[논문]기존의 퍼스널 공조시스템의 문제점 및 그 개선방안

송두삼

문제 정의

본 실험은 기존형 탁상형 퍼스널공조시스템의 대표격 인 Johnson contro사의 PEM(personal environmental module) 그림 2의 사용실태 및 온열쾌 적성, 그 문제점을 파악하여 보다 효율적인 퍼스널 공조시스템을 설계하기 위한 기초적 데이터를 구축하는 것을 목적으로 실시되었다.
본고에서는 기존의 탁상형 퍼스널 공조시스템의 관리/사용상 문제점을 설문조사 및 피험자 실험을 통해 규명하고 그 개선안으로 새로운 퍼스널 공조시스템의 구비조건을 제시하였다.
그 대안의 하나로 퍼스널공조시스템은 많은 에너지절 약 가능성을 가지고 있다고 할 수 있다. 본고에서는 기존의 퍼스널공조시스템(주로 탁상형)이 가지는 한 계를 분명히 하고 이를 바탕으로 새로운 시스템 안을 제시하고자 한다.
위의 연구결과를 근거로 하여, 본 고에서는 쾌적하면서 에너지 절약적인 퍼스널 공조시스템의 구비 조 건으로 다음 사항을. 제안하며 지속적인 연구를 통해 이러한 사항들을 반영한 새로운 퍼스널 공조시스템을 개발하고자 한다.

가설 설정

. 운용비가 비싸다.
. 유지관리비가 비싸다.
. 초기투자비용이 종래의 공조시스템보다 비싸다.

제안 방법

본 실험에서는 피험자가 28℃ 환경에서 약 30분간 대기한 후, 30분이 지난 시점부터 퍼스널공조시스템을 사용함에 따라 사용전후의 온냉감변화를 살펴보았다. 그림 6과 같이, 28℃ 환경과 퍼스널 공조 사용 전후의 온냉감을 비교하면, 사용후 남녀 모두 "덥 다" 에 회답하고 있는 비율이 감소하였고, "중립 (neutral)" 에 신고를 한 비율은 여자는 퍼스널 공조 사용 전의 약 1.
그러나 시스템의 운영 및 설계 방법 등의 여러가지 문제점이 도출되면서 일반적인 보급에는 성공하지 못하였다. 본 장에서는 실제 퍼 스널공조시스템를 사용한 경험을 가지고 있는, 현재 사용하고 있는 재실자 및 시스템 관리자들에 대한 현장설 문조사를 통해 기존의 퍼스널공조시스템의 문제점을 조사하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
실험은 그림 3에 나타내는 바와 같이 온/습도가 일정하게 조절되는 온열환경 실험실에서 이루어졌다. 실험실은 주변온도가 28t, 상대습도를 50% 일정하게 조절되며, 피험자는 자신의 필요에 따라 책상에 설치된 퍼스널 공조시스템을 조절함으로써 자신의 온열감을 조절하도록 하였다. 실험기간은 2002년 10월 16일부터 11월 2일까지이며, 피험자는 20~ 25세까지 건강한 남녀 대학생 15명씩 총 30명을 대상으로 하였고, 착의량은 남자 0.
위의 연구결과를 근거로 하여, 본 고에서는 쾌적하면서 에너지 절약적인 퍼스널 공조시스템의 구비 조 건으로 다음 사항을. 제안하며 지속적인 연구를 통해 이러한 사항들을 반영한 새로운 퍼스널 공조시스템을 개발하고자 한다.

대상 데이터

실험실은 주변온도가 28t, 상대습도를 50% 일정하게 조절되며, 피험자는 자신의 필요에 따라 책상에 설치된 퍼스널 공조시스템을 조절함으로써 자신의 온열감을 조절하도록 하였다. 실험기간은 2002년 10월 16일부터 11월 2일까지이며, 피험자는 20~ 25세까지 건강한 남녀 대학생 15명씩 총 30명을 대상으로 하였고, 착의량은 남자 0.7 do(반소매셔츠+ 긴바지+넷타이+속옷+양말), 여자 0.55 clo(반소매셔 츠+스커트+스타킹+속옷)로 했다.
실험은 그림 3에 나타내는 바와 같이 온/습도가 일정하게 조절되는 온열환경 실험실에서 이루어졌다. 실험실은 주변온도가 28t, 상대습도를 50% 일정하게 조절되며, 피험자는 자신의 필요에 따라 책상에 설치된 퍼스널 공조시스템을 조절함으로써 자신의 온열감을 조절하도록 하였다.

