[논문]실내오염 저감을 위한 공동주택 환기시스템의 개선방안에 대한 연구

황태철; 이현우; 최상곤; 홍진관

문제 정의

38 nL/h에 서 33.38 n?/h까지 lOm'/h씩 단계적으로 감소시키면서 줄어든 풍량을 화장실과 주방의 팬으로 24시간 연속적으로 배기하는 경우에 대하여 실내 오염원의 제거성능을 알아 볼 수 있도록 하였다. 또한 HRV를 사용하여 living room에 직접 83.
4(2)를 적용하였다. CONTAM 2.4는 VOCs에 대한 거동해석(3),(4)과 미생물 오염원에 의한 거동해석⑸,⑹에 대해 검증되어 있는 해석 Tool이므로 이를 적용하여 오염원의 제거성능을 극대화할 수 있는 환기시스템 개선방안을 알고자 하였다. 해석에 적용한 대상 공동주택의 각 실을 Fig.
본 논문에서는 이들 시스템 중 HRV +급배기덕트 시스템을 설치하는 경우에 대하여 앞서 언급한 것과 같이 장기간 사용하지 않는 경우에 대하여 덕트내의 분진부착으로 인한 추가적인 미생물 오염을 최소로 하면서 환기장치 설치에 따른 시공비도 줄일 수 있는 방법을 찾기 위하여 Fig. 1에 보인 것과 같은 환기방식에 대한 오염원 제거성능을 비교하였다. Fig.
본 논문에서는 이와 같은 여러가지 문제점 중에서 환기장치를 장시간 정지시켰다가 재가동하는 경우에 장시간 정지시킨 동안 덕트 내부에 축적된 먼지나 세균으로 인해 환기시스템 가동 시추가 적으로 발생할 수 있는 미생물 오염원을 최소로 하기위한 덕트설치 방법과 환기시스템의 개선방안에 대한 연구를 수행하였다. 이를 위하여 실제 공동주택을 모델로 하여 멀티존 시뮬레이션을 수행하고 공동주택 환기시스템의 개선방안을 제안해 보고자 하였다.
(c)시스템은 급기 및 배기덕트를 모두 제거하고 HRV에서 거실로 직접 급기와 배기를 하는 시스템을 나타내고 있다. 이러한 3종류의 시스템은 덕트설치에 따른 오염원의 제거량을 비교, 평가하기 위하여 선정되었다. 또한 (b) 시스템의 경우 화장실팬, 주방팬과 동시 사용될 경우에 대하여 제거성능을 평가할 수 있도록 하였다.
대한 연구를 수행하였다. 이를 위하여 실제 공동주택을 모델로 하여 멀티존 시뮬레이션을 수행하고 공동주택 환기시스템의 개선방안을 제안해 보고자 하였다.

