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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 자연환기설비의 대표적 유형인 창문형 자연환기장치가 적용된 소형공동주택을 대상으로 Blower Door 측정시스템을 이용하여 기밀성능을 실측하여 자연환기 장치의 적용이 소형공동주택의 기밀성능에 미치는 영향을 실측․분석하였다. 또한 내외측 자연환기장치 및 창호의 개폐상태에 따른 기밀성능을 측정하여 추후 자연환기장치 관련 연구의 기초자료로 활용하고자 하였다.
- 따라서, 본 연구에서는 자연환기설비의 대표적 유형인 창문형 자연환기장치가 적용된 소형공동주택을 대상으로 Blower Door 측정시스템을 이용하여 기밀성능을 실측하여 자연환기 장치의 적용이 소형공동주택의 기밀성능에 미치는 영향을 실측․분석하였다. 또한 내외측 자연환기장치 및 창호의 개폐상태에 따른 기밀성능을 측정하여 추후 자연환기장치 관련 연구의 기초자료로 활용하고자 하였다.
- 선행 연구를 살펴보면 고층공동주택과 중대형 공동주택의 기밀성능평가가 주로 이루어졌으며, 자연환기장치가 많이 설치되어지는 소형 공동주택의 기밀성능 평가는 미흡함을 알 수 있다. 이에 본 연구에서는 기존 문헌결과 고찰 내용을 바탕으로 자연환기장치가 설치된 소형공동주택의 자연환기장치의 개폐변수에 따른 기밀성 및 공기유동 성능 실측을 수행하고자 하였다.
제안 방법
- Blower Door test를 이용한 기밀성능 측정을 하기 이전에 자연환기장치와 창호만의 기밀성능을 측정하기 위해서 기밀 성능에 영향을 줄 수 있는 주방환기구, 전기단자함, 배관샤프트 박스, 욕실환기구 및 욕실 배수 부위 등은 접착테이프를 이용하여 완전히 밀봉한 상태에서 실험을 진행하였다. 그림 3～그림 6은 부위별로 밀봉한 모습을 나타낸 것이다.
- 그림 3～그림 6은 부위별로 밀봉한 모습을 나타낸 것이다. 기밀성능 측정은 7세대가 동일한 조건에서 실측이 되도록 외기조건 및 실내외 안정된 압력차 조건이 유지될 때 까지 반복 측정하였다. 대상 건물은 복도형 아파트로서 복도측에 설치한 송풍기의 토출측 주변에 공기의 흐름을 방해하는 요소가 없도록 하고, 외기압 구현을 위하여 인접한 계단실문과 창을 개방하였다.
- 기밀성능 측정은 7세대가 동일한 조건에서 실측이 되도록 외기조건 및 실내외 안정된 압력차 조건이 유지될 때 까지 반복 측정하였다. 대상 건물은 복도형 아파트로서 복도측에 설치한 송풍기의 토출측 주변에 공기의 흐름을 방해하는 요소가 없도록 하고, 외기압 구현을 위하여 인접한 계단실문과 창을 개방하였다. 캐나다의 CGSB(1996)7) 149.
- 본 연구에서는 창문형 자연환기장치가 적용된 공동주택 (33㎡～51㎡)을 대상으로 Blower Door 측정 장비를 이용하여 세대의 기밀 및 공기유동성능을 실측하였다. 측정 대상주택은 6개 타입의 7세대로서 대전에 위치하였으며, 각 세대에 설치된 자연환기장치와 창호의 개폐 여부에 따른 공기유동량을 실측․ 비교하였다.
- 자연환기장치가 적용된 소형 공동주택의 자연환기장치와 창호의 개폐 여부에 따른 Blower Door 시스템의 감압법을 이용하여 측정한 기밀성능 측정 및 분석결과는 다음과 같다.
