서 론
실내 오염물질은 자동차 배기가스, 미세먼지, 황사 등 대기 오염물질의 유입과 가전 및 가구, 재실자의 생활습관으로부터 발생하는 물질로 이루어진다(WHO, 2021). 대부분의 사람들은 실내 공간에서 하루 중 대부분의 시간을 보내기에 실내 공기질의 악화가 인간에게 미치는 유해성 또한 많은 연구 및 조사 자료를 통해 보고되었다(Fisk, 2015). 우리나라도 실내 공기질 관리법, 학교보건법, 산업안전보건법을 기반으로 건축물 내 실내 공기질을 관리하고 있으며 적용 대상을 확대하여 대부분의 건축물이 실내 공기질 관리대상에 포함되도록 하였다. 또한, 대상 건축물에 환기장치 설치를 의무화하고 실내 공기질 권고, 유지기준을 오염물질의 항목별로 세분화하여 고시하고 있다. 실내 공기질을 쾌적한 수준으로 유지하기 위한 관계법 제정은 열회수 환기장치(Energy recovery ventilator, ERV)가 시장에 널리 보급되는 결과를 가져왔다.
KS B 6879 (Korean Agency for Technology and Standards, 2020)에 근거하여 ERV는 구조 형태에 따라 Table 1과 같이 분류한다. 덕트형(Ducted type) ERV는 ERV를 기준으로 장치부터 실외측 급기(OA), 배기(EA) 및 실내측 급기(SA), 배기(RA)를 덕트를 통해 연결하며, 주로 ERV 및 덕트를 반자 공간에 매립하여 설치한다. 실내 무덕트형(Indoor-ductless type) ERV는 장치에 SA, RA가 일체형으로 구비되어 실내 공간에 ERV를 노출시키고, OA, EA는 덕트를 통해 외기와 연결한다. 무덕트형(Ductless type) ERV는 실내측 및 실외측 급/배기 모두 장치에 일체형으로 구비된다. 기존에 다수 보급되었던 덕트형 ERV는 필터 교체 등의 유지관리 행위가 별도의 점검구를 통해 수행되어야 하므로 사용자의 접근이 어려워 오염된 필터를 장기간 사용하는 경우가 많다. 또한 환기장치가 구비되지 않은 공간에 설치하기 위해서는 별도의 설치공사가 필요하기 때문에 이러한 덕트형 ERV의 단점을 보완한 실내 무덕트형 및 무덕트형 ERV의 보급이 최근 확대되고 있다.
Table 1.
Classification by duct types of energy recovery ventilators
| ERV types | ERV to (from) outdoor | ERV to (from) indoor | Schematic diagram | ||
| OA | EA | SA | RA | ||
| Ducted type | Ducted | Ducted |  | ||
| Indoor-ductless type | Ducted | Ductless |  | ||
| Ductless type | Ductless | Ductless |  | ||
덕트형 ERV는 덕트를 통해 외기와 장치, 급/배기구를 연결하기에 실내 목표 지점을 환기하는 것이 비교적 용이하다. 실내 무덕트형 및 무덕트형 ERV는 실내측 급/배기 영역이 ERV와 근접한 영역으로 한정되어 있어 실내를 균일하게 환기하기 어려운 문제가 발생할 수 있다. 따라서 실내 무덕트형 및 덕트형 ERV의 환기 효과에 대한 정량적 검토가 필요하다.
실내 공간의 환기 효과를 분석한 기존의 선행 연구들은 시뮬레이션 및 실측을 통해 다양한 방식으로 수행되었다. 여기서, 환기 효과란 실내 오염물질의 농도 감소를 목적으로 환기를 실시하여 나타나는 결과를 뜻하는 일반적인 의미이다. 다수의 선행 연구는 병원(Yang, 2008), 주택(Choi and Song, 2017), 강의실(Kim et al., 2010) 및 교사의 supply air (SA) and exhaust air (EA) fan system을 대상으로 환기 효과를 분석하였으며, 일부는 통제된 실험실 환경을 구축하거나(Hong, 2007) 시뮬레이션을 활용하여 환기 효과를 분석하였다(Jang et al., 1998; Han et al., 2002; Choi and Cho, 2009). SA and EA fan system은 덕트형 ERV와 연결된 실내측 급/배기구이거나 급/배기 팬을 통해 기계환기를 실시하는 방식이므로 상대적으로 실내 공간을 균일하게 환기하는데 유리하다. 공동주택을 대상으로 한 연구(Choi and Song, 2017)는 설치 위치가 창호 영역에 한정된 환기장치를 대상으로 환기 시 실내 특정 위치별 환기 효율을 제시하고 있다. 그러나 무덕트형, 실내 무덕트형 환기장치는 덕트형이나 일반적인 환기설비에 비해 설치 사례가 드물어 아직까지 연구 자료가 부족하다.
