선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 그러나 아직까지는 실내에서 열쾌적성과 실내 공기질에 대해 동시에 평 가하고 분석 하는 실험 적 인 연구는 이루어지지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 천청형 시스템에어컨과 환기시스템 이 설치된 대학교 강의실을 대상으로 학생들이 수업 을 받고 있는 상태에서 열쾌적성과 공기질을 평 가하기 위하여 PMV와 이산화탄소의 농도를 측정 하는 실험을 수행하였다. 동시에 실험과 동일한 실내.
- 실험장치는 Innova사의 model 1221을 사용하여 PMV를 측정하였고, Graywolf사 의 model IAQ-410을 이용하여 CO2 농도를 측정하였다. 본 연구는 시스템에어컨과 환기시스템의 조건에 따라 열쾌적성과 공기질을 평가하고 비교 하는 연구를 수행하는 것이기 때문에 강의실에서 학생들이 실제 수업을 듣고 있는 상태에서 실험을 실시하였다. 측정점 의 수는 모든 경우에 대해 13개의 위치를 선정하였고 측정위치는 Fig.
가설 설정
- 여기서, Me 인체의 신진대사율을 나타내고, W는 외부로 행하는 일을 나타내며, H는 현열을 통한 열 손실, Ec는 피부를 통한 증발 열전달, 瞞 는 호흡을 통한 대류 열전달, £* 는 호흡을 통한 증발 열전달을 각각 나타낸다. 계산 시 사용된 인체의 신진대사량은 일반적인 정좌 상태인 1.2met 을 적용하였고, 착의상태는 여름철 평상복 차림으로 가정하여 0.5clo를 사용하였다.
제안 방법
- 공기질 관점에서의 연구는 환경부(1)에 의해 실 내 공기오염 특성과 관리방법에 관해서 다각적인 연구가 수행되고 있다. 김태연。)은 치환환기를 채 택한 공간에서 실내 오염농도 형성에 대한 이론 적 고찰과 수치적인 연구를 통하여 오염물질 발 생원의 영향 및 확산정도, 오염물질 상승에 대한 구성비율로써 실내공기질에 관한 기여율을 정량 적으로 해석할 수 있는 지표를 개발하였다. 안철 린 등的은 학교건물의 공기질 개선을 위하여 단 위 교실에 용량이 다른 환기시스템을 설치하고 이산화탄소의 농도에 따른 환기성능 분석을 수행하였다.
- 농도 기준은 우리나라의 경우 l, 000ppm을 권장하고 있으나 일본은 l, 500ppm을 기준으로 하고 있다.㎛ 따라서 본 연구에서는 CO2의 농도를 l, 000ppm과 l, 500ppm을 기준으로 하여 실내공기 질을 평가하였다.
- 내외 부하를 산정하였다. 그리고 이를 새로운 경계조건으로 수치모델에 적용하여 시스템에어컨의 토출풍량과 토출각도, 환기시스템의 풍량을 변화시키면서 강의실 내에서 재실 자가 느끼는 열쾌 적성 과 공기질을 비교하고 평가 하는 연구를 수행하였다.
- 실험에 사용된 강의실은 냉.난방 부하와 환경부하를 제어하기 위하여 천정형 시스템에어컨과 환기시스템을 동시에 설치하였다. 대상 교실의 규격은 11.
- 이러한 이유 로 결과의 비교, 평가에 있어서 다양한 작동조건 에 따른 결과들의 정량적인 비교는 한계가 따른 다. 따라서 본 연구에서는 Table 2에 제시된 3가지 경우에 대해 각각 실험 당시의 경계조건을 고려한 수치해석 결과와 실험값을 비교하였고 이로 부터 적절한 실 . 내외 부하를 산정하였다.
- 1 로 측정되었고 C6의 농도도 1500ppm이하 로 측정되어 다른 경우에 비해 열쾌적성과 공기 질을 모두 잘 만족시키는 것으로 나타났다. 따라서 이때의 경계조건을 중심으로 실험변수에 따른 열쾌적성 및 공기질의 평가를 수치적으로 수행하였다. 구체적 평가를 수행하기에 앞서 수치계산 의 타당성을 검증하기 위하여 case 2의 실험결과와 수치해석 결과를 비교하였다.
