하였다. 또한, 동절기 상황을 고려하여 바닥난방의 가동이 White dust의 확산에 미치는 영향성을 검토하였다. 그 결과, 동일한 조건으로 공기청정기가 가동되더라도 설치 위치에 따라 농도에는 큰 차이를 보이는 것으로 확인되었으며, 상부 취출방식의 공기청정기에서는 공기청정기 주변에 대한 국부적인 농도 저감효과를 기대할 수 없는 것으로 나타났다. 또한, 난방의 가동은 오히려 실내 미세먼지의 확산을 가속화하여 농도 저감에 악영향을 미치는 것으로 확인되었다.
Recently, the rapid acceleration of industrial activity, the yellow dust from China, and the advancement in pollutant measurement technologies for concentration levels have stimulated studies in resident-centered air quality evaluation. Pollutants that deteriorate indoor air quality can be classifie...
Recently, the rapid acceleration of industrial activity, the yellow dust from China, and the advancement in pollutant measurement technologies for concentration levels have stimulated studies in resident-centered air quality evaluation. Pollutants that deteriorate indoor air quality can be classified into gaseous pollutants and particulate pollutants whose effects on indoor air quality and diffusion characteristics differ depending on their indoor and outdoor concentrations. This means that the characteristics of pollutants must be taken into account when performing and evaluating ventilations conducted under the assumption that the outdoor pollutant concentration is low. With this in mind, this study aimed to develop a method of indoor air quality control that considered the movement and diffusion mechanisms of each pollutant. To do so, a technique of indoor air quality evaluation through computational fluid dynamics was proposed. Also, a study was carried out on the characteristics of concentration formation, diffusion, and removal of the white dust, a particulate pollutant that forms from the mineral content of samples due to humidifier usage in winter. The results of the above studies can be summarized as follows:
1) It was found that the current domestic laws had a relatively clear classification scheme and definition of gaseous pollutants, specifying and implementing recommendations and emission criteria in accordance with the enforcement rules. On the other hand, no clear classification scheme was found for particulate pollutants, causing a lack of recommended criteria and solutions for improving indoor air quality. To reduce the concentration of each pollutants mainly categorized as gaseous and particulate depending on their diffusion mechanism, a selective control method as well as the establishment of related policy measures and schemes is urgently required.
2) Enhancing the ventilation efficiency or air exchange efficiency is crucial to improving indoor air quality. While studies on control methods in consideration of indoor and outdoor environmental conditions have been published, investigations in the diffusion characteristics of each pollutant in indoor areas, especially local sections, remain insufficient. This study quantitatively analyzed the concentration reduction performance for each pollutant under equal space and ventilation conditions using computational fluid dynamics. The results showed that the concept of ventilation efficiency must be evaluated based on pollutants of subjects or pollutants that deteriorate indoor air quality.
3) In Korea, there are many homes operating humidifiers in winter in response to low outdoor temperature and humidity to maintain indoor humidity in the acceptable range. Of these humidifiers, ultrasonic humidifiers create a type of fine dust known as the white dust due to the mineral content of the samples itself, regardless of the contamination of the samples and the cleanliness inside the humidifier. This means that even the same tap water may exhibit different tendencies in forming concentrations depending on their mineral composition. Therefore, in consideration of domestic situation, this study examined the difference in the white dust concentration using six types of sample and two types of humidifiers. The results showed that tap water did not necessarily lead to large formations of the white dust. On the contrary, it was revealed that the mineral content was correlated with the white dust formation. Then again, whether the white dust is harmful to humans is still under discussion.
4) A numerical model was used to validate the predicted concentration performance and establish control methods for the white dust, a particulate pollutant. The usage of the numerical model can be made reliable and applicable by obtaining coefficients through additional experiments. However, the model failed to consider variables such as temperature changes and ventilation methods as it assumed the space as a material point. This meant that an additional three-dimensional fluid analysis is required to conduct a resident-centered evaluation.
5) Experiments, numerical models, and computational fluid dynamics were used to evaluate the air purifier’s performance on reducing indoor concentration of the white dust. Moreover, the effect of floor heating on the diffusion of the white dust was investigated in consideration of winter conditions. The results showed that even for air purifiers of equal operational performance, their performances in controlling concentration differed depending on their installation location. Also, air purifiers that has a topside distributor have shown to be ineffective in reducing local concentration around the purifier. Furthermore, heaters were shown to accelerate the diffusion of the indoor fine dust, negatively affecting the concentration reduction.
