소규모 공간의 실내공기질 실험 및 이산화탄소 농도 시뮬레이션 기반 겨울철 적정 자연환기에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

최근 지속적인 미세먼지 농도 상승으로 인해 미세먼지 관련 실시간 경보와 주의보가 증가하고 있다. 이러한 대기오염 경보 제도로 인해 사람들은 미세먼지의 위험성을 지속적으로 인식해왔고, 이는 자연 환기에 대한 반감을 갖도록 하였다. 사람들은 대부분 90% 이상의 시간을 실내에서 보내고 있다. 특히, 기계식 환기설비가 없는 공간에서는 미세먼지 침투의 우려로 인해 자연 환기를 하지 않는 경우 오염물질은 실내에 지속적으로 쌓이게 되며 특히 호흡으로 인한 이산화탄소나 미세먼지가 축적되어 재실자의 건강에 위협이 될 수 있다.
비교적 규모가 작은 공간의 경우 기계식 환기설비가 없는 곳이 많은 실정이다. 최근 창업을 희망하는 사람들이 많아지면서 1인 창조기업의 수가 빠르게 늘어나고 있다. 그에 따라 1인 사무실의 수요 또한 증가하고 있다. 이러한 소규모 공간에서 환기는 건강상의 문제로 반드시 필요하고 환기에 대한 법적 규제가 되어있지 않은 공간이기에 적절한 환기 방법에 대한 연구가 필요하다.
본 연구에서는 겨울철 기계식 환기설비가 없는 소규모 공간에서 실내공기질 기준을 유지하기 위하여 실험과 해석 방법으로 적절한 자연 환기 방법을 제안하고자 한다. 이를 위해 서울 소재 대학교의 바닥면적 26.8 m2 규모의 실제 사용되고 있는 1인 교수실을 대상으로 온도, 습도, 풍속, CO2 및 미세먼지 농도 등을 측정하고 그 결과를 분석했다. 실험은 비교적 공기교환율이 높은 겨울철에 진행되었다. 또한, 재실자에게 분 단위로 적절한 환기 방법을 제안하기 위해 1차 미분방정식에 근거한 해석 프로그램을 EES 소프트웨어를 사용하여 CO2 농도를 1분 단위로 시뮬레이션하는 프로그램을 만들어 실험값과 시뮬레이션 결과를 비교하며 검증하였다. 검증된 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 소규모 공간에서 실내공기질 기준을 유지하기 위한 재실자의 재실 시간에 따른 적절한 자연 환기 방법을 제안하였다. 더불어, 본 연구 결과를 바탕으로 실에 필요한 자연 환기 시간을 예측하기 위해 회귀분석적 방법으로 오차 제곱의 합을 최소화시키는 상관식을 개발하였다.
본 연구결과를 통해 기계식 환기 설비가 없는 소규모 공간에서 CO2 농도가 1000ppm 이하인 실내공기질 유지기준을 충족시키기 위한 적절한 자연 환기 방법을 제안하고 자연 환기 시간 예측 상관식을 개발하여 재실자들에게 적절한 환기 가이드라인을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently, there has been an increase in real-time alerts and warnings related to fine dust due to its continuous concentration increase. This air pollution warning system has led people to become more aware of the risks of fine dust, resulting in a reluctance to use natural ventilation. However, given that people spend over 90% of their time indoors, particularly in spaces without mechanical ventilation facilities, indoor pollutants such as carbon dioxide or fine dust caused by breathing can accumulate and pose health risks.
Small spaces without mechanical ventilation facilities, such as single-person offices, are becoming increasingly popular as more people want to start businesses. As these spaces are not subject to legal regulations on ventilation, appropriate ventilation methods must be researched to maintain indoor air quality standards.
This study aims to propose an appropriate natural ventilation method for small spaces without mechanical ventilation facilities in winter through experimentation and analysis. Temperature, humidity, wind speed, CO2, and fine dust concentration were measured and analyzed in a single-person professor room with a floor area of 26.8 m2 at a university in Seoul. The experiment was conducted in winter when the air exchange rate was relatively high. An analysis program based on the first differential equation was created using EES software to simulate CO2 concentration in minutes, and the experimental values and simulation results were compared and verified to propose an appropriate ventilation method according to the occupancy time of the occupant. In addition, a correlation equation was developed to predict the natural ventilation time required for the thread, minimizing the sum of the squares of errors using a regression analysis method.
The results of this study suggest appropriate natural ventilation methods to maintain indoor air quality standards in small spaces without mechanical ventilation facilities, with a CO2 concentration of less than 1000 ppm. These findings can provide appropriate ventilation guidelines to visitors and contribute to maintaining indoor air quality in small spaces.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 제1절 연구의 배경 및 목적 1
• 제2절 연구의 범위 및 방법 5
• 제2장 이론적 고찰 6
• 제1절 실내공기 오염물질 6
• 제2절 실내공기질 유지기준 6
• 제2장 실내공기질 실험 기반 CO2 농도 예측 시뮬레이션 프로그램 개발 8
• 제1절 실내공기질 실험 8
• 제2절 CO2 농도 예측 시뮬레이션 프로그램 개발 18
• 제3절 CO2 농도 예측 시뮬레이션 프로그램 검증 22
• 제4장 연구결과 23
• 제1절 시뮬레이션 프로그램의 신뢰성 검증 결과 23
• 제2절 케이스 별 적정 환기 방법 분석 결과 25
• 제3절 자연 환기 시간 상관식 개발 31
• 제5장 결 론 44
• 참고문헌 46
• 영문초록(Abstract) 49
• 감사의글 51