Research Article

Journal of Korean Institute of Architectural Sustainable Environment and Building Systems. 30 June 2020. 247-259
https://doi.org/10.22696/jkiaebs.20200022

ABSTRACT


MAIN

  • 서 론

  • 연구방법

  •   흡착 건축자재의 선정

  •   흡착 건축자재 오염물질 제거 성능의 예측

  •   오염물질 제거 성능을 통한 환기량 환산

  •   환기량 저감에 따른 난방 에너지 예측

  • 결과 및 분석

  •   흡착 건축자재 적용에 따른 실내공기질 개선 효과

  •   실내공기질 개선 효과의 환기량 환산

  •   난방에너지 사용량 비교 분석

  • 결 론

서 론

현대인들은 하루의 대부분을 실내에서 생활하기 때문에 실내공기질 악화는 거주자의 건강에 큰 영향을 미치게 된다. 특히 각종 실내 마감재에서 방출되는 휘발성유기화합물질(Volatile Organic Compounds)과 폼알데하이드와 같은 유해화학물질은 새집 증후군, 아토피 피부염, 화학물질 과민증 등의 환경 질환을 유발한다. 이를 해결하기 위하여 오염물질 저방출 자재가 보급되었으나 실내공기질 개선에는 한계가 있었다. 단순히 오염물질을 적게 방출하는 것만이 아닌 흡착과 제거가 가능한 기능성 건축자재가 제작·판매가 되기 시작하였다. 하지만 기능성건축자재 실태조사 결과 국내 유통 중인 흡착 건축자재 대부분이 실내공기질 개선을 위한 성능을 충족하지 못하는 것으로 나타났다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 국토교통부에서는 ‘건강친화형 주택 건설기준’에서 ‘오염물질 억제 또는 저감 건축자재의 적용기준’으로 네 종의 기능성 건축자재의 시공을 권장사항으로 두고 있으며, 그 중 두 종 이상의 사용을 의무사항으로 정하고 있다.

실내유해화학물질에 의한 거주자의 건강 악화를 미연에 방지하기 위해 기능성 건축자재에 대한 연구의 필요성이 증대함에 따라 규조토, 황토 등을 이용한 기능성 마감재에 대한 연구(Lee et al., 2006), 다공질 소재인 목탄, 시멘트, 모래, Sericite 등의 재료를 이용한 건축 자재 성능에 대한 연구(Lee et al., 2007)가 이루어졌다. 그 외에도 광물섬유 및 황토, 숯을 소재로 하는 천정재와 벽재를 대상으로 흡착 챔버시스템을 이용하여 폼알데하이드와 휘발성유기화함물의 흡착 성능 측정에 관한 연구(Lee, 2008), 폼알데하이드 제거를 위한 기능성 석고보드 등을 개발하여 챔버 테스트(Kim et al., 2008)와 실물 시험을 통한 건축자재의 폼알데하이드의 흡착 성능을(Kim et al., 2011) 검증하였다.

CFD 해석을 이용하여 기능성 건축자재를 실내 적용 시 오염물질 흡착 성능에 대한 연구(Seo, 2008)가 이루어졌다. 또한 기능성 건축자재를 통한 실내 오염물질 농도 저감을 위한 최적 설치 기준에 대한 연구(Park, 2012), 공동주택에서의 흡착 기능성 건축자재 설치 위치와 면적에 따른 공기질 개선 효과에 관한 연구(Kim, 2017) 등이 다양하게 이루어졌다.

지금까지 기능성 건축자재에 대한 다양한 연구가 이루어졌지만 기능성 건축자재에 의한 환기 대체 효과와 그에 따른 에너지 절감 효과에 대한 연구는 아직 부족한 것으로 판단된다. 이에 본 연구에서는 오염물질 제거 성능이 검증된 흡착 건축자재를 거주 공간에 적용하였을 때 실내 발생 오염물질 제거 효과를 실간 airflow network 프로그램인 CONTAM을 이용하여 확인하였다. 흡착 건축자재의 톨루엔 제거 성능 데이터를 기반으로 톨루엔 제거 모델을 작성하여 기능성 건축자재 시공 면적별 실내에 톨루엔 제거 효과를 평가하였다. 흡착 건축자재의 실내공기질 개선으로 기준 환기횟수 충족을 위한 기계환기설비 운전 대체 효과와 환기풍량 감소에 따른 에너지 소비 절감 효과를 EnergyPlus를 이용하여 평가하였다.

