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문제 정의
- 분석하였으며, CFD 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 적정 실외 급 . 배기구 위치를 제안함으로써 공동주택에서 효율적인 환기계획을 수립하기 위한 기초자료를 제안하고자 하였다.
가설 설정
- 환기효율을 나타내기 위해서는 실내의 공기가 완전 혼합되어 위치에 상관없이 일정한 농도분포를 보이는 상태를 기준 상태로 가정한다. 이 때, 완전혼합의 환기상태에서 실내체적 V에 대한 시간당 환기량 Q를 환기횟수(air change rate) 또는 환기율(ventilation rate) 이라고 한다.
제안 방법
- 실험실 측정을 통하여 실외 급 . 배기구 형상에 따른 환기효율을 비교 . 분석하였으며, CFD 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 적정 실외 급 .
- 배기구 형상에 따른 환기효율을 비교 . 분석하였으며, CFD 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 적정 실외 급 . 배기구 위치를 제안함으로써 공동주택에서 효율적인 환기계획을 수립하기 위한 기초자료를 제안하고자 하였다.
- 본 연구에서는 ASHRAE 와 AIVC 등의 자료를 바탕으로 오염원의 위치에 관계없이 실내 기류분포에 의한 환기상태를 정량화하는 공기연령의 개념에 근거한 체승법을 이용하여 추적가스의 잔여 체류 시간의 개념으로 환기효율을 정의하였다.
- 본 실험에서는 환기시스템의 실외 급 . 배기구 형태에 따른 환기효율을 분석하였다. 타입 I 과 !!의 국소평균 잔여체류시간 및 환기효율은 (표 2) 와같다.
- 타입 I 과 타입 n 의 급기 co? 농도를 비교하였으며, 추후 진행될 실험에서는 타입Ⅱ의 실내 측과 실외 측에 500 X 300mm 크기의 분리판을 설치하여 환기효율을 분석하였다(그림 3). 실험은 가스레인지를 가동한 상태로 진행하였다.
- 환기효율을 분석하였다(그림 3). 실험은 가스레인지를 가동한 상태로 진행하였다. '
- . 배기구에서 측정된 풍속을 바탕으로 산정하였다. 170CMH로 동일하게 설정하여, 레인지후드를 중심으로 우측과 좌측에 각각 설치하였다.
- 배기구에서 측정된 풍속을 바탕으로 산정하였다. 170CMH로 동일하게 설정하여, 레인지후드를 중심으로 우측과 좌측에 각각 설치하였다. 설치 높이는 2.
- 인체는 CO2는 봄베를 이용하였다. 모든 실험에서 가스레인지는 1구를 강으로 점화한 상태로 진행하였으며, 봄베에서의 CO2 분출은 두 곳에서 각각 1.0, /min의 양으로 분출하였다.
- 기밀하게 유지하였다. 측정은 가스레인지 점화 직후 혹은 봄베에서 CO2 분줄이 시작되는 직후부터 실시하였으며 , 측정위치는 배기구 말단 1곳과 실험실 중앙부 높이 1.0m 지점에서 하였다. 측정 시간은 2시간으로 하였으며, 측정단위는 배기구와 중앙부에서 모두 1분으로 하였다.
- 본 실험에서는 가스레인지 및 인체에서 발생한 CO2가스가 환기시스템을 통해 실외로 배기되는 과정에서 정상상태에 도달하는 시간과 정상 상태에서의 농도를 통해 배기효율을 산정하였으며, 배기 효율로써 환기효율을 평가하였다.
- 이러한 환기효율의 차이는 실외 급 . 배기구 형태로 인한 것으로 판단하여 , 이를 확인하기 위해서 실내 급기구에서의 CG농도를 측정하였다. 실험 결과는 (그림 4)와 같다.
- 미치는 요소로 급 . 배기구 형태를 선정하였으며, 따라서 타입Ⅱ의 실내측과 실외측에 급배기분리판을 설치하여 실험하였다.
- 배기구에서의 상호 영향에 의해 오염물질의 혼합이 발생하지 않는 적절한 실외 급 . 배기구 위치를 선정을 위한 CFD 컴퓨터 시뮬레이션을 실시하였다. 본 연구에서 사용한 CFD 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램은 PHOENICS VR 3.
- 배기구가 수평 선상에 있는 경우, 이격거리를 변화주어 시뮬레이션 하였고, 둘째, 실외 급 . 배기구의 수평거리뿐만 아니라 수직으로 높이차를 주었을 경우를 시뮬레이션 하였다.
- 따라서 실외 급 . 배기구의 수평거리 이외에도 상하 높이차를 두어 시뮬레이션하였다. 여기서 상하 위치는 환기가 열악한 겨울철에 실외로 배기된 실내공기는 외부 공기보다 온도가 높기 때문에 위로 상승할 것으로 판단되어 실외로 빠져 나간 공기가 외부공기와 섞여 실내로 재 유입되지 않도록 배기를 상부에, 급기를 하부에 위치하도록 하였다.
- 배기구의 수평거리 이외에도 상하 높이차를 두어 시뮬레이션하였다. 여기서 상하 위치는 환기가 열악한 겨울철에 실외로 배기된 실내공기는 외부 공기보다 온도가 높기 때문에 위로 상승할 것으로 판단되어 실외로 빠져 나간 공기가 외부공기와 섞여 실내로 재 유입되지 않도록 배기를 상부에, 급기를 하부에 위치하도록 하였다.
대상 데이터
- 실험실은 5.2m X 4.4m x 2.8m 크기의 장방형 형태로 0.9m x 2.0m 크기의 출입문이 두면에 걸쳐 설치되어 있고, 1.8m X 0.9m 크기의 창문이 한 면에 설치되어 있다. 실험실 평면도는 (그림 1) 과 같다.
