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문제 정의
- 본 연구에서는 다분기챔버 덕트 시스템과 기존 공동주택에서 일반적으로 적용되고 있는 단일라인 덕트 시스템과의 풍량 분배 및 소음차단 효과를 비교 평가하기 위해 ㅇㅇ건설 강일지구 84㎡(A)의 기준층 아파트 세대를 대상으로 하여 두 가지 환기 시스템의 모의실험 장치를 구성하고 측정 평가하였으며, [그림 2]는 일반 덕트 시스템과 다분기챔버 덕트 시스템의 평면도를 나타낸다. 공조면적은 71㎡이고, 체적은 184.
- 이에 본 연구에서는 실내 환기성능을 개선시키고 세대 내 각 공간별로 필요 환기량의 적정한 분배를 위한 방안으로 다분기챔버 덕트 방식의 적용을 고려하였다. 적용한 다분기챔버 시스템은 형상 및 크기를 국내 공동주택에 적용할 수 있도록 고안한 제품으로 분배성능과 소음의 차단성능, 타공간(각실)으로의 소음 전달 방지를 통해 주거용 환기시스템에서의 그 적용성을 평가하고자 하였다.
제안 방법
- (1) 다분기챔버 덕트 시스템과 일반 덕트 시스템의 공급풍량 및 환기풍량의 분배성능을 비교 분석한다.
- (2) 다분기챔버 덕트 시스템과 일반 덕트 시스템의 덕트 전달 소음을 측정하여 비교 분석한다.
- (3) (1), (2)의 결과를 토대로 공동주택에서의 다분기챔버 덕트 시스템 적용 가능성을 평가한다.
- 각 환기 시스템의 소음에 대한 평가는 환기를 행하고 있는 각 실 중 임의의 한 실에서 62dB 정도의 소음을 발생시킨 후 덕트를 통하여 다른 실로 전달되는 소음을 측정·평가하였다.
- <표 5>와 <그림 6>, <그림 7>은 각 취출구에서의 풍량측정결과를 정리한 것이다. 다분기 덕트 챔버 덕트 시스템에서는 챔버와 덕트 내의 정압손실을 고려하여 필요 풍량보다 약 4%에서 10% 가량의 많은 풍량으로 설계치를 정하고 이에 따라 챔버를 조정하였다. 그 결과 측정급기 풍량은 전실 고르게 설계치를 만족하였으나, 설계치를 정할 때 고려한 손실값이 커서 측정 급기 풍량이 설계치보다 약 6% 많이 측정되었다.
- 또한 모든 실에는 65∅ 원형 취출구 1개씩을 설치하였다. 다분기챔버 덕트 시스템은 각 실에 필요한 환기량을 산정한 후 다분기챔버에서 각 분기관으로 분배하였고, 일반 덕트 시스템은 등압법에 따라 덕트를 설계하고 시공하였다. <표 1>은 실험 대상현장의 면적과 체적 등을 나타내며 <표 2>에 환기를 하기 위해 급기구와 환기구를 설치한 환기 지역과 실별 필요 풍량 등을 정리하여 나타냈다.
- 본 연구는 공동주택 현장에 적용된 다분기챔버 덕트 시스템과 일반 덕트 시스템의 급기분배 효율과 덕트 전달 소음을 비교 평가하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 일반 덕트 시스템과 다분기챔버 덕트 시스템의 분배 풍량 측정 결과를 비교하여 보았으며, 은 각 덕트 시스템의 설계 풍량 대비 측정 풍량의 만족비율을 급기와 배기로 나누어서 표로 나타내었다.
- 이에 본 연구에서는 실내 환기성능을 개선시키고 세대 내 각 공간별로 필요 환기량의 적정한 분배를 위한 방안으로 다분기챔버 덕트 방식의 적용을 고려하였다. 적용한 다분기챔버 시스템은 형상 및 크기를 국내 공동주택에 적용할 수 있도록 고안한 제품으로 분배성능과 소음의 차단성능, 타공간(각실)으로의 소음 전달 방지를 통해 주거용 환기시스템에서의 그 적용성을 평가하고자 하였다.
