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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 Mock-up모델로 자연환기시스템의 환기성능을 측정한 연구들도 있지만 실제 공동주택에 설치된 자연환기시스템을 대상으로 자연환기시스템을 제외한 모든 틈을 고정변수로 정하고 Blowerdoor를 이용하여 자연환기시스템의 개폐 여부에 따라 발생하는 압력 변화에 따른 풍량 차이를 확인하였습니다. 이를 토대로 추세선(다항식)을 계산하고 자연환기 시 기준 압력차는 2Pa7)이지만 이 차를 구현하여 환기시스템의 환기성능을 확인하는 것이 어려우므로1) Blower door test를 통해 계산된 추세선을 이용하여 기준 압력차가 2Pa일 때의 풍량을 예측함으로써 자연환기시스템의 환기성능을 확인하는 방법을 제시하고자 한다.
제안 방법
- 20~90Pa 영역을 10Pa 간격으로 ACH50을 측정하고 해당 추세선을 계산하였다. 이를 통해 실내외 차압이 2Pa일 때와 4Pa일 때 자연환기시스템의 개폐에 따른 감압법과 가압법의 결과는 Table 6과 같이 2Pa일 때 각각 0.
- 기존 주택을 포함해서 최근에 지어진 주상복합 건물 및 공동주택들을 대상으로 건물외피의 기밀성능(Air tightness)을 실측하고, 기존의 관련 문헌과 비교하여 과거에 비해 현재 건설되고 있는 주거용 건물들의 기밀성능 개선정도를 정량적으로 파악하였다.3) Blower door를 이용한 침기량 측정값을 통해 단독주택의 에너지 소비량 진단 시 건축도서와 현장점검으로 침기량을 산정하는 방안을 제시하였고2), 근래 국내 아파트 보급이 급속히 이루어짐에 따라 아파트 기밀성능이 향상되어 자연환기가 감소되고 건강에 나쁜 영향을 미칠 수 있다는 사실을 발견하여 아파트를 중심으로 환기 및 기밀성능을 Blower door를 이용한 현장측정을 통해 아파트의 환기 및 기밀수준의 현황을 비교 분석하였다.1)
- 5) 또한, 기밀성능 측정방법으로 Blower door를 이용한 감압법과 가압법 측정법을 통해 ASTME779-03 기준으로 약 240세대에서 측정을 하여 국내 초고층 주거건물에서의 단위세대 기밀성능 및 특성 파악을 목적으로 2010년 하반기 준공예정인 2개의 초고층 주거 건물을 대상으로 기밀측정을 수행하였다. 이를 통해 고층 주거건물에서의 기밀성능 평가를 위해서는 다세대 주거에서의 기밀성능측정과 건축 부위별 기밀도 측정을 통한 데이터 구축이 지속적으로 요구되며 이를 바탕으로 국내 기밀도 기준 수립을 위한 연구가 진행 돼야함을 제시하였다.
- Blower door test를 진행하기 전 실험의 신뢰성을 얻기 위해 외기조건과 건물정보를 토대로 ASTM E779-03 기준에 적합하다고 판단 후 실험을 진행하였다.
- Blower door를 이용한 환기성능을 측정하면서 자연환기시스템이 닫혀 있을 때의 기밀성 측정을 동시에 진행하여 국가별 평가기준과 비교해보았다. 벨기에의 경우에는 기계환기기스템과 폐열회수시스템을 도입했을 때의 기준이므로 제외한 후 나머지 3개 국가 기준과 비교하였고 추가적으로 Table 7과 같이 ASHRAE Fundamental1198)의 NL3)기준도 비교해보았다.
- Blower door을 이용한 자연환기시스템의 환기량 실험을 압력차 조건을 이용한 CFD 시뮬레이션 결과를 비교하여 해석의 정확도를 평가하고 이를 토대로 CFD 시뮬레이션과 네트워크 기류해석 시뮬레이션을 이용하여 자연환기설비의 환기량을 해석하고자 하였다.5) 또한, 기밀성능 측정방법으로 Blower door를 이용한 감압법과 가압법 측정법을 통해 ASTME779-03 기준으로 약 240세대에서 측정을 하여 국내 초고층 주거건물에서의 단위세대 기밀성능 및 특성 파악을 목적으로 2010년 하반기 준공예정인 2개의 초고층 주거 건물을 대상으로 기밀측정을 수행하였다.