본 연구는 실내 무덕트형 ERV를 통한 환기 시 실내 오염물질의 위치별 농도를 측정하고 분석하여 실내 무덕트형 ERV의 환기 효과에 대한 정량적 평가를 수행하였다. 이를 위해 실내 무덕트형 ERV가 설치된 대학교 강의실을 대상으로 실내 CO2 및 PM2.5 농도를 측정하였고 측정된 데이터를 바탕으로 환기 효율을 산출하여 환기 효과를 평가하였다.
환기 효율 측정 및 평가 방법
환기 효과는 환기 효율을 정의하여 평가한다. 환기 효율은 ASHRAE standard 129 : Measuring air change effectiveness (ASHRAE, 1997)에 제시된 개념이다. 환기 효율은 급기구를 통해 실내로 유입된 공기가 임의의 점에 도달하는데 걸리는 시간(공기 연령)을 산출하고, 환기율의 역수로 표현되는 명목시간상수와 공기 연령의 비를 통해 계산한다. ASHRAE standard 129에 근거한 환기 효율 산정 방법은 실내 임의의 지점에서 시간 경과에 따른 환기 효율을 측정을 통해 구할 수 있다. 환기 효율을 도출하기 위해서는 분석하고자 하는 대상 지점의 시간 경과에 따른 농도 측정이 필요하기에 대학교 강의실에 측정 환경을 구축하였다.
측정 환경
실내 무덕트형 ERV가 설치된 강의실의 위치별 환기 효과를 분석하기 위해 CO2, PM2.5 농도를 측정할 수 있는 환경을 구축하였다. Figure 1은 측정 대상 강의실의 사진 및 도면을 나타낸 것이다. 강의실의 안목치수는 가로 15.84 m, 세로 7.25 m, 높이 2.7 m로 전체 부피는 약 310 m3이다. 오염물질의 실내 농도 분포를 확인하기 위해 강의실을 2.42 × 3.17 m2의 15개 공간으로 나누어 CO2와 PM2.5의 농도를 각각 측정하였다. ERV는 3, 12번 격자에 각각 위치하며, 1–6번 격자가 강의실의 앞쪽, 10–15번 격자가 강의실의 뒤쪽에 해당한다. 각 ERV의 급기방향은 그림에 나타내었다. ERV의 급기구와 배기구는 모두 장치 전면부에 위치하며 급기구는 상단, 배기구는 하단에 위치한다. ERV는 EPA H13 등급의 필터를 사용하며 정격 최대 풍량은 각 400 CMH로 실내 무덕트형 ERV이다.
측정은 실내 공기질 모니터링을 목적으로 개발된 장비를 이용하였다. 해당 장비는 실내 공기질 데이터를 1분 간격으로 저장하여 사용자에게 제공한다. 이 장치는 내부에 구비된 가스 센서, 미세먼지 센서, 대기압 및 온/습도 센서를 이용하여 실내온도, 상대습도, CO2, PM 0.3–10 μm, 총휘발성유기화합물(TVOC), 포름알데히드(CH2O) 등의 종합적인 실내 공기질 인자들을 측정할 수 있다. 측정 장비의 CO2와 PM2.5 센서는 Plantower 사의 DS-CO2-20, PMS5003ST를 각각 사용하며 PMS5003ST는 흡인유량 0.1 Lpm의 광산란식 측정기이다. 이 외 CO2, PM2.5 센서의 상세 성능은 Table 2에 나타냈다.