- Table 3에 이에 대한 자세한 내용이 기술되어 있다. 본 연구에서는 난류에너지의 유입조건을 지정하기 위하여 난류강도를 10%로 채택하였다. 그 외의 지배방정식과 함께 사용된 경계조건의 상세한 내용은 Table 4에 나열하였다.
- 열쾌적성과 공기질을 평가하기 위하여 환기시 스템과 천청형 시스템에어컨이 설치된 강의실에서 PMV와 이산화탄소의 농도를 측정하는 실험을 수행하였다. 실험이 수행되었을 때 재실자의 인 원은 총 30명이다.
- 동시에 실험과 동일한 실내.외의 열 및 환경부하 조건에서 시스템에어컨 의 토출풍량과 각도, 환기시스템의 풍량을 변수 로 열쾌적성과 공기질의 변화를 예측 평가하기 위한 수치적인 연구도 병행하였다.
- 이상의 결과로부터 본 연구의 수치적 방법은 공학적 응용에 있어서 타당하다고 판단되었고 이를 이용하여 다양한 실험변수의 변화에 따른 열 쾌적성 및 실내공기질의 평가를 수행하였다.
대상 데이터
- 실내 공기는 시스템에어컨의 중앙 부로 유입되어 시스템에어컨 내부에 장착된 중성 능 필터를 통과하면서 먼지의 일부가 제거되고 온도가 제어된 후 냉기토출부를 통하여 실내로 취출 된다. 대상 강의실의 냉방부하를 제어하기 위한 에어컨은 토출풍량이 1380mMi과 1740m3/h, 토 출 각도는 천정면으로부터 30°~60° 사이에서 변화 되어진다. 실내공기질 개선을 위한 환기시스템은 에너지 절약을 위하여 전열 효율이 약 65%인 열교환방식의 장치가 설치되었고 풍량은 BOOmMi 와 1000m3/h 사이에서 변동할 수 있다.
- 。) 그러나 우리나라의 경우 황사가 발생하는 봄철을 제외하고는 대부분의 실내에서 150“g/m'이 하의유지한 다") 특히 장마가 지난 여름철 이후 대기 및 실내에서의 PM10 농도는 허용기준치의 1/2 이하로 낮아진다. 따라서 본 연구에서는 측정대상으로 CO2 만을 선정하여 연구를 수행하였다.
- 급배기구는 각각 4개씩 설치되어 있고 이들의 위치 선정은 김 경환时 등의 연구 결과를 토대로 하였다. 본 연구에서 사용된 천정 형 시 스템에어 컨은 Fig. 2와 같은 4-way cassette 형태로 규격은 0.95m(L)x 0.95m(W)이다. 실내 공기는 시스템에어컨의 중앙 부로 유입되어 시스템에어컨 내부에 장착된 중성 능 필터를 통과하면서 먼지의 일부가 제거되고 온도가 제어된 후 냉기토출부를 통하여 실내로 취출 된다.
- 열쾌적성과 공기질을 평가하기 위하여 환기시 스템과 천청형 시스템에어컨이 설치된 강의실에서 PMV와 이산화탄소의 농도를 측정하는 실험을 수행하였다. 실험이 수행되었을 때 재실자의 인 원은 총 30명이다. 실험은 Table 2와 같은 3가지 경우에 대해서 이루어졌고 각각에 대해 2~3회씩 의 실험이 수행되었다.
데이터처리
- 따라서 이때의 경계조건을 중심으로 실험변수에 따른 열쾌적성 및 공기질의 평가를 수치적으로 수행하였다. 구체적 평가를 수행하기에 앞서 수치계산 의 타당성을 검증하기 위하여 case 2의 실험결과와 수치해석 결과를 비교하였다.
이론/모형
- 식 (2)의 지배방정식은 SIMPLE 알고리즘(顿을 적용하고 상 용 CFD코드인 STAR-CD를 사용하여 계산이 수 행 되었다. 그리고 대 류항에 대한 계산을 위하여 2차의 상류차분도식(second order upwind scheme)을 사용하였다. 계산시 수렴판정 .
- 대부분의 건물 내부에서의 유동은 난류이다. 따라서 본 연구에서는 수치해석을 수행할 때 standard k-E 난류모델을 사용하였으며 온도차에 의한 부력효과를 운동량방정식의 생성항으로 포 함시켰다. 공기유동과 가스농도 수송방정식은 다음과 같은 정상상태 Navier-Stokes 방정식으로 표 현된다.
