기존 공동주택의 환기효율 개선을 위한 환기장치의 무선연동제어기술 개발에 관한 연구

Abstract

국 문 요 지

최근 정부의 제로에너지 정책 시행 및 에너지 절약 설계에 따라 건축물들의 기밀성 및 단열성이 점차 높아지고 있음에도 불구하고 그에 따른 충분한 환기 성능을 확보하지 못하고 실내공기질 관리 여건은 점점 더 악화하고 있는 실정이다. 국토교통부령 건축물의 설비기준 등에 관한 규칙 제11조에 따르면 공동주택의 경우 시간당 0.5회 이상의 환기가 이루어질 수 있도록 규정하고 있어 전열교환 환기장치와 같은 기계 환기장치의 보급이 의무화되었으나 선행연구에 따르면 대부분 거주자는 수동으로 조작해야 하는 환기장치의 작동 메커니즘 또는 작동 시기 등과 같은 작동 방법에 대해 잘 모르는 경우가 대다수이며 대체로 창문개방을 통한 환기행위를 하는 것으로 나타났다. 또한 공동주택의 경우 앞서 서술한 바와 같이 기밀성능 및 단열성능이 상승함에 따라 배기장치 이용 시 실내에 급기량이 부족하여 배기 성능이 떨어지는 것뿐 아니라 환기설비의 노후화 또는 건축설계 및 시공단계에서의 각종 환기 관련 문제로 인하여 제원 성능에 비해 환기 효율이 현저히 떨어지는 경우가 대다수임을 알 수 있었다. 따라서 본 연구에서는 공동주택의 각종 환기 관련 문제점을 진단한 후 개선방안을 제시하고 기존 공동주택에 적용 가능한 현실적인 환기 개선방안을 선정하여 실제 거주자가 거주하는 리빙랩에 적용한 뒤 그 성능을 검증하였으며, 독립적으로 가동되는 개별 환기장치를 무선으로 연동 제어하여 적용 전·후의 성능을 비교 분석하였다.

본 연구는 총 5장으로 구성되어 있으며, 각 장의 내용은 다음과 같다.

제 1장에서는 본 연구의 배경, 연구목적에 관하여 기술하였다.

제 2장에서는 측정 공동주택(리빙랩)에 대한 개요와 현장 방문 후 도출한 공동주택의 환기 관련 문제점에 대하여 설명하였다.

제 3장에서는 리빙랩에 적용할 현장 적용 기술을 선정하고 이를 측정하는 기기와 측정하는 방법에 대하여 설명하였으며 리빙랩 각 세대에 선정된 개별 환기장치 개선 및 이를 통한 환기 개선효과를 측정 및 비교하였다.

제 4장에서는 개별 환기장치 개선 후 환기장치 무선 연동제어 시스템을 구축함에 따른 거실의 미세먼지 및 초미세먼지 농도 변화와 화장실의 이산화탄소농도 및 상대습도의 변화를 분석하여 해당 데이터를 비교하였다.

제 5장에서는 본 연구에서 도출한 결론을 기술하였으며, 내용을 요약하면 다음과 같다.

(1) 기존 공동주택에서는 실내공기질 개선을 위한 다양한 환기장치가 설치되어 있으나 거주자의 환기 인식 부족, 건축설계 및 시공상의 문제, 실내 급·배기 균형의 부조화로 인한 침기 의존 현상, 환기설비 노후화 등 다양한 이유로 그 효과가 충분하지 못함을 확인하였다.

(2) 화장실 이산화탄소농도를 저감 하기 위해서는 언더컷 개선방안을 적용하는 것이 배기 팬 교체 방안을 적용하는 것 보다 약 27% 더 효과가 높은 것으로 나타났고, 도달하는 최대 상대습도를 낮추기 위해서는 언더컷을 하는 것보다 배기 팬 및 플렉시블덕트를 개선할 때 15% 정도 더 낮은 수치를 보였다.

(3) 화장실 문 언더컷 개선방안을 적용할 경우 도달하는 최대 상대습도는 개선 전·후 모두 약 90%로 큰 변화가 없으나 상대습도의 저감 속도(기울기)는 개선 전에 비해 약 4배 빠르고 배기 팬을 교체 방안을 적용하는 경우 상대습도의 저감 속도에는 유의미한 차이가 없는 것으로 나타났다. 따라서 상대습도를 빠르게 낮추기 위해서는 화장실 문 언더컷을 사용하는 게 배기 팬 및 플렉시블덕트를 교체하는 것보다 유리함을 확인하였다.

(4) 주방 레인지후드의 경우 주방에서 조리 시 평균 미세먼지(PM10) 농도의 경우 개선 후 약 38% 적게 상승함을 확인하였고 초미세먼지(PM2.5) 농도의 경우 개선 후 약 35% 적게 상승함을 확인하였다.

(5) 개별 환기장치 무선 연동제어 기술을 적용하였을 때 전체 기간 외부 미세먼지 농도와 실내 미세먼지 농도의 I/O Ratio 데이터를 분석한 결과 개선 전에 비해 개선 후 전체적인 미세먼지 농도가 낮게 유지되고 튀는 값들이 사라진 것을 통해 전체적인 실내 미세먼지 발생량이 감소했음을 확인하였다.

(6) 단계별로 적용한 개별 환기장치 개선(주방 후드 교체), 연동제어 기술 적용(무선 연동제어 시스템 구축)의 과정에 따라 미세먼지 및 초미세먼지 농도 데이터의 괄목한 개선 효과를 확인하였으며 이는 해당 개선방안 적용으로 인한 환기 효율 상승으로 연동제어 기술의 효과를 검증하였다.

본 연구는 실제 거주자가 거주하는 리빙랩에 측정 기기를 설치하여 이산화탄소농도, 상대습도, 미세먼지 및 초미세먼지 농도 등을 수집 및 분석하였으며 기존 환기장치의 문제점을 도출하여 이를 개선하고 개선된 개별 환기장치의 연동 기술을 통해 실내공기질을 크게 개선할 수 있음을 확인하였다. 추후 연구에서는 단순히 작동신호를 주고받는 수준의 연동시스템을 넘어 거주자의 행동 및 실내 오염물질 발생량 따라 급·배기량을 조절하여 실내·외 압력 차를 조율하고 실내공기의 밸런스를 유지할 수 있도록 한다면 기존 공동주택의 최적 환기 설계의 가이드라인을 제시하는데 큰 도움이 될 것이라고 판단된다.