본 연구는 기계식 환기장치에 의한 선박 선실 내의 환경오염물질 확산특성을 파악한 것으로, 연구성과는 다음과 같다. 오염발생 선실 내에서는 오염발생 35분 경과 후 오염물질이 대부분 제거되었고, 신선외기 도입율 변화에 따른 영향은 무시할 수 있었다. 오염원 선실에 인접한 선실의 오염물질 제거시간은 65분~100분 정도로 신선외기 도입율에 따라 차이가 발생했다. 상부 데크에 오염원 선실이 있는 경우가 하부 데크에 오염원 선실이 있는 경우에 비해, 오염농도는 10배 정도 높지만, 대표 공간 중 오염된 공간의 수는 오히려 1/2에 불과했다. 그러나 전체공간을 대상으로 한 평가에서는, 상부 데크에서 오염물질이 발생한 경우에는 Upper 데크 이상 상부 데크 내 공간의 50% 이상이 평가기준 0.001%, 0.01%, 0.1% 일 때 오염될 것으로 예측되었고, 하부 데크에서 오염물질이 발생하는 경우에는 하부 데크를 중심으로 오염공간이 많지만 오염판단기준 0.01%일 때에는 Shelter 데크 이상의 상부 데크에서도 오염선실이 나타났다. 한편, 신선외기 도입량 변화에 따른 오염농도 및 오염공간 비율을 분석한 결과 설계용량 대비 75% 이상의 외기가 도입될 때 선실 내 오염수준이 낮아지는 것으로 평가되었다.
본 연구는 기계식 환기장치에 의한 선박 선실 내의 환경오염물질 확산특성을 파악한 것으로, 연구성과는 다음과 같다. 오염발생 선실 내에서는 오염발생 35분 경과 후 오염물질이 대부분 제거되었고, 신선외기 도입율 변화에 따른 영향은 무시할 수 있었다. 오염원 선실에 인접한 선실의 오염물질 제거시간은 65분~100분 정도로 신선외기 도입율에 따라 차이가 발생했다. 상부 데크에 오염원 선실이 있는 경우가 하부 데크에 오염원 선실이 있는 경우에 비해, 오염농도는 10배 정도 높지만, 대표 공간 중 오염된 공간의 수는 오히려 1/2에 불과했다. 그러나 전체공간을 대상으로 한 평가에서는, 상부 데크에서 오염물질이 발생한 경우에는 Upper 데크 이상 상부 데크 내 공간의 50% 이상이 평가기준 0.001%, 0.01%, 0.1% 일 때 오염될 것으로 예측되었고, 하부 데크에서 오염물질이 발생하는 경우에는 하부 데크를 중심으로 오염공간이 많지만 오염판단기준 0.01%일 때에는 Shelter 데크 이상의 상부 데크에서도 오염선실이 나타났다. 한편, 신선외기 도입량 변화에 따른 오염농도 및 오염공간 비율을 분석한 결과 설계용량 대비 75% 이상의 외기가 도입될 때 선실 내 오염수준이 낮아지는 것으로 평가되었다.
This study performed the prediction about the indoor contaminant's diffusion characteristics which can be affected by the mechanical ventilation system on a training ship. The results are as followings. It is clear that the contaminants are spread to most of the indoors, regardless of the contaminat...
This study performed the prediction about the indoor contaminant's diffusion characteristics which can be affected by the mechanical ventilation system on a training ship. The results are as followings. It is clear that the contaminants are spread to most of the indoors, regardless of the contamination beginning zone. About 65~100 minutes later, the contaminant densities of whole indoor zones are evaluated as clean. Comparing the contamination beginning zone being located at higher deck(scenario A) to the contamination beginning zone being located at lower deck(scenario B), although the contaminant density by scenario A is 10 times higher than that by scenario B, the number of contaminated zones are 50% less. The contaminant densities are evaluated as to be rapidly decreased when the outside air induction ratio against design volume is over 75%.