- PMV는 인간의 온열 환경에 대한 반응을 정량화시킨 것으로 인체의 대사율, 의복의 열저항치 등과 건구온도, 평균 복사온도, 기류, 습도 등을 종합적으로 고려하여 인체가 느끼는 온열쾌적도를 이론적으로 나타낸 것이다. 본 논문에서는 온열 쾌적도를 평가하기 위하여 ISO Standard 7730에서 규정하고 있는 PMV계산법을 사용하였다."3)PMV 지표는 식 (1)을 이용하여 계산하고 Table 1에서 와 같이 7단계로 온열쾌적도를 구분하고 쾌적범 위는 -0.
- 그 외의 지배방정식과 함께 사용된 경계조건의 상세한 내용은 Table 4에 나열하였다. 식 (2)의 지배방정식은 SIMPLE 알고리즘(顿을 적용하고 상 용 CFD코드인 STAR-CD를 사용하여 계산이 수 행 되었다. 그리고 대 류항에 대한 계산을 위하여 2차의 상류차분도식(second order upwind scheme)을 사용하였다.
- 이는 냉기토출각도를 50。로 한 경우 냉기가 직접 재실자에 도달하여 불만족도를 증가시키고 피실험자에게 해를 끼칠 수 있기 때문이다. 실험장치는 Innova사의 model 1221을 사용하여 PMV를 측정하였고, Graywolf사 의 model IAQ-410을 이용하여 CO2 농도를 측정하였다. 본 연구는 시스템에어컨과 환기시스템의 조건에 따라 열쾌적성과 공기질을 평가하고 비교 하는 연구를 수행하는 것이기 때문에 강의실에서 학생들이 실제 수업을 듣고 있는 상태에서 실험을 실시하였다.
성능/효과
- 그리고 강의실 뒤쪽보다 앞쪽에서 약간 높게 측정되는데 이는 재실자가 수강을 위하여 앞쪽으 로 착석해 있었기 때문이다. 본 연구에서 CO2의 측정값들은 국내의 '다중이용시설등의 실내환경 기준법'")에서 제시된 이산화탄소의 유지기준인 lOOOppm을 초과하여 강의실 내부의 환기량이 부 족한 것으로 나타났지만 일본의 기준치®인 1500ppm보다는 낮게 측정되었다. 그러나 앞서 3.
- (2) 시스템에어컨의 냉기 토출풍량의 변화는 재 실영역에서의 열쾌적감 균일도에 큰 영향을 미치 지 못하는 것으로 나타났고 실내공기질에 미치는 영향도 거의 없는 것을 알 수 있었다.
- (3) 환기시스템의 급기풍량의 변화는 재실영역 에서 열쾌적감 균일도에 거의 영향을 미치지 않는 것으로 확인되었다. 그러나 C6의 경우에는 환기량이 증가함에 따라 농도가지 수함수적 으로 감소하는 현상을 보였고 이로부터 실내공기질을 위해서는 적절한 필요환기량의 산정이 중요할 것으로 판단되었다.
- 본 연구에서는 Fanger의 방법을 이용하여 복사온도와 PMV 를 계산하였으나&顷 실험결과와 같이 일복사와 벽면복사온도 등의 변화들을 수치해석에서는 정확하게 고려하기 어렵기 때문이다. CO2의 농도는 측정위치에서의 평균값이 각각 1470ppm 와 1481ppm으로 나타나서 실험결과와 수치계산결과가 잘 일치하는 것으로 확인되었고 이때 측정된 상대오차도 최대 12%를 초과하지 않았다. Fig.
- CO2의 농도는 측정위치에서의 평균값이 각각 1470ppm 와 1481ppm으로 나타나서 실험결과와 수치계산결과가 잘 일치하는 것으로 확인되었고 이때 측정된 상대오차도 최대 12%를 초과하지 않았다. Fig. 8에서 실험결과와 수치계산 결과 모두 재실자가 위치한 앞쪽이 뒤쪽보다 C6농도가 높게 나타나서 정성적인 경향은 비슷하게 나타났으나 수치계 산결과가 실험결과에 비해 정량적인 편차가 더 큰 것을 확인할 수 있었다. Fig.