- 각 세대의 거실 분합문 및 외기에 면하는 창호에 자연환기장치가 전체 설치되어 있으며, 자연환기장치에는 수동 개폐형 장치가 설치되어 open/close가 가능하다. 창문에 설치된 자연환기장치의 개폐 형태와 창호의 개방여부에 따라서 6개의 측정CASE를 설정하여 기밀 및 공기유동 성능을 실측하였다.
- 창문형 자연환기장치가 설치된 7개 세대의 공동주택을 대상으로 Blower Door 장치를 이용한 감압법으로 현장 기밀성 능을 측정하였다. 측정세대의 전용면적은 표 4와 같으며 각각 33㎡ 2세대, 39㎡ 1세대, 46㎡ 3개type 3세대, 51㎡ 1세대로서 거실분합문 및 발코니 새시는 시스템창호로 단일창호이며 침실은 이중창으로 구성되어 있다.
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표 4. 측정건물
측정세대에 설치된 자연환기장치는 거실 분합문과 발코니 새시와 외부에 면하는 침실의 창호에 설치되어 있으며 자연 환기장치와 창호의 개폐여부를 조합으로 하여 다음의 표 5의 측정조건을 구성하여 측정을 실시하였다
. - 대상 건물은 복도형 아파트로서 복도측에 설치한 송풍기의 토출측 주변에 공기의 흐름을 방해하는 요소가 없도록 하고, 외기압 구현을 위하여 인접한 계단실문과 창을 개방하였다. 캐나다의 CGSB(1996)7) 149.15 기준에 의하면 외기 온도가 5℃ 이상, 외부풍속이 5.56m/s 이하일 경우에 Blower door test를 권장하고 있기 때문에 측정외기조건을 적용하여 현장 실측여부를 판단한 후에 측정을 수행하였다. 또한 실내 공간에서는 내부 전체의 동일한 차압이 유지되도록 실내의 모든 문들은 개방하였다.
대상 데이터
- 또, 조재훈(2010)4)은 초고층주거건물의 기밀성능 측정을 통하여 고층건물에서의 기밀성능 특성을 분석하였다. A, B 두 개의 건물을 선정하여 측정을 실시하였으며, A건물(Punched window type)의 경우 115㎡～211㎡, B건물(curtaim wall type)은 132㎡～245㎡의 바닥면적을 가진 형태이다. A건물의 평균 ACH50은 2.
- 본 연구의 실측대상 건물은 대전지역에 위치한 공동주택을 대상으로 7개 세대를 선정하여 Blower door를 이용한 기밀성능 측정을 수행하였다. 실측대상 공동주택은 2012년에 준공되었으며 대상단지는 총 7개동으로 624세대로 이루어져 있다.
- 본 연구의 실측대상 건물은 대전지역에 위치한 공동주택을 대상으로 7개 세대를 선정하여 Blower door를 이용한 기밀성능 측정을 수행하였다. 실측대상 공동주택은 2012년에 준공되었으며 대상단지는 총 7개동으로 624세대로 이루어져 있다. 실측이 이루어진 7세대의 규모는 각각 33㎡, 39㎡, 46㎡, 51㎡이며, 33㎡, 39㎡의 경우 각각 2세대씩 측정하여 총 7개 세대를 측정하였다.
- 실측대상 공동주택은 2012년에 준공되었으며 대상단지는 총 7개동으로 624세대로 이루어져 있다. 실측이 이루어진 7세대의 규모는 각각 33㎡, 39㎡, 46㎡, 51㎡이며, 33㎡, 39㎡의 경우 각각 2세대씩 측정하여 총 7개 세대를 측정하였다. 측정 대상 주택의 개요는 다음 표 2와 같으며 측정 단위세대의 평면은 표 3과 같다.
- 연구범위는 2006년 공동주택의 환기설비가 의무화된 이후 자연환기 설비가 설치된 2012년 준공된 33㎡～51㎡의 공동 주택을 대상으로 기밀 및 공기유동성능을 측정하였다.