Table 2.
Detailed specifications for IAQ measurement devices
| IAQ sensors | Effective range, (Maximum) | Resolution | Consistency |
| CO2 | 400 – 3000, (≦ 5000) ppm | 1 ppm | ± 50 ppm + 2% |
| PM2.5 | 0 – 500, (≦ 1000) μg/m3 | 1 μg/m3 | ± 10% |
측정 방법
실내 공기질 관리법 시행규칙의 실내 공기질 유지기준에 따르면 의료기관, 노유자시설, 실내 주차장 및 체육시설 등을 제외한 다중이용시설의 CO2 및 PM2.5 농도기준은 각각 1,000 ppm, 50 μg/m3 이하이며 도서관, 학원 등의 시설 중 자연환기가 불가능하여 환기설비를 이용하는 경우는 CO2 농도기준을 1,500 ppm으로 완화한다. 대학 강의실은 실내 공기질 유지기준 적용 대상이 아니지만 도서관, 학원 등과 실의 용도가 유사하다고 판단하여 CO2 및 PM2.5 농도기준을 각각 1,500 ppm, 50 μg/m3 로 간주하였다. 강의실의 재실자는 주로 책상 높이가 호흡역에 해당하므로 측정기기는 Figure 1 우측 1–15번 격자의 중앙, 바닥으로부터 0.72 m 책상 높이에 15대를 배치하였다. 측정의 목적은 실내 오염물질의 평균 농도가 실내 공기질 유지기준에 도달하는 시점에서 위치별 실내 오염물질의 농도 차이를 파악하는 것이다. 따라서 CO2 및 PM2.5의 농도를 각각 4,500 ppm, 450 μg/m3 부근까지 인위적으로 상승시키고, 강의실 내 위치별 오염물질의 농도가 충분히 감소할 때까지 ERV를 각각 400 CMH의 최대 풍량으로 가동하여 총 800 CMH로 환기를 실시하였다.
측정 전 15대 장치의 CO2와 PM2.5 측정값은 각각 TSI사의 7545(CO2 측정 장비) 3대 , AM520 (PM2.5 측정 장비) 3대의 평균 측정값과 같도록 자체적으로 교정하였고 각 ERV의 HEPA 필터는 모두 새것으로 교체하였다. CO2 및 PM2.5 오염상황 구현을 위해 시중에서 쉽게 구매가 가능한 드라이아이스 블록을 구매하여 각 격자마다 블록 1 kg을 배치하였으며, 백단향 원료로 제작된 막대형 향을 5번, 11번 격자에 배치하여 모든 창 및 출입문을 닫고 오염물질이 실내에 균일하게 확산되도록 circulator를 가동하였다. 외기의 CO2 및 PM2.5 농도는 TSI사의 7545, AM520 장비를 이용하여 건물 외부에서 측정하였다.
측정 과정은 Table 3에 나타냈다. 실내 오염물질의 농도를 목표치까지 상승시키는 과정에서 15시 14분에 PM2.5의 농도가 먼저 최대치에 도달하여 ERV 가동을 먼저 시작하였으며, 이후 15시 38분까지 환기가 이루어지고 있는 상황에서 실내 CO2 농도를 상승시키기 위해 지속적으로 드라이아이스를 승화시켰다. ERV 가동 중 실내 CO2 농도가 4,500 ppm 이상 최대치에 도달한 15시 38분에 드라이아이스를 모두 외부로 배출하였다.
Table 3.
Measurement timetable and event actions
환기 효율 평가
ASHRAE standard 129에 근거한 환기 효율 산정 방법은 실내 공기의 완전혼합이 전제되어야 한다. 본 연구에서는 실내 오염물질의 농도가 가장 높은 시점에서 측정된 격자별 농도를 완전혼합 농도로 간주하여 격자별 공기 연령을 도출하고, 이로부터 환기 효율을 산출하였다.