- lm 높이의 단면에서 계산된 것이다. PMV는 환기시스템의 급기풍 량이 증가함에 따라 200必/11당 약 0.023씩 증가하는 경향을 보였다. 이는 시스템에어컨 주위에 위 치한 급기구에서 전열교환효율이 65%이기 때문에 외기도입량이 증가함에 따라 강의실 내부의 온도를 상승시키는 효과가 있기 때문이다.
- 8은 PMV와 C6농도에 대하여 실험결과와 수치계산 결과를 비교한 것이다. PMV의 경우 측 정점에서의 평균값은 각각 0.083과 0.085로서 거의 일치하는 것으로 나타났고 실험과 수치계산 결과 모두 쾌적범위 인 -0.5~0.5를 잘 만족하고 있다. 하지만 그림에서 보듯이 부분적으로는 오차 가 크게 나타났다.
- 이로 인하여 재실영역에서 PMV의 최대편차도 점차 감소하는 현상도 볼 수 있었다. 그리고 급기풍량의 증가에 따른 PMV의 표준편차 변화는 거의 나타 나지 않아서 환기량의 변화가 재실영역 에서 열쾌 적감 균일도에는 거의 영향을 미치지 않는 것으로 확인되었다. 그러나 C6의 경우에는 환기시스템의 급기풍량이 증가함에 따라 농도가 지수함수 적으로 감소하는 현상을 보였다.
- 1과 0으로 나타났다. 그리고 대부분의 위치에서 PMV값들이 온열쾌적범위인 -0.5~0.5사이로 유 지되고 있어 실험이 수행된 강의실은 열적으로 쾌적하다는 것을 알 수 있었다. 그러나 시스템에 어컨이 설치된 아래부분(13번 측정점)과 그 바로 뒷부분(6번 측정점)에서는 쾌적범위를 초과하여 인체가 약간 싸늘하게 느낄 수 있는 것으로 나타났다.
- 하지만 국내의 학교보건법的이나 기타 관련법㈣에 제 시된 기준인 lOOOppm으로 평가해 보면 본 연구의 계산에서 사용된 최대 환기풍량인 1200n?/h 로도 국내의 기준을 만족시키지는 못하였다. 그리고 본 연구에서 curve fitting한 식을 이용하여 국내 기준을 만족하기 위한 환기량을 계산하면 1500m3/h 이상의 급기풍량이 필요한 것으로 나타났다. 그러나 현실적으로 환기시스템의 급기풍량의 증가는 실 내 소음문제를 발생시킬 수 있고 환기시스템의 크기가 커질 수 있다.
- (1) 시스템에어컨의 냉기 토출각도가 증가함에 따라 열쾌적감의 균일도를 나타내는 PMV 표준편 차와 최대편차는 계속 증가하는 것으로 나타났고 이로부터 토출각도가 30。일 때 재실영역에서 열 쾌적감을 가장 잘 만족시키는 것을 알 수 있었다. 그리고 시스템에어컨의 토출각도는 실내공기 질에 미치는 영향이 거의 없는 것으로 나타났다.
- lm 높이의 단면에서 계산된 것이다. 그림에서 보는 바와 같이 PMV는 토출풍량이 증가함에 따라 180m3/h당 0.025정도로 미세하게 작아지는 것으로 나타났지만 토출풍량이 1380~1920m3/h인 범위에서는 모두 쾌적범위를 만족하는 결과를 보였다. 그리고 PMV의 표준편차와 최대편차는 거의 균일하게 나타났다.
- 이러한 결과들은 토 출각도가 재실영역으로 유입된 공기의 실내체류 시간(residence time)에 아무런 영향도 미치지 못 하는 것을 의미한다. 따라서 시스템에어컨의 토 출각도는 실내공기질에 미치는 영향이 거의 없는 것으로 판단되었다.
- 5℃ 높게 측정되었고 이때 상대오차는 최대 10%를 초과하지 않았다. 속도의 경우에는 온도의 경우보다 실험결과와 수치계산 결과의 상대오차가 더 커지는 것으로 나타났다. 측정위치에서의 평균값은 각각 0.
- Fang 등㈣은 사무실에서 온습도와 환기량을 변화시켜 가면서 공기쾌적감(perceived air quality) 와 건물증후군(sick building syndrome) 등에 미치는 온.습도의 영향을 조사하였고 실내공기의 엔탈 피가 낮은 범위에서 공기쾌적감이 우수해지는 결과를 보여주었다. 또한 건물에서 기류분포성능지 표와 환기효율을 이용하여 수치적인 방법으로 열 쾌적성과 실내공기질을 평가하는 기초적인 연구 들이 수행되고 있다.