- 실험에는 실외 급 . 배기구 형상이 서로 다른 환기시스템 두 종( I , U타입)을 설치하였다. 두 종류 모두 전열교환기를 내장하고 있는 형식이고 기본적인 환기원리는 같지만, 급 .
- 본 실험에서 사용한 추적가스는 공동주택에서 조리 시와 인체에서 발생하는 오염물질인 CO2로 하였으며, 가스레인지는 실제 가동을 통하여 발생시켰고, 인체는 CO2는 봄베를 이용하였다. 모든 실험에서 가스레인지는 1구를 강으로 점화한 상태로 진행하였으며, 봄베에서의 CO2 분출은 두 곳에서 각각 1.
- 배기구 적정 위치 및 이격거리 실험을 진행하는데 다소 무리가 있으며, 또한 외부 바람에 의해 영향을 받는 실제 공동 주택의 종합적인 상황은 고려하기 어렵다. 따라서, 본연구에서는 현재 건설 중에 있는 국내 초고층 공동주택을 선정하여 외풍에 의한 영향과 실외 급 . 배기구에서의 상호 영향에 의해 오염물질의 혼합이 발생하지 않는 적절한 실외 급 .
- 시뮬레이션 대상 건물은 서울지역에 위치한 지상 40층 규모의 공동주택건물로서 각 세대별로 보일러실에 풍량은 250CMH의 전열교환기를 내장한 환기 시스템이 설치되어 있다. (그림 6)은 대상 건물의 단위평면 및 C타입 세대의 보일러실 도면이다.
- 배기구의 성능에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 본 연구에서는 보일러실이 서향에 위치한 B동의 C 타입 세대를 기준으로 시뮬레이션 하였다.
- (그림 8)은 시뮬레이션을 위한 모델링으로 3개 층의 외부 벽면을 모델링하여 각 세대의 기류 분포 검토하여 중간에 위치한 세대를 분석 대상으로 하였다. (표 4)는 시뮬레이션 경계조건이다.
이론/모형
- 배기구 위치를 선정을 위한 CFD 컴퓨터 시뮬레이션을 실시하였다. 본 연구에서 사용한 CFD 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램은 PHOENICS VR 3.5 를 사용하였다.
성능/효과
- 두 종류의 환기시스템이 모두 동일한 풍량임에도불구하고 타입 I 의 환기효율은 90%인 반면, 타입 II는 59%로 두 시스템 간에 약 30%정도 환기 효율에 차이가 나타남을 확인할 수 있다.
- 실험결과, 급기구에서의 CO2농도는 타입 I 의 경우 2시간 동안의 약 250ppm 증가한 반면, 타입 U 의 경우에는 약 650ppm 증가하였다. 타입 I 은 급배기가 서로 혼합되지 않도록 급배기를 서로 반대 방향으로 유도하는 구조인 반면, 타입 Ⅱ는 급 .
- 실험결과, 실외 배기구에서의 CO2 농도 곡선은 거의 유사한 형태로 증가하는 모습을 보이고 있다. 분리판을 미설치한 경우와 실내측에 설치한 경우 정상 상태에서의 농도가 다소 높으며, 실내측에 설치한 경우와 실내/실외측에 설치한 경우 정상 상태에서의 농도가 다소 낮음을 알 수 있다.
- 실외 급 . 배기구에 분리판을 설치하여 실험한 결과, 환기효율은 68%로 분리판을 미설치한 경우와 비교하여 약 10% 상승하였으며, 실내/실외측에 모두 설치하여 실험한 경우에는 실외 측에만 분리판을 설치 한 경우와 비교하여 환기 효율의 변화가 나타나지 않았다. 이 결과로 실내보다 실외 급 .
- 이 결과로 실내보다 실외 급 . 배기구에서의 혼합방지가 환기효율에 큰 영향을 미치고 있음을 확인할 수 있었다. 따라서 실내 환기효율을 향상시키기 위해서는 실외 급 .
- 시뮬레이션 결과, 수직으로 접한 면을 타고 흐르는 기류의 영향으로 300mm 일 때와 1200mm일 때 모두 실외로 배기된 공기가 외부 공기와 혼합하여 실내로 유입되는 것으로 나타났다.
- 시뮬레이션 결과, 높이차가 없는 경우와 비교하여 실외로 배기된 공기가 외부 공기와 혼합하여 실내로 유입되지 않는 것을 알 수 있었다.
- 배기구가 전열교환기가 위치한 보일러실 외부에 함께 위치하게 되는 경우, 실외 급 . 배기구를 수평선상에 위치하는 것보다는 상하 높이차를 두어 급기구가 하단에, 배기구가 상단에 위치시키는 것이 오염물질의 혼합을 방지할 수 있는 것으로 나타났다.
- 배기구 형태가 다른 타입 I 과 Ⅱ의 환기 효율의 실험실 실험결과, 급기와 배기의 혼합현상이 발생하는 타입Ⅱ의 환기효율 (59%)이 타입 I (90%)보다 약 30%정도 저하되는 것으로 나타나 실외 급 . 배기구의 형상이 환기효율에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- 2) 타입II에서 급배기의 혼합을 방지할 수 있도록 분리판을 설치하여 실험한 결과, 실외에 설치할 경우 약 10%정도 환기효율이 향상되고 있음을 확인하여 실외 급 . 배기구에서의 혼합방지가 환기효율에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- 배기구에서의 혼합방지가 환기효율에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- 4) 급 . 배기구를 140mm의 높이차를 두고 수평 이격거리를 변화하여 시뮬레이션 한 결과, 높이차가 없는 경우와 비교하여 실외로 배기 된 공기가 외부 공기와 혼합하여 실내로 유입되지 않는 것으로 나타났다.
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