- 본 연구에서는 창문형 자연환기장치가 적용된 공동주택 (33㎡～51㎡)을 대상으로 Blower Door 측정 장비를 이용하여 세대의 기밀 및 공기유동성능을 실측하였다. 측정 대상주택은 6개 타입의 7세대로서 대전에 위치하였으며, 각 세대에 설치된 자연환기장치와 창호의 개폐 여부에 따른 공기유동량을 실측․ 비교하였다. 주요 연구결과는 다음과 같다.
- 그림 2는 침실 겸 거실 공간의 분합문의 창문프레임형 자연환기장치 및 발코니에 설치된 실외기용 루버의 모습이다. 측정시기는 2013년 10월 8일～10월 10일에 걸쳐 실시하였다.
이론/모형
- 일반적으로는 일상 상태의 실내외 압력조건에서는 침기량 측정 시 바람, 온습도 등의 현장조건에 따른 변수에 의한 측정오차가 발생 할 수 있으므로 건물의 내외부의 압력차를 50Pa 까지 유도하여 측정한 침기량 값을 사용하고 있다. 본 연구에서는 입주세대의 특성상 장비의 설치 및 측정시간이 용이한 Blower Door 측정시스템의 감압법을 이용하여 측정하였다.
- 자연 환기설비의 환기성능은 KS F 2921(자연환기설비의 환기성능 시험방법)에 의하여 성능을 측정하며 “건축물의 설비기준 등에 관한규칙” 별표1의4에 의한 규정 “신축공동주택의 자연 환기설비 설치기준”에 준하여 외기에 면하는 세대조건을 반영하여 설치길이를 산정 적용해야한다.
- 측정하는 방법은 가스모니터링 실험장비 사용하여 추적가스 변화량을 측정하는 가스추적법(Trace gas method)(KS L ISO 12569)과 블로어 도어(Blower Door)(KS L ISO 9972)를 사용하여 실내를 가압, 감압하여 이때의 공기의 유동량을 측정하는 가/감압법(Pressurization Depressurization Method)이 있다. 가스추적법은 실내에 추적가스를 고농도로 만든 후 자연적인 감소 값을 사용하는 감소법, 추적가스의 농도를 일정하게 유지시키며 투입량 값을 이용하는 일정농도법이 있다.
성능/효과
- (1) 세대 밀폐조건에서의 기밀성능 측정결과 1.77ACH ～ 3.12ACH로 나타났으며 평균 2.27ACH로 기존 고찰 문헌의 기밀성능(1.65～4.28ACH)과 유사하게 나타났다.
- (2) 내외측 자연환기장치를 모두 개방한 조건(CASE6)에서의 공기유동량은 4.8～7.4ACH로 나타났으며 세대 밀폐조건(CASE1)과 비교하여 평균 3.6ACH가 증가하는 것으로 나타났다.
- (3) 외측 환기장치와 창호를 모두 닫은 상태에서 내측 환기 장치만 개방 시와 내측창호를 모두 개방 시의 공기유동량(CASE4-CASE2)은 평균 0.29ACH 정도 내측창호 모두 개방 시가 높은 것으로 나타났다.
- (4) 내측 환기장치와 창호를 모두 닫은 상태에서 외측 환기 장치만 개방 시와 외측창호를 모두 개방 시의 공기유동량(CASE5-CASE3)은 평균 0.30ACH 정도 외측측창호 모두 개방 시가 높은 것으로 나타났으며 내측 비교치와 유사하게 나타났다.
- (5) 내측창만의 기밀성능과 외측창만의 공기유동량 측정값 (CASE4-CASE5)은 평균 0.77ACH로 내측창이 우수한 것으로 나타났다.
- (6) 누기면적으로 환산 시에는 세대밀폐조건(CASE1)과 자연환기창호 모두개방 조건(CASE6)의 누기면적 평균값의 비율이 10Pa, 4Pa일 때 3.3배, 3.8배 증가하는 것으로 나타났다.
