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문제 정의
- 본고에서는 해외에서 개발된 숨쉬는 벽체 기술의 일환으로 숨쉬는 벽체 단열재인 동적 단열재를 한국에너지기술연구원내 실험용 건물인 실외 실험 장치(Twin Test Cell)에 적용한 후 외기상태에서의 실외 오염 농도 대비 동적 단열재 내부 공간의 실내공기질(IAQ) 개선 효과 및 실내환기량 충족시 발생되는 오염입자 저감효과를 정량적으로 분석하여 보고자한다.
- 이 논문은 산업자원부 연구비 지원 사업(과제명: 실용형 숨쉬는 외피 Breathing Wall(BW) 기술 개발. 과제번호 : 2006-E-BD02-P-02-0-000)으로 진행되었음.
제안 방법
- KIER 실외 실험 장치에 동적 단열재가 설치된 공간과 실험 장치 외부에 오염농도 측정 장비를 각각 1개씩 설치하여 실외 대비 동적 단열재 내부 공간의 오염농도 측정 실험을 수행하였다. 동적 단열재의 필터 테스트는 황사가 집중적으로 불어오는 3월에서 4월에 수행하였으며 실내 적정 환기량을 조절하면서 오후 1시부터 오후 5시까지 실험하였다.
- 그리고 환풍기의 공기 유속을 좀 더 빠르게 설정하여 실내 환기횟수를 3ACH로 설정하여 실험 하였다. 이때 실험 조건은 실외 온도는 16℃, 실내 온도 17℃, 실외 풍속은 0.
- 5)등은 환경부의 실내환경공정시험 법에 제시된 실내공기질 측정법을 준하여 측정하였다. 동적 단열재 필터 테스트를 하기 전에 실외 실험 장치의 개구부를 개방하여 30분 이상 환기를 시키고 실내환기요구량(약 0.7ACH)을 설정한 후 실험실을 4시간 이상 밀폐시켰다. 여기서 ACH는 단위 체적당 환기량을 말한다.
- KIER 실외 실험 장치에 동적 단열재가 설치된 공간과 실험 장치 외부에 오염농도 측정 장비를 각각 1개씩 설치하여 실외 대비 동적 단열재 내부 공간의 오염농도 측정 실험을 수행하였다. 동적 단열재의 필터 테스트는 황사가 집중적으로 불어오는 3월에서 4월에 수행하였으며 실내 적정 환기량을 조절하면서 오후 1시부터 오후 5시까지 실험하였다. 다음 Table 5는 황사가 예상되는 2008년 3월에서 4월 사이에 실험한 종합 데이터이며 실내 환기횟수를 0.
- 또한 실내 환기횟수를 높여 2ACH로 설정하여 실험할 당시 실외 온도는 23℃, 실내 온도 22℃, 실외 풍속은 0.5-2.5m/s이였으며 이때 환기횟수는 2ACH로 설정하여 실험하였다. 그 결과 실외의 오염 농도는 최대 19814PT/CC 최소 10836PT/CC였으며 평균 15403PT/CC였다.
- 여기서 ACH는 단위 체적당 환기량을 말한다. 또한 실외와 실내 오염농도를 1분씩 측정하고 30분 간격으로 평균치를 내어 데이터를 분석한 후 다시 실내 환기요구량을 변화시켜 측정하였다.
- 본 연구에서는 숨쉬는 벽체 기술에 사용되는 동적 단열재인 Energyflo cell를 한국에너지기술연구원내에 비치된 Twin test cell 실험용 건물에 적용한 후 외기조건하에서 실외 오염 농도 대비 동적 단열재를 통하여 유입된 오염농도의 저감효과를 정량적으로 분석하였다. KIER Twin Test Cell에서 실외 오염 농도 대비 동적 단열재 실내공간의 오염농도를 측정한 결과 0.
