[논문]천장복사난방이 인체에 미치는 쾌적성 평가에 관한 연구

이주연; 이소다노리오; 조관식

천장복사난방이 인체에 미치는 쾌적성 평가에 관한 연구
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이주연 (LG전자 디지털 어플라이언스 연구소) , 이소다노리오 (일본 나라여자대학) , 조관식 (LG전자 디지털 어플라이언스 연구소)

복사에 의한 냉난방은, 장시간 재실하는 방이나 소음, 기류에 민감한 장소에 적합하고 에너지 절약면에서도 유효한 냉난방 방식이라고 알려져 있다. 일반적으로 널리 알려져 있는 바닥난방은 실온의 수직분포가 균일함으로서 인체에 쾌적한 난방방식으로 알려져 있다. 이것에 비해, 바닥의외의 벽, 천장을 활용한 냉난방설비의 쾌적성에 대해서는 아직 충분히 검토되고 잇지 않다. 따라서 본 연구는 물순환식 복사 냉난방장치를 이용하여 겨울철의 천장복사난방이 인체에 미치는 생리적, 심리적영향을 밝히고 복사난방의 유용성에 대해서 검토하는 것을 목적으로 한다. 실험은 일본 나라여자대학 인공기후실을 이용하였고, 실험조건은 실온 18$^{\circ}C$, 21$^{\circ}C$, 24$^{\circ}C$ 천장온도 $25^{\circ}C$, 3$0^{\circ}C$, 35$^{\circ}C$의 조건을 조합하여 7조건으로 설정하였다. 또, 상대 습도 40%, 기류속도 0.1m/s 이하로 일정하게 유지시켰다. 생리적반응으로는 피부온14점과 직장온을 30초 간격으로 측정하였고, 혈압, 심박수, 체중, 체지방율을 측정하고 심리적반응으로는 온열감, 쾌적감등의 항목을 10분간격으로 측정하였다.

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문제 정의

본 논문은 온수 순환식 천장 복사난방을 이용하여 의자에 앉은 자세로 피부온의 변동을 측정하고 기온과 천장온에 따른 인체 영향 및 허용온도범위를 기온과 천장온에 관련하여 검토 하였다.
본 연구에서는 온수천장 난방시스템을 이용하여, 천장 복사난방이 인체에 미치는 온열감.쾌적감에의 영향에 대하여 실험을 행하여 이하의 결론을 나타내었다.

제안 방법

(1) 온열환경요소 :온열환경요소의 기온은 실내 가운데 바닥으로부터 0.1m, 0.6m, 1.1m 높이를, 글로브 온도는 바닥 위와 0.6m에서 Φ0.1mm열전대를 12ch Hybrid Recorder로 30초 간격으로 연속측정하였다. 바닥온도와 천장온도는 바닥과 천장 표면 3곳에 열전대를 부착하여 측정하고, 상대습도는 대형 아스만 통풍건습계로 측정하였다.
(2) 생리적 반응:인체 반응으로서 피부온은 Φ0.1mm열전대를 피부 표면 14곳에 부착하고 30초 간격으로 측정하였다. 직장온은 피부온과 같이 30초 간격으로 측정하였다.
(3) 심리적반응: 심리적 반응은 전신 및 부위별 온열감(9단계), 쾌적감(7단계), 천장온에 대한 만족감 등의 평가를 10분 간격으로 실시했다. (4)형태계수: Fanger의 인체와 공간구성면과의 형태계수의 측정치를 이용해서 형태계수를 구하면, 천장에 대하여 0.
평균 피부온은 Hardy&Dubois의 12점법으로 산출하였다.[3] 혈압, 심박수, 체중은 실험 전후에 측정하여, 체중감소량을 구하였다.
5)을 사용하였다. 바닥에는 바닥난방 장치 (W3.7mxD3.55m)를 바닥에 설치하고, 천장난방설비(W4m x D2.56 m)는 물 순환식 천장난방장치를 부착한 아크릴판을 천장에 매달아 설치하였다. 아크릴판 사이에는 보온호스를 사용하여 접속시켰다.
1mm열전대를 12ch Hybrid Recorder로 30초 간격으로 연속측정하였다. 바닥온도와 천장온도는 바닥과 천장 표면 3곳에 열전대를 부착하여 측정하고, 상대습도는 대형 아스만 통풍건습계로 측정하였다. 기류속도는 0.
설정조건은 겨울철의 실내조건을 상정하여, Table 1에 나타내듯이 기온 18℃, 21℃, 24℃로 하고, 천장온도는 25℃, 3O℃, 35℃를 조합하여 7조건, 상대습도40%, 기류속도는 0.1m/s으로 하였다.
피험자를 먼저 기온23℃, 상대습도50%의 전실에 입실 시켜 설정착의를 착의 시킨 후, 피부온 및 직장온의 안정을 위하여 약30분간 의자에 앉은 자세로 안정을 취한 후, 천장 설비를 갖춘 인공 기후실에 60분간 노출시켰다. 실험은 2000년3월~4월에 걸쳐서 실시하였다.

