Research Article

Journal of Korean Institute of Architectural Sustainable Environment and Building Systems. 30 October 2022. 400-411
https://doi.org/10.22696/jkiaebs.20220034

ABSTRACT


MAIN

  • 서 론

  • 환기 시스템 평가 인자 및 항목 도출

  •   기존 환기 시스템 종류 및 주요 성능

  •   국내 환기 시스템의 성능 제시 방법 고찰

  •   국외 환기 시스템의 성능 제시 방법 고찰

  •   환기 시스템의 설치 대상 공간과 관련된 선행 연구 고찰

  •   평가 인자 및 평가 항목

  • 환기 시스템의 성능 평가 방법

  •   환기 성능 평가 방법

  •   공기질 성능 평가 방법

  •   기밀 성능 평가 방법

  •   소음 차단 성능 평가 방법

  •   시야 및 조망 확보 성능 평가 방법

  •   쾌적 및 기타 요소 평가 방법

  • 환기 시스템 평가 방법에 따른 성능 평가

  •   환기: CO2 배출 성능 평가

  •   공기질: 미세먼지 차단 및 실내공기질 유지 성능 평가

  •   공기질: 실내 유해 물질 배출 성능 평가

  •   기밀 성능 평가

  •   소음: 외부 소음 유입 차단 및 설비 소음, 기류 평가

  •   시야 및 조망: 시야 및 조망 확보 및 우수성 평가 방법

  • 성능 평가 주요 결과에 따른 항목 별 논의 사항

  • 결 론

서 론

최근 국내외 미세먼지 발생 및 COVID-19와 같은 공기 전염 바이러스에 대한 우려가 높아지면서 쾌적한 공기 환경에 대한 요구가 증대되고 있다. 공기 청정기의 보급과 사용을 통해 실내 공기질을 개선하고 있으나, 공기 청정기 필터로 포집할 수 없는 유해 입자 또는 바이러스로 인한 실내 공기 오염은 해결하기 어렵다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 근본적으로 실내 공기를 실외 공기와 치환하는 환기를 수행해야 하지만 실외 공기질이 악화됨에 따라 적절한 환기 대책 마련이 필요한 실정이다.

따라서 자연 환기보다 실외 공기질에 영향을 상대적으로 덜 받으면서 환기를 수행할 수 있는 방법으로 기계 환기 장치가 연구되고 있다. 이러한 기계 환기 장치 중 창호에 결합한 형태의 제품은 기존에 ‘자연 환기’를 수행하는 창호 본연의 기능에 ‘기계 환기’ 기능을 부가함으로써 실외 공기질이 악화된 날에도 정화된 신선 외기를 실내로 도입할 수 있다는 장점으로 인해 수요가 증가하고 있다. 현재는 다양한 국내외 회사에서 이와 같은 방식의 창호 일체형 환기 시스템을 개발 및 출시하고 있으나, 제품마다 부각하는 장점 및 성능에 대한 평가 항목과 근거 기준이 상이하여 제품 간 성능 비교판단이 어렵다. 또한 현재 마련된 평가 기준은 실험실 상황을 가정한 것으로써 실제 건물에 적용 시 복합적인 요인에 따라 평가가 이루어져야 함에도 불구하고 단일 요인에 의한 평가가 이루어지는 경향이 있다. 앞으로 창호 일체형 환기 시스템이 더욱 적극적으로 개발되고 현장에 적용되기 위해서는 환기 시스템의 평가 방법을 정립하는 것이 필요하다.

본 연구에서는 창호 일체형 환기 시스템의 성능 평가를 위해 다양한 항목에 대한 성능 평가 방법을 마련하고자 한다. 이를 위해 현재 출시된 다양한 환기 시스템의 평가 인자와 항목을 도출하였다. 이후 각 항목에 대해 정량적 평가가 이루어질 수 있도록 평가 방법을 근거에 따라 정립하고, 항목 별로 실험을 통한 성능 평가를 수행하였다. 평가 방법에 따른 실험 결과를 분석함으로써 추후 환기 시스템에 대한 종합적인 성능 평가 기준을 수립하기 위한 기초 연구 자료를 마련하고자 하였다.