- 권오현 등(2010)2)은 Blower Door를 이용하여 국내 주거용 건물의 기밀성을 실측하여 기밀성능의 개선을 위한 연구를 수행하였다. 118㎡와 132㎡의 바닥면적을 가진 공동주택의 기밀성능 측정결과, 평균 ACH50은 각각 9.03회, 1.85회로 나타났다. 신철웅과 이윤규(2012)3)는 환기설비가 적용된 공동주택의 기밀성능을 연구하였으며, 기계 환기 설비와 자연환기설비가 설치된 공동주택에서 환기설비의 유형이 공동주택의 기밀성에 미치는 영향을 평가하였다.
- CASE1의 모든 환기장치가 닫힌 상태에서의 기밀성능은 1.77ACH～3.12ACH의 분포를 나타내었으며, 바닥 면적이 가장 큰 G세대가 1.77ACH로 가장 낮은 값, E세대에서는 3.12 ACH로 가장 높은 값으로 측정되었으며 평균값은 2.27ACH 로 나타났다.
- 28ACH로 내측 자연환기장치를 열었을 때 공기유동량 값이 더 높게 나타났다. CASE2 와 CASE3을 비교하여 내외측 자연환기구 개방 시의 차이를 살펴보면(CASE2-CASE3) 외측과 비교하여 내측 자연환기장치를 열었을 때 평균 0.78ACH가 더 증가함을 알 수 있다. 이로써 내측 환기장치 개폐가 공기유동량에 영향이 큰 것으로 나타났다.
- CASE2의 실내측에 면한 자연환기장치 개방 시의 공기유동 성능은 2.69ACH～3.89ACH의 분포를 나타내었으며, G세대가 가장 낮고 E세대에서는 가장 높게 측정되었으며 평균값은 3.33ACH로 나타났다.
- CASE3의 외기측에 면한 자연환기장치 개방 시의 공기유동 성능은 1.99ACH～3.41ACH의 분포를 타나냈으며, C세대가 가장 낮은 1.99ACH, E세대에서는 가장 높게 측정되었다. 평균 값은 2.
- CASE5의 실외측 창호 및 자연환기장치 개방 시 세대 내측 창의 공기유동성능은 2.03ACH～4.41ACH의 분포를 나타내었으며, G세대가 가장 낮고 E세대가 가장 높게 측정되었다. 평균값은 2.
- CASE6의 자연환기장치를 모두 열었을 때의 결과 값은 10Pa의 상당누기면적은 E세대가 가장 큰 값인 415.3㎠, C세대가 가장 작은 190.9㎠로 나타났으며 평균값은 275.5㎠인 것으로 나타났다. 4Pa에서 유효누기면적 또한 E세대가 가장 큰 243.
- 27ACH이었다. 고찰 문헌과 본 논문의 측정 대상 주택의 규모와 형태가 다르고 또한 고찰문헌의 측정대상 공동주택이 초고층, 고기밀성 주택인 점 등의 차이로 절대적 비교는 어려우나 세대 기밀성능에는 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 즉, 자연환기장치를 적용한 소형공동주택에서 자연환기장치 설치여부와 관계없이 기밀성능은 일반 공동주택과 유사하게 나타남을 알 수 있다.
- 앞서 고찰된 문헌의 주택 기밀성능 측정결과와 본 연구의 세대 기밀성능(CASE1) 측정결과를 비교하면 그림 12와 같다. 고찰문헌 논문들의 기밀성능(ACH50)의 평균값은 1.65～ 4.28ACH로 나타났으며, 본 연구에서 측정한 소형 공동주택의 기밀성능 평균값은 2.27ACH이었다. 고찰 문헌과 본 논문의 측정 대상 주택의 규모와 형태가 다르고 또한 고찰문헌의 측정대상 공동주택이 초고층, 고기밀성 주택인 점 등의 차이로 절대적 비교는 어려우나 세대 기밀성능에는 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.