- 환기를 행하고 있는 각 실 중 임의의 한 실에서 62dB 정도의 소음을 발생시킨 후 덕트를 통하여 다른 실로 전달되는 소음을 측정하였으며 , 는 측정결과를 나타낸다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 다분기챔버 덕트 시스템과 기존 공동주택에서 일반적으로 적용되고 있는 단일라인 덕트 시스템과의 풍량 분배 및 소음차단 효과를 비교 평가하기 위해 ㅇㅇ건설 강일지구 84㎡(A)의 기준층 아파트 세대를 대상으로 하여 두 가지 환기 시스템의 모의실험 장치를 구성하고 측정 평가하였으며, [그림 2]는 일반 덕트 시스템과 다분기챔버 덕트 시스템의 평면도를 나타낸다. 공조면적은 71㎡이고, 체적은 184.6㎥로 천정에 다분기챔버 덕트와 일반 덕트를 각각 설치하였다. 실험에 사용한 환기 장치는 풍량 150㎥/h의 용량을 가진 판형 환기장치로 실험 대상공간에 대하여 0.
- 6㎥로 천정에 다분기챔버 덕트와 일반 덕트를 각각 설치하였다. 실험에 사용한 환기 장치는 풍량 150㎥/h의 용량을 가진 판형 환기장치로 실험 대상공간에 대하여 0.7 회/h의 명목적인 환기횟수를 갖는다. 또한 모든 실에는 65∅ 원형 취출구 1개씩을 설치하였다.
성능/효과
- (1) 일반 덕트 시스템의 경우 각 실의 설계치 대비 급기량이 약 65% 배기량은 약 50%내에서 설계치를 만족하고 있는 반면 다분기챔버 덕트 시스템의 경우는 90% 이상 각 실의 급기량과 배기량이 설계치를 만족하고 있는 것으로 조사되었다. 이는 다분기챔버를 이용할 경우 기존 덕트시스템의 마찰손실, 분기관, 곡관 등에 의한 압력 손실 등의 문제를 개선할 수 있음을 나타내며, 따라서 다분기 챔버를 이용하여 공동주택의 환기 덕트 시스템을 설계하고 시공할 경우 TAB를 통한 풍량 밸런싱을 하지 않아도 챔버 내부의 유로 설계만으로 균등한 풍량을 공급 할 수 있는 것으로 판단된다.
- (2) 다분기 챔버 덕트 시스템의 덕트 전달 소음 감소율은 최대 21%로 나타났으며, 소음 발생 위치에 따라 다르지만, 전체적으로 보았을 때 다분기챔버 덕트 시스템의 덕트 전달 소음 감소율은 약 7∼20%로 나타나, 일반 덕트 시스템의 소음 감소율인 3∼10%보다 약 2배가 높은 것으로 조사되었다.
- (3) 일반덕트 시스템은 덕트 내의 마찰 손실, 분기관, 곡관 등에 의한 압력손실로 급배기의 불균형에 의한 장비의 과용량 사용문제 발생으로 추가적인 에너지 손실이 발생되나, 다분기덕트 시스템은 각 실 필요 풍량을 정확하게 분배할 수 있는 기능이 장착되어 있어 에너지 손실을 사전에 예방할 수 있다.
- 거실에서 소음을 발생시켰을 때 급기의 경우 일반 덕트 시스템의 경우 침실 1은 6.5dB, 침실 2는 3.9dB, 안방은 2.2dB로 3∼10%의 소음 감소 효과를 보여주었으나, 다분기 챔버 덕트 시스템의 경우 침실 1은 12.5dB, 침실 2는 7.4dB, 안방은 4.4dB로 7∼20%의 소음 감소 효과가 나타났으며 이는 일반 덕트 시스템의 약 2배 정도 많은 소음 감소 성능이며, 소음 발생 위치에 따라 덕트 길이가 다르기 때문에 소음 감소에 차이가 있다.