This study performed the prediction about the indoor contaminant's diffusion characteristics which can be affected by the mechanical ventilation system on a training ship. The results are as followings. It is clear that the contaminants are spread to most of the indoors, regardless of the contamination beginning zone. About 65~100 minutes later, the contaminant densities of whole indoor zones are evaluated as clean. Comparing the contamination beginning zone being located at higher deck(scenario A) to the contamination beginning zone being located at lower deck(scenario B), although the contaminant density by scenario A is 10 times higher than that by scenario B, the number of contaminated zones are 50% less. The contaminant densities are evaluated as to be rapidly decreased when the outside air induction ratio against design volume is over 75%.
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문제 정의
기계식 환기시스템에 의한 오염물질 확산특성을 파악하기 위해 본 연구에서는 각 AHU의 신선외기 도입량을 주요변수로 설정하였다. 이는 환기 (Ventilation)의 4 요소인 신선외기(OA, Outside air), 급기(SA, Supply air), 환기(RA, Return air), 배기(EA, Exhaust air) 중, 신선외기가 도입됨으로써 실내의 오염물질 농도를 낮추고 배기(EA)를 통해 외부로 배출할 수 있는데, 본 실습선에서는 신선외기가 AHU에 의해서만 도입되기 때문이다.
본 연구는 기계식 환기장치에 의한 선박 선실내의 환경오염물질 확산특성을 파악한 것으로, 연구성과를 정리하면 다음과 같다.
이에 본 연구에서는 고기밀성 상태에서 운항되는 선박 선실 내에서 환경오염물질이 발생할 경우를 가상하여 기계식 환기장치에 의한 환경오염물질 확산특성을 파악하였다. 본 연구결과는 향후 선박공조설비설계와 선내공기질 환경개선의 기초 자료로 활용될 것으로 기대한다.
가설 설정
0을 사용하였다[8, 9]. CONTAM은 CO, HCHO, TVOC 등 다양한 화학적 오염물질에 대한 해석모델을 제공하며, 공간 사이의 압력차에 의해 질량유량이 발생한다고 가정하여 멀티존 해석을 수행한다. 멀티존을 해석하기 위한 CONTAM의 지배방정식은 다음 식(1)과 같다.
제안 방법
3.2절의 선실을 포함한 전체 선내를 대상으로 기계식 환기설비에 의한 오염물질 확산 성능을 파악 하기 위해, 시나리오 A와 시나리오 B 각각에서의 오염된 공간 비율을 평가하였다. 오염된 공간의 비율을 평가하기 위한 오염공간 판단기준을 1%, 0.
선내 환기시스템의 기본 개념은 선실에는 급기(Supply air)중심의 양압(Positive pressure)을, 복도 등은 흡기(Return air)중심의 음압(Negative pressure) 구조로써 선실내외의 압력차에 의해 선실내 공기가 복도 등 개방공간을 거쳐 AHU(Air Handling Unit) 으로 환기되는 기류가 형성되도록 설계되었다.
한편, 본 연구에서는 대표적 환경오염물질로써 인체에 유해한 포름알데히드(HCHO)를 오염원으로 선정하였고, 시간경과에 따른 공간별 포름알데히드의 상대적 변화량을 비교하여 확산특성을 평가하였다. 시뮬레이션 조건을 정리하면 다음과 같다.
대상 데이터
본 실습선에서는 5대의 AHU(Air handling Unit) 으로 6개 데크 전체에 대한 냉난방과 환기를 수행한다. 각 AHU의 공급범위는 Figure 2에 표시된 것과 같이 2개~4개의 데크를 대상으로 하며, 각 데크는 수요에 따라 1개~3개의 AHU로부터 공조환경을 제공받는다.