- 내측 자연환기장치만 개방한 상태(CASE2)와 내측 환기장치 및 창을 모두 개방한 상태(CASE4)를 비교해보면 CASE4가 평균 0.29ACH가 높은 상태로 그림 7의 그래프에서도 볼 수 있듯이 유사하게 나타남을 알 수 있다. 유사한 비교로 외측 자연환기장치만 개방한 상태(CASE3)와 외측 자연환기장치 및 창을 모두 개방한 상태(CASE5)를 비교해보면 CASE5 가 평균 0.
- 내측창의 공기유동성능(CASE5)과 외측창의 공기유동성능값(CASE4)을 비교하여 보면(CASE4-CASE5) 평균 0.77ACH 로 내측의 창 및 자연환기장치를 닫은 상태(CASE5)의 공기 유동성능 값이 낮아 좋은 것을 알 수 있다.
- 누기면적으로 환산한 결과를 살펴보면 세대밀폐조건(CASE1) 과 세대 자연환기창호 모두개방 조건(CASE6)의 평균값에 대한 누기면적 비율이 10Pa일 때 3.3배, 4Pa일 때 3.8배로 유사 하게 나타났으며 ACH50 측정 평균값으로 비교할 시(2.6배) 보다 다소 많은 것으로 나타났다.
- 4ACH의 분포를 나타냈다. 동일하게 G세대가 상대적으로 높고 E세대가 낮은 것으로 측정되었으며 평균값은 5.87ACH로 나타났다.
- 상기측정 결과에서 자연환기장치가 설치된 공동주택의 경우 기밀성능 면에서 불리할 것으로 예측되나 측정한 결과 일반 공동주택과 직접적인 비교는 어려우나 주택의 기밀성능 만을 비교하였을 때 유사하게 나타났다. 또한, 내측에 면한 자연환기장치 및 창호의 성능이 외기도입량의 유의한 관계없이(외측 자연환기장치를 개방하거나 외측창을 개방한 상태) 공기유동성능 측면에서 우수한 것으로 나타났다. 향후에는 자연환기장치와 창호 및 새시 종류에 따른 기밀성능의 실측을 통해 정량적 상관관계 조사가 추가로 수행되어야 할 것으로 판단된다.
- 은 공동주택이 아닌 기존의 공동주택을 대상으로 감압법을 이용한 기밀성 실측연구를 진행하여 다른 연구들의 기밀성능과의 유사성을 비교하였다. 바닥면적 36.7㎡인 공동주택을 대상으로 현관문에 Blower Door를 설치하고 기밀성능을 측정한 결과, ACH50은 2.35회로 측정되었다. 권오현 등(2010)2)은 Blower Door를 이용하여 국내 주거용 건물의 기밀성을 실측하여 기밀성능의 개선을 위한 연구를 수행하였다.
- 상기 측정결과에서 내측에 면한 자연환기장치가 설치된 창호의 성능이 외측에 면한 자연환기가 설치된 창호의 성능 보다 공기유동성능이 더 우수하였으며, 자연환기장치 개방이 환기에 효과적인 것으로 나타났다.
- 상기측정 결과에서 자연환기장치가 설치된 공동주택의 경우 기밀성능 면에서 불리할 것으로 예측되나 측정한 결과 일반 공동주택과 직접적인 비교는 어려우나 주택의 기밀성능 만을 비교하였을 때 유사하게 나타났다. 또한, 내측에 면한 자연환기장치 및 창호의 성능이 외기도입량의 유의한 관계없이(외측 자연환기장치를 개방하거나 외측창을 개방한 상태) 공기유동성능 측면에서 우수한 것으로 나타났다.
