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문제 정의
- 본 논문에서는 Polypropylene Capillary Tubes (<J3.4mm)를 이용한 냉수 순환식 천장 복사 냉방 시스템이 설치되어 있는 실험실 조건하에서 피험 자 실험을 통해 천장 복사표면온도의 변화에 따른 피부온의 변화, 온열감의 변화를 검토하였다.
- 본 연구에서는 냉수를 이용한 천장 냉방시스템을 이용하여, 천장 복사냉방온도가 인체 온열감, 쾌적감에 미치는 영향을 인체 생리실험을 통해 검 토하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
- ③ 심리적 반응 : 심리적 반응은 온열환경 평가 지표에 따른 전신 및 부위 별 온열감(Thermal Sensation Vote-9단계), 쾌적감(Thermal Comfort Vote- 7단계), 천장 온도에 대한 만족감등의 평가를 10 분 간격으로 실시했다.
- 1m/s으로 설정 하였다. 또한, 실험 60분후 에는 기온을 조절하지 않고 천장표면 온도만을 조 절하여 3분간 실험을 실시하였다.
- 1 mm 열전대(Thermo-cou- pie)를 이용하여 12ch Hybrid Recorder로 30초 간 격으로 연속 측정하였다. 바닥온도와 천장 온도는 바닥과 천장 표면 3곳에 열전대를 부착하여 측정 하고, 상대습도는 대형 아스만(Asmann) 통풍건습 계로 측정하였다. 기류속도는 0.
- 저온군은 선호하는 온도에서 저온측의 온도를 선택한 피험자 집단이다. 본 연구에서는 데이터의 정확성을 위해서 Sassa由)의 선택기온 실험에서 중 온군의 평균 피험자를 선정하여 실험하였다.
- 피험자를 먼저 기온 27 ℃, 상대습도 50%의 전 실에 입실시켜 설정착의를 착의 시킨 후, 피부온도 및 직장온도의 안정을 위하여 약 30분간 의자 에 앉은 자세로 안정을 취한 후, 천장 냉방설비 를 갖춘 인공 기후실에 60분간 노출시켰다. 실험 은 냉방실험으로 여름철 인체 적응력을 고려해 여름철(7~8월)에 진행하였다.
- 실험실 설정조건은 겨울철의 실내조건을 상정 하여, Table 1과 같이 실온을 27 ℃, 29 ℃, 31 ℃ 로 하고, 천장온도는 공급 수온을 예비실헝에서 결 로가 생기지 않는 온도 범위인 15℃로 하여 각 천 장 표면온도가 22.7 ℃, 23.7 ℃, 24.7 ℃로 3조건이되도록 하였다. 실험실의 상대습도는 50%, 기류속 도는 0.
- . 인체 반응으로 피부온도(Skin Temperature)는 eO.lmui열전대를 피부 표면 14곳 에 부착하고 30초 간격으로 측정하였다. 직장온도 (Rectal Temperature)는 피부온도와 같이 30초 간 격으로 측정하였다.
- lmui열전대를 피부 표면 14곳 에 부착하고 30초 간격으로 측정하였다. 직장온도 (Rectal Temperature)는 피부온도와 같이 30초 간 격으로 측정하였다. 평균 피부온도(Mean Skin Temperature)는 Hardy and Dubois""의 12점법으 로 산출하였다.
- 6m 지점에서 즉정되었다. 측정은 <50.1 mm 열전대(Thermo-cou- pie)를 이용하여 12ch Hybrid Recorder로 30초 간 격으로 연속 측정하였다. 바닥온도와 천장 온도는 바닥과 천장 표면 3곳에 열전대를 부착하여 측정 하고, 상대습도는 대형 아스만(Asmann) 통풍건습 계로 측정하였다.
- 피험자를 먼저 기온 27 ℃, 상대습도 50%의 전 실에 입실시켜 설정착의를 착의 시킨 후, 피부온도 및 직장온도의 안정을 위하여 약 30분간 의자 에 앉은 자세로 안정을 취한 후, 천장 냉방설비 를 갖춘 인공 기후실에 60분간 노출시켰다. 실험 은 냉방실험으로 여름철 인체 적응력을 고려해 여름철(7~8월)에 진행하였다.
