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문제 정의
- 본 연구는 다분기챔버 설치형 덕트 방식과 일반적으로 공동주택에 적용되고 있는 단일 덕트 방식의 풍량 분배 성능, 정압특성을 평가하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 본 연구에서는 공동주택의 환기성능을 개선하기 위한 목적으로 개발된 다분기챔버를 이용해 기존 공동주택에서 적용되고 있는 단일 덕트 방식과 성능을 비 교함으로써 다분기챔버 의 실제 공동주 택 적용 가능성을 검토하고자 한다.
제안 방법
- Mock-up 실험을 통한 성능평가를 통하여 다분 기 챔버를 설치한 덕트 방식과 기존 공동주택에서 적용되고 있는 일반 덕트 방식의 풍량 분배 성능을 비교하였다. Mock-up 실험실의 바닥면적은 93.
- 각 덕트 방식의 정압 분포를 비교, 평가하기 위해 L-Type 피토관을 이용하였으며, Mock-up 실 험과는 달리 단위세대의 급기구와 배기구에서의 정압을 측정하여 비교하였다.
- 3에서 다분기 챔버 설치형 덕트 방식의 정압 측정점을 표시하였다. 각 덕트 방식의 정압 분포를 비교평가 하기 위해 L-Type 피 토관을 이용해 취출구와 분기 덕트에서 측정하였다. 단일 덕트 방식은 총 14점의 정압을 측정하였 으며 다분기챔버 설치형 덕트 방식은 총 11점의 정압을 측정하였다.
- 실험에서는 풍량 150rrf/h의 용량 을 가진 판형 환기장치를 설치하였다. 각 실의 필 요 풍량은 0.7 회/h의 환기량을 만족할 수 있도록 설계하였으며, 두 가지 환기방식의 풍량 공급 방법은 다분기 챔버 설치형 덕트 방식의 경우 각 실 에 필요한 환기량을 산정한 후 다분기 챔버 에서 각 분기관으로 분배하였고, 단일 덕트 방식은 등 압법에 따라 덕트의 치수를 설계하고 시공하였다. Table 3에 실제 적용한 환기방식의 급기구와 환 기구를 설치한 실별 필요풍량을 나타낸다.
- 거실을 제외한 모든 실은 80mm 원형 취출구 1 개를 설치했고, 거실은 타 실에 비해 큰 면적을 고 려하고 균등한 풍량 공급을 확보하기 위해 80mm 원형 취출구 2개를 설치하였다. Table 2는 각 실별 설계 급기량을 나타낸다.
- 다분기 챔버 설치형 덕트 방식은 총 4개의 다분기 챔버를 설치하였으며, 각 실에 필요한 풍량을 산 정하고, 다분기 챔버 내부 유로를 이용하여 필요 풍량을 다분기 챔버에서 각 분기관으로 분배하였다.
- 5는 단일 덕트 방식의 단위세대 설치 평 면 도와 다분기 챔버 설치형 덕트 방식의 설치 평면 도를 나타낸다. 다분기 챔버 설치형 덕트, 방식은 0.7 회/h의 환기 량을 만족할 수 있도록 각 실에 필 요 풍량을 산정하여 다분기 챔버에서 각 분기관 으로 분배한 후 각 실로 풍량 공급하는 방법으로 설계하였으며, 단일 덕트 방식은 Mock-up실험과 마찬가지로 등압법을 사용하여 덕트 설계 후 대상 세대에 직접 시공하였다. 시공 후 TAB에 의한 풍 량 밸런싱은 이루지지 않은 상태에서 풍량을 측정하였다.
- 2는 단일 덕트 방식의 설치 평면도를 나타낸다. 단일 덕트 방식은 설계 방법은 단위길이당 압력손실을 일정한 것으로 가정한 등압법을 사용하여 덕트의 치수를 설계한 후 시공하였다. 단일 덕트 방식의 경우 시공 후 TAB를 실시하지 않은 상태에서 풍량을 측정하였다.
- 단일 덕트 방식은 설계 방법은 단위길이당 압력손실을 일정한 것으로 가정한 등압법을 사용하여 덕트의 치수를 설계한 후 시공하였다. 단일 덕트 방식의 경우 시공 후 TAB를 실시하지 않은 상태에서 풍량을 측정하였다. Fig.
- 둘째로는 현장실험을 실시하여, 84irf(A)의 기 준층 아파트 세대를 대상으로 다분기 챔버 설치 형 덕트 방식과 단일 덕트 방식의 모의실험 장치 를 구성하고 각 실의 공급 풍량 분배 성능, 정압 분포 특성을 각각 비교하였다.