제안 방법

38 me/h의 풍량을 급기하고 각 실에 배기덕트를 설치하여 83.38 n?/h의 풍량을 배기하는 (b) 시스템에 추가적으로 10m%의 배기풍량의 주방팬 1 EA와 10m3/h의 배기풍량의 화장실팬 2EA를 추가적으로 설치하고 Table 3에 설정된 운전조건에 따라 간헐적으로 사용하는 조건을 적용하여 해석하였다. 이 와같은 해석결과를 HRV를 사용하여 living room에 직접 83.
1에 보인 (a)시스템은 HRV에서 급기덕트와 배기덕트를 이용하여 각 실에 급기구와 배기구를 설치하고 이를 통하여 환기하는 시스템을 나타내고 있다. (b)시스템은 HRV 에서 급기덕트를 설치하지 않고 배기덕트만을 사용하여 각실에 배기구만을 설치하고, 급기는 HRV 에서 직접 거실로 급기하는 시스템을 제안하여 나타내었다. (c)시스템은 급기 및 배기덕트를 모두 제거하고 HRV에서 거실로 직접 급기와 배기를 하는 시스템을 나타내고 있다.
또한 (b) 시스템의 경우 화장실팬, 주방팬과 동시 사용될 경우에 대하여 제거성능을 평가할 수 있도록 하였다. 각 시스템의 오염원 제거성능 확인을 위하여 각 (a), (b), (c)의 시스템을 공동주택 모델에 각각 적용하여, 각각 시스템에 대한 미생물 오염원과 TVOC 의 제거성능을 비교하였다, 오염원 제거성능의 비교평가는 시뮬레이션을 이용한 해석적인 방법으로 수행되었으며, 문의 개폐와 환기장치의 가동스케줄을 고려할 수 있는 멀티존모델 해석기법을 사용하도록 하였다(1) 이러한 멀티존모델 해석기법의 적용을 위하여 본 논문에서 사용한 멀티 존 해석기법은 미국 국립표준연구소(NIST)에서 개발되어 환기해석에 적용되고 있는 시뮬레이션 프로그램인 CONTAM 2.4(2)를 적용하였다. CONTAM 2.
앞서 언급한 Fig. 1의 (a), (b), (c)의 환기시스템에 대한 오염원의 확산 및 제거성능을 비교하기 위하여 해석의 편의상 TVOC와 일반 세균을 대표 오염물질로 선정하여 시뮬레이션을 수행하였다. 화학오염물질은 TVOC가 rooml, room2, bathroom 1, bathroom2, mainroom, living room 에 각각 실내 공기질 관리법에 의한 TVOC 유지기준인 500초기 오염이 존재할 경우에 대하여 오염원 제거성능을 평가하도록 하였다.
화학오염물질은 TVOC가 rooml, room2, bathroom 1, bathroom2, mainroom, living room 에 각각 실내 공기질 관리법에 의한 TVOC 유지기준인 500초기 오염이 존재할 경우에 대하여 오염원 제거성능을 평가하도록 하였다. 또한, 미생물 오염원인 일반세균의 확산을 해석하기 위해서 분당 호흡량 약 0.8L/miri의 호흡에의 해 발생하는 최소 세균량을 100 CFU라 가정하여 mainroom에 보균자가 재실 한다고 가정할 때 1분당 100CFU의 일반세균을 방출하는 것으로 오염원 확산 및 제거성능을 평가하도록 하였다. 기본적인 오염원 제거성능평가는 Fig.
1의 (a), (b), (c)의 환기시스템에 대한 오염원의 확산 및 제거성능을 비교하기 위하여 해석의 편의상 TVOC와 일반 세균을 대표 오염물질로 선정하여 시뮬레이션을 수행하였다. 화학오염물질은 TVOC가 rooml, room2, bathroom 1, bathroom2, mainroom, living room 에 각각 실내 공기질 관리법에 의한 TVOC 유지기준인 500초기 오염이 존재할 경우에 대하여 오염원 제거성능을 평가하도록 하였다. 또한, 미생물 오염원인 일반세균의 확산을 해석하기 위해서 분당 호흡량 약 0.
환기해석프로그램인 CONTAM 2.4를 사용하여 공동주택에서의 환기시스템 개선방안을 도출하기 위해서 설정한 3종류의 환기시스템에 따른 TVOC 와 일반세균에 대한 제거효율을 알아보기 위하여멀티죤 모델에 관한 연구를 진행하여 다음의 결과를 얻었다

데이터처리

38 n?/h의 풍량을 배기하는 (b) 시스템에 추가적으로 10m%의 배기풍량의 주방팬 1 EA와 10m3/h의 배기풍량의 화장실팬 2EA를 추가적으로 설치하고 Table 3에 설정된 운전조건에 따라 간헐적으로 사용하는 조건을 적용하여 해석하였다. 이 와같은 해석결과를 HRV를 사용하여 living room에 직접 83.38 m3/h의 풍량을 급기하고 각 실에 배기덕트를 설치하여 83.38m3/h의 풍량을 배기하는 시스템의 해석결과와 비교하여 나타내었다.

