[논문]겨울철 가습 및 환기에 따른 교실내 쾌적환경 분석

성내리; 정성일; 이재근; 박종훈

문제 정의

본 실험을 통해 재실영역의 쾌적도를 향상시키는 중요한 요소로 환기와 가습의 영향을 살펴보았다. 보다 나은 실내의 쾌적도를 유지하기 위해서는 기본적으로 환기는 반드시 이루어져야 되며, 상대 습도 60% 수준의 가습을 통해 최적의 쾌적도를 조성할 수 있다.
본 연구에서는 겨울철 가습에 따른 실내의 쾌적도를 PMV를 통해서 평가하였다. 인체의 발열량의 경우 앉아서 하는 활동으로 1.

가설 설정

2 MET는 사무실, 학교, 거주지, 연구실에 적용하는 범위로 ISO 7730⁽⁶⁾의 부속서 A에서 정의하고 있다. 또한 착의량은 1.0 clo로 일반적인 학교 환경에 적합한 상태로 속옷, 난방, 스웨터, 바지, 양말을 신은 상태로 가정하였다. ISO 7730에서 PMV의 최적범위는 -0.

제안 방법

Han et al.⁽²⁾은 학교 교실에서 환기시스템과 난방시스템의 풍량에 따른 PMV와 CO₂의 농도 특성을 비교 분석하였다. Kim et al.
Kim et al.⁽³⁾은 여름철 조건을 구현한 환경 챔버(Chamber)에서 재실자를 배치하여 설문조사를 통해 냉방 시 상대습도에 따른 쾌적감을 분석하였다. 주로 청년과 고령자를 중심으로 실험이 이루어졌으며 24℃의 실온에서는 상대습도의 영향이 미미하나, 30℃가 되면 상대습도가 쾌적도에 큰 영향을 미치는 것으로 보고하였다.
주로 청년과 고령자를 중심으로 실험이 이루어졌으며 24℃의 실온에서는 상대습도의 영향이 미미하나, 30℃가 되면 상대습도가 쾌적도에 큰 영향을 미치는 것으로 보고하였다. 그리고 학교 교실의 실내 공기질 측면에서 환기량에 따른 교실의 CO₂ 농도를 통해 필요 환기량을 실제 학교 환경에서 측정을 실시하였다.^{(4, 5)}선행연구를 보면 겨울철 습도변화 및 환기유무에 따른 교실내 열쾌적성 및 공기질의 연구를 미비하므로 본 연구는 실제 환경에서 실내의 가습조건 및 환기시스템 가동 유무에 따른 PMV, CO₂와 TSP의 농도를 통해서 교실내의 쾌적도 및 공기질을 분석하였다.
그리고 학교 교실의 실내 공기질 측면에서 환기량에 따른 교실의 CO₂ 농도를 통해 필요 환기량을 실제 학교 환경에서 측정을 실시하였다.^{(4, 5)}선행연구를 보면 겨울철 습도변화 및 환기유무에 따른 교실내 열쾌적성 및 공기질의 연구를 미비하므로 본 연구는 실제 환경에서 실내의 가습조건 및 환기시스템 가동 유무에 따른 PMV, CO₂와 TSP의 농도를 통해서 교실내의 쾌적도 및 공기질을 분석하였다.
