[논문]침실 공기질 개선을 위한 강제 환기횟수에 관한 연구

김동규; 이성; 김세환

침실 공기질 개선을 위한 강제 환기횟수에 관한 연구
A study on Forced Ventilation Rate for Bedroom Indoor Air Quality Improvement 원문보기

生態環境建築 = Journal of the Korea Institute of Ecological Architecture and Environment, v.9 no.1, 2009년, pp.85 - 90

김동규 (부경대학교 기계공학부) , 이성 (동의대학교 건축설비공학과) , 김세환 (동의대학교 건축설비공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The indoor air quality is one of the most important issues of designing ventilation in high rise apartment buildings. This study suggested proper ventilation rate in the apartment bedroom where mechanical ventilation system has installed. Six university students(four male and two female) were participating in the experiment. Experiments were performed in environmental chamber. Experimental conditions were combinations from three ventilation rate 0, 0.4 and 0.7. Measurement items during 8 hours of experimental time were temperature, humidity, carbon dioxide concentrations and questionnaire surveyed aftrer sleeping. The concentration of Carbon Dioxide depending on ventilation rate in the chamber was analyzed for proper ventilation rate. The results of this paper can be summarized as follows. (1) When two persons experiment, 0.7 ventilation rate was in excess of 1000ppm. (2) When one person experiment, 0.7 and 0.4 ventilation rates were satisfied the criteria of IAQ. (3) It compared 0.4 with 0.7 in the ventilation rate, 0.4 ventilation rate could reduced about 80% of the power by fan similarity law.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 국내 실내 최소 필요 환기횟수인 0.7/h을 기준으로 재실인원을 1인과 2인으로 하여 환기횟수를 0회, 0.4회/h와 0.7회/h로 변화를 주어 국내 실내 공기환경(IAQ)기준의 CO₂ 농도 1000ppm에 대한 타당성을 알아보는 것을 목적으로 하였고, 이에 따른 결론은 다음과 같다.
침실은 거주자가 주간에 의식이 있는 활동을 하는 공간보다 무의식 상태로 장시간 수면을 하는 공간이므로 수면 시 실내환경은 거주자의 건강 및 삶의 질에 많은 영향을 미친다. 이에 침실 내 공기질 판단 요소 중 하나인 CO₂농도를 환기횟수에 따라 측정 분석함으로써 국내 환기횟수 기준이 공동주택의 침실에 적합한지의 적정성을 검토하여 적정 환기횟수를 제안하고자 하였다.

제안 방법

실험에 참여하는 피험자는 실험에 미치는 영향을 최소화 하기 위해 실험 기간 중 신체에 부담이 되는 행동의 금지, 열량이 높고 자극적인 음식에 대한 주의, 그리고 충분한 휴식을 취하도록 교육을 실시하였다. 그리고 실험에 참가하기 전 혈압, 체온, 체중 등을 측정하여 신체 이상 유무를 확인한 후 실험에 참가하였다. 실험이 진행되는 동안 실내의 CO₂농도, 상대습도, 온도 등을 측정하였다.
피험자들은 동일한 의복 착용 상태로 실험에 참가하였다. 실험에 참여하는 피험자는 실험에 미치는 영향을 최소화 하기 위해 실험 기간 중 신체에 부담이 되는 행동의 금지, 열량이 높고 자극적인 음식에 대한 주의, 그리고 충분한 휴식을 취하도록 교육을 실시하였다. 그리고 실험에 참가하기 전 혈압, 체온, 체중 등을 측정하여 신체 이상 유무를 확인한 후 실험에 참가하였다.
그리고 실험에 참가하기 전 혈압, 체온, 체중 등을 측정하여 신체 이상 유무를 확인한 후 실험에 참가하였다. 실험이 진행되는 동안 실내의 CO₂농도, 상대습도, 온도 등을 측정하였다. 표 7는 실험에 사용된 측정장비 및 측정지점을 나타낸 것이다.
환기횟수 변화에 따른 실내 CO₂농도와 온·습도 변화를 관찰하기 위하여, 환경챔버의 바닥온도는 겨울철을 고려하여 25°C로 설정하였다. 실험조건인 환기횟수는 0회(환기팬 off), 0.4회/h, 0.7회/h로 하였다. 환기횟수를 설정하기 위한 풍속은 외기도입용 원형 플렉시블 덕트(Φ75mm) 내부의 5개의 점에서 풍속을 측정하여 평균값을 실험 풍속으로 사용하였고, 환기횟수별 풍속값은 표 6에 나타내었다.
환기횟수 변화에 따른 실내 CO2농도와 온·습도 변화를 관찰하기 위하여, 환경챔버의 바닥온도는 겨울철을 고려하여 25°C로 설정하였다.
환기횟수를 설정하기 위한 풍속은 외기도입용 원형 플렉시블 덕트(Φ75mm) 내부의 5개의 점에서 풍속을 측정하여 평균값을 실험 풍속으로 사용하였고, 환기횟수별 풍속값은 표 6에 나타내었다.
환기횟수에 따른 CO₂ 농도를 비교하기 위하여 그림 2과 같이 환기팬이 off 상태인 환기횟수가 0인 경우 남녀별 CO₂ 농도를 측정하였다. 남자의 경우 최대 2200ppm,여자의 경우 최대 1600ppm으로 나타났고, 농도는 수면시간의 경과와 더불어 상승되다고 유지되는 경향을 나타났으며, 남녀간의 CO₂ 농도의 차이는 수면시 대사량은 일반적으로 기초대사량에 비해 10% 낮고 여자가 남자에 비해 낮기 때문에 이러한 차이가 발생하였다.