대상 데이터
- ① 피험자 : 피험자는 개개인의 열적 선호도를 평가하는 선택 기온실험에서 중온군을 선택한 일 본나라여자대학의 건강한 여자 대학생 11명으로 하였다. 피험자의 신체적 특징은 Table 2와 같다.
- 1에서와 같이 나타낸 일본 나라여자 대학 인공 기후실에서 실시되었다. 실험실은 전실 (Pretest Chamber)과 실험실(Test Chamber)로 구 성되었으며, 실험실에는 바닥 냉방장치(W3.7mx D3.55m)가 바닥에 설치되어 있고, 천장 냉난방 설비 (W4mxD2.56m)는 Fig. 2와 같이 Flexible 한 물 순환식 천장냉방장치를 부착한 아크릴 판 을 천장에 매달아 설치하였다. 아크릴 판 사이에 는 Polypropylene Capillary Tubes(e3.
- 실험은 Fig. 1에서와 같이 나타낸 일본 나라여자 대학 인공 기후실에서 실시되었다. 실험실은 전실 (Pretest Chamber)과 실험실(Test Chamber)로 구 성되었으며, 실험실에는 바닥 냉방장치(W3.
이론/모형
- 인체의 체표면적(Body Surface Area)은 일본인의 체형에 맞춘 Kurazumi식''에 의해 산출했다. 선 택기온실험은 먼저 피험자의 피부온도를 일정 온 도에서 일정 시간동안 안정시킨 후, 기온이 실험 실내에서 자유롭게 조절 되는 인공기후실에 입실 하여, 피험자 자신이 열적으로 선호하는 온도를 선택하도록 하여 각 개인에 따른 선호하는 온도 (Preferred Temperature)가 어느 정도 차이가 있 는지 파악하는 실험이다.
- 직장온도 (Rectal Temperature)는 피부온도와 같이 30초 간 격으로 측정하였다. 평균 피부온도(Mean Skin Temperature)는 Hardy and Dubois""의 12점법으 로 산출하였다. 그밖에, 혈압, 심박수, 체중이 실험 전후로 측정되었다.
성능/효과
- (1) 피부온도의 경우, 천장으로부터의 복사가 인 체의 인체 상부에 크게 영향을 미치는 것으로 나타났다. 특히, 인체 상부중에서도 이마, 가슴, 등 부 위에서 0.
- (2) 전신 온열감 평가에서는 신체 각 부위에서 —1(약간 서늘하다)~+1(약간 따뜻하다)측의 평가 를 나타내었으며, 전신에 거의 균등하게 복사열 이 영향을 미친 것으로 나타났다.
- (3) 평균 피부온도는 약 34.5 ℃에서 열적 중립 감을 나타내고, 평균 피부온도 약 33.5~35.5 ℃의 범위에서 2(약간 서늘하다)~+1(약간 따뜻하다) 의 온열감 평가를 나타낸 것으로 보아 약간 높은 온도조건에서도 천장 냉방의 경우 넓은 범위의 쾌 적 온도 범위를 나타냄을 알 수 있다. 또한, 기존의 바닥, 벽 복사 냉방의 연구보다도 약간 높은 피부온도에서 열적 중립감을 나타내었다.
- (4) 천장 온도에 대해서는 전 조건에서 만족하 다는 평가를 나타내었다. ASHRAE handbook에서 는 기온과 천장온도의 차이가 13 ℃ 이하이면 PPD (Predicted percentage of dissatisfied) 5%의 불 만족율을 나타낸다고 했지만, 본 연구 결과에서 는 기온과 천장 온도와의 차이가 4.
- (4) 천장 온도에 대해서는 전 조건에서 만족하 다는 평가를 나타내었다. ASHRAE handbook에서 는 기온과 천장온도의 차이가 13 ℃ 이하이면 PPD (Predicted percentage of dissatisfied) 5%의 불 만족율을 나타낸다고 했지만, 본 연구 결과에서 는 기온과 천장 온도와의 차이가 4.3 ℃ ~6.3 ℃에서 약간의 개인차는 있지만 만족한다는 결과를 얻 었다.