본 실습선에서는 5대의 AHU(Air handling Unit) 으로 6개 데크 전체에 대한 냉난방과 환기를 수행한다. 각 AHU의 공급범위는 Figure 2에 표시된 것과 같이 2개~4개의 데크를 대상으로 하며, 각 데크는 수요에 따라 1개~3개의 AHU로부터 공조환경을 제공받는다.
해기사 전문인력 양성을 목적으로 2005년 12월에 건조된 본 실습선은 Figure 1에 보이는 바와같이 총6개의 데크로 구성되었고 전반적인 개요는 Table 1과 같다.
이론/모형
본 연구에서는 환기해석 프로그램으로 미국국립 표준연구소(NIST)가 개발하여 세계적으로 그 성능을 인정받고 있는 CONTAM 3.0을 사용하였다[8, 9]. CONTAM은 CO, HCHO, TVOC 등 다양한 화학적 오염물질에 대한 해석모델을 제공하며, 공간 사이의 압력차에 의해 질량유량이 발생한다고 가정하여 멀티존 해석을 수행한다.
성능/효과
(1)오염발생 선실 내에서는 오염발생 35분 경과후 오염물질이 대부분 제거(0%/min)되었고, 신선외기 도입율 변화에 따른 영향은 무시할 수 있다.
(2)인접선실은 오염물질이 AHU의 신선외기와 혼합된 후 공급되는 공간으로, 오염물질 제거시간은 신선외기 도입율에 따라 65분~100분 정도 소요 되며 신선외기 도입율의 영향을 많이 받는다.
(3) 상부 데크에 오염원 선실이 있는 경우가 하부데크에 오염원 선실이 있는 경우에 비해, 오염농도는 10배 정도 높지만, 오염된 공간 수는 오히려 1/2에 적어지는데 이는 상부 데크가 AHU 1대로만 환기되고 하부 데크와는 계단 등을 통해서만 연결 되기 때문에 오염물질 확산이 상대적으로 어려운 반면, 하부 데크는 데크 간 순환덕트와 여러대의 AHU에 의해 환기되고 있기 때문에 오염물질이 AHU를 경유해 선내 대부분의 공간으로 전파되기 때문이다.
(4)상부 데크에서 오염물질이 발생한 경우 Upper 데크 이상 상부 데크 내 공간의 50% 이상이 평가 기준 0.001%~0.1%일 때 오염될 것으로 예측되고, 하부 데크에서 오염물질이 발생하는 경우에는 하부 데크를 중심으로 오염공간이 많지만 Shelter 데크 이상의 상부 데크에서도 오염판단기준 0.01%일때 오염선실이 나타났다.
(5)신선외기 도입량 변화에 따른 오염농도 및 오염공간 비율을 분석한 결과 설계용량 대비 75% 이상일 때 오염수준이 낮아지는 것으로 평가되었다.
Table 8: Ratio of polluted zone for scenario B.
Boat 데크에서 오염물질이 발생한 시나리오 A에 관한 시뮬레이션 결과, Upper 데크 이상의 상부 데크에서는 오염공간 판단기준 0.001%~0.1%일 때 50% 이상의 공간이 오염되고 Main 데크, Second 데크 등 하부 데크 공간의 오염비율은 매우 낮게 평가되었다
.
Second 데크에서 오염물질이 발생하는 시나리오 B의 경우에는 하부 데크를 중심으로 오염공간 비율이 높으며 또한 Shelter 데크 이상의 상부 데크에서 신선외기 도입율이 50% 이하이고 오염공간 판단기준이 0.01%일 때 Navi & Bri 데크의 57% 이상이 오염될 것으로 예측되었다.
또한 신선외기 도입량 변화에 따른 오염공간 비율을 분석한 결과 설계용량 대비 75%와 100% 사이에서 오염공간 비율이 급감함을 보이고 있다.