- 추가적으로 NL(Normalized leakage area)를 계산하여 ASHRAE 기준과 비교해보았다. NL을 계산하기 위해서는 ELA(유효누기면적)값을 알아야 하는데 이수치는 실내와 실외의 기준 압력차를 4Pa로 설정해놓았기 때문에 그 때의 ELA값을 계산하여 NL값을 도출하였다. Table 9에서의 NL값으로 0.
- Table 2는 실측 당시 시간별 풍속과 외부 온도를 기상청 자료를 이용하여 정리한 것이다. Table 2와 같이 외부 평균 온도는 17.4℃이며, 실내외 온도차는 2.6℃, 높이는 54m이기 때문에 Table 3의 ASTM E779-03의 기준을 만족하므로 Blower door test를 진행하였다.
- 9회/h)로 나타났다. Table 6과 같이 자연환기시스템의 개폐 상태를 실측 시 하나의 변수로 설정하였고 시스템이 열려있는 상태를 하나의 틈으로 보고 실내외 압력차가 2Pa과 4Pa일 때 그 틈을 통해 발생하는ACH값을 도출하여 자연환기시스템의 환기성능을 알아보았다.
- ④ Blower door를 이용하여 송풍기로 외기를 실내로 도입하는 가압법(Pressurization Method)과 5~10Pa 간격으로 차압을 유지하면서 실내공기를 외부로 배출시키는 감압법(Depressurization Method)을 둘 다 사용하여 ACH502)을 산정하고 그 값을 비교하였다. 본 연구에서는 20~90pa까지 압력을 10pa 간격으로 풍량을 측정하였고 이에 따른 추세선을 도출하였다.
- 먼저 감압법과 가압법으로 Blower door test를 실시하여 자연환기시스템의 개폐에 따른 ACH값을 도출하였다. 그 후 20~90Pa 사이를 10Pa 간격으로 환기량을 측정한 데이터를 기반으로 추세선을 계산하여 자연환기 기준압력차인 2Pa과 4Pa인 경우의 환기성능을 분석하였다.그 결과 2Pa인 경우 감압법을 사용했을 때 0.
- 최근 Tracer gas와 Blower door를 이용한 실측을 통해 많은 연구가 이뤄지고 있다. 기존 주택을 포함해서 최근에 지어진 주상복합 건물 및 공동주택들을 대상으로 건물외피의 기밀성능(Air tightness)을 실측하고, 기존의 관련 문헌과 비교하여 과거에 비해 현재 건설되고 있는 주거용 건물들의 기밀성능 개선정도를 정량적으로 파악하였다.3) Blower door를 이용한 침기량 측정값을 통해 단독주택의 에너지 소비량 진단 시 건축도서와 현장점검으로 침기량을 산정하는 방안을 제시하였고2), 근래 국내 아파트 보급이 급속히 이루어짐에 따라 아파트 기밀성능이 향상되어 자연환기가 감소되고 건강에 나쁜 영향을 미칠 수 있다는 사실을 발견하여 아파트를 중심으로 환기 및 기밀성능을 Blower door를 이용한 현장측정을 통해 아파트의 환기 및 기밀수준의 현황을 비교 분석하였다.
- 자연환기는 실내외 온도차 또는 압력차로 환기가 이루어지며, 국토교통부령 제219호 건축물의 설비기준 등에 관한 규칙에서 자연환기설비 환기성능 시험방법(KSF 2921)에서는 기준압력차를 2Pa로 보고 있고 축소모형실험(Mock-up test)인 경우 환기성능을 측정할 때는 기준압력차가 4Pa이다. 따라서 Blower door를 이용하여 압력차가 2Pa일 때와 4Pa일 때 자연환기시스템의 환기성능을 확인해보았다.