- 온열감은 전반적으로 -1(약간 서늘 하다)~+1(약간 따뜻하다)의 범위이고, 기온이 높 아도 온열감의 평균치는 더운 측의 평가를 나타 나지 않았다. 또, 각 부위에서도 거의 동일한 온 열감 평가를 나타내고 있고 인체 모든 부위에 천 장 냉복사가 균일하게 영향을 미치는 것으로 판단된다. 기온이 27 ℃의 경우에는 엉덩이 부위외에 는 모두 -1(약간 서늘하다)의 평가를 나타내고 공 조를 정지시킨 후에는 머리, 등, 하퇴부에서 보다 낮은 온열감을 나타냈다.
- 5 ℃의 범위에서 2(약간 서늘하다)~+1(약간 따뜻하다) 의 온열감 평가를 나타낸 것으로 보아 약간 높은 온도조건에서도 천장 냉방의 경우 넓은 범위의 쾌 적 온도 범위를 나타냄을 알 수 있다. 또한, 기존의 바닥, 벽 복사 냉방의 연구보다도 약간 높은 피부온도에서 열적 중립감을 나타내었다.
- 13&ND] 의 결과가 나타났으나, Fanger가 제안한 방법은 투사 면적을 이용하여 측정했기 때문에 비교적 좁은 공간에서 적용하기에는 문제가 있다. 본 논문에서는 Tsuzikawa的의 의자에 앉은 상태에서 의 형태계수의 측정 방법을 이용하여 형태계수를 구한 결과, 천장 면에 대하여 0.12[ND]의 결과를 나 타냈다.
- 이상의 결과에서, 천장 복사냉방시스템의 경우 천장으로부터의 냉 복사가 바닥까지 영향을 미침 으로 인해 거의 균일한 실내 환경을 조성하고, 약간 높은 피부온도에서도 쾌적감을 느낄 수 있으므로 서열 환경을 완화시키며, 인체에 쾌적한 냉 방 시스템이라고 할 수 있다.
- 실험실 기온이 27 ℃의 경우에는 다른 조건에 비하여 피부온도가 낮은 분포를 나타 내고, 천장 냉 복사의 영향을 크게 받고 있었다. 특 히, 등과 배 부분에 유의차가 크게 나타나 인체 상부가 천장복사의 영향을 크게 받는 것으로 나타났다. 또한, 직장온도에서도 약간의 유의차가 나타났다.
- 평균 피부온도와 전신 온열감, 쾌적감과의 사이에 높은 상관관계를 나타내었다. 평균 피부온도는 약 33.5~35.5 ℃의 범위에서 -1(약간 서늘하다)~ +1(약간 따뜻하다)의 온열감 평가를 나타내고, 약 34.5 ℃에서 열적 중립상태에 이르렀으며, 그때 쾌적감은 +1(약간 쾌적하다)의 평가를 나타내 기존의 바닥, 벽 복사냉방의 결과와 비교해 약간 높은 피부온도에서도 열적으로 쾌적한 것으로 나타났다.
- 평균 피부온도와 전신 온열감, 쾌적감과의 사이에 높은 상관관계를 나타내었다. 평균 피부온도는 약 33.
- 4은 천장복사냉방의 경우, 인체 상부에 대한 복사열의 영향이 크다고 생각되어 인체 상부의 피부온도와 온열감과의 상관관계를 나타낸 것이다. 피부온도가 높을수록 온열감도 높은 측의 평가를 나타내고, 이마, 가슴, 등 부위에서 평균 피 부온도와 0.9이상의 높은 상관관계를 나타내었다.
후속연구
- 본 연구에 사용한 polypropylene Capillary 튜 브의 경우 너무 가늘어서 냉수에 사용해야하는 물 의 수질을 고려해야하는 특성으로 인해 국내에서 는 적용하기 어려운 점이 있어 냉수 튜브 두께의 검토와 아울러 냉수를 이용한 바닥, 벽, 천장 냉 방시의 온열 쾌적성에 대해 검토할 예정이다.
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