성능/효과

(2) (1)의 결과에 따라 장시간 환기시스템을 사용하지 않는 경우 HRV를 통해 급기를 하고 배기덕트를 설치한 (b)시스템이 급기덕트를 설치하지 않음으로써 장시간 비가동에 따른 급기덕트내부의 오염축적으로 인한 미생물 번식등의 위험성이 낮아질 수 있다는 관점에서 HRV의 간헐작동에 따른 실내오염에 대한 위험성이 낮아질 수 있을 것으로 판단된다.
(3) HRV를 사용한 급기풍량 및 배기덕트를 통한 배기풍량을 83.38m%로 설정한 (b)시스템과 HRV를 사용한 급기풍량 및 배기덕트를 통한 배기풍량을 83.38 m%로 설정하고 추가적으로 10 rif'/h의 배기풍량을 가진 화장실팬 2EA와 주 방팬 1EA를 설치하여 동시 사용에 따른 오염원 제거 성능평가 결과 화장실 및 주방팬의 동작이 기존 (b)시스템에 비하여 별도의 환기팬을 설치한 공간의 오염원 제거 성능은 탁월하나 전체적인 오염원 제거 성능은 1% 정도 감소시키는 것으로 나타났다.
(a)시스템과 거의 비슷한 결과를 나타내면서 급기덕트를 설치하지 않음으로써 덕트내 미생물 오염원에 의한 실내 재오염의 위험성이 낮고, 우물천정에 대한 도입적용 문제나 천정 내의 공간 이용의 관점에서 보면 시공상 편리할 것으로 사료된다. 또한 화장실팬이나 주방팬을 설치하여 기존의 환기시스템과 동시에 사용하는 경우는 배 기덕트가 설치 되어 있지 않은 공간이나 국부적으로 오염이 발생할 수 있는 공간에 설치하여 단시간 동작시키는 것이 기존 설계시 의도하였던 환기효율 달성에 더욱 효과적일 것으로 사료된다.
이는 덕트가 설치된 경우 문이 닫혀있는 경우도 문이 열려있는 경우와 마찬가지로 오염물질의 제거성능을 확보할 수 있다는 것을 나타낸다, 또한 Fig. 6 에서 일반세균에 대한 해석결과를 살펴보면 급배기덕트를 설치한 (a)시스템과 배기덕트만을 설치한 (b)시스템의 제거성능의 차이가 크지 않고 시간의 경과에 따라 일반세균이 증가하지 않고 일정한 값에 도달하는 것을 볼 수 있지만 (c) 시스템의 경우 문이 닫혀있을 때 오염원이 존재하는 mainroom외에 다른 방으로 오염원을 전파시키지않으나, mainroom에서는 시간의 경과에 따라 오염원이 계속적으로 증가하는 경향을 보이고 있다. 그러므로 장시간 방치 후에 운전해도 급기넉트 내부의 오염으로 인해 살내가 오염되지 않는 관리상의 이점과 오염 제거 성능, 그리고 시공상의 편 리성을 고려하여 볼 때 배기덕트만을 설치한 (b)시스템의 경우가 더 합리적인 방안이라고 볼 수 있을 것이다.
5의 결과를 살펴보면 문이 열려있는 Fig. 3의 결과와 같이 문이 닫혀있는 경우에도 TVOC 농도가 감소됨을나타내고 있는데 HRV만을 사용하여 living room 에만 급기와 배기를 하는 (c)시스템의 경우는 배기덕트가 설치되지 않았기 때문에 배기덕트가 연결되지 않은 다른 실의 오염원 제거를 거의 기대할 수 없다는 것을 알 수 있다. 그러나 배기덕트가 설치되어 있는 (a)와 (b)시스템의 경우 초기 6 시간 이내에 각각 98%와 94~98% 이상의 TVOC 제거 성능을 나타내는 것을 볼 수 있다.