으로 채택되어 실내 열쾌적성의 평가지표로 가장 널리 쓰이고 있다. 인간의 온열 감각에 대한 이론을 정량화시킨 것으로 인체의 대사율, 의복의 열저항값 등을 산정하고, 건구온도, 평균복사온도, 기류속도, 수증기 분압 등을 측정하여 인체의 열평형을 기초로 쾌적 방정식에 대입하여 온열감을 이론적으로 예측한 것이다. 즉 PMV는 온열 환경 6요소(신체 발열량, 의복의 단열, 건구온도, 평균복사온도, 수증기분압 or 습구온도, 기류속도)를 쾌적 방정식에 대입시켰을 때의 산열량(몸에서 발생하는 열량)과 방열량의 불평형분과 사람의 온열 감각을 피험자 실험에 의해 관계 지어 나타낸 지표이다.
모든 Case는 시스템에어컨을 운전하고 Case 4만 제외하고 Case 1, Case 2, Case 3은 환기시스템을 운전한다. 실내의 상대습도(20%RH, 31%RH, 40%RH, 60%RH)에 따라 Case 별 재실 영역의 쾌적성을 분석을 실시하였다. 또한 환기시스템 작동 유무에 따른 실내공기질의 변화를 분석하였다.
실내의 상대습도(20%RH, 31%RH, 40%RH, 60%RH)에 따라 Case 별 재실 영역의 쾌적성을 분석을 실시하였다. 또한 환기시스템 작동 유무에 따른 실내공기질의 변화를 분석하였다. 본 연구에서 모든 조건에서 시스템에어컨의 경우 온도가 23℃로 설정하여 환기시스템의 유량을 800 CMH로 일정하게 운전하였다.
본 연구에서는 실내공기의 종합적 측정을 위해 실내종합환경측정장치(ICS-2000, Casella)를 사용하여 건구온도, 습구온도, 흑구온도, 기류속도, CO₂ 농도를 측정하였다. 본 실험에서는 실내의 쾌적도 분석을 위해 오전 9시와 오후 2시에 ICS-2000장치를 통해 Fig.
이외에 실내의 총부유분진량(Total Suspended Particle)을 측정하기 위하여 입자질량농도계(Microdust880, Casella)를 사용하였다. 총부유분진의 비교는 환기시스템의 가동 유무에 대해서 비교분석을 하였다.
이외에 실내의 총부유분진량(Total Suspended Particle)을 측정하기 위하여 입자질량농도계(Microdust880, Casella)를 사용하였다. 총부유분진의 비교는 환기시스템의 가동 유무에 대해서 비교분석을 하였다. 가습에 의해 실내의 부유입자가 감소할 것으로 생각되나 가습이 부유입자에 미치는 영향에 대하여서는 본 연구에서 제외하였다.
또한 자기온습도계(EL-2, Lascar)를 사용하여 실내의 12지점 및 실외의 온습도를 실시간으로 측정하였다. 각 지점별 온습도의 측정은 국부적인 온습도의 불균일한 정도를 평가할 수 있다.
본 연구에서는 겨울철 가습에 따른 실내의 쾌적도를 PMV를 통해서 평가하였다. 인체의 발열량의 경우 앉아서 하는 활동으로 1.2 MET (70 W/m²)를 적용하였다. 1.
본 연구에서 겨울철 환기시스템 및 시스템에어컨을 설치한 학교 강의실을 대상으로 가습 및 환기 유무에 따른 실내 쾌적도 및 공기질의 평가를 위해 온도, 습도, CO₂ 농도, 총부유분진의 농도 및 PMV의 분석을 통해 다음과 같은 결론을 도출하였다.