대상 데이터

그림 1과 같은 체적이 24.7m³기밀성이 우수한 항온항습용 환경챔버에서 총 6명(남: 4명, 여: 2명)의 피험자를 대상으로 1인 및 2인 실험을 표 5와 같이 수행하였다. 환기횟수 변화에 따른 실내 CO₂농도와 온·습도 변화를 관찰하기 위하여, 환경챔버의 바닥온도는 겨울철을 고려하여 25°C로 설정하였다.
따라서 본 연구에서는 환기팬을 사용하여 강제환기를 하는 공동주택의 침실공간을 대상으로 하였다. 침실은 거주자가 주간에 의식이 있는 활동을 하는 공간보다 무의식 상태로 장시간 수면을 하는 공간이므로 수면 시 실내환경은 거주자의 건강 및 삶의 질에 많은 영향을 미친다.

성능/효과

1) 2인 실험에서 CO₂농도는 환기량에 따라 큰 폭으로 변화되는 것을 알 수 있었으며, 실 체적을 고려할 때 재실인원을 2인으로 실험한 결과 강제환기를 통한 환기횟수 0.7회/h에서도 국내 공동주택 내 실내공기질 CO₂기준인 1000ppm을 만족시키지 못하였다.
2) 1인 실험 결과 CO₂농도는 환기횟수 0.7회/h뿐 아니라 0.4회/h 에서도 국내 IAQ기준 1000ppm을 만족하였다.
2인 실험에서 CO₂농도는 환기횟수가 증가함에 따라 감소하는 경향을 나타났지만, 현재 건축계획법에서 1인당 침실의 소요체적이 25㎥로 제시되어 있는 점과 챔버 체적 24.7㎥을 고려할 때 환기횟수 0.7회에서 공동주택 내실내 CO₂농도기준인 1000ppm을 만족시키지 못하였다.
4) 환기팬을 사용하는 경우 동력은 회전속도의 3제곱에 비례하는 상사법칙에 따라 0.4/h로 환기를 하는 경우 0.7회/h에 비해 약 80%가량의 동력을 절감 할 수 있다.
CO2농도의 경우 남·여 모두가 최고치는 0.4회/h와 비슷했지만 최고치 도달 후 시간의 경과에 따라 CO2농도가 지속적으로 감소하는 경향을 나타냈지만, 공동주택의 기준치인 1000ppm이하를 만족하지 못하는 것으로 나타났다.
농도를 측정하였다. 남자의 경우 최대 2200ppm,여자의 경우 최대 1600ppm으로 나타났고, 농도는 수면시간의 경과와 더불어 상승되다고 유지되는 경향을 나타났으며, 남녀간의 CO₂ 농도의 차이는 수면시 대사량은 일반적으로 기초대사량에 비해 10% 낮고 여자가 남자에 비해 낮기 때문에 이러한 차이가 발생하였다.⁽⁹⁾ 그러나 남녀 모두 권장값 1000ppm을 초과하고 있는 것을 알 수 있다.
환기횟수 0.4회/h와 0.7회/h 모두 CO₂ 농도 경시변화값이 국내의 실내 공기환경(IAQ)기준 1000ppm이하를 나타냄을 알 수 있었다. 따라서 2인 실험 결과와 비교할 때 침실 1인당 소요체적을 고려하는 경우 실험의 결과만을 고려하면 환기횟수 0.