환기 시스템 평가 인자 및 항목 도출

기존 환기 시스템 종류 및 주요 성능

2000년대 들어 활발하게 개발된 자연식 및 기계식 환기 장치는 창호 개방이 원활하지 못한 경우를 대비하여 주로 자연 환기를 돕기 위한 제품이 대다수였으나, 최근에는 실외 오염 물질은 차단하여 신선 외기를 도입하고, 실내 오염 물질을 배출하는 기계식 환기 장치가 주목받고 있다. 이 과정에서 ‘건축물의 설비기준 등에 관한 규칙’에 따라 2006 년부터 기계 환기 설비 장치의 설치가 의무화 되었다. 또한 2020 년부터 환기 설비 설치 대상 기준이 30세대 이상의 공동주택 및 주상복합건축물로 강화되고, 다중이용시설에 대한 환기설비 설치가 의무화되는 등 기계식 환기 장치에 대한 기준이 강화되고 있다.

국내외에 출시된 제품도 이와 같은 시장과 정책적 요구 상황을 반영하고 있다. 국내외 각 제조사에서는 환기 방식에 따라 제품의 특징이 부각될 수 있도록 제품 성능을 제시하고 있다(Table 1).

국내 환기 시스템의 성능 제시 방법 고찰

국내 업체에서 개발 또는 출시한 13 개의 환기 시스템 조사 결과 자연 환기와 기계 환기 방식을 사용한 제품 모두 환기량을 제시하고 있었다. 기계 환기 방식을 이용한 제품은 자연 환기 방식을 이용한 제품보다는 더욱 정량적인 성능 평가 데이터를 제공하고 있다.

Table 1.

Ventilation system product analysis

No. Model Feature Ventilation type
1 Automatic ventilation window Hybrid window-mounted ventilation system combining mechanical and natural ventilation Hybrid
2 HAV-01 Hybrid Clean Ventilation Window
3 Hybrid ventilator Combined mechanical and natural hybrid ventilation windows
4 Brewell500 Mechanical ventilation window with fan installed in ventilation kit Mechanical
5 VentoLife Aluminum system window combined mechanical ventilation system
6 C-100CMH Ductless type window frame type total heat ventilation device
7 TWINFRESH Wall-mounted house air supply and exhaust fan
AIRFRESHER Window-mounted outdoor air purifier
8 Smart ventilation purifier Window replacement type (window type) mechanical ventilation device
9 Automatic ventilation window PTT237V Window frame integrated mechanical ventilation device
Smart ventilation system IoT interlocking window-integrated multi-functional mechanical ventilation system, constant conversion of supply and exhaust by Twist operation
window ventilation system Window-mounted ventilation system
10 HRD-70C Window-mounted heat recovery mechanical ventilation system
11 Ventolife All-in-one mechanical ventilation system using windows
12 Endura Twist Upper and lower module and Twist operation type mechanical ventilation system
13 Smart ventilation
(GENEO Inovent system plus)
A mechanical ventilation system that uses all four sides of the window frame as a duct to supply and exhaust air

기계 환기 방식은 급․배기 시 필터 등급에 따라 저항이 발생하며 이로 인해 소음, 환기 효율 저하, 팬의 내구성 저하가 발생할 수 있으므로, 필터 등급을 함께 제시하고 있는 경우가 많다. 공통적으로는 풍량, 소비전력, 소음을 제시하고 있으며, 열회수를 위한 전열교환 환기장치 소자 등이 적용된 경우 열회수 효율을 함께 표기하고 있다. 실내 CO2 제거 성능뿐만 아니라 산소 농도의 변화를 제시하고 있는 제품도 존재한다.