대상 데이터

본 연구에서 쾌적조건을 도출하기 위해서 대학교 교실을 선정하였다. Fig.
1은 실험을 위한 교실내 측정지점을 나타내고 있다. 실험 대상 교실은 가로 14 m, 세로 8 m, 높이 2.6 m의 공간으로 수용 가능 인원은 약 40명이다. 4-Way Cassette 형 에어컨(LT-W1100SD, LG)이 설치되어 있으며 환기시스템(LZ-H1002SB, LG)은 최대 1000 CMH의 유량을 가지는 모델이 설치되어 있다.
본 실험에서는 실내의 쾌적도 분석을 위해 오전 9시와 오후 2시에 ICS-2000장치를 통해 Fig. 1에 표시된 12개 지점 중 강의실 앞쪽에 위치한 9개[(2)∼(4), (6)∼(9), (10)∼(12)]지점에 대한 측정을 실시하였다.

성능/효과

또한 환기시스템 작동 유무에 따른 실내공기질의 변화를 분석하였다. 본 연구에서 모든 조건에서 시스템에어컨의 경우 온도가 23℃로 설정하여 환기시스템의 유량을 800 CMH로 일정하게 운전하였다.
12로 국소적으로 보다 높은 불쾌감을 만들고 있다. 따라서 가습을 통해서 재실공간의 열적 안정화를 가져올 수 있으며, 쾌적도 측면에서도 가습을 실시하는 것이 유리하며, 본 실험에서는 상대습도 60%로 가습하는 것이 최적으로 나타났다. 반면 가습을 하지 않고 환기시스템을 가동하지 않은 경우(가장 일반적인 경우)가 실내가 가열되면서 전체적으로 권장치를 넘어서는 약간 더운 영역을 형성하고 있다.
(1) 학교 교실의 실내온도 분포는 환기시스템을 가동하지 않을 때가 환기시스템을 가동할 경우보다 2∼3℃ 정도 더 높게 나타나고 있다.
(2) 실내의 쾌적도는 환기시스템의 가동 유무에 따라 큰 차이를 나타내었다. 환기시스템의 가동은 외기를 실내로 공급하면서 실내의 온도를 낮추고 기류를 통해 실내 공기를 혼합하게 된다.
환기시스템의 가동은 외기를 실내로 공급하면서 실내의 온도를 낮추고 기류를 통해 실내 공기를 혼합하게 된다. 본 실험에서는 환기를 하지 않았을 경우가 환기를 실시하였을 경우 보다 전체적으로 높은 PMV 값을 나타내고 있다. 이는 온도분포에서와 같이 각 지점의 온도가 환기를 실시하지 않았을 경우가 실시하였을 때보다 높게 형성되고, 모든 지점에서 0.
(3) 가습의 정도에 따른 실내의 쾌적도는 상대습도가 증가할수록 쾌적한 범위를 벗어나는 지역이 줄어들고 있으며 상대습도가 60% 일 때 전체 영역에 걸쳐 쾌적한 것으로 나타나고 있다. 이는 냉난방기, 환기시스템 및 가습이 동시에 운전될 경우가 가장 양호한 열적 평형상태를 유지하고 쾌적도가 높다는 것을 의미한다.
(4) 실험 교실의 CO₂ 농도 변화는 가습의 유무와는 무관하며 환기의 유무와 재실자의 호흡에 의한 CO₂ 공급에 의해 결정되며 환기시스템을 가동하지 않을 경우 재실 인원 25명에서 기준치인 1500 ppm을 초과하는 것으로 나타났다. 총부유분진농도는 환기시스템을 가동하지 않을 경우보다 가동했을 때 10% 가량 감소하였다.
공급에 의해 결정되며 환기시스템을 가동하지 않을 경우 재실 인원 25명에서 기준치인 1500 ppm을 초과하는 것으로 나타났다. 총부유분진농도는 환기시스템을 가동하지 않을 경우보다 가동했을 때 10% 가량 감소하였다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	환기시스템은 무엇에 영향을 미치는가?	실내 환경을 조성하는 공기조화기기로는 냉난방시스템과 환기시스템이 있으며 특히 과거에 인식하지 못했던 실내 환경의 청정도 개선 측면에서 환기시스템에 대한 연구가 최근 들어 활발하게 진행 되고 있다. 그러나 환기시스템은 실내의 청정도뿐만 아니라 실내 환경을 종합적으로 변화시킬 수 있으며 특히 냉난방시스템과 연계하여 작동할 경우 실내의 온열환경에도 큰 영향을 미치게 된다. Teodosiu et al.
	밀폐된 실내의 공기는 어떠한가?	겨울철 실외활동의 감소로 대부분의 시간을 실내에서 보내게 된다. 밀폐된 실내는 외부와의 공기순환이 어려워 각종 먼지, 세균, 유해가스, 냄새 등으로 오히려 실외의 공기보다 오염도가 높은 것으로 나타나고 있다. 특히 학교 교실의 경우 학생의 건강 및 학습효율의 향상을 위한 쾌적환경의 조성이 무엇보다 중요하다.
	예상온열감이란?	예상온열감(Predicted Mean Vote, PMV)은 덴마크 공과대학 Fanger 교수가 1967년에 개발한 이론으로 ISO 7730(6)으로 채택되어 실내 열쾌적성의 평가지표로 가장 널리 쓰이고 있다. 인간의 온열 감각에 대한 이론을 정량화시킨 것으로 인체의 대사율, 의복의 열저항값 등을 산정하고, 건구온도, 평균복사온도, 기류속도, 수증기 분압 등을 측정하여 인체의 열평형을 기초로 쾌적 방정식에 대입하여 온열감을 이론적으로 예측한 것이다. 즉 PMV는 온열 환경 6요소(신체 발열량, 의복의 단열, 건구온도, 평균복사온도, 수증기분압 or 습구온도, 기류속도)를 쾌적 방정식에 대입시켰을 때의 산열량(몸에서 발생하는 열량)과 방열량의 불평형분과 사람의 온열 감각을 피험자 실험에 의해 관계 지어 나타낸 지표이다.

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