38 m"/h까지 단계적으로 10m'%씨 감소시키면서 줄어든 배기풍량을 화장실팬과 주방팬으로 배기한 상태에서 HRV와 연동시켰을 때 TVOC와 일반 세균의 제거효율을 비교해보면 Table 4과 Table 5와 같은 결과를 얻을 수 있다. 위의 조긴으] 해석결과인 Table 4에서 6시간 경과 후 TVOC 의 제거성능은 HRV> 통해서 급기를 하고 배기덕트를 통한 배기풍량을 8338n?/h로 급기풍량과 동일하게 유지하고 rooml, room2와 mainroom 의 문을 닫아놓은 경우에 (b)시스템의 제거효율이 99.35%인 것에 비해 HRV를 통한 배기풍량음감소시키고 주방팬과 화장실팬의 배기풍량을 늘일수록 오염원 제거 효율이 98.70%에시 96.50%까지 감소하는 것을 확인할 수 있다. Table 4의 조건을 적용하여 시스템을 가동한 경우 일반 세균의 변화량을 Table 5에 나타내었다.
38n?/h로 설정하고 배기덕트를 통한 배기풍량을 83.38m%로 설정한 (b) 시스템에비총!]서 HRV를 통한 급기풍량을 83.38 m%로 설정하고 배기덕트를 통한 배기풍량을 83.38m'/h로 설정하고 추가적으로 10 m%의 배기풍량의 주 방팬 1EA와 10m%의 배기풍량의 화장실 배기팬 2EA를 설치하여 24시간 연속운전을 한 경우가 주방 및 화장실의 환기팬을 설치하지 않은 경우보다 TVOC의 제거성능이 증가하지만 위의 조건과 동일하게 설정한 주방 및 화장실팬의 시간별 가동조건을 적용한 시스템의 TVOC의 제거성능은 약간 감소한다는 것을 볼 수 있다. 이러한 결과로 볼 때 주방과 화장실의 환기팬의 시간별 가동조건 적용시 주방 및 화장실팬을 사용하지 않는 (b)시스템에 비해 오염원 제거성능이 하락한다는 것을 볼 수 있다.
38m3/h로 설정한 모델이나 주방 및 화장실팬을 설치하고 Table 3의 시간 조건을 적용한 모델에서 거의 비슷한 성능을 나타내는 것을 알 수 있다. 이러한 결과로 볼 때 별도의 환기 팬의 설치는 국부적으로 배기덕트가 설치되어있지 않은 공간이나 자주 사용하지 않는 공간의 경우 고농도의 오염이 발생하는 경우나 오염원 발생 부분의 오염제거를 위하여 간헐적으로 단시간 사용하는 것이 합리적인 방법이라 판단된다.
38m'/h로 설정하고 추가적으로 10 m%의 배기풍량의 주 방팬 1EA와 10m%의 배기풍량의 화장실 배기팬 2EA를 설치하여 24시간 연속운전을 한 경우가 주방 및 화장실의 환기팬을 설치하지 않은 경우보다 TVOC의 제거성능이 증가하지만 위의 조건과 동일하게 설정한 주방 및 화장실팬의 시간별 가동조건을 적용한 시스템의 TVOC의 제거성능은 약간 감소한다는 것을 볼 수 있다. 이러한 결과로 볼 때 주방과 화장실의 환기팬의 시간별 가동조건 적용시 주방 및 화장실팬을 사용하지 않는 (b)시스템에 비해 오염원 제거성능이 하락한다는 것을 볼 수 있다. 그러나 국부적으로 보면 HRV를 통한 급기풍량을 83.
3에서 보는 바와 같이 문이 열려있는 조건에서는 초기 6시간 이내에 TVOC에 대해서 98% 이상의 제거성능을 나타내었다. 일반세균에 대한 해석 결과인 Fig. 4의 결과를 보면 직접 일반세균을 방출하지 않는 rooml의 경우 시간이 증가함에 따라서 열린 공간을 통하여 일반세균이 다른 실로부터 전파되어 점차 오염량이 증가하는 경 향을 볼 수 있다. 이는 덕트의 설치여부와 관계없이 문을 개방할 경우 실 거주 인원의 감염 발생 시 다른 재실자에게도 영향을 미칠 수 있다는 것을 보여주는 당연한 해석결과라 생각된다.

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