대상 데이터

①피험자:피험자는 일본나라여자대학의 건강한 여자대학생7명으로 하였다. 피험자의 신체적 특징은 Table 2에 나타내었다.
피험자를 먼저 기온23℃, 상대습도50%의 전실에 입실 시켜 설정착의를 착의 시킨 후, 피부온 및 직장온의 안정을 위하여 약30분간 의자에 앉은 자세로 안정을 취한 후, 천장 설비를 갖춘 인공 기후실에 60분간 노출시켰다. 실험은 2000년3월~4월에 걸쳐서 실시하였다.
실험은 나라여자대학 인공 기후실로, 실험은 A실 (W4.5m x D5m, H2.5), 전실에는B실(W3m x D3m, H2.5)을 사용하였다. 바닥에는 바닥난방 장치 (W3.

이론/모형

피험자의 신체적 특징은 Table 2에 나타내었다. 인체의 체표면적은 일본인의 체형에 맞춘 Kurazumi의 식에 의해 산출했다. [5]
직장온은 피부온과 같이 30초 간격으로 측정하였다. 평균 피부온은 Hardy&Dubois의 12점법으로 산출하였다.[3] 혈압, 심박수, 체중은 실험 전후에 측정하여, 체중감소량을 구하였다.

성능/효과

2) 전신 온열감 평가에서는 작용온도 약 22.5℃에서 온열적 중립감을 나타내고, 쾌적감 평가에서는 작용온도 약20.5℃ 이상에서 어느쪽도 아니다의 쾌적측의 평가를 나타내고, 가장 높은 쾌적감 평가를 나타내었다.
3) 평균 피부온은 약33℃에서 온열적 중립감을 나타내어, 기존의 연구와 거의 일치된 결론을 나타내었다.
4) 천장온에 대해서는 기온 24℃에서 천장온이 30℃의 경우, 천장온도가 낮은 경우보다도 불만족하다는 평가를 나타내어 머리위로부터의 복사의 영향은 지나치게 높으면 오히려 불쾌감을 나타낸다는 결론을 얻었다.
138[ND]의 결과가 나타났으나, [6] Fanger는 투사 면적을 이용하여 측정했기 때문에 비교적 좁은 공간에서 적용하기에 문제점이 있다. 본 논문에서는 Tsuzikawa 의 의자에 앉은 상태에서의 형태계수의 측정치를 이용하여 형태계수를 구한 결과, 천장면에 대하여 0.12 [ND]의 결과를 나타냈다. [7]
천장온도에 대한 온열감 평가는 전체적으로 [-1:약간 서늘하다~+ 1:약간 따뜻하다]의 범위에 있고, 기온21℃의 경우, 높은 표준편차를 나타내는 등 개인차가 크게 나타났지만, 천장복 사온의 영향이 각 조건에 크게 나타났다. 작용 온도와 천장온의 만족감에서는 기온의 경우에는 천장온도의 영향이 작고[-1:약간 불만이다]의 평가를 나타내고, 기온21℃의 경우에는 천장온이 올라갈수록 높은 만족감을 나타내고, 개인차도 크게 나타났다. 기온24℃의 경우에는 천장온이 올라갈수록 낮은 만족감 평가를 나타내었다.
천장온도에 대한 온열감 평가는 전체적으로 [-1:약간 서늘하다~+ 1:약간 따뜻하다]의 범위에 있고, 기온21℃의 경우, 높은 표준편차를 나타내는 등 개인차가 크게 나타났지만, 천장복 사온의 영향이 각 조건에 크게 나타났다. 작용 온도와 천장온의 만족감에서는 기온의 경우에는 천장온도의 영향이 작고[-1:약간 불만이다]의 평가를 나타내고, 기온21℃의 경우에는 천장온이 올라갈수록 높은 만족감을 나타내고, 개인차도 크게 나타났다.
5℃부근에서 어느쪽도 아니다라는 온열적 중립감을 나타내었다. 쾌적감 평가에서는 작용온도 약20.5℃이상에서, [0:어느쪽도 아니다] 이상의 쾌적측의 평가를 나타내고, 작용온도 약24℃부근에서 가장 높은 쾌적감 평가를 나타내었다.

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