후속연구

3) 체적 25㎥ 정도의 침실에서는 1명 취침시 환기횟수 0.4회/h에서도 권장 CO₂농도를 만족하였지만, 실험조건 등을 고려하여 보다 많은 연구가 필요하다고 생각한다.
7회/h 모두 CO₂ 농도 경시변화값이 국내의 실내 공기환경(IAQ)기준 1000ppm이하를 나타냄을 알 수 있었다. 따라서 2인 실험 결과와 비교할 때 침실 1인당 소요체적을 고려하는 경우 실험의 결과만을 고려하면 환기횟수 0.4회 만으로도 CO₂ 국내 법적기준을 만족하고 있으나 실험조건 등을 고려하여 보다 많은 연구가 필요하다고 생각한다.
챔버내 CO₂농도는 기준값 1000ppm을 만족하지 못했지만, 환기횟수가 증가함에 따라 피험자들은 취침시 안정된 수면을 취함으로써 기상 후 전반적으로 몸 상태가 더 개운하다고 느끼는 것으로 판단된다. 따라서 침실 내 쾌적한 수면환경 조건이 다양하지만 환기횟수에 따른 침실의 CO₂농도도 쾌적한 수면환경조성에 많은 영향을 줌을 알 수 있고, 이에 대한 추가적인 연구가 향후 필요하다고 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	공동주택 실내의 최소 필요 환기량을 충족하지 못할 경우 기계적 환기를 통한 강제환기를 해야 하는데, 문제점은 무엇인가?	7회)을 CCO2, VOCs, HCHO 등 실내오염물질발생을 고려하여 의무화함으로 인하여, 공동주택 실내의 최소 필요 환기량을 충족하지 못할 경우에는 기계적 환기를 통한 강제환기를 할 수 밖에 없게 되었다. 강제환기를 하는 경우 동력원으로 쓰이는 에너지 원자재의 대부분을 수입에 의존하고 있는 실정이며, 최근 유가상승으로 인하여 에너지 절감의 필요성이 더욱 증대되고 있다.
	최근 국내는 부지 부족현상과 조망권에 대한 인식변화로 인하여 어떤 변화가 일어나고 있는가?	최근 국내에서는 부지 부족현상과 조망권에 대한 인식변화로 인하여 초고층 공동주택이 새로운 주거유형으로 공급되고 기밀화, 첨단화가 빠르게 진행되고 있는 추세이다. 공동주택의 고층화 및 기밀화는 실내 거주자가 건강하고 쾌적하게 생활하는데 필요한 환기량을 충족시키지 못하여 CCO2, VOCs, HCHO 등 실내오염물질의 농도 증가를 가져왔고, 이는 실내 공기질이 악화의 원인이 되고 있다.
	공동주택의 고층화 및 기밀화는 어떤 문제점을 가지고 있는가?	최근 국내에서는 부지 부족현상과 조망권에 대한 인식변화로 인하여 초고층 공동주택이 새로운 주거유형으로 공급되고 기밀화, 첨단화가 빠르게 진행되고 있는 추세이다. 공동주택의 고층화 및 기밀화는 실내 거주자가 건강하고 쾌적하게 생활하는데 필요한 환기량을 충족시키지 못하여 CCO2, VOCs, HCHO 등 실내오염물질의 농도 증가를 가져왔고, 이는 실내 공기질이 악화의 원인이 되고 있다.(1) 그리고 현대인의 생활 수준향상과 웰빙에 대한 의식수준이 고조됨으로써 사회적으로 공동주택의 환기가 이슈가 되고 많은 관련 연구(1)-(8)가 진행되었다.

참고문헌 (9)

정민희 외 3명, 초고층 공동주택의 환기효율에 관한 연구, 중앙대학교 박사학위논문, 2007
원유미 외 4명, 취침시 환기횟수에 따른 CO2 피크치 제어에 관한 연구, 2008, 대한설비공학회 하계학술발표대회 논문집, pp.731-736
안태경, 아파트의 최소필요환기횟수 산정에 관한 연구, 2005
구재오 외 2명, 학교건물의 실내공기환경 개선방안에 관한 건축계획적 연구, 한국생태환경건축학회논문, 2007
박진철, 초고층 공동주택의 환기효율 개선에 관한 연구, 2007
정민희 외 4명, 학교 건물의 실내공기환경 실태조사 연구, 설비공학논문집, 2007
최석용 외 2명, 환기량 변화에 따른 신축공동주택의 실내공기질 개선효과 검토, 설비공학논문집, 2006
이종찬 외 3명, CFD를 이용한 군 내무실의 환기 개선 방안, 2006
강두희, 생리학 개정4판, 신광출판사, pp.12.9-12.10

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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