ASHRAE standard 129에서는 공기 연령을 도출하는 방법으로 농도감쇠법, 일정농도법, 펄스법을 제시하고 있다. 농도감쇠법은 실내 공간에 일정량의 추적가스를 발생시키고 시간 경과에 따라 농도 감소를 측정하는 방법으로 본 연구에서 수행한 측정 방법에 해당한다. 따라서 농도감쇠법에 의한 공기 연령을 산출하고 최종적으로 실내 15개 지점 별 환기 효율을 도출하여 열회수 환기장치가 구비된 강의실의 위치별 환기 효과를 평가하였다. 단, 각 격자 내 측정 지점 높이(0.72 m)의 농도는 균일하다고 간주하였다. ASHRAE standard 129에 따라 개별 격자의 공기 연령은 다음의 식 (1)을 통해 계산한다.
여기서, Ai는 i지점에서의 공기 연령(min), ti는 i지점에서 추적가스 주입 중지 후 농도를 측정한 시간(min), t0는 추적가스 주입 중지 시간(min), C(ti)는 i지점의 완전혼합을 가정한 농도(CO2는 ppm, PM2.5는 μg/m3), C(t0)는 i지점의 초기농도(CO2는 ppm, PM2.5는 μg/m3)를 의미한다.
ASHRAE 129의 환기 효율은 실의 명목시간상수를 식 (1)의 공기 연령으로 나누어 계산한다. 실의 명목시간상수는 항상 공기의 평균 공기 연령과 같기 때문에 본 연구에서는 개별 격자에 대한 환기 효율을 산정하기 위해 ASHRAE 129의 환기 효율 산정식을 변형하여 다음 식 (2)를 사용하였다.
여기서, Ei는 i지점에서의 환기 효율, Aave는 실내 공기의 평균 공기 연령(min), Ai는 식 (1)을 통해 도출된 i지점에서의 공기 연령(min)이다.
식 (2)를 통해 산정된 환기 효율은 15개 지점 별 초기 농도에 대해 환기 실시 후 각 지점의 오염된 공기가 신선 외기로 치환되는 상대적 효율을 의미하므로 초기 오염물질 농도에 관계없이 환기 실시 후 동일하게 시간이 경과된 특정 시점에서 격자 별 환기 효율을 확인할 수 있다. 산출된 환기 효율은 전체 평균 공기 연령보다 특정 지점의 공기 연령이 같거나 클 경우에는 1 이하의 값을, 작을 경우 1 초과의 값을 나타내며, 1을 초과하는 경우는 급기로 인한 유동 이외에 유동 관성, 실의 온도, 압력 변동 등에 의한 2차적 유동의 영향이 나타나는 경우이다. 전체 실의 평균적인 환기 효율은 1이 된다.
측정 및 환기 효율 평가 결과
Figure 2(a), 2(b)는 외기 및 실내 15개의 격자 에서 측정한 CO2와 PM2.5의 농도를 각각 나타낸 그래프이다. 실내 오염물질 농도가 가장 높은 시간을 기준으로 CO2는 15시 38분을 t = 1, PM2.5는 15시 14분을 t = 1로 하여 x축에 나타냈다. 실내에서 측정한 15개 격자의 농도 데이터는 흐리게 표시하였고 최대, 최소값은 파란색, 평균값은 붉은색, 측정일 외기의 오염물질 농도는 녹색, 실내 공기질 관리법상 각 오염물질의 실내 농도 유지기준은 검정색으로 표시하여 나타냈다. 측정일 외기 CO2 및 PM2.5 평균 농도는 각각 429.6 ppm, 41.3 μg/m3 이다.
초기 최대농도에서부터 310 m3의 강의실을 800 CMH로 환기 시, Figure 1의 조건에서 CO2 및 PM2.5의 평균농도는 각각 50분, 72분경과 후 본 연구에서 설정한 실내 농도 유지기준(CO2 = 1,500 ppm, PM2.5 = 50 μg/m3)에 도달하였다.