- 9 E로 천장에 다분기챔버를 설치한 덕트 방식과 단일 덕트를 설치하였다. 또한, 풍량 조절을 위해 급기 풍량을 저속, 중속, 고속 3 단계로 제어할 수 있는 전열 교환기를 설치하였다. 그리고 각 실 풍량측정 편차를 최소화하기 위해 3회 이상 측정 후 평균값으로 하였으며, Table 1은 측정 장비를 나타낸다.
- 단일 덕트 방식은 총 14점의 정압을 측정하였 으며 다분기챔버 설치형 덕트 방식은 총 11점의 정압을 측정하였다. 상호 비교점은 각 덕트 방식 별 로 약간의 위치가 상이하나, 가장 근접한 취출구 및 외류가 생기지 않는 직관에서 측정하였고, 저속, 중속, 고속 3단계 공급 풍량을 변화시키면서 정압 분포 성능을 평가하였다.
- 7 회/h의 환기 량을 만족할 수 있도록 각 실에 필 요 풍량을 산정하여 다분기 챔버에서 각 분기관 으로 분배한 후 각 실로 풍량 공급하는 방법으로 설계하였으며, 단일 덕트 방식은 Mock-up실험과 마찬가지로 등압법을 사용하여 덕트 설계 후 대상 세대에 직접 시공하였다. 시공 후 TAB에 의한 풍 량 밸런싱은 이루지지 않은 상태에서 풍량을 측정하였다.
- 첫째로 다분기 챔버 설치형 덕트 방식과 단일 덕트 방식의 공급 풍량 분배 성능을 비교하기 위해 Mock-up 실험 (full scale mock-up test)을 실시하였다. Mock-up 실험에서는 각 실의 공급 풍량 분배 성능, 정 압 분포 특성을 각각.
- 현장실험을 위해 84itf(A)의 단위세대를 대상으로 두 가지 환기 방식의 모의실험 장치를 구성하고 측정하였다. 실험에서는 풍량 150rrf/h의 용량 을 가진 판형 환기장치를 설치하였다.
대상 데이터
- 현장실험을 위해 84itf(A)의 단위세대를 대상으로 두 가지 환기 방식의 모의실험 장치를 구성하고 측정하였다. 실험에서는 풍량 150rrf/h의 용량 을 가진 판형 환기장치를 설치하였다. 각 실의 필 요 풍량은 0.
성능/효과
- (1) Mock-up 실험시 단일 덕트 방식의 경우 설계 풍량 대비 측정 풍량이 40%~234%의 범위에서 나타나 급기량의 불균형 이 나타났고, 다분기 챔 버 설치형 덕트 방식은 ±30% 범위에서 설계 풍 량을 만족하는 것으로 조사되었다. 다분기챔버 내부의 유로 설계만으로 균등한 풍량을 공급할 수 있는 것으로 나타나 단일 덕트 방식 보다 우수한 것으로 나타났다.
- (2) Mock-up 실험시 각 실의 취출구에서의 단일 덕트 방식의 경우 정압평균 편차는 0.11 ~0.48, 다 분기챔버 설치형 덕트 방식은 0.04~0.19로 나타났다. 또한, 다분기챔버 설치 형 덕트 방식의 송풍효율은 정압 분포의 개선 효과로 인해 단일 덕트 방식 보다 약 7% 정도 향상되는 것으로 나타나 대형 공동주택에 적용했을 경우에는 보다 많은 차이가 있을 것으로 판단된다.
- (3) 현장실험시 단일 덕트 방식의 설계 풍량 대비 측정 공급 풍량은 72%~180% 범위로 나타났으며, 설계 풍량 대비 배기 풍량은 30%~151% 범위로 나타나 급, 배기 모두 설계 풍량과는 많은 차이를 나타내는 것으로 조사되었다. 다분기챔버 설치형 덕트 방식의 설계 풍량 대비 측정 공급 풍량은 약 110%로 나타나 설계 풍량 보다 약 10% 범위에서 만족하는 것으로 나타냈고, 설계 풍량 대비 배기 풍량은 98%-416% 범위로 나타나 설계 풍량에 ±10% 범위에서 만족하는 것으로 조사되었다.
- (4) 현장실험시 단일 덕트 방식의 급기구에서 평균 편차는 32.4, 다분기챔버 설치형 덕트 방식이 103으로 나타났다. 또한, 배기구에서의 평균 편차는 단일 덕트 방식이 45, 다분기 챔버 설치형 덕트 방식이 8.