국외 환기 시스템의 성능 제시 방법 고찰

국외의 창호형 환기시스템을 제조사는 S사와 R사가 대표적이다. 해당 제조사의 제품에서도 필터에 따른 환기 성능 데이터를 중요하게 제시하고 있으며, R사의 제품은 환기 성능 평가 결과에서 사용한 필터 종류를 제시하고 있다. 또한 풍량에 따른 운전 모드를 3 단계로 구분하여 각 풍량 별로 세 가지 필터와 결합한 총 9가지 조합에 대한 성능 평가 결과를 제시하고 있다. 소음 측정은 창호의 환기부에서 2 m 이격한 지점의 측정 결과를 운전 모드 별로 제공한다. 특히 기계 발생 소음과 시스템의 차음성능을 구분하고 있다.

환기 시스템의 설치 대상 공간과 관련된 선행 연구 고찰

다양한 선행 연구에서 환기 장치의 성능에 영향을 줄 수 있는 인자들을 제시하고 평가하였다. 본 연구에서는 환기 장치에 대한 연구 뿐 만 아니라 환기 장치가 적용되는 공간에서 재실자가 느낄 수 있는 영향에 대해 평가한 연구까지 고찰하여, 환기 장치의 건물 적용 시 성능 평가 및 제시 방법을 도출하고자 하였다.

Chun (2015)의 연구에서는 환기 장치가 설치될 수 있는 국내 침실의 평균 CO2 농도가 기준치인 1000 ppm을 크게 웃돌고 있으며, 침실은 주택 내에서 CO2 농도가 가장 높은 곳으로 나타났음을 밝혔다. 이러한 결과는 동절기 수면 환경 중 CO2 농도 최대값이 4156 ppm으로 측정된 Kim et al. (2008a)의 연구와도 일치하는 것이다. 이와 유사하게 Lee and Park (2006)의 연구에서도 공동주택의 실내 CO2 농도는 평균 1354 ppm으로 나타났는데, 이를 통해 환기 장치의 필요성과 CO2 농도 측정을 통한 환기 성능 평가가 매우 중요함을 알 수 있다. Kang (2013)의 연구에서는 공기교환율(AER; Air Exchange Rate)로써 환기 성능을 나타내고 있다. 이는 환기와 침기를 모두 포함하는 실내 공기 치환 산정의 개념이며 특히 재실자로 인한 CO2 가스 발생량 산정에 있어서 농도 감쇠 구간에서의 추정이 재실자 발생 CO2법에 더욱 적합하다는 것을 확인하고 있다. Jang et al. (2004)의 연구에서도 추적가스법을 활용한 국소 평균 연령을 공기질 평가에 활용하였다.

한편 환기 장치 설치로 인한 소음의 영향과 관련해서는 Chun (2015)의 연구에서 소음으로 인한 수면 방해가 일어날 수 있음을 지적하였다. 이 외에도 배경소음레벨이 낮은 밤에 더욱 영향을 많이 받으며, 특정 소음원의 등가 소음레벨이 충분히 낮더라도 최대 소음레벨이 높다면 수면방해를 유발할 수 있다는 연구 결과가 있다(Berglund et al., 1999). 마찬가지로 높은 배경소음보다 낮은 레벨의 간헐적 소음이 더욱 수면에 방해가 된다는 연구가 존재한다(Osada et al., 1974).

그 밖에도 Kim et al. (2008b)의 연구에서는 재실 환경 요소(등가소음레벨, 조도, 공기온도, 상대습도, 흑구온도, CO2 농도)의 평균값을 측정하였으며, Kim and Chun (2008)의 연구에서는 수면 시 가장 큰 영향을 받는 실내 환경 요소를 소음 > 온도 > 밝기 > 습도 > 공기질 순으로 제시하였다.