Recently, the rapid acceleration of industrial activity, the yellow dust from China, and the advancement in pollutant measurement technologies for concentration levels have stimulated studies in resident-centered air quality evaluation. Pollutants that deteriorate indoor air quality can be classified into gaseous pollutants and particulate pollutants whose effects on indoor air quality and diffusion characteristics differ depending on their indoor and outdoor concentrations. This means that the characteristics of pollutants must be taken into account when performing and evaluating ventilations conducted under the assumption that the outdoor pollutant concentration is low. With this in mind, this study aimed to develop a method of indoor air quality control that considered the movement and diffusion mechanisms of each pollutant. To do so, a technique of indoor air quality evaluation through computational fluid dynamics was proposed. Also, a study was carried out on the characteristics of concentration formation, diffusion, and removal of the white dust, a particulate pollutant that forms from the mineral content of samples due to humidifier usage in winter. The results of the above studies can be summarized as follows:
1) It was found that the current domestic laws had a relatively clear classification scheme and definition of gaseous pollutants, specifying and implementing recommendations and emission criteria in accordance with the enforcement rules. On the other hand, no clear classification scheme was found for particulate pollutants, causing a lack of recommended criteria and solutions for improving indoor air quality. To reduce the concentration of each pollutants mainly categorized as gaseous and particulate depending on their diffusion mechanism, a selective control method as well as the establishment of related policy measures and schemes is urgently required.
2) Enhancing the ventilation efficiency or air exchange efficiency is crucial to improving indoor air quality. While studies on control methods in consideration of indoor and outdoor environmental conditions have been published, investigations in the diffusion characteristics of each pollutant in indoor areas, especially local sections, remain insufficient. This study quantitatively analyzed the concentration reduction performance for each pollutant under equal space and ventilation conditions using computational fluid dynamics. The results showed that the concept of ventilation efficiency must be evaluated based on pollutants of subjects or pollutants that deteriorate indoor air quality.
3) In Korea, there are many homes operating humidifiers in winter in response to low outdoor temperature and humidity to maintain indoor humidity in the acceptable range. Of these humidifiers, ultrasonic humidifiers create a type of fine dust known as the white dust due to the mineral content of the samples itself, regardless of the contamination of the samples and the cleanliness inside the humidifier. This means that even the same tap water may exhibit different tendencies in forming concentrations depending on their mineral composition. Therefore, in consideration of domestic situation, this study examined the difference in the white dust concentration using six types of sample and two types of humidifiers. The results showed that tap water did not necessarily lead to large formations of the white dust. On the contrary, it was revealed that the mineral content was correlated with the white dust formation. Then again, whether the white dust is harmful to humans is still under discussion.
4) A numerical model was used to validate the predicted concentration performance and establish control methods for the white dust, a particulate pollutant. The usage of the numerical model can be made reliable and applicable by obtaining coefficients through additional experiments. However, the model failed to consider variables such as temperature changes and ventilation methods as it assumed the space as a material point. This meant that an additional three-dimensional fluid analysis is required to conduct a resident-centered evaluation.
5) Experiments, numerical models, and computational fluid dynamics were used to evaluate the air purifier’s performance on reducing indoor concentration of the white dust. Moreover, the effect of floor heating on the diffusion of the white dust was investigated in consideration of winter conditions. The results showed that even for air purifiers of equal operational performance, their performances in controlling concentration differed depending on their installation location. Also, air purifiers that has a topside distributor have shown to be ineffective in reducing local concentration around the purifier. Furthermore, heaters were shown to accelerate the diffusion of the indoor fine dust, negatively affecting the concentration reduction.
주제어
#실내공기질 White dust 미세먼지 공기청정기 가스상 오염물질 입자상 오염물질 가습기 전산유체역학 수치 모델 습도 환기효율 Calibration
학위논문 정보
저자
박성현
학위수여기관
국민대학교 일반대학원
학위구분
국내박사
학과
건축학과 건축계획전공 건축환경 및 설비 전공
지도교수
서장후
발행연도
2019
총페이지
xv, 195 p.
키워드
실내공기질 White dust 미세먼지 공기청정기 가스상 오염물질 입자상 오염물질 가습기 전산유체역학 수치 모델 습도 환기효율 Calibration
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