ERV 가동에 따른 실내 오염물질 농도의 위치별 차이를 확인하기 위해, 실내 오염물질 제거하고 ERV 가동한 후 가장 농도가 낮은 지점이 실내 농도 유지기준에 도달하는 시점을 tmin, 가장 농도가 높은 지점이 실내 농도 유지기준에 도달하는 시점을 tmax, 그리고 15개 지점의 전체 평균 농도가 실내 농도 유지기준에 도달하는 시점을 tave로 Figure 2(a), 2(b)에 각각 나타냈다. 강의실 내 15개 지점의 오염물질 최소, 평균, 최대 농도 및 농도 표준편차를 각각 Cmin, Cave, Cmax, S 라 할 때 t = 1, tmin, tave, tmax, 시점의 Cmin, Cave, Cmax, Cmax−Cmin, S 를 Table 4에 나타냈으며, 각 시점 별 실내 오염물질 농도 분포를 도식화하여 Figure 3에 나타냈다. Figure 3에서 실내 오염물질 농도 유지기준을 초과하거나 오염물질의 농도가 높은 격자는 붉은색, 낮은 격자는 녹색으로 표시하였다.
Table 4.
Minimum, maximum, average, and standard deviation of CO2 and PM2.5 over time
Table 4에 나타낸 바와 같이 실내 오염물질의 최대, 최소 위치별 농도 차이(Cmax−Cmin) 및 표준편차 (S)는 시간 경과에 따라 감소하였다. t = tmin 시점에 CO2 농도가 가장 높은 격자는 6번, 가장 낮은 격자는 9번으로 서로 맞닿아 있는 두 격자의 농도 차이가 452 ppm으로 가장 크게 나타났다. 이후 t = tave, tmax 시점에서 9번 격자는 가장 농도가 낮은 격자는 아니지만, 6번 격자와의 차이가 405 ppm, 364 ppm으로 여전히 큰 차이를 보인다. PM2.5의 농도 분포 그림에서도 인접한 격자의 농도 차이가 높게 나타남을 알 수 있다. t = tmin 시점에 PM2.5의 농도가 가장 높은 격자와 가장 낮은 격자는 비교적 4번, 15번 격자로 그 농도 차이는 11 μg/m3 이나, t = tave, tmax 시점에서 농도가 가장 높은 지점과 낮은 지점은 서로 인접한 3번과 6번 격자의 농도 차이이며, 그 차이는 각각 7 μg/m3, 5 μg/m3 이다. 이러한 결과는 환기가 이루어지는 실내 공간에서 서로 인접한 위치일지라도 비교적 큰 농도 차이가 있을 수 있음을 시사한다.
Table 4에 나타낸 바와 같이 실내 오염물질의 최대, 최소 위치별 농도 차이(Cmax−Cmin) 및 표준편차 (S)는 시간 경과에 따라 감소하였다. t = tmin 시점에 CO2 농도가 가장 높은 격자는 6번, 가장 낮은 격자는 9번으로 서로 맞닿아 있는 두 격자의 농도 차이가 452 ppm으로 가장 크게 나타났다. 이후 t = tave, tmax 시점에서 9번 격자는 가장 농도가 낮은 격자는 아니지만, 6번 격자와의 차이가 405 ppm, 364 ppm으로 여전히 큰 차이를 보인다. PM2.5의 농도 분포 그림에서도 인접한 격자의 농도 차이가 높게 나타남을 알 수 있다. t = tmin 시점에 PM2.5의 농도가 가장 높은 격자와 가장 낮은 격자는 비교적 4번, 15번 격자로 그 농도 차이는 11 μg/m3 이나, t = tave, tmax 시점에서 농도가 가장 높은 지점과 낮은 지점은 서로 인접한 3번과 6번 격자의 농도 차이이며, 그 차이는 각각 7 μg/m3, 5 μg/m3 이다. 이러한 결과는 환기가 이루어지는 실내 공간에서 서로 인접한 위치일지라도 비교적 큰 농도 차이가 있을 수 있음을 시사한다.
실내 오염물질의 평균 농도가 가장 높은 초기(t = 1)에 CO2 및 PM2.5의 실내 농도 분포를 나타낸 (a)와 (b)가 서로 차이를 보인다. (a)에서는 강의실 앞쪽의 4번 격자 부근, (b)에서는 강의실 뒤쪽 ERV 2가 위치한 12번 격자 부근 농도가 비교적 높게 나타나는 것을 확인할 수 있다. Table 3에 제시된 바와 같이 (a)는 이미 ERV가 가동을 시작한지 24분이 경과하고 드라이아이스를 제거한 직후이므로 (a)의 앞쪽 ERV 급기 방향 경로에 위치한 3, 5번 격자를 제외한 주변 격자(1, 2, 4, 6, 7)의 농도가 4,700 ppm 이상 높게 나타난다.