평가 인자 및 평가 항목

앞서 고찰한 국내․외 환기 시스템 및 선행 연구를 통해 평가 인자를 도출하였다. 또한 평가 인자를 항목으로 구분함으로써 환기시스템의 성능을 입체적으로 평가할 수 있을 뿐만 아니라 추후 누락된 평가 인자를 지속적으로 보완 및 도출할 수 있도록 하였다. 앞서 분석한 결과와 ASHRAE 55의 분류를 참조하여 평가 인자의 항목을 환기, 공기질, 기밀, 소음, 시야 및 조망으로 구분하였다. 그 외에도 항목에 포함되지 않는 평가 인자를 쾌적 및 기타 요소가 별도의 항목으로 분류하였으며, 모든 항목은 참고 기준에 근거할 수 있도록 하였다(Table 2).

Table 2.

Evaluation elements and reference standards for each evaluation category

Category Element Unit Reference standards
Ventilation Volume flow rate m3/h KS F 2603 (2021): Standard test method for measuring indoor ventilation rate (carbon dioxide method)
SPS-KACA 016-0146 (2021): Testing methods for fine dust removal efficiency of range hoods
SPS-KACA 010-0140 (2014): Fan Filter Unit
KS B 6141 (2021): Air filter units for ventilation
KS F 2807 (2021): Standard test method for measuring air volume flow rate of ventilation and air conditioning system
KS F 2921 (2018): Testing method for airflow rate of natural ventilation system
KS I ISO 16000-8 (2020): Indoor air ― Part 8: Determination of local mean ages of air in buildings for characterizing ventilation conditions
KS L ISO 12569 (2021): Thermal performance of buildings — Determination of air change in buildings — Tracer gas dilution method
CO2 Concentration ppm
Air quality Outdoor and indoor PM10 concentration ASNI/ASHRAE 62.1 (2022) Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality
ASNI/ASHRAE 62.2 (2022) Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality in Residential Buildings
Ministry of Environment (2020) 4th Basic Indoor Air Quality Management Plan (~'24)
Indoor TVOCs concentration ppm
Airtightness Airtightness CFM50 KIAEBS C-1 (2013): Building Airtightness Criteria
KS L ISO 9972 (2021): Thermal insulation-Determination of building airtightness- Fan pressurization method
ASTM E779-03 (2004): Standard Test Method for Determining Air Leakage Rate by Fan Pressurization
ASTM E283-04 (2004): Standard Test Method for Determining Rate of Air Leakage Through Exterior Windows, Curtain Walls, and Doors Under Specified Pressure Differences Across the Specimen
Noise Noise emission (min, nom, max) dB(A) KS F ISO 16032 (2021): Measurement of sound pressure level from service equipment in buildings - Engineering method
KS B 6879 (2021): Heat recovery ventilators
SPS-KACA 016-0146 (2021): Testing methods for fine dust removal efficiency of range hoods
SPS-KACA 010-0140 (2014): Fan Filter Unit
KS F 2862 (2022): Rating of airborne sound insulation in buildings and of building elements
ISO 10140-2 (2021): Acoustics — Laboratory measurement of sound insulation of building elements — Part 2: Measurement of airborne sound insulation
Quality view Ratio of transparent area to window installation area % LEED BD+C (2019) EQ Credit. Quality View

환기 시스템의 성능 평가 방법

본 장에서는 환기 시스템의 성능 평가를 위해 앞서 도출한 환기, 공기질, 기밀, 소음 차단, 시야 및 조망, 기타 항목에 대하여 항목 별 평가 인자에 따라 각 항목을 정량적으로 평가할 수 있는 근거 기준을 해석하고 실제 공간 적용 시 응용할 수 있는 평가 방법으로 정립하였다. 또한 현행 기준은 실험실 상황에서의 평가이므로 환기 시스템이 실제 공간에 적용되었을 경우의 경계 조건이 반영되지 못하고 있으므로 근거 기준에서 제시한 주요 평가 방법을 환기 시스템의 실제 공간 적용 시 경계 조건에 대해 정리하여 추후 평가 기준 수립에 활용할 수 있도록 하였다.