- 온도의 경우에는 전체 측정점에서 실험과 수치해석 결과가 매우 잘 일 치하는 것으로 나타났다. 실험결과의 평균값 약 23.5℃, 수치계산 결과의 평균값은 약 24℃로 측 정되어 실험결과보다 수치계산 결과가 약 0.5℃ 높게 측정되었고 이때 상대오차는 최대 10%를 초과하지 않았다. 속도의 경우에는 온도의 경우보다 실험결과와 수치계산 결과의 상대오차가 더 커지는 것으로 나타났다.
- 5는 Table 2에서 제시된 case 1과 2에 대해 3회의 동일한 실험을 수행하였을 때의 결과를 보 여준다. 실험시에 외기의 온도는 25~30℃, 습도는 50-55%로 변화하였지만 실내에서의 건구온도는 23.5H.5笆, 평균복사온도와 벽면온도는 25.5±1℃ 로 대체로 균일하게 나타났고 실내 습도는 온도 의 변화에 따라 53±5%를 유지하였다. Fig.
- 7은 속도와 온도에 대하여 실험결과와 수 치계산 결과를 보여준다. 온도의 경우에는 전체 측정점에서 실험과 수치해석 결과가 매우 잘 일 치하는 것으로 나타났다. 실험결과의 평균값 약 23.
- 이상의 결과로부터 본 연구에서와 같은 강의실 의 경우 열쾌적성, 공기질, 에너지절약의 관점에서 운전변수들을 평가해 보면 시스템에어컨의 토 출각도와 풍량, 환기시스템의 급기풍량을 각각 30°, 1380m3/h, BOOm'/h로 했을 때에 가장 우수한 결과가 나타나는 것으로 확인되었다.
- (1) 시스템에어컨의 냉기 토출각도가 증가함에 따라 열쾌적감의 균일도를 나타내는 PMV 표준편 차와 최대편차는 계속 증가하는 것으로 나타났고 이로부터 토출각도가 30。일 때 재실영역에서 열 쾌적감을 가장 잘 만족시키는 것을 알 수 있었다. 그리고 시스템에어컨의 토출각도는 실내공기 질에 미치는 영향이 거의 없는 것으로 나타났다.
- 냉기토출각도가 증가함에 따라 PMV는 계속 감소하였으나 50° 이후에는 다시 증가하는 경향을 보였다. 하지만 재실영역에서 열쾌적감의 균 일도를 나타내는 PMV 표준편차와 최대편차는 계 속 증가하는 것으로 나타났다. 특히 토출각도가 50°, 60。인 경우에는 PMV의 최소값이 하한 쾌적 범위를 크게 벗어나는 것으로 나타났다.
후속연구
- 이로부터 시스템에어컨의 냉기 토출각도와 토출풍량은 실내공기질에 미치는 영향이 거의 없는 것을 알 수 있었다. 따라서 본 연구에서와 같은 부하조건이 적용된 강의실의 경우에는 운전범위내의 토출풍량을 감소시켜도 실 내공기질에 미치는 영향이 없기 때문에 이를 활 용하면 시스템에어컨에 대한 에너지절약이 가능 할 것으로 판단되었다.
- 한편 2000년 이후 우리나라에서는 개별냉방을 위한 에어컨의 보 급이 증가되면서 쾌적한 실내 공기환경을 원하는 요구는 더욱 커지고 있으며 사용자의 개성을 존 중하는 생활문화와 공간의 특성을 고려하면서 기존의 중앙식 공조방식을 벗어난 시스템에어컨(system air-conditioner) 등의 개별식 공조방식이 도입되고 있다。) 특히 시스템에어컨의 경우에는 실내 열 및 공기환경제어를 위해서 냉난방 공간의 적절한 온습도 및 기류분포를 확보하여야 하고 적절한 환기시스템(ventilation system)이 적용되어야 한다. 따라서 향후의 모든 실내환경 제어 에 관한 연구는 공간의 재실자에 대한 열쾌적성 과 환기를 통한 공기질개선에 대한 연구를 동시에 수행하여야 한다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.