연구방법

흡착 건축자재의 선정

구리산화물 첨착 화산재를 첨가한 흡착 성능의 벽지를 대상으로 연구를 수행하였다. 본 흡착 성능 벽지는 실내공기 중 톨루엔 제거를 위하여 구리산화물을 첨착한 화산재를 첨가하였다. 톨루엔(C6H5CH3)의 가연분자인 탄화, 수소 분자와 구리산화물 표면의 산소가 반응하고 탄산가스와 수증기로 산화 반응이 이루어지며 톨루엔을 분해하게 된다(Kim and Yoon, 2011). Table 1과 같이 구리산화물을 첨착한 화산재를 첨가한 흡착 벽지를 제작하였다. 기능성 벽지는 Table 2에 정리한 것처럼 7일차 흡착률 69.4%로 건강친화형 주택건설기준의 기능성 건축자재 적용 기준을 만족하였다(Kim et al., 2014).

Table 1.

Conditions for making sorptive wallpaper

Division Condition
Amount of impregnated compound Copper nitrate – 10 wt%
Applicable material volcanic ash
Amount of impregnated material 30 wt%
Table 2.

Toluene sorption performance of sorptive wallpaper with Copper Oxide impregnated volcanic ash

Day Supply
concentration (㎍/㎥)
Outlet
concentration (㎍/㎥)
Sorption flux (㎍/㎡h) Total amount
of sorption (㎍/㎡)
Sorption rate (%)
1st 1012.8 208.2 191.3 29950 79.4
3rd 1009.1 230.4 185.2 77.2
5th 1005.1 263.0 176.5 73.8
7th 1010.1 309.4 166.6 69.4

흡착 건축자재 오염물질 제거 성능의 예측

흡착 건축자재 적용 시 오염물질 제거 성능의 평가는 CONTAM을 이용하여 Figure 1과 같이 실내 전용 면적 85 ㎡의 국내 국민주택 단위세대를 모델링하여 연구를 수행하였다.

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Figure 1.

Building model floor plans as represented in CONTAM

흡착 건축자재 적용에 따른 오염물질 제거 효과의 모델링은 Deposition Velocity Sink Model을 이용하였다. Deposition Velocity Sink Model 은 특정 증착 속도를 가진 표면 위에서의 오염물질의 흡착을 모델링하는데 사용된다(NIST, 2015).

Deposition Velocity Sink Model의 수식은 다음과 같다. Rα(t)는 표면 위에서 흡착에 의해 오염물질의 시간당 제거율을 나타내며, 식 (1)과 같이 는 표면에서의 오염물질 제거 속도(vd), 제거 면적(As), 특정 시간에서의 공기 밀도(ρair(t))와 오염원의 농도(Cα(t))를 통해 구하게 된다. 제거 속도는 Table 2의 기능성 건축자재의 흡착 속도(㎍/㎡h)값과 농도값(㎍/㎥)을 이용하여 산출하였으며, 제거 면적은 기능성 건축자재의 적용 면적을 입력하였다. 오염원의 농도는 Constant Coefficient Model을 이용하여 실내에서의 실내에서의 톨루엔 방출량을 예측하여 그 값을 입력하였다.

$$R_\alpha(t)=v_dA_s\rho_{air}(t)C_\alpha(t)$$ (1)

여기서, Rα(t) = 시간당 제거율(㎍α/s)

vd = 제거 속도(m/s)

As = 제거 면적(㎡)

ρair(t) = 시간 t에서의 공기 밀도(㎍air/㎥)

Cα(t) = 시간 t에서의 오염원 α의 농도(㎍α/㎍air)

실내에서의 톨루엔 방출의 모델링은 Constant Coefficient Model을 이용하였다. Constant Coefficient Model은 가장 일반적인 Source/Sink model로 지속적인 오염물질의 발생 및 제거를 모델링하는데 사용하였다.