환기 성능 평가 방법

환기 시스템의 환기 성능 평가는 KS F 2603의 CO2법을 중심으로 수행할 수 있다. 수직 방향의 측정점은 바닥으로부터 1.2 m 부근의 호흡선 위치로 하며, 평가 대상 환기 시스템이 충분한 성능을 발휘하지 못하여 공기가 정체하고 있는 경우 농도 분포 차이가 발생할 수 있으므로 측정점을 충분히 많게 하여 평균값을 사용하도록 한다. 그 외에도 농도 감소법과 일정 가스 방출법을 적용할 수 있다.

공기질 성능 평가 방법

환기 시스템의 공기질 성능은 ASHRAE 62.1과 62.2에 따라 평가할 수 있다. 공기질 성능에 중요한 영향을 미치는 필터는 MERV11 이상을 사용했음을 밝혀야 하며, 환기 시스템의 흡기 공기에서 배기 공기가 차지하는 비율이 10% 이하가 되어야 한다. 추후 환경부 제 4차 실내공기질관리 기본계획에 따라 라돈 농도에 대한 규정이 신설되고 미세먼지 농도가 강화될 것으로 예상되므로 해당 인자에 대한 측정을 추가적으로 고려해야 한다.

기밀 성능 평가 방법

공간 단위 평가법 중 기밀 성능은 한국건축친환경설비학회 기준인 KIAEBS C-1: 2013 건축물의 기밀성능에 따라 평가할 수 있다. 기준에 따르면 1.5@ACH50 이하의 기밀성을 확보한 건물은 환기 성능 보장을 위해 환기 시스템 설치를 권장한다. 이 때 환기 시스템이 설치된 상태에서 적절한 기밀 성능을 만족할 수 있도록 기밀 테스트를 수행하여야 하며 블로어도어테스트 방법을 활용한다.

소음 차단 성능 평가 방법

환기 시스템의 소음 차단 성능은 KS F 16032 및 KS B 6879에 따라 실험을 구성하고 평가할 수 있다. 소음 측정 시 모서리와 벽에서 마이크로폰을 0.5 m 이격하여야 하며, 1 cm 두께의 차음판을 설치하여 가상벽이 측정에 영향을 미치지 않도록 유의해야 한다.

시야 및 조망 확보 성능 평가 방법

시야 및 조망 확보 성능은 주관적 요소라고 판단할 수 있으나 USGBC의 기준인 LEED Building Design and Construction (BD+C)에 따라 재실자 관점에서 외부 조망을 극대화하기 위한 투명 면적을 산정할 수 있다. 환기 시스템을 설치하는 경우, 설치 전과 대비하여 줄어든 면적을 View Factor 또는 View Level 등으로 표현할 수 있다.

쾌적 및 기타 요소 평가 방법

앞서 정립한 평가 항목에는 해당되지 않지만 환기 시스템의 성능 평가에 있어서 필수적인 항목을 쾌적 및 기타 요소로 구분하였다. 쾌적 및 기타 요소는 재실자의 온열 환경, 기류 속도 등에 영향을 받으며 ASHRAE 55의 쾌적 기준을 만족시켜야 한다.

환기 시스템 평가 방법에 따른 성능 평가

본 장에서는 환기 시스템의 성능 평가 방법의 검증과 보완을 위한 데이터 마련을 위해 앞서 정립한 평가 방법에 따라 파일럿 실험을 수행하여 환기 시스템의 성능을 정량적으로 평가하였다. 실제 공간의 경계 조건을 반영한 실험을 위해 공동주택에 환기 시스템을 파일럿 시공하였으며 경계 조건은 Table 3과 같다. 성능 평가 Case는 평가 방법의 항목에 따라 환기 시스템과 관련된 다양한 인자를 조합하여 각 인자의 변화에 따라 환기 시스템의 성능을 정량적으로 평가할 수 있도록 Table 4와 같이 구성하였다.

Table 3.