CO2 농도 분포 변화는 시간 순서대로 (a), (c), (e), (g) 로 나타난다. t = 1의 (a) 시점에서 43분 경과 후 t = tmin 시점 (c)의 분포를 형성하였으며 가장 먼저 ERV가 위치한 12번 격자 주변 9, 11번 격자의 농도가 실내 농도 유지기준인 1,500 ppm 이하로 감소하였다. 15개 격자의 CO2 농도 분포는 전반적으로 강의실 뒤쪽(10 – 15번 격자)이 강의실 앞쪽(1 – 6번 격자)보다 낮고 특히 3번 격자와 12번 격자는 모두 동일한 ERV가 위치한 격자임에도 3번 격자와 그 주변부의 농도는 12번 격자와 그 주변부의 농도보다 비교적 높게 나타난다. 또한, ERV 2대의 급기 경로의 격자를 제외한 나머지 격자의 농도가 비교적 높게 나타나며 이러한 경향은 시간 경과에 따라 일관적으로 유지된다.
한편, (b), (d), (f), (h)에 따라 PM2.5 농도 분포 변화를 살펴보면 ERV 가동 직전 t = 1 시점 (b) 에서 강의실 뒤쪽 10 – 15번 격자의 농도가 비교적 높게 형성된 것을 확인할 수 있다. ERV 가동 68분 경과 후 (t = tmin) 가장 먼저 실내 초미세먼지 농도 유지기준 50 μg/m3 이하로 농도가 감소한 지점은 초기 농도가 높게 형성되었던 강의실 뒤쪽 15번 지점이며 이 지점 역시 ERV가 위치한 12번 격자의 주변부이다. ERV 가동 75분 경과 후 (t = tmax)에도 ERV가 위치한 12번 격자 주변의 농도가 비교적 낮게 나타나는 것을 확인할 수 있으며 3, 4번 격자의 농도가 가장 늦게 실내 초미세먼지 농도 유지기준에 도달하였다. PM2.5의 전반적인 농도 분포 또한 강의실 앞쪽 1 – 6 번 격자가 10 – 15번 격자의 농도보다 비교적 더 높게 나타났으며 이러한 경향 또한 시간 경과에 따라 유지된다.
Figure 3에 나타낸 시점 중에서 가장 고르게 환기가 이루어진 시점은 CO2 및 PM2.5의 격자별 최대 및 최소 농도차(Cmax−Cmin) 및 평균 농도에 대한 표준편차(S)가 가장 작은 t = tmax 시점이다. 해당 시점 CO2의 Cmax−Cmin는 393 ppm, S는 131 ppm이며 PM2.5의 Cmax−Cmin는 5 μg/m3, S는 2 μg/m3이다. 측정 기기의 CO2 측정 오차범위는 최대 ± 79.7 ppm, PM2.5는 ± 4.9 μg/m3이다. 단순히 측정 기기의 오차범위만을 고려하더라도 tmax시점에 위치별 CO2 농도 분포 차이는 측정 기기의 오차범위를 상회하는 유효한 차이임을 알 수 있지만 PM2.5 농도 분포 차이는 측정 기기의 오차범위를 소폭 상회하고 S는 오차범위 내 차이를 보여 Figure 3에 나타낸 농도 분포만으로는 ERV 가동에 따른 실내 15개 지점 별 농도 차이 및 환기 효과의 차이를 알기 어렵다.
Figure 4는 t = tmax 시점에서 실내 15개 격자에 대한 CO2 및 PM2.5의 환기 효율(Ei)을 나타낸 것으로, 환기 효율이 높은 격자는 파란색, 낮은 격자는 붉은색으로 표시하였다. Ei가 1 이상의 값을 나타내는 격자는 급기 외 2차적 유동으로 인해 환기를 통한 초기 오염물질 제거가 동일 시점에 실 전체 평균 이상으로 이루어졌음을 의미한다.