성능/효과

이것은, 상반신의 전면부에만 기류를 공급하는 탁상식 퍼스널 공조시스템에 있어서 해결해야 할 과제로 생각된다. 또한, 피험자의 과반수가 "조금 더 약한 바람이 좋다'라고 회답하고 있고, 퍼스널 공조를 장시간 사용할 경우는, 본 실험에서 적용한 최저 취출풍속 0.5 m/s보다 낮은 풍속이 필요할 것으로 생각된다.
그러나 여자의 경우 퍼스널 공조 사용에 의해 다소 불쾌감을 느끼는 것으로 나타났으며, 그 원인은 여자의 경우 얼굴 부분에 직접 기류가 느껴지는 것에 크게 민감하고(그림 7(b)), 얼굴에서 느끼는 불쾌감이 전신의 쾌적감에 크게 영향을 끼치게 되었다고 판단된다. 남자 또한 얼굴에 불쾌감이 집중되어 있고, 남녀 모두 기류가 얼굴에 직접 닿는 것은 상당히 불쾌감을 초래할 가능성이 높은 것으로 나타났다.
생리적으로는 "눈이 건조해진다"가 가장 큰 문제점으로 제시되고 있다. 눈 건조증의 원인으로 컴퓨터 작업에 따른 복사열 및 상승기류의 영향과 함께 퍼스널 공조를 적용할 경우 직접 취출기류에 안면부가 노출됨으로써 더욱 피험자에게 부담을 안겨 주는 것으로 나타났다. 또한, 극단적인 불쾌감의 표현으로 "바람에 노출되어 있는 것이 불쾌하다", "전면에 취출기류가 있다는 것만으로도 불쾌하다" 등이 있었으며, 이것은 취출구가 전면에 있기 때문에 얼굴에 불쾌감을 느끼고, 취출구가 보이고 의식되는 것이 기류감에 대한 혐오감을 더욱 부추기는 결과를 초래했다고 생각된다.
탁상형 퍼스널공조시스템의 경우, 취 출구로부터 인체까지의 거리가 매우 짧아 비교적 강한 풍속의 냉기가 인체의 일부분에 지속적으로 도달함으로써 장시간 사용할 경우 콜드드래프트를 느끼기 쉽다. 또한 취출구가 직접 보이고 만질 수 있는 거리에 있기 때문에 심리적으로 불안정해질 수 있는 가능성이 있는 것으로 나타났다.
또한, 최초의 20분간에 있어서 풍속조절 횟수가 치중되어 있었다. 이러한 결과에 의해, 최초에는 풍향, 온도, 풍속을 조절하여 개인의 열적 취향을 모색하고, 그 이후에는 주로 풍속을 미세조정하 것이 바람직하다고 판단된다.
5배, 남자는 약 2배로 증가하였다(그림 6의 (a)). 퍼스널 공조시스템의 사용에 따른 인체의 부위별 평균 온냉감의 경우, 남녀간의 차는 거의 보이지 않으나, 착의량의 영향에 의해 여자의 경우 하반신에서 남자에 비해 보다 춥게 느끼는 경향을 보였다. 팔 부분은, 취출기류에 직접 노출되며, 또한 반소매셔츠의 착용으로 인해 남녀 모두 가장 춥게 느끼는 부위로 밝혀졌다(그림 6의 (b))_
풍향의 사용경향은, 남자는 수평방향 풍향이 많았고, 여자는 수평방향과 바닥방향의 풍향을 사용하는 빈도가 같았다. 따라서, 설계자는 여자사용자를 위해 얼굴에 기류가 닫지 않도록 주의하는 것이 바람직하다.

후속연구

퍼스널 공조시스템은 인체 전체부위를 대상으로 하는 것이 아니며 국소적으로 열적 자극을 완화시키는 공조시스템이다. 따라서, 인체부위별 온열특성을 파악한 후에 이것을 공조 제어 논리로써 사용한다면 보다 효율적으로 쾌적성을 얻을 수 있을 것으로 예상된다. 그러나 장시간 국부적으로 냉기에 노출될 경우 콜드드래프트의 위험이 있기 때문에, 제어목적에 따라 취출공기의 패턴을 조절할 수 있도록 시스템을 설계하는 것이 중요하다.
위의 연구결과를 바탕으로 볼 때 퍼스널공조의 제어 논리로 인간의 열적 적응특성을 고려함으로써 사용자의 쾌적을 보장하면서 에너지절약을 도모할 수 있을 것으로 사료된다. 또한 무덕트방식의 단일형 퍼스널 공조 시스템의 개발은 퍼스널공조 시스템의 실용화 및 일반에의 보급을 위한 가장 요구되는 항목이며, 이에 대한 지속적인 검토가 필요할 것으로 생각된다. 국내에서 퍼스널 공조시스템에 관한 연구나 설계 실적은 아직 미비하지만 에너지절약이나 쾌적성, 생산성에 대한 요구가 점점 증가하고 있는 세계적인 추세에 비추어 볼 때 퍼스널공조(개별공조)는 향후 중요한 온열환경 조절수단으로 부각될 전망이다.
위의 연구결과를 바탕으로 볼 때 퍼스널공조의 제어 논리로 인간의 열적 적응특성을 고려함으로써 사용자의 쾌적을 보장하면서 에너지절약을 도모할 수 있을 것으로 사료된다. 또한 무덕트방식의 단일형 퍼스널 공조 시스템의 개발은 퍼스널공조 시스템의 실용화 및 일반에의 보급을 위한 가장 요구되는 항목이며, 이에 대한 지속적인 검토가 필요할 것으로 생각된다.

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