Boundary conditions for pilot experiments

Contents Boundary condition Notes
Location and Building type Apartment houses located in Seoul Southeast
Area (Volume) 13.8 m2 (31.6 m3) Bedroom
Occupancy 2 Adults, 1 Child
Schedule Check out at 9:00, check in at 18:00 23:00 sleep
Period Jul 1 to Sep 30 2022 Jul 1 to Jul 30: No ventilation system
Aug 3 to Sep 30: Ventilation system installed
Measurement item Temperature, RH, PM10, TVOCs, CO2, Odor etc. -
Table 4.

Experimental cases

Case Ventilation system HRV Window Category Remarks
On/Off Mode
Case 1 On 20 (Sleep) Off Close Ventilation Ventilation system
Case 2 Off - Off Open Natural ventilation
Case 3 Off - On Close HRV
Case 4 Off - Off Close Ventilation No ventilation
Case 5 On 20 (Sleep) On Close Ventilation system + HRV
Case 6 On 20 (Sleep) On Close Air quality Ventilation system + HRV
Case 7 On 20 (Sleep) Off Close Ventilation system
Case 8 Off - Off Close No ventilation
Case 9 Off - Off Close Airtightness Blower Door Test
Case 10 Off - Off Open Noise -
Case 11 Off - Off Close -
Case 12 On 20 (Sleep) Off Close Ventilation system
Case 13 On 30 Off Close Ventilation system
Case 14 On 40 Off Close Ventilation system
Case 15 On 50 Off Close Ventilation system
Case 16 Off - Off Close Quality view -

환기: CO2 배출 성능 평가

환기 시스템 가동 여부에 따른 CO2 배출 성능을 평가하기 위해 수면 시 환기 미수행, 자연 환기, 환기 시스템 가동 시 각각 실내 CO2 농도를 측정하였다. 평가 결과 ‘미환기(911 ppm) > 환기 시스템 가동(859 ppm) > 자연 환기(552 ppm)’의 순으로 최대 CO2 농도가 높게 나타났다. 환기 시스템 가동 시 미환기 대비 최대 CO2 농도를 약 14% 낮출 수 있으며, 급격한 CO2 농도 상승을 방지할 수 있다. 특히 환기 시스템과 함께 전열교환 환기장치를 가동할 경우 CO2 농도가 695 ppm까지 낮아졌다. 모든 Case에 대하여 내주부가 외주부보다 CO2 농도가 높은 것으로 나타났다(Figure 1).

https://static.apub.kr/journalsite/sites/kiaebs/2022-016-05/N0280160506/images/Figure_KIAEBS_16_5_06_F1.jpg
Figure 1.

Indoor CO2 concentration trend

공기질: 미세먼지 차단 및 실내공기질 유지 성능 평가

환기 시스템 가동에 따른 외부 미세먼지 차단 및 실내 공기질 유지 성능을 평가하기 위해 자연 환기 및 환기 시스템 가동 시 재실 상태에서 실내외 미세먼지 농도를 측정하여 환기 시스템 설치 및 운전으로 인한 외부 미세먼지의 실내 유입 가능성을 평가하였다.

자연 환기 시 실내와 실외의 미세먼지 농도가 매우 유사한 패턴을 나타내었다. 한편 환기 시스템 가동 시 실외 미세먼지 농도가 20 ~ 30 ㎍/m3임에도 불구하고 실내 미세먼지 농도는 5 ㎍/m3 으로 ‘매우 좋음’에 해당하는 수치를 보였다. 특히 실험 대상 세대는 HEPA필터가 설치된 전열교환 환기장치가 시공되어 있으나, 운전 시 장치 누기 등으로 인해 실내 미세먼지 농도가 높아지는 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 전열교환 환기장치가 의무 설치된 신축 세대에서도 본 환기 시스템의 적용 가능성을 보여준다고 해석할 수 있다.