- 다분기 덕트 챔버 덕트 시스템에서는 챔버와 덕트 내의 정압손실을 고려하여 필요 풍량보다 약 4%에서 10% 가량의 많은 풍량으로 설계치를 정하고 이에 따라 챔버를 조정하였다. 그 결과 측정급기 풍량은 전실 고르게 설계치를 만족하였으나, 설계치를 정할 때 고려한 손실값이 커서 측정 급기 풍량이 설계치보다 약 6% 많이 측정되었다. 배기풍량은 설계치와 일치하는 값을 나타내었다.
- 일반 덕트 시스템과 다분기챔버 덕트 시스템의 분배 풍량 측정 결과를 비교하여 보았으며, <표 7>은 각 덕트 시스템의 설계 풍량 대비 측정 풍량의 만족비율을 급기와 배기로 나누어서 표로 나타내었다. 그 결과 평균 편차는 일반 덕트 시스템의 경우 각 실의 설계치 대비 급기량이 약 65%, 배기량은 약 50%내에서 설계치를 만족하고 있는 반면 다분기챔버 덕트 시스템의 경우는 90% 이상 각 실의 급기량과 배기량이 설계치를 만족하고 있는 것으로 조사되었다.
- 기존 덕트 배관의 전달소음은 덕트를 통한 직접 전달효과로 소음감쇄가 크게 없는 반면, 다분기챔버를 사용한 결과 덕트배관시 챔버에 의한 소음감쇄로 실간 전달소음이 현저히 줄어드는 것으로 나타났다. 이는 다분기챔버 내부 공간이 소음을 필터링하는 역할을 하고, 소음을 분산시켜 일반 덕트 시스템에 비해 소음이 감소하는 것으로 판단된다.
- <표 4>와 <그림 5>에서는 설계치 대비 풍량을 나타냈다. 단위세대 전체적으로 보면 설계치 대비 약 106% 정도의 급기가 이루어지고 있는 것으로 나타났으나, 각 실별 설계치 대비 급기량에는 큰 차이가 나타나고 있는 것으로 조사되었다. 실에 따라 설계치 대비 65%에서 162%까지 설계치보다 높거나 낮은 것으로 조사되었다.
- <표 6>과 <그림 8>은 설계치 대비 각 취출구에서의 풍량을 나타낸다. 단위세대 전체적으로 보면 설계치 대비 약 106%의 급기가 이루어지고 있는 것으로 나타났으나, 일반덕트와 같이 실별로 큰 차이를 보이지 않고 전실 급배기 풍량에서 설계치와 2%에서 9% 내의 차이를 나타내었다. 이는 일반 덕트 시스템보다 풍량 분배 불균형이 상당히 개선되어 풍량이 전체적으로 균등하게 분배되고 있는 것으로 판단된다.
- 또한, 덕트 연결 시 기존방법인 밴드, 테이핑, 접착본드 등의 유해물질 사용을 100% 탈피하여 친환경시스템인 원터치 형식으로 나사 및 커플링을 체결함으로써 친환경 부분이 개선될 수 있으며, 경제성면에서도 부속자재 비용 및 인건비 절감 등으로 일반 덕트 방식에 비해 다분기 덕트 방식 적용 시 약 6% 이상 제 비용이 절감될 수 있을 것으로 판단된다.
- (1) 일반 덕트 시스템의 경우 각 실의 설계치 대비 급기량이 약 65% 배기량은 약 50%내에서 설계치를 만족하고 있는 반면 다분기챔버 덕트 시스템의 경우는 90% 이상 각 실의 급기량과 배기량이 설계치를 만족하고 있는 것으로 조사되었다. 이는 다분기챔버를 이용할 경우 기존 덕트시스템의 마찰손실, 분기관, 곡관 등에 의한 압력 손실 등의 문제를 개선할 수 있음을 나타내며, 따라서 다분기 챔버를 이용하여 공동주택의 환기 덕트 시스템을 설계하고 시공할 경우 TAB를 통한 풍량 밸런싱을 하지 않아도 챔버 내부의 유로 설계만으로 균등한 풍량을 공급 할 수 있는 것으로 판단된다.
후속연구
- 향후 연구에서는 다분기챔버 덕트 시스템의 다양한 현장 적용을 통해 급기분배성능, 덕트 전달 소음뿐만 아니라 에너지 절감 효과를 정량적으로 파악해야 할 것이다.
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