- (5) 단위세대 적용시 설계정압이 2.5mmAq 일때, 단일 덕트 방식의 측정정압은 급기구에서 +4.0mmAq, 배기구에서 -5.2mmAq로 약 2배의 차이를 나타냈 다, 다분기 챔 버 설치형 덕 트 방식 을 적 용하였을 경우 급기구와 배기구에서 +2.3mmAq, -3.0mmAq 로 나타나 설계정압과 비교하여 큰 압력손실이 없는 것으로 측정되었다.
- (6) 본 연구에서 도출된 결과를 종합하면 다분기 챔버의 적용은 기존 공동주택에 시공되고 있는 단 일 덕트 시스템보다 급기 분배 효율, 정압 분포가 우수한 것으로 나타나 공동주택에 적용이 가능할 것으로 판단된다.
- 다 분기 챔버 설치형 덕트 방식의 경우 침실 2는 다분 기 챔버에 지관이 직접 연결되어 있어 설계풍량 대비 약 30% 높은 급기량을 나타냈다. 급기관의 가장 말단인 주방의 경우 설계풍량 대비 약 30% 낮은 급기량을 나타냈으나 단일 덕트 방식 보다 급기량의 불균형 이 개선된 것으로 조사되었다. 표 준편차는 17~20의 범위로 단일 덕트 방식과 비교하여 낮은 표준 편차를 나타내는 것으로 조사되었다.
- 2로 나타났다. 다분기 챔버 설치형 덕트 방식은 설계 풍량 대비 급기풍량과 배기풍 량이 설계 풍량에 약 ±10% 범위에서 일치하는 것으로 조사되어 기존의 단일 덕트 방식보다 풍 량 분배 성능이 우수하고, 각 실에 필요 풍량을 정확하게 분배할 수 있는 것으로 조사되었다.
- 또한, 부분적으로 음 압이 발생하고 정압이 정체하는 부분이 생겨 각 실에 필요한 풍량을 공급할 수 없는 것으로 나타났다. 다분기 챔버 설치형 덕트 방식의 경우, 정압 분포는 다분기챔버의 적용으로 T관, 레듀셔 등의 관부속품의 사용을 절감시켜 작은 압력 손실로 각 실에 필요한 풍량을 공급할 수 있는 것으로 나타났다. 각 실의 취출구에서 정압 평균편차는 단일 덕트 방식의 경우 0.
- (1) Mock-up 실험시 단일 덕트 방식의 경우 설계 풍량 대비 측정 풍량이 40%~234%의 범위에서 나타나 급기량의 불균형 이 나타났고, 다분기 챔 버 설치형 덕트 방식은 ±30% 범위에서 설계 풍 량을 만족하는 것으로 조사되었다. 다분기챔버 내부의 유로 설계만으로 균등한 풍량을 공급할 수 있는 것으로 나타나 단일 덕트 방식 보다 우수한 것으로 나타났다.
- (3) 현장실험시 단일 덕트 방식의 설계 풍량 대비 측정 공급 풍량은 72%~180% 범위로 나타났으며, 설계 풍량 대비 배기 풍량은 30%~151% 범위로 나타나 급, 배기 모두 설계 풍량과는 많은 차이를 나타내는 것으로 조사되었다. 다분기챔버 설치형 덕트 방식의 설계 풍량 대비 측정 공급 풍량은 약 110%로 나타나 설계 풍량 보다 약 10% 범위에서 만족하는 것으로 나타냈고, 설계 풍량 대비 배기 풍량은 98%-416% 범위로 나타나 설계 풍량에 ±10% 범위에서 만족하는 것으로 조사되었다.
- 4는 각 덕트 방식의 설계풍량 대비측정 급기풍량의 결과를 비교하여 나타낸다. 단일 덕트 방식의 경우 주관에서 가까운 방3과 거실은 설계풍량 대비 134%~234% 범위에서 설계치 보다 높은 급기량을 나타냈고, 주관에서 먼 실은 설계 풍량 대비 약 40~60% 범위에서 설계풍량 보다 낮은 급기량을 나타냈다. 표준편차의 경우 65-75 로 나타나 표준 편차가 큰 것으로 조사되었다.
- 2로 나타났다. 따라서 다분기 설치형 덕트 방식은 설계 풍량에 약 ±10% 범위 에서 일치하는 것으로 조사되어 기존의 단일 덕 트 방식보다 풍량 분배 성능이 우수하고, 각 실에 필요 풍량을 정확하게 분배할 수 있는 것으로 조사되었다.