Constant Coefficient Model의 수식은 다음과 같다. Sα(t)는 실내 오염물질 농도를 나타내며, G는 실내 마감재, 전자제품, 가구 등에서의 시간당 방출되는 오염물질의 양을 나타낸다. R은 시간 당 실내에서 침기 등에 의한 오염물질 제거율을 나타내게 된다. 하지만 본 연구에서는 단위세대 모델링에서 침기량을 설정하였으며, 이를 통하여 오염물질 제거 된다고 가정하였기 때문에 여기서는 제거율을 0으로 입력하여 추가적인 오염물질의 제거는 일어나지 않는 것으로 설정하였다.

$$S_\alpha(t)=G-RC_\alpha(t)$$ (2)

여기서, Sα(t) = 실내 오염물질 농도(㎍/㎥)G = 오염물질 발생률(㎍α/s)

R = 오염물질 제거율(㎍air/s)

Cα(t) = 오염원 α의 농도(㎍α/㎍air)

톨루엔의 발생률은 건강친화형 주택건설기준에서 제시하는‘실내공기 오염물질 저방출 건축자재의 적용기준’과 ‘친환경 생활제품의 적용기준’을 참고하여 산출하였다(MOLIT, 2017).

실내공기 오염물질 저방출 건축자재의 적용기준에서는 벽체(기둥 및 칸막이벽 포함), 천장, 바닥에 사용하는 최종마감재, 접착제, 내장재 및 그 밖의 마감재를 대상으로 하며, TVOC 방출량 100 ㎍/㎡·h 이하의 자재를 적용하도록 하고 있다. 참고한 건강친화형 주택건설기준에서는 TVOC(총휘발성유기화합물)의 농도를 기준으로 삼고 있으나 TVOC는 여러 휘발성유기화합물의 총합을 나타내는 것으로 그 중 톨루엔의 농도를 특정하는 것은 어려울 것으로 판단하여, TVOC의 발생 농도를 톨루엔으로 대체하여 Constant Coefficient Model의 입력값으로 사용하였다.

이와 같이 톨루엔 방출을 모델링한 결과 약 8시간이 경과하였을 때 실내공기질 관리법 신축 공동주택 실내공기질 권고기준인 1000 ㎍/㎥을 초과하였고(ME, 2018), 실내 농도는 안정되어 거실은 약 2262.3 ㎍/㎥, 방1은 약 2062.9 ㎍/㎥, 방2는 2057.9 ㎍/㎥, 방3은 2053.7 ㎍/㎥으로 높은 농도를 유지하였다(Figure 2).

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Figure 2.

Simulation results of indoor Toluene emission concentration

실별 적용 면적 조건과 그에 따른 흡착 건축자재의 부하율을 Table 3에 정리하였다. 흡착 건축자재의 적용 면적 별 실내 톨루엔 농도를 비교 평가하였다. 건축자재의 부하율(Load ratio)은 해당 실의 건축자재가 시공된 면적과 체적의 비를 나타낸다.

Table 3.

Applied surface area and load ratio of sorptive building materials

Living room Room1 Room2 Room3
Ceiling Area (㎡) 37.3 18.9 13.9 9.0
Load ratio (㎡/㎥) 0.4 0.4 0.4 0.4
Wall Area (㎡) 58.6 41.8 35.9 28.8
Load ratio (㎡/㎥) 0.7 0.9 1.1 1.3
Ceiling+Wall Area (㎡) 95.9 60.7 49.8 37.8
Load ratio (㎡/㎥) 1.1 1.3 1.5 1.7

천장만 적용하였을 경우, 벽면만 적용하였을 경우 그리고 천장과 벽면 모두 적용하였을 때의 실내에서 발생하는 톨루엔 제거 효과를 평가하였다.