Figure 3에 표시한 선내 대표 공간의 최대오염농도를 평가한 결과를 Table 5와 Table 6에 정리하였다. 오염물질의 발생위치가 다른 시나리오 A와 B를 비교해보면, 오염농도는 시나리오 A가 시나리오 B에 비해 10정도 높지만, 오염공간은 시나리오 B가 시나리오 A의 2배 정도 많은 것으로 평가되었다. 이는 Boat 데크에 위치하는 시나리오 A의 발생 선실은 AHU No.
후속연구
이에 본 연구에서는 고기밀성 상태에서 운항되는 선박 선실 내에서 환경오염물질이 발생할 경우를 가상하여 기계식 환기장치에 의한 환경오염물질 확산특성을 파악하였다. 본 연구결과는 향후 선박공조설비설계와 선내공기질 환경개선의 기초 자료로 활용될 것으로 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
다중이용시설 등의 실내공기질관리법이 규정하고 있는 실내공간의 범위는?
이에 정부는 “다중이용시설 등의 실내공기질관리법”[1] 등의 법률을 제정하여 많은 사람들이 활동하는 다양한 공간에서의 실내공기질, 즉 실내 오염물질 발생량을 관리하고 있다. 그러나 이 법률에서 규정하고 있는 실내공간은 공동주택, 터미널(항만터미널 포함), 병원, 박물관등 육상 건물에 국한된 것으로, 선박을 비롯한 해상구조물 내 활동공간에 관한 사항은 포함되지 않 았다. 또한 FTA(국제자유무역)에 의한 해상물동량 증가로 승조원의 승선시간이 증가하였고, 고부가가치 선박 중 승객과 승조원의 승선시간이 매우 긴 크루즈선과 해양플랜트 구조물의 기술개발을 수행하고 있으나 아직까지 국내에서 선실내 환경에 대한 인식은 부족한 실정이다.
승조원들은 대부분의 시간을 어디서 보내는가?
고기밀성 구조를 갖는 선박은 선내와 선외 간의 자연스러운 환기(Air leakage)가 발생하기 어렵기 때문에, 실내에 존재하는 다양한 오염물질은 적절한 환기 혹은 제거과정이 없을 경우 빠른 속도로 선내로 확산되고 승조원의 호흡기를 통해 건강을 위협하게 된다. 일반인들의 예상과 달리, 대부분의 승조원들은 입출항시를 제외한 대부분의 시간을 선실에서 보내기 때문에 오히려 육상 생활자보다 실내 체류시간이 긴 상황에서 승조원의 근무환경을 개선하고 건강을 지켜주는 기술은 매우 중요하다.
고기밀성 구조를 갖는 선박이 가지는 문제점에는 무엇이 있는가?
고기밀성 구조를 갖는 선박은 선내와 선외 간의 자연스러운 환기(Air leakage)가 발생하기 어렵기 때문에, 실내에 존재하는 다양한 오염물질은 적절한 환기 혹은 제거과정이 없을 경우 빠른 속도로 선내로 확산되고 승조원의 호흡기를 통해 건강을 위협하게 된다. 일반인들의 예상과 달리, 대부분의 승조원들은 입출항시를 제외한 대부분의 시간을 선실에서 보내기 때문에 오히려 육상 생활자보다 실내 체류시간이 긴 상황에서 승조원의 근무환경을 개선하고 건강을 지켜주는 기술은 매우 중요하다.
참고문헌 (9)
환경부, 다중이용시설 등의 실내공기질관리법, 법률 제10312호, 2010.05.25(일부개정)
한국실내공기.산소연구회, 실내공기와 건강, 신광문화사, 2004.
신동걸, 우상우, 이진욱, 이형기, 황광일, "신조 운항실습선의 공기질 환경 실태 조사", 2007년도 한국마린엔지니어리학회 전기학술대회 논문집, pp. 195-196, 2007.
도근영, 이한석, 이윤규, 이형기, "새로 건조된 선박의 실내공기환경 조사 연구", 한국항해항만학회지, 제31권, 제5호, pp. 427-434, 2007.
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