Figure 3에 나타낸 강의실 앞쪽 1 – 6 번 격자의 Ei가 강의실 뒤쪽 10 – 15번 격자의 Ei에 비해 낮은 경향을 확인할 수 있다. t = tmax 시점에 격자 별 최대 및 최소 환기 효율의 차이는 (a)에서 0.26, (b)에서 0.35로 이 수치를 공기 연령으로 환산하면 (a)에서는 4분, (b)에서는 2.6분 차이이다. 이것은 310 m3 체적의 개방된 실내 공간을 800 CMH로 환기할 때 급기 외 2차적 유동의 영향으로 동일 시점에 위치별 환기 효율의 분명한 차이가 나타난다는 것을 의미한다.
또한, CO2의 경우 ERV가 위치한 3번 격자와 그 주변의 Ei가 낮게 나타나 ERV 부근일지라도 환기 효과가 낮을 수 있음을 확인하였다. 즉, ERV의 설치 위치가 불균일한 실내 유동을 발생시킬 수 있으며 균일한 환기를 실시하기 위해서는 설치 위치 선정 및 급/배기 전략에 대한 면밀한 검토가 선행되어야 할 것으로 판단된다.
결 론
실내 공기질에 대한 관심도가 증대되면서 올바른 환기 및 공기청정을 위한 소비자의 기술 수요 증가하고 있다. 이에 맞춰 최근의 ERV 기기는 기존의 매립형 기계설비 이미지를 벗어난 백색가전 형태를 갖추고 있다. 그러나 외기를 도입해야하는 ERV의 특성 상 실내 무덕트형 및 무덕트형 ERV는 설치 위치에 한계가 있어 설치 위치에 따른 실내 위치별 환기 효율의 편차가 발생하게 된다. 본 연구에서는 실내 무덕트형 ERV가 구비된 대학 강의실을 대상으로 CO2 및 PM2.5 오염 상황을 인위적으로 구현하여 ERV 가동 이후 시간 경과에 따른 오염물질의 농도 측정 및 분석을 통해 위치별 환기 효과를 분석하였다.
환기가 이루어지는 동안 오염물질의 농도가 가장 높은 지점과 낮은 지점의 농도차이는 시간 경과에 따라 감소하였다. 그러나 실내 평균 농도가 실내 공기질 유지기준(CO2 ≦ 1,500 ppm, PM2.5 ≦ 50 μg/m3)을 만족할지라도 CO2의 경우 400 ppm 이상, PM2.5의 경우 7 μg/m3의 차이를 보여 환기가 이루어지는 실내 공간에서 서로 인접한 위치일지라도 비교적 큰 농도 차이가 있을 수 있음을 확인하였다. 모든 지점의 농도가 실내 공기질 유지기준을 만족하는 시점에서는 오염물질의 실내 위치별 농도 편차가 가장 낮았지만, 그럼에도 불구하고 위치별 최대, 최소 환기 효율의 차이는 CO2의 경우 0.26, PM2.5의 경우 0.35로 나타났다. 강의실 앞쪽의 환기 효율이 대부분 1 이하의 값을 나타내는 반면 강의실 뒤쪽의 환기 효율이 모두 1 이상으로 나타났으며 이러한 실내 위치별 환기 효율 차이는 ERV의 급기유동 이외에 유동 관성, 온도차, 압력 변동 등에 의한 2차적 유동의 영향에서 기인한 것으로 판단된다.
본 연구에서는 환기 시 실내 오염물질의 농도 차이를 측정하여 위치별 환기 효과의 차이를 정량적으로 분석하였다. 위치에 따라 실내 오염물질의 농도 차이가 나타난 원인은 단편적인 측정만으로 확정할 수 없다. 따라서 향후 추가적인 측정, 시뮬레이션 분석과 더불어 ERV 형태, 설치 위치 및 급/배기구 위치에 따른 환기 효율을 평가하여 환기 효율 균일화를 위한 최적화 등 추가적인 연구를 수행할 예정이다.