오염물질 제거 성능을 통한 환기량 환산

흡착 건축자재 적용에 따른 오염물질 제거 시 기계환기설비의 운전을 얼마나 대체 가능한지 평가하기 위하여 환기량으로 환산하였다.

환기량 환산은 흡착 건축자재 적용 시 실내 오염물질 농도 예측값과 실의 모델링 조건을 활용하였다. 물질평형식은 외부로부터의 유입량(Cα,out×Qin), 실내에서의 발생률(Gα), 외부 유출량(Cα,in×Qout)을 이용하여 현재 물질의 농도를 계산하게 된다. 여기서 대상 물질의 외부 유입과 유출은 실의 환기에 의해 이루어지는 것으로 가정하게 된다.

본 연구에서는 흡착 건축자재에 의한 제거량과 물질 평형식에서의 외부 유출량이 동일하다는 가정 하에 환기에 의한 오염물질 유출 풍량(Qout)을 산출하여, 이를 통하여 환기횟수를 역산하였다. 이렇게 산출된 환기횟수를 흡착 건축자재에 의한 오염물질 제거 효과로 가정하였다.

외부 유입 물질의 농도는 없는 것으로 가정하였으며, 발생 농도는 앞서 Constant Coefficient Model에 사용한 오염물질 발생원에 의한 톨루엔 방출 농도로 설정하였다.

$$\frac{dC_{\alpha,in}}{dt}=\frac{Q_{in}}V\times C_{\alpha,out}+\frac{G_\alpha}V-\frac{Q_{out}}V\times C_{\alpha,in}$$ (3)

여기서, Cα : 오염원 α의 현재 실내 농도(㎍α/㎥)

Cα,in: 오염원 α의 실내 농도(㎍/㎥)

Cα,out : 오염원 α의 외부 농도(㎍/㎥)

Gα : 오염원 α의 실내 발생률(㎍/h)

Qin : 유입 풍량(㎥/h)

Qout : 유출 풍량(㎥/h)

t : 시간(h)v : 적용 실내 부피(㎥)

환기량 저감에 따른 난방 에너지 예측

흡착 건축자재 적용에 따른 기계 환기 대체에 의한 에너지 소비량 절감 효과는 동적 에너지 시뮬레이션 프로그램인 EnergyPlusy를 이용하여 해석하였다. 측벽과 외벽, 창 등 건물 외피 설계조건을 반영하여 입력하였으며, 열원설비는 가정용 가스(LNG)보일러이고, 기계환기설비는 정격풍량 220㎥/h, 전열교환효율 75%인 폐열회수형 환기장치로 설정하였다.

해석을 위한 시뮬레이션 프로그램의 기본 설정은 Table 4에 정리하였다. 예측 기간은 11~2월로 동절기 난방 기간의 가스 소비량을 예측하였다. 내부 발생 부하는 재실자 대사량(metabolic rate)과 조명에 의한 발열만 발생하는 것으로 설정하였고, 기상데이터는 태양에너지 학회에서 제공하는 서울지역의 표준년 기상데이터인 TRY (Test Reference Year) format을 Energyplus에서 구동 가능한 EnergyPlusWeather 파일(*.epw)로 변환하여 사용하였다(The Korean Solar Energy Society, 2015).

Table 4.

EnergyPlus setting conditions (DOE, 2018)

Version 8.9.0
Terrain City
Load convergence tolerance value delta 0.5
Temperature convergence tolerance value delta 0.5℃
Solar distribution Full Exterior
Surface convection algorithm Inside : Detail
Surface convection algorithm Outside : Detail
Heat balance algorithm CTF (Conduction Transfer Function)
Simulation time step 12 (5 min)
Maximum number of warmup days 25
Simulation run period 11/1~2/28 (4 months)
Weather file Seoul, TRY (Test Reference Year) format 37.6°/127.0°
Internal gains Heat load by human body metabolic rate and lighting only
Zone infiltration Zone profile
Set point of indoor temperature 24℃