- 표 준편차는 17~20의 범위로 단일 덕트 방식과 비교하여 낮은 표준 편차를 나타내는 것으로 조사되었다. 따라서 다분기챔버를 이용할 경우 TAB를 통한 풍량 밸런싱을 하지 않아도 챔버 내부의 유로 설계만으로 균등한 풍량을 공급할 수 있는 것으로 나타나 시공성에서나 적정 급기의 분배에 있어서 도 단일 덕트 방식 보다 우수한 것으로 나타났다.
- 0mmAq로 실제 설계정압과 유사하 게 나타났다. 따라서, 다분기 챔버의 적용으로 T관, 레듀셔 등 관부속품의 사용을 절감시켜, 적은 압 력 손실로 각 실에 필요한 풍량을 공급할 수 있고, 환기장치 의 과용 량 방지 로 환기 로 인한 추가적 에너지 손실을 절감할 수 있을 것으로 판단된다.
- 19로 나타났다. 또한, 다분기 챔버 덕트 시스템의 송풍 효율 은 정압 분포의 개선 효과로 인해 단일 덕트 방식보다 약 7% 정도 향상되는 것으로 측정되었으며 대형 공동주택에 적용 했을 경우에는 이 보다 더 많은 차이가 있을 것이라고 판단된다.
- 19로 나타났다. 또한, 다분기챔버 설치 형 덕트 방식의 송풍효율은 정압 분포의 개선 효과로 인해 단일 덕트 방식 보다 약 7% 정도 향상되는 것으로 나타나 대형 공동주택에 적용했을 경우에는 보다 많은 차이가 있을 것으로 판단된다.
- 4, 다분기챔버 설치형 덕트 방식이 103으로 나타났다. 또한, 배기구에서의 평균 편차는 단일 덕트 방식이 45, 다분기 챔버 설치형 덕트 방식이 8.2로 나타났다. 다분기 챔버 설치형 덕트 방식은 설계 풍량 대비 급기풍량과 배기풍 량이 설계 풍량에 약 ±10% 범위에서 일치하는 것으로 조사되어 기존의 단일 덕트 방식보다 풍 량 분배 성능이 우수하고, 각 실에 필요 풍량을 정확하게 분배할 수 있는 것으로 조사되었다.
- 3으로 나타났다. 또한, 배기구에서의 평균 편차는 단일덕트 방식이 평균 16, 다분기챔버 설치형 덕트 방식이 평균 8.2로 나타났다. 따라서 다분기 설치형 덕트 방식은 설계 풍량에 약 ±10% 범위 에서 일치하는 것으로 조사되어 기존의 단일 덕 트 방식보다 풍량 분배 성능이 우수하고, 각 실에 필요 풍량을 정확하게 분배할 수 있는 것으로 조사되었다.
- 단일 덕트 방식의 정압분포는 관 부속품, 덕트의 방향에 따라 불균등한 정압 분포 특성을 나타냈다. 또한, 부분적으로 음 압이 발생하고 정압이 정체하는 부분이 생겨 각 실에 필요한 풍량을 공급할 수 없는 것으로 나타났다. 다분기 챔버 설치형 덕트 방식의 경우, 정압 분포는 다분기챔버의 적용으로 T관, 레듀셔 등의 관부속품의 사용을 절감시켜 작은 압력 손실로 각 실에 필요한 풍량을 공급할 수 있는 것으로 나타났다.
- 6은 단일 덕트 방식의 급, 배기 풍량 측정 결과를 나타낸다. 설계 풍량 대비 측정 공급 풍량 은 72%~1&)% 범위로 나타났으며, 설계 풍량 대 비 배기 풍량은 30%~151% 범위로 나타나서 급, 배기 모두 설계 풍량과는 많은 차이를 나타내는 것으로 조사되었다. Fig.
- 7은 다분기 챔버 설치형 덕트 방식의 급, 배기 풍량 측정 결과를 나타낸다. 설계 풍량 대비 측정 공급 풍량은 약 110%로 나타나 설계 풍량 보다 약 10% 범위에서 만족하는 것으로 나타났고, 설계 풍량 대비 배기 풍량은 98%-116% 범위로 나타나 설계 풍량에 ±10% 범 위에서 만족하는 것으로 조사되었다. 급기 풍량의 표준편차의 경우 Fig.
후속연구
- 또한 다분기챔 버 분배 기의 사용으로 환기 장비 의 과대용량 산정을 방지하고, 장비효율을 극대화하여 에너지 절감의 효과가 있을 것이라고 판단된다.
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