- 오차 원인을 분석하기 위해 해외에서 수행한 실험 방법을 살펴보면 동적 단열재를 벽체가 아닌 지붕에 설치하였으며 동적 단열재 내외부를 캡슐로 감싸고 캡슐 구멍에 덕트를 연결하여 순수 동적 단열재를 통해 들어오는 공기의 오염농도를 항진성 측정 장비로 측정하였다. 하지만 본 실험은 해외에서 수행한 실험 방법과 달리 동적 단열재를 통해 들어오는 공기 뒤편에 통기성 있는 내장재를 통하여 실내로 유입되는 공기를 측정하였다.
- 오차 원인을 분석하기 위해 해외에서 수행한 실험 방법을 살펴보면 동적 단열재를 벽체가 아닌 지붕에 설치하였으며 동적 단열재 내외부를 캡슐로 감싸고 캡슐 구멍에 덕트를 연결하여 순수 동적 단열재를 통해 들어오는 공기의 오염농도를 항진성 측정 장비로 측정하였다. 하지만 본 실험은 해외에서 수행한 실험 방법과 달리 동적 단열재를 통해 들어오는 공기 뒤편에 통기성 있는 내장재를 통하여 실내로 유입되는 공기를 측정하였다. 따라서 동적 단열재를 통해 유입된 깨끗한 공기가 통기성 있는 목재의 영향을 받아 오염 농도가 높아진 것으로 판단된다.
대상 데이터
- 동적 단열재의 필터 테스트는 황사가 집중적으로 불어오는 3월에서 4월에 수행하였으며 실내 적정 환기량을 조절하면서 오후 1시부터 오후 5시까지 실험하였다. 다음 Table 5는 황사가 예상되는 2008년 3월에서 4월 사이에 실험한 종합 데이터이며 실내 환기횟수를 0.7ACH, 2ACH 그리고 3ACH로 변화시키면서 실험하였다. 0.
- 동적 단열재 필터 성능 평가를 위하여 미세먼지(PM10, PM2.5)를 측정할 수 있는 항진성 테스트 장비 P-TRAK 8525를 선정하였으며 항진성 테스트 장비의 특성은 Table 4와 같다. 테스트 장비의 측정범위는 0-5×105particles/㎤이며 검지 입자크기는 0.
- 4는 항진성 테스트 장비 설치 위치이다. 실외 대비 동적 단열재 내부 공간을 동시에 측정하기 위해 P-TRAK 8525 각각 1대씩 설치하였다. 여기서 항진성 테스트 장비를 일반 벽체에 설치하지 않고 실외에 설치한 이유는 일반 벽체가 설치된 공간에 개구부를 열어 자연 환기를 시킬 경우 일반 벽체의 공간과 실외 공간에서 열평형 상태가 이루어져 실외와 일반 벽체 내부 공간에 동일한 오염 농도가 나타날 것이라고 판단하여 실외에 항진성 테스트 장비를 설치하였다.
이론/모형
- 본 연구의 실내공기질 평가항목인 미세먼지 (PM10, PM2.5)등은 환경부의 실내환경공정시험 법에 제시된 실내공기질 측정법을 준하여 측정하였다. 동적 단열재 필터 테스트를 하기 전에 실외 실험 장치의 개구부를 개방하여 30분 이상 환기를 시키고 실내환기요구량(약 0.
- 테스트 장비의 측정범위는 0-5×105particles/㎤이며 검지 입자크기는 0.02-1㎛이내에서 여과효율을 계수법(DOP법)으로 측정하였다.
성능/효과
- 본 연구에서는 숨쉬는 벽체 기술에 사용되는 동적 단열재인 Energyflo cell를 한국에너지기술연구원내에 비치된 Twin test cell 실험용 건물에 적용한 후 외기조건하에서 실외 오염 농도 대비 동적 단열재를 통하여 유입된 오염농도의 저감효과를 정량적으로 분석하였다. KIER Twin Test Cell에서 실외 오염 농도 대비 동적 단열재 실내공간의 오염농도를 측정한 결과 0.7ACH일 때 80%, 2ACH일 때 67% 그리고 3AC일 때 63%의 감소율을 나타냈다. 이는 환기량이 많아질수록 건물내부에 압이 형성되어 동적 단열재 이외의 벽체에서 침기량이 형성되어 오염입자가 늘어난 것으로 판단된다.