공기질: 실내 유해 물질 배출 성능 평가

환기시스템 가동에 따른 실내 유해물질(TVOC) 배출 성능을 평가하기 위해 일반 생활 상태와 실내 특정 활동 상태의 실내 TVOC 농도를 측정하였다. 우선 일반 생활 상태에서 TVOC 농도를 측정한 후 실내 특정 활동 상태를 가정하고 페인트 150 ml (약 2 m2 도장 용량)를 파렛트에 도포한 상태에서 TVOC 농도를 측정하였다. 평가 결과 ‘자연환기 > 전열교환 환기장치 > 환기창 > 미환기’의 순으로 TVOC 배출 능력이 우수하게 나타났으며, 환기 시스템 가동 시 TVOC의 최대값이 미환기 시와 비교하여 약 50% 수준이었다(Figure 2).

https://static.apub.kr/journalsite/sites/kiaebs/2022-016-05/N0280160506/images/Figure_KIAEBS_16_5_06_F2.jpg
Figure 2.

Changes in indoor TVOC concentration

기밀 성능 평가

환기시스템 가동 시 외부 오염 물질의 실내 유입 방지 성능을 평가하기 위해 기존 창호(발코니용 단창)에서 환기 시스템(이중창)으로 교체한 세대를 대상으로 블로어도어테스트를 수행하였다. 환기 시스템의 시공에 따른 기밀 성능 변화만 파악할 수 있도록 전열교환 환기장치 디퓨저, 욕실 배기팬 등은 모두 밀폐하였다. Case 9의 평가 결과 기존 발코니용 단창 228@CFM50, 환기 시스템 148@CFM50으로써 환기 시스템을 설치한 경우에 기밀도가 향상되었다(Figure 3). 이 결과는 환기 시스템 설치 여부 보다는 창호 교체에 따른 기밀도 향상에 주로 기인하였다고 판단되나, 창호 일체형 환기 시스템 설치 시 일반적으로 이중창을 함께 시공하므로 본 환기 시스템의 적용과 함께 해당 세대에서는 적절한 기밀 성능을 확보할 수 있었던 것으로 평가된다.

https://static.apub.kr/journalsite/sites/kiaebs/2022-016-05/N0280160506/images/Figure_KIAEBS_16_5_06_F3.jpg
Figure 3.

Blower Door Test

소음: 외부 소음 유입 차단 및 설비 소음, 기류 평가

환기시스템 가동 조건에 따른 외부 소음 유입 차단 성능 및 환기창의 설비 소음/기류 속도를 평가하기 위해 자연 환기(창호 개방), 환기 시스템 가동 및 미가동 시 소음 레벨을 측정하였다. 자연 환기 시 불규칙한 외부 소음이 실내로 유입되었으며(최대 68.3 dB), 환기 시스템 가동 시 발생하는 설비 소음은 최대 36.2 dB로써 수면에 방해가 되지 않는 수준으로 평가되었다. 한편 환기 시스템 가동 시 토출 기류 속도는 운전 모드에 따라 0.08 ~ 0.33 m/s이며, 거주역에서는 기류가 느껴지지 않았다(Table 5).

Table 5.

Noise and airflow evaluation test results

Case Operation mode Noise (dB(A)) Air velocity (m/s)
Case 10 Not in operation with window opened Max 68.3 -
Case 11 Not in operation with window closed Max 35.1 Max 0.09
Case 12 20 CMH (Sleep mode) 35.4 ~ 36.2 0.11 ~ 0.23
Case 13 30 CMH 36.5 ~ 37.7 0.08 ~ 0.23
Case 14 40 CMH 42.6 ~ 43.9 0.13 ~ 0.30
Case 15 50 CMH 46.8 ~ 47.9 0.19 ~ 0.33