결과 및 분석

흡착 건축자재 적용에 따른 실내공기질 개선 효과

흡착 건축자재 적용 시 실내 톨루엔 농도의 변화는 Figure 3에 정리하였다. 천장만 적용한 경우 실내 톨루엔 농도는 지속적으로 증가하여 7일차 1116.0~1308.2 ㎍/㎥으로 신축 공동주택 실내공기질 권고기준인 1000 ㎍/㎥을 초과하였다. 벽면에만 적용하였을 때 방1~3은 7일차 실내 톨루엔 농도는 방1~3은 588.8~786.2 ㎍/㎥으로 권고기준을 만족하였지만 거실은 1060.2 ㎍/㎥으로 기준을 만족하지 못하였다.

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Figure 3.

Indoor Toluene concentration of wallpaper with Copper Oxide impregnated volcanic ash

천장과 벽면 모두 적용 시 3일차 실내 톨루엔 농도는 거실은 743.6 ㎍/㎥, 방1은 573.7 ㎍/㎥, 방2는 521.9 ㎍/㎥, 방3은 446.5 ㎍/㎥으로 모든 실의 농도는 권고기준을 만족하였다. 7일차 실별 농도 483.9~796.6 ㎍/㎥으로 실내공기질 권고기준을 만족하는 결과를 보였다.

Table 5에 전체 체적에서 흡착 건축자재의 시공 면적이 차지하는 비율을 나타내는 부하율과 오염물질의 상관관계를 정리하였다. 각 실에서의 오염물질 제거율은 방3, 방2, 방1, 거실 순으로 큰 것으로 나타났으며, 이는 실별 오염물질 흡착 면적과 체적의 비에 의한 것으로 부하율의 증가에 비례하여 오염물질 제거율도 함께 증가하는 경향을 보였다. 흡착 건축자재에 의한 오염물질 제거 효과를 증가시키기 위해서는 실의 총면적 중 흡착면적을 최대한 크게 하여 흡착 건축자재의 부하율을 높여야 할 것으로 판단된다.

Table 5.

Load ratio and Toluene removal rate of sorptive wallpaper

Load ratio Removal rate (%)
1st day 3rd day 5th day 7th day
Ceiling Living room 0.4 31.7 44.5 43.5 42.2
Room1 0.4 32.2 45.4 44.4 43.1
Room2 0.4 32.7 46.1 45.2 43.9
Room3 0.4 33.9 47.8 46.9 45.7
Wall Living room 0.7 42.4 55.5 54.5 53.2
Room1 0.9 51.5 64.2 63.2 61.9
Room2 1.1 55.7 68 67 65.8
Room3 1.3 61.7 73.3 72.4 71.4
Ceiling+ Wall Living room 1.1 55 67 66 64.8
Room1 1.3 60.9 72.1 71.2 70.1
Room2 1.5 63.8 74.6 73.7 72.6
Room3 1.7 68 78.2 77.4 76.5

실내공기질 개선 효과의 환기량 환산

Table 6에 흡착 건축자재 적용 시 톨루엔 제거 효과의 환기횟수 환산치를 정리하였다. 천장 적용 시 제거 효과를 환기횟수 환산하였을 때 0.17~0.18회/h로 기준치인 0.5회/h에 비해 크게 떨어지는 결과를 보였다. 벽 적용 시 거실은 0.21~0.22회/h, 방1 0.25~0.26회/h, 방2 0.28~0.30회/h, 방3 0.34~0.36회/h로 천장 적용 대비 상승하였다. 천장과 벽 모두 적용 시 부하율이 가장 높은 방3은 0.42~0.45회/h로 기계환기설비 성능 기준에 근접한 결과를 보였다. 그리고 방2는 0.35~0.37회/h, 방1은 0.32~0.34회/h였으며 거실의 경우 0.27~0.29회/h로 부하율이 낮아질수록 제거 성능도 저하하는 것을 확인하였다.