- 먼저 감압법과 가압법으로 Blower door test를 실시하여 자연환기시스템의 개폐에 따른 ACH값을 도출하였다. 그 후 20~90Pa 사이를 10Pa 간격으로 환기량을 측정한 데이터를 기반으로 추세선을 계산하여 자연환기 기준압력차인 2Pa과 4Pa인 경우의 환기성능을 분석하였다.
- Blower door를 이용한 환기성능을 측정하면서 자연환기시스템이 닫혀 있을 때의 기밀성 측정을 동시에 진행하여 국가별 평가기준과 비교해보았다. 벨기에의 경우에는 기계환기기스템과 폐열회수시스템을 도입했을 때의 기준이므로 제외한 후 나머지 3개 국가 기준과 비교하였고 추가적으로 Table 7과 같이 ASHRAE Fundamental1198)의 NL3)기준도 비교해보았다.
- 을 산정하고 그 값을 비교하였다. 본 연구에서는 20~90pa까지 압력을 10pa 간격으로 풍량을 측정하였고 이에 따른 추세선을 도출하였다.
- 본 연구에서는 공동주택에 설치된 자연환기시스템을 대상으로 Blowerdoor를 이용하여 확보한 압력 변화에 따른 풍량 데이터를 토대로 추세선을 계산하였다. 자연환기 시 기준 압력차는 2Pa이지만 이 차를 구현하여 환기 시스템의 환기성능을 확인하는 것이 어려우므로 Blower door test를 통해 압력 변화에 따른 풍량 수치를 계산하고 이를 추세선으로 나타내어 2Pa일 때의 풍량을 예측하여 자연환기시스템의 환기성능을 분석하고자 하였다.
- 따라서 본 연구에서는 Mock-up모델로 자연환기시스템의 환기성능을 측정한 연구들도 있지만 실제 공동주택에 설치된 자연환기시스템을 대상으로 자연환기시스템을 제외한 모든 틈을 고정변수로 정하고 Blowerdoor를 이용하여 자연환기시스템의 개폐 여부에 따라 발생하는 압력 변화에 따른 풍량 차이를 확인하였습니다. 이를 토대로 추세선(다항식)을 계산하고 자연환기 시 기준 압력차는 2Pa7)이지만 이 차를 구현하여 환기시스템의 환기성능을 확인하는 것이 어려우므로1) Blower door test를 통해 계산된 추세선을 이용하여 기준 압력차가 2Pa일 때의 풍량을 예측함으로써 자연환기시스템의 환기성능을 확인하는 방법을 제시하고자 한다.
- 본 연구에서는 공동주택에 설치된 자연환기시스템을 대상으로 Blowerdoor를 이용하여 확보한 압력 변화에 따른 풍량 데이터를 토대로 추세선을 계산하였다. 자연환기 시 기준 압력차는 2Pa이지만 이 차를 구현하여 환기 시스템의 환기성능을 확인하는 것이 어려우므로 Blower door test를 통해 압력 변화에 따른 풍량 수치를 계산하고 이를 추세선으로 나타내어 2Pa일 때의 풍량을 예측하여 자연환기시스템의 환기성능을 분석하고자 하였다.
- 94회/h 차이가 나타났다. 추가적으로 NL(Normalized leakage area)를 계산하여 ASHRAE 기준과 비교해보았다. NL을 계산하기 위해서는 ELA(유효누기면적)값을 알아야 하는데 이수치는 실내와 실외의 기준 압력차를 4Pa로 설정해놓았기 때문에 그 때의 ELA값을 계산하여 NL값을 도출하였다.
대상 데이터
- 충북 음성 혁신도시에 위치한 S아파트 단지(9개동, 900세대) 중 1개 세대를 선택하였으며 대상건물의 개요는 Table 1과 같다. Table 1에서 평면도 상 점선으로 표시된 부분이 자연환기시스템이 설치된 곳이다.