- 세대 밀폐조건과 내측환기구만 열었을 때 차(CASE2-CASE1) 와 외측환기구만 열었을 때 차(CASE3-CASE1)를 살펴보면 전자가 평균 1.06ACH, 후자가 평균 0.28ACH로 내측 자연환기장치를 열었을 때 공기유동량 값이 더 높게 나타났다. CASE2 와 CASE3을 비교하여 내외측 자연환기구 개방 시의 차이를 살펴보면(CASE2-CASE3) 외측과 비교하여 내측 자연환기장치를 열었을 때 평균 0.
- 78ACH가 더 증가함을 알 수 있다. 이로써 내측 환기장치 개폐가 공기유동량에 영향이 큰 것으로 나타났다.
- 30ACH가 높아 그림 7의 그래프에서도 볼 수 있듯이 E주택을 제외하고는 유사하게 나타남을 알 수 있다. 이와 같은 결과에서 내측의 자연환기장치 및 창을 닫은 상태에서 외측의 자연환기장치 및 창의 부분적 개폐 또는 반대의 경우인 외측의 자연환기장치 및 창을 닫은 상태에서 내측의 자연 환기장치 및 창의 부분적 개폐 경우의 공기유동값의 차는 0.29～0.30ACH로 큰 차이를 보이지 않음을 알 수 있다. 이로써 자연환기장치 개방이 공기유동량에 효과적임을 알 수 있다.
- 자연환기장치의 개폐 유무에 따른 공기유동성능값(CASE6-CASE1)의 경우는 3.03ACH～4.28ACH로 나타나 자연환기 장치를 개방 시 공기유동값이 평균 3.6ACH로 증가하는 것으로 나타났다.
- 측정결과, 각각의 CASE 별 모든 시험에서 C세대(46㎡)가 가장 높은 값으로 측정되었으며, G세대(51㎡)가 CASE3를 제외하고 모든 CASE에서 가장 낮은 값으로 측정되었다. 이는 본 연구의 측정세대가 유사한 평면 형태이며 동일한 자연환기 장치가 설치되어 있음을 고려할 때 측정세대의 시공성과 관계가 있을 것으로 판단되며 G세대가 C세대와 비교하여 기밀 하게 시공이 이루어진 것으로 판단된다.
- 신철웅과 이윤규(2012)3)는 환기설비가 적용된 공동주택의 기밀성능을 연구하였으며, 기계 환기 설비와 자연환기설비가 설치된 공동주택에서 환기설비의 유형이 공동주택의 기밀성에 미치는 영향을 평가하였다. 환기설비 유형별 기밀성능 비교결과, 기계환 기설비가 설치된 84㎡, 132㎡ 공동주택의 평균 ACH50은 2.91회, 자연환기설비가 설치된 51㎡, 84㎡ 공동주택의 경우 3.18회로 나타났다. 또, 조재훈(2010)4)은 초고층주거건물의 기밀성능 측정을 통하여 고층건물에서의 기밀성능 특성을 분석하였다.
후속연구
- 그러나 환기설비의 초기 설치시공비, 운영 및 사용에 따른 유지관리 및 보수비 등의 비용적 측면을 고려하여 소형 공동주택을 중심으로 창문형 자연환기장치가 적용되고 있다. 이에 따라 자연환기설비가 적용된 공동주택에 있어 효율적 환기방안 및 에너지절감 방안 등에 관한 연구가 필요 하며 이를 위한 기초자료로서 기밀성능 측정 및 평가 연구가 필요하다.
- 또한, 내측에 면한 자연환기장치 및 창호의 성능이 외기도입량의 유의한 관계없이(외측 자연환기장치를 개방하거나 외측창을 개방한 상태) 공기유동성능 측면에서 우수한 것으로 나타났다. 향후에는 자연환기장치와 창호 및 새시 종류에 따른 기밀성능의 실측을 통해 정량적 상관관계 조사가 추가로 수행되어야 할 것으로 판단된다.
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