Table 6.

Conversion to ACH for Toluene removal performance when applying of sorptive building materials

ACH (n/Hour) Equivalent ventilation rate
Ceiling Wall Ceiling+Wall
Living room 0.17 0.21 0.28
Room1 0.17 0.26 0.33
Room2 0.17 0.29 0.37
Room3 0.18 0.35 0.43

Figure 4에 구리산화물 첨착 흡착 건축자재 적용 시 기계환기 대비 7일차 실내 톨루엔 농도를 비교하였다. 천장 적용 시 기계환기를 운전하였을 때와 비교하여 실내 톨루엔 농도는 기계환기 시 농도 대비 293.9~294.0%의 높은 수치를 보였다. 벽면 적용 시 기계환기 대비 톨루엔 농도의 증가율은 거실 238.2%, 방1은 196.9%, 방2는 179.1%, 방3은 155.1%의 결과를 보였다. 천장과 벽면을 모두 적용한 경우 거실 179.0%, 방1 154.7%, 방2 143.4%, 방3은 127.5%로 부하율이 증가함에 따라 톨루엔 농도 상승폭이 감소하는 것을 확인하였다.

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Figure 4.

Change ratio of Toluene concentration by sorptive building material compared to mechanical ventilation

Figure 5는 흡착 건축자재 적용 시 기계환기 대비 7일차 실내 톨루엔 제거율을 검토하였다. 천장 적용 시 기계 환기를 운전하였을 때와 비교하여 톨루엔 제거율은 52.5~56.1% , 벽면 적용 시 66.1~87.5%의 수준을 보여 적용 면적 증가로 오염물질 제거 효과가 상승하는 것을 확인하였다. 천장과 벽면 모두 적용 시 기계환기 대비 톨루엔 제거율은 거실 80.7%, 방1 86.9%, 방2는 89.8%, 방3은 93.8%로 흡착 건축자재 적용 면적 및 부하율 증가에 따라 오염물질 제거 효과가 증가하였다.

http://static.apub.kr/journalsite/sites/kiaebs/2020-014-03/N0280140302/images/Figure_KIAEBS_14_3_02_F5.jpg
Figure 5.

Change ratio of Toluene removal rate by sorptive building material compared to mechanical ventilation

난방에너지 사용량 비교 분석

Table 7에 실별 기계환기설비 필요 풍량을 정리하였다. 각 실별 필요 풍량은 기계환기설비 설치기준인 0.5회/h에서 흡착 건축자재의 오염물질 제거 성능의 환기량 환산 수치를 제외한 값을 실별 필요환기횟수로 가정하여 산정하였다. 흡착 벽지와 뿜칠재 별로 천장 적용 시, 벽면 적용 시, 천장과 벽면 모두 적용 시에 대해서 흡착 건축자재의 환기 대체 효과를 제외한 추가 필요 풍량을 구하여 이를 입력값으로 사용하였다.

Table 7.

Input value of required air flow

Zone Living room Room1 Room2 Room3
Volume 89.5 45.5 33.5 21.6
Air flow (at 0.5ACH) 44.7 22.7 16.8 10.8
Ceiling Conversion to ACH 0.169 0.169 0.169 0.169
Additional required ACH 0.331 0.331 0.331 0.331
Required air flow (㎥/h) 29.6 15.1 11.1 7.2
Wall Conversion to ACH 0.208 0.257 0.287 0.343
Additional required ACH 0.292 0.243 0.213 0.157
Required air flow (㎥/h) 26.1 11.1 7.2 3.4
Ceiling+wall Conversion to ACH 0.278 0.329 0.361 0.425
Additional required ACH 0.222 0.171 0.139 0.075
Required air flow (㎥/h) 19.9 7.8 4.6 1.6