- 현장 측정에 사용된 Blower door는 Retrotec사의 Blower door9)를 사용하였다. 장비는 Fig.
이론/모형
- 예를 들어 실내외 온도차로 인한 연돌효과의 영향으로 실측값의 신뢰도가 저하 되는 경우도 발생한다. 이번 실험은 Table 3에 제시되어 있는 ASTM E779-03 기준에 준하여 외부 조건을 판단하였다. Table 2는 실측 당시 시간별 풍속과 외부 온도를 기상청 자료를 이용하여 정리한 것이다.
성능/효과
- 6) 미국, 중국 등 주요 선진국의 경우 건물분야가 전체 에너지의 30%이상을 차지하고 있으나 그에 비해 우리나라는 아직까지는 낮은 수치를 보이고 있다.3) 그러나 세계 경제력 순위 11위(2015년 기준)에 위치하고 있는 입장으로써는 건물분야가 차지하는 에너지 소비량이 높아질 것으로 예상된다. 또한, 환기설비가 설치된 세대 중 약 68%정도가 환기설비를 사용하지 않는 것으로 나타났다.
- 또한 자연환기를 이용한 건물은 공조시스템을 이용한 건물보다 에너지 비용이 40%까지 차이가 나는 것으로 나타났다.6) 미국, 중국 등 주요 선진국의 경우 건물분야가 전체 에너지의 30%이상을 차지하고 있으나 그에 비해 우리나라는 아직까지는 낮은 수치를 보이고 있다.3) 그러나 세계 경제력 순위 11위(2015년 기준)에 위치하고 있는 입장으로써는 건물분야가 차지하는 에너지 소비량이 높아질 것으로 예상된다.
- 그 후 20~90Pa 사이를 10Pa 간격으로 환기량을 측정한 데이터를 기반으로 추세선을 계산하여 자연환기 기준압력차인 2Pa과 4Pa인 경우의 환기성능을 분석하였다.그 결과 2Pa인 경우 감압법을 사용했을 때 0.71회/h, 가압법을 사용했을 때는 0.94회/h가 나왔고, 4Pa인 경우 감압법을 사용했을 때 0.79회/h, 가압법을 사용했을 때는 1.00회/h로 나타났다. 추가적으로 Blower door test를 이용한 자연환기시스템의 환기성능 분석과 자연환기시스템이 닫힌 상태에서 해당 세대의 기밀성을 국가별 기준과 ASHRAE 기준에 준하여 비교하여 기밀성에 대한 부분도 동시에 확인하였으며 그결과는 미국, 일본, 캐나다 순으로 각각 0.
- 따라서 자연환기시스템이 닫힌 상태에서는 해당 세대의 기밀성이 확보된다고 볼 수 있으며 자연환기시스템 개방 시 자연환기시스템을 통해 공동주택의 시간당 기준 환기횟수인 0.5회/h이상을 만족시킨다는 것을 알 수 있었다.
- 실제로 자연환기는 건물의 개구부를 적절한 위치에 설치하여 실내와 실외의 공기 교환이 효과적으로 이루어지도록 하여 건물 내의 공기를 자연스럽게 바꿀 수 자연환기가 가능한 평면과 구조로 계획하여 항상 신선한 공기를 확보할 수 있기 때문에 실내에 오염된 공기가 머물지 않고 별도의 환기 장치를 인위적으로 마련한 필요가 없다. 또한 자연환기를 이용한 건물은 공조시스템을 이용한 건물보다 에너지 비용이 40%까지 차이가 나는 것으로 나타났다.6) 미국, 중국 등 주요 선진국의 경우 건물분야가 전체 에너지의 30%이상을 차지하고 있으나 그에 비해 우리나라는 아직까지는 낮은 수치를 보이고 있다.
- 3) 그러나 세계 경제력 순위 11위(2015년 기준)에 위치하고 있는 입장으로써는 건물분야가 차지하는 에너지 소비량이 높아질 것으로 예상된다. 또한, 환기설비가 설치된 세대 중 약 68%정도가 환기설비를 사용하지 않는 것으로 나타났다.16) 이는 사용에 따른 에너지비용이 증가하기 때문이라고 조사되었다.