- 5m/s이였으며 이때 환기횟수는 2ACH로 설정하여 실험하였다. 그 결과 실외의 오염 농도는 최대 19814PT/CC 최소 10836PT/CC였으며 평균 15403PT/CC였다. 반면 동적 단열재 내부 실내 오염 농도는 최대 6604PT/CC, 최소 3252PT/CC였으며 평균 5134PT/CC로 측정되었다.
- 실험 결과 실외의 오염 농도는 최대 13100PT/CC 최소 10100PT/CC였으며 평균 11756PT/CC였다. 반면 동적 단열재 내부 실내 오염 농도는 최대 5010PT/CC, 최소 3830PT/CC 였으며 평균 4404 PT/CC로 측정되었다. 이때 실외 대비 동적 단열재의 내부 공간의 오염농도 감소율은 3ACH일 때 63%로 나타났다.
- 그 결과 실외의 오염 농도는 최대 19814PT/CC 최소 10836PT/CC였으며 평균 15403PT/CC였다. 반면 동적 단열재 내부 실내 오염 농도는 최대 6604PT/CC, 최소 3252PT/CC였으며 평균 5134PT/CC로 측정되었다. 2ACH일 때 실외 대비 동적 단열재의 내부 공간 오염농도 감소율은 67%였다.
- 실험 결과 실외의 오염 농도는 최대 21100 PT/CC 최소 14500 PT/CC였으며 평균 18122PT/CC였다. 반면 동적 단열재의 실내 오염 농도는 최대 4280 PT/CC, 최소 2940PT/CC였으며 평균 3558 PT/CC로 측정되었다. 이때 실외 대비 동적 단열재의 오염농도 감소율은 0.
- 7 ACH 일 때 절감률이 80%, 2ACH 일 때 67% 그리고 3ACH일 때 63%로 나타났다. 실내환기횟수가 늘어날수록 실외 대비 동적 단열재 내부 공간의 오염농도 감소율이 낮아지는 경향이 나타났다. 한편 동적 단열재의 필터 테스트를 수행한 해외의 연구결과와 비교하여 보면 동적 단열재를 건물에 적용하였을 경우 환기횟수가 0.
- 8-2m/s이였다. 실험 결과 실외의 오염 농도는 최대 13100PT/CC 최소 10100PT/CC였으며 평균 11756PT/CC였다. 반면 동적 단열재 내부 실내 오염 농도는 최대 5010PT/CC, 최소 3830PT/CC 였으며 평균 4404 PT/CC로 측정되었다.
- 8-2m/s이였다. 실험 결과 실외의 오염 농도는 최대 21100 PT/CC 최소 14500 PT/CC였으며 평균 18122PT/CC였다. 반면 동적 단열재의 실내 오염 농도는 최대 4280 PT/CC, 최소 2940PT/CC였으며 평균 3558 PT/CC로 측정되었다.
- 실내환기횟수가 늘어날수록 실외 대비 동적 단열재 내부 공간의 오염농도 감소율이 낮아지는 경향이 나타났다. 한편 동적 단열재의 필터 테스트를 수행한 해외의 연구결과와 비교하여 보면 동적 단열재를 건물에 적용하였을 경우 환기횟수가 0.3-0.7ACH 일 때 실외 대비 오염 농도의 절감률이 90%이상 되는 것으로 나타났으며 본 연구 결과와는 약 10%의 오차 범위를 나타냈다.
- 8은 실내 적정 환기횟수인 ACH를 변화시키면서 실외 오염 농도 대비 동적 단열재 내부 오염농도 감소율의 변화량이다. 환기횟수가 0.7 ACH 일 때 절감률이 80%, 2ACH 일 때 67% 그리고 3ACH일 때 63%로 나타났다. 실내환기횟수가 늘어날수록 실외 대비 동적 단열재 내부 공간의 오염농도 감소율이 낮아지는 경향이 나타났다.
후속연구
- 7ACH를 만족하는 동시에 실내공기질을 개선할수있다. 이러한 숨쉬는 벽체 기술은 차세대 실내환경 개선 시스템이라 할 수 있으며 본 연구를 기반으로 향후 실용화 및 상용화를 위한 연구가 계속해서 진행될 것이다.
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