旣存 共同住宅의 空氣環境 改善을 爲限 換氣시스템 適用 計劃에 關한 硏究 = A study on the ventilations system for the Improvement of IAQ in existing apartment houses

국문 초록 (Abstract)

최근 에너지 절약과 시공성능의 향상으로 인하여 건축물이 고기밀화․고단열화 됨에 따라 자연환기가 어려워져 신선외기 도입량의 감소로 인해 실내 공기질(IAQ : Indoor Air Quality)이 저하되는 경향을 보이고 있다. 그러나 최근 양호한 주거환경의 중요성이 부각됨에 따라 기존의 공동주택에도 실제적인 기계 환기에 대한 설계기법이나 환기시스템의 도입 등에 대한 고려가 이루어져야 할 것으로 판단된다.

따라서 본 연구에서는 기존 공동주택에 적용 가능한 환기시스템 형태로 벽면 설치형 환기시스템을 제안하고 적용된 환기시스템의 환기효율을 3차원 비정상해석을 통하여 산정하고자 한다. CFD 기법을 이용하여 실내기류분포 특성과 환기효율 및 실내 CO2 농도를 분석하여 최적의 급․배기구 설치 위치, 이격거리 및 상시 환기시스템의 기초 설계 자료를 제시하는데 목적이 있다.

CFD 해석 범위는 공동주택의 거실로 한정하고 오염원은 인체의 호흡에 의해 발생하는 이산화탄소로 가정한다. 해석변수는 급․배기구 형상, 급․배기구 이격거리로 설정하였다.

환기시스템의 환기성능에 대한 시뮬레이션 결과를 요약하면 다음과 같다.

⑴ case 1 : 급배기구의 형상 = round diffuser 인 경우

급기구를 오염원 반대쪽 구석에 설치할 경우 배기구의 위치에 따라 환기효율에 있어 약 10%정도의 차이를 보이는데 배기구를 오염원 중심부에 설치할 때 환기효율이 가장 좋은 것으로 나타났다. 그러나 급배기구의 이격거리가 1.0m 이상인 경우 환기효율에 있어 크게 차이가 없는 것으로 보여지므로 환기시스템의 시공성과 덕트 길이를 최소화할 수 있는 이격거리는 약 1.0m 인 것으로 판단된다.

급기구를 실의 중앙부에 설치할 경우 배기구의 위치에 따라 국소 급기효율은 최고 30%까지 차이가 발생하였고, 실평균 환기효율은 약 10%정도 차이가 발생하는 것으로 나타났다. 급․배기구 사이의 이격거리는 1.0m이상 유지할 경우 환기효율에 있어서 크게 차이가 없는 것으로 나타나 1.0m 이격하는 것이 바람직 할 것으로 예상된다. 또한 배기구를 오염원측에 배치할 경우 환기효율에이 다소 개선되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 급기구를 실의 중앙부에 설치할 경우 배기구는 급기구로부터 1.0m 정도 이격하여 설치하는 것이 바람직할 것으로 예상된다.

급기구를 오염원쪽 구석에 설치할 경우 배기구의 위치에 따라 환기효율에 있어 약 10%정도의 차이를 보이는데 급배기구의 이격거리가 1.7m일 때 환기효율이 가장 좋은 것으로 나타났다. 급․배기구 사이의 이격거리가 1.0m이상인 경우 환기효율에 있어 크게 차이가 없는 것으로 보여지므로 이 경우에서도 환기시스템의 시공성과 덕트 길이를 최소화할 수 있는 이격거리는 약 1.0m 인 것으로 판단된다.

그러나 급기구를 벽면과 인접하여 설치할 경우 급기되는 공기가 벽면을 타고 흘러들어가 실내기류 형성에 영향을 미치지 않아 급기구로서의 역할을 수행하지 못하는 것으로 판단되어지는바 급․배기구는 벽면으로부터 최소 0.5m이상 이격하여 설치하는 것이 바람직 할 것으로 기대된다.

⑵ case 2 : 급기구의 형상=slot형 diffuser, 배기구의 형상=round diffuser인 경우

급기구를 오염원 반대쪽 구석에 설치할 경우 배기구의 위치에 따라 환기효율 및 국소 CO2 농도에 있어서는 거의 차이가 없는 것으로 나타나, 환기시스템의 시공성과 덕트 길이를 최소화할 수 있는 이격거리는 1.0m 인 것으로 판단된다.

급기구를 실의 중앙부에 설치할 경우 배기구의 위치에 따라 국소 급기효율은 약 15%정도의 차이가 발생하였고, 실평균 환기효율은 5%정도 차이가 발생하는 것으로 나타났다. 급․배기구 사이의 이격거리가 1.0m 일 때 환기효율이 가장 양호한 것으로 나타났다. 이때 배기구의 위치는 오염원 가까이에 설치하도록 한다.

급기구를 오염원쪽 구석에 설치할 경우 배기구의 위치에 따라 환기효율에 있어 약 5%정도의 차이를 보이는데 급배기구의 이격거리가 1.0m일때 환기효율이 가장 좋은 것으로 나타났다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1장 서 론 12
• 1.1. 연구의 배경 및 목적 12
• 1.2. 연구의 내용 및 방법 13
• 제 2 장 이론 고찰 16
• 2.1. 실내공기오염물질 및 실내공기환경 관련 기준 16
• 2.1.1. 공동주택의 실내공기 오염물질 및 인체에 미치는 영향 16
• 2.1.2. 국내외 실내공기환경 기준 26
• 2.2. 환기 및 환기 관련 기준 29
• 2.2.1. 환기효율 29
• 2.2.2. 국내외 환기관련 기준 33
• 2.3 실내 기류의 해석 35
• 2.3.1. 실내공기유동 형태 35
• 2.3.2. 유동장의 지배 방정식 37
• 2.3.3. 난류유동 40
• 2.4. 국내외 공동주택의 환기시스템 도입 현황 및 문제점 42
• 2.4.1. 국내 공동주택의 환기시스템 현황 42
• 2.4.2. 국외 공동주택의 환기시스템 현황 44
• 2.4.3. 공동주택에 적용된 환기시스템의 특징 및 문제점 49
• 제 3 장 CFD 해석 개요 50
• 3.1. 시뮬레이션 도구 50
• 3.2. 시뮬레이션 대상 모델 및 경계조건 51
• 3.2.1. 대상 모델 51
• 3.2.2. 경계조건 56
• 3.3. 대상 환기시스템의 개념 57
• 3.4. 시뮬레이션 변수 58
• 제 4 장 CFD 해석 결과 61
• 4.1. case 1 (급·배기구의 형상 : round diffuser) 61
• 4.2. case 2 (급기구의 형상=slot형 diffuser, 배기구의 형상=round diffuser) 105
• 제 5 장 결론 125
• 참고문헌 127
• 국문초록 130
• ABSTRACT 133