- 20~90Pa 영역을 10Pa 간격으로 ACH50을 측정하고 해당 추세선을 계산하였다. 이를 통해 실내외 차압이 2Pa일 때와 4Pa일 때 자연환기시스템의 개폐에 따른 감압법과 가압법의 결과는 Table 6과 같이 2Pa일 때 각각 0.71회/h, 0.94회/h(평균 0.83회/h)였으며 4Pa일 때는 0.79회/h, 1.00회/h(평균 0.9회/h)로 나타났다. Table 6과 같이 자연환기시스템의 개폐 상태를 실측 시 하나의 변수로 설정하였고 시스템이 열려있는 상태를 하나의 틈으로 보고 실내외 압력차가 2Pa과 4Pa일 때 그 틈을 통해 발생하는ACH값을 도출하여 자연환기시스템의 환기성능을 알아보았다.
- 가압법과 감압법을 각각 측정하였고 Table 4는 차압이 50Pa일 때 개폐에 따른 가압법과 감압법의 풍량과 ACH50을 나타낸 것이다. 자연환기시스템 개폐 상태에 따른 감압법(Depressurization Method)과 가압법(Pressurization Method)을 실시하였고 두 방법의 결과는 각각 Fig. 5와 Fig. 6과 같이 유사하게 측정되어 실험이 타당성을 가질 수 있었다. Fig.
- 00회/h로 나타났다. 추가적으로 Blower door test를 이용한 자연환기시스템의 환기성능 분석과 자연환기시스템이 닫힌 상태에서 해당 세대의 기밀성을 국가별 기준과 ASHRAE 기준에 준하여 비교하여 기밀성에 대한 부분도 동시에 확인하였으며 그결과는 미국, 일본, 캐나다 순으로 각각 0.6회/h, 0.34회/h, 1.94회/h 만큼 차이를 보였고 NL 기준에 따르면 0.000061이 나와 Leakage class A에 해당됨을 알 수 있었다.
후속연구
- 에너지 사용을 줄이면서 환기를 통해 쾌적한 실내를 확보하기 위해 실내외 온도차 또는 풍압차를 구동력으로 하는 공기유동이 일어나도록 의도적으로 설계한 외부 공기의 실내급기용 또는 실내공기의 외부배기용 개구부를 의미12)하는 자연환기시스템 설치를 고려할 필요가 있다. 또한 자연환기와 기계환기를 선택적으로 병용할 수 있는 하이브리드 시스템의 적극적인 개발이 고려되어야 하며 쾌적한 실내공기질의 확보와 불필요한 에너지 손실의 방지를 위해서는 정확한 성능평가 방법이 제시될 필요가 있다.11)
- 5) 또한, 기밀성능 측정방법으로 Blower door를 이용한 감압법과 가압법 측정법을 통해 ASTME779-03 기준으로 약 240세대에서 측정을 하여 국내 초고층 주거건물에서의 단위세대 기밀성능 및 특성 파악을 목적으로 2010년 하반기 준공예정인 2개의 초고층 주거 건물을 대상으로 기밀측정을 수행하였다. 이를 통해 고층 주거건물에서의 기밀성능 평가를 위해서는 다세대 주거에서의 기밀성능측정과 건축 부위별 기밀도 측정을 통한 데이터 구축이 지속적으로 요구되며 이를 바탕으로 국내 기밀도 기준 수립을 위한 연구가 진행 돼야함을 제시하였다.4) 또한 공동주택의 환기성능 개선방안으로 적정환기량의 공급에 의한 쾌적한 실내공기환경을 창출하는 동시에 환기열손실로 인한 난방에너지를 보상할 수 있는 에너지 절약적인 환기시스템의 개발을 목적으로 진행되고 있으며, 공동주택의 실내공기환경 실태를 파악한 후 가스추적법과 압력차법을 이용, 공동주택의 환기성능을 실측, 평가한 연구도 진행된 바가 있다.
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