시야 및 조망: 시야 및 조망 확보 및 우수성 평가 방법

환기 시스템 설치에 따라 시야 및 조망에 미치는 영향을 정량 평가하기 위해 기존 창호 시스템과 창호 일체형 환기 시스템의 전체 창호 설치 가능 면적 대비 투명 면적을 산정하였다. Figure 4와 같이 전체 창호 설치 가능 면적은 5.53 m2 이며, 투명 면적이 4.15 m2인 기존 창호 시스템의 투명 면적 비율은 75.1%인 반면 창호 일체형 환기 시스템의 투명 면적 비율은 55.1%이다. 기존 창호 시스템 대비 투명 면적 비율이 약 20% 가량 줄어들었으며 이로 인해 View level이 낮아질 수 있으므로 주의해야 한다.

https://static.apub.kr/journalsite/sites/kiaebs/2022-016-05/N0280160506/images/Figure_KIAEBS_16_5_06_F4.jpg
Figure 4.

Estimation of transparent area

성능 평가 주요 결과에 따른 항목 별 논의 사항

본 연구에서 정립한 창호 일체형 환기 시스템의 성능 평가 방법에 따라 다양한 항목에 대한 정량적 데이터를 확보할 수 있었다. 환기와 공기질 평가 시 내주부와 외주부의 CO2 농도 차이가 발생하였는데 성능 평가 시 기류 교번 장치의 설치, 급기구와 배기구의 이격 거리 측정 등을 고려하는 것이 필요하다. 기밀 성능 평가에 있어서 창호 일체형 환기 시스템은 창호 교체가 동시에 이루어지는 특성이 있으므로, 기존 창호 시스템과의 비교 평가보다는 환기 시스템 자체의 기밀도와 대상 공간의 환기율 충족 여부 측면에서 성능 평가가 이루어지는 것이 필요하다.

소음은 환기 시스템의 운전 모드에 따라 편차가 크다. 따라서 특정 운전 모드를 평가 경계 조건으로 지정하고 해당 모드에서의 소음을 평가해야 시스템 간 비교가 가능할 것이다. 또한 소음은 환기 시스템이 침실에 설치될 경우 중요도가 높은 항목이 될 것으로 예상되므로 적용 공간에 따라 평가 기준을 달리할 필요가 있으며, 추후 소음 크기뿐만 아니라 특정 주파수의 변화 빈도를 평가해야 한다. 기류 측면에서는 흡․배기구의 높이에 따라 거주역에서 기류로 인한 불쾌적 발생 가능성이 확인되었으므로 향후 급․배기구의 위치에 따른 성능 평가의 필요성이 있다.

결 론

본 연구에서는 창호 일체형 환기 시스템의 성능을 평가하기 위해 평가 항목 별 평가 인자를 도출하고 다양한 근거 기준에 따라 평가 방법을 정립하였다. 환기 시스템의 성능 평가 수행 결과 환기, 공기질, 기밀, 소음, 시야 및 조망 항목에 대한 성능을 정량적으로 평가할 수 있었다. 특히 환기와 공기질 측면에서 창호 일체형 환기 시스템을 적용하여 대상 공간의 CO2 농도를 약 14% 이상 저감시킬 수 있었다. 이와 동시에 실외 미세먼지 농도가 높은 경우에도 환기 시스템을 이용하여 실내 미세먼지 농도를 낮게 유지하면서 환기하는 것이 가능한 것으로 판단되었다.

본 연구에서 정립한 평가 방법은 실제 공간에 환기 시스템이 적용된 상황에서의 성능을 평가하는 것을 목적으로 하였다. 또한 평가 방법의 검증 및 보완을 위해 환기 시스템을 파일럿 시공하여 실제 공간의 경계 조건에 대한 성능 평가 실험을 수행하였다. 이를 바탕으로 본 연구에서 고찰한 근거 기준의 실험실 경계 조건 성능 평가 결과와 비교에 관한 후속 연구가 수행될 예정이다. 향후 유사한 방식을 사용하는 다양한 창호 일체형 환기 시스템에 대한 종합적인 성능 평가 기준이 마련되어야 한다.

Acknowledgements

이 연구는 2022년도 3단계 산학연협력 선도대학 육성사업(LINC3.0) 연구비 지원에 의한 연구결과 일부입니다.

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