Figure 6에 환기횟수 0.5회/h로 기계환기운전 시와 흡착 건축자재 시공에 의해 환기 풍량 감소에 따른 월별 보일러의 가스 소비량 예측 결과를 정리하였다. 흡착 건축자재에 의한 실내공기질 개선으로 환기 풍량을 감소시키는 만큼 기계환기설비로 환기횟수 0.5회/h를 유지하는 것보다 난방을 위한 가스 소비량은 감소하였다. 흡착 건축자재 부하율을 높여 오염물질 제거 효과가 클수록 가스 소비량 감소폭도 커졌다. 11월은 천장과 벽 모두 흡착 건축자재를 적용하였을 때 기계환기설비 운전 대비 25.6% 가스 소비량이 감소하였으며, 12월은 21.3%, 1월 16.0%, 2월은 23.2% 감소하는 것을 확인하였다.

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Figure 6.

Comparison of monthly boiler gas consumption

난방 기간 총 가스 소비 감소량은 Figure 7에 정리하였다. 기계환기설비 운전 시와 비교해서 천장만 적용 시 9.7%, 벽면만 적용 시 15.3% 가스 소비량이 감소하였고, 천장과 벽면을 모두 적용하였을 때 20.8% 감소하는 결과를 보였다. 흡착 건축자재 적용으로 실내오염물질을 제거하는 만큼 기계환기설비의 운전량을 줄인다면, 이는 외기 도입에 의한 난방 부하의 감소로 이어져 난방에 소비되는 에너지의 절감이 가능할 것으로 판단된다.

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Figure 7.

Heating period total boiler gas consumption

결 론

본 연구에서는 실내 오염물질인 톨루엔 제거 흡착 건축자재의 실내공기질 개선 효과와 기계환기설비 대체에 따른 난방 에너지 소비 절감량을 평가하였다.

건강친화형 주택건설기준의 성능을 만족하는 흡착 건축자재를 실내 적용하였을 때 톨루엔 제거 성능을 예측한 결과 천장, 벽면, 천장과 벽면 모두 적용하였을 때 순으로 제거 효과는 증가하는 것을 확인하였다. 흡착 벽지를 천장과 벽면에 모두 적용 시 톨루엔 농도는 483.9~796.6 ㎍/㎥으로 권고기준을 만족하였다.

흡착 건축자재 적용 시 기계환기설비 대체 효과를 평가한 결과 흡착 건축자재의 부하율이 증가할수록 대체 효과는 컸으며, 천장과 벽면 모두 적용 시 환기횟수 0.28~0.43회/h의 대체 효과가 있는 것을 확인하였다. 동절기 난방 기간을 대상으로 흡착 건축자재의 기계환기설비 운전 대체에 의한 에너지 소비량 절감 효과를 평가한 결과 천장과 벽 모두 적용하였을 때 보일러의 가스 소비량이 20.8% 감소하는 결과를 보였다. 이를 통해서 흡착 건축자재 적용으로 실내공기질 개선과 함께 냉난방 에너지 소비량 감소 역시 가능할 것으로 판단된다.

본 연구를 통하여 성능이 검증된 흡착 건축자재는 기존 실내 마감재를 대체함으로써 오염물질을 방출하는 대신 오히려 오염물질을 제거함으로써 실내공기질 개선 효과가 있는 것을 확인하였다. 또한 실내오염물질을 제거하는 만큼 기계환기설비 운전량을 줄임으로써 난방 에너지 소비량 절감 효과까지 있는 것을 확인하였다. 하지만 본 연구에서는 오염 물질 중 톨루엔만을 대상으로 하였으나 실재 실내에는 수많은 오염물질이 존재하고 있어 연구 결과를 그대로 적용하는 것에는 한계가 있으며, 폼알데하이드, 이산화탄소 등 복합적인 오염원에 대한 연구를 수행할 예정이다. 또한 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 결과를 예측한 것으로 향후 실제 현장 적용을 통한 검증에 대한 연구가 필요하며, 흡착 건축자재의 성능 개선을 위한 연구 역시 지속적으로 수행할 예정이다.

Acknowledgements

이 연구는 2020년도 국토교통부 연구비 지원에 의한 결과의 일부임. 과제번호: 20AUDP- B099686-06.

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