실외온도가 공동주택 거주자의 자연환기에 미치는 영향에 관한 연구

Abstract

현대인들은 하루 중 대부분의 시간을 실내에서 활동하고 있으며, 2000년 초반부터 새집증후군이 화두가 되면서 건물 실내공기질에 대한 관심 및 기대감이 지속적으로 증가하였다. 이에 정부에서는 공동주택에서 시간당 0.5회 이상의 환기량을 확보할 수 있는 자연환기 또는 기계환기 설비의 설치를 의무화 하였다. 그러나 선행 연구결과에 따르면 기계환기 설비가 설치된 공동주택 거주자 대부분이 에너지 비용 증가 등의 이유로 환기설비를 사용하지 않는 것으로 조사되었다. 현재 공동주택의 환기설계는 재실자의 환기행동을 고려하지 않고 물리적 성능 기준에 맞춰 설계되어 대부분의 공동주택 거주자가 사용하지 않고 있다. 환기는 거주자가 건강 및 실내환경의 쾌적성을 향상시키기 위해 행하는 대표적 수단으로, 환기의 본 목적을 달성하기 위해서는 사용자인 거주자를 중심으로 한 설계가 필요하다. 실외온도는 거주자가 환기를 하는 주된 이유 중 하나로, 효과적인 환기를 통해 거주자의 건강과 실내환경을 개선시키기 위해서는 실외온도가 거주자의 자연환기행위에 미치는 영향에 대하여 파악하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 수도권의 공동주택에서 장기간의 실내·외 환경 측정과 설문조사를 실시하였고, 이를 통해 실외온도 변화가 공동주택 거주자의 자연환기행위 및 만족도에 미치는 영향과 환기 후의 실내환경 개선 효과에 대하여 분석하였다.

본 연구는 총 6장으로 구성되었으며, 각 장의 내용은 다음과 같다.

제 1장에서는 연구의 배경과 목적 그리고 연구의 범위 및 방법에 대하여 기술하였다.

제 2장에서는 측정대상의 개요, 측정항목 및 방법, 설문조사 항목 및 방법에 대하여 기술하였다.

제 3장에서는 측정 결과에 대하여 기술하였다. 측정기간 동안의 실내·외 환경 변화와 각 세대의 환기빈도 및 환기시간 현황을 파악하였다.

제 4장에서는 건축적 요소, 거주자 특성, 실외온도가 공동주택 거주자의 자연환기행위에 미치는 영향에 대해 분석하였다.

제 5장에서는 환기 후의 실내환경 변화와 온열감에 대해 분석하였다. 또한 ASHRAE Standard 55-2013에서 제시하는 자연환기 건물에서 수용 가능한 온열 조건을 바탕으로 측정기간 동안 각 세대의 온열환경을 평가하였다.

제 6장에서는 본 연구에서 도출된 결론을 기술하였으며, 내용을 요약하면 다음과 같다.

(1) 측정기간 동안 각 세대의 환기빈도는 0.4-2.5 회/day (평균 1.1 회/day), 환기시간은 0.2-5.6 hours/day (평균 2.3 hours/day)로 나타났으며, 환기빈도 및 환기시간 모두 각 세대별로 크게 차이가 있는 것으로 나타났다.

(2) 세대면적과 일 평균 환기빈도 및 환기시간의 관계에서는, 20평형 세대의 일 평균 환기빈도 및 환기시간이 30평형 이상의 세대보다 더 높게 나타났으며, 응답자의 연령대가 낮은 세대일수록 일 평균 환기빈도 및 환기시간이 높아지는 것으로 조사되었다.

(3) 설문조사에서 자연환기와 기계환기 또는 공기청정기를 병행 사용한다고 응답한 세대(이하 Aperiodic Group)의 일 평균 환기빈도는 0.8 회/day로, 비주기적으로 환기를 하였으며 자연환기만을 하는 세대(이하 Periodic Group)에서의 일 평균 환기빈도는 1.5 회/day로, 매일 1회 이상 주기적으로 환기를 하였다. 또한 Aperiodic Group의 평균 세대면적이 Periodic Group의 평균 세대면적보다 큰 것으로 나타났으며, 통계적으로 유의한 것으로 나타났다.

(4) 실외온도 상승이 자연환기행위에 미치는 영향을 보면, Aperiodic Group에서는 비주기적 환기행위로 실외온도에 따라 0.6-0.9 회/day로 1회 이하로 유지되었으며, Periodic Group에서는 주기적 환기행위로 0.6-1.8 회/day로 대부분 1회 이상 환기를 하는 것으로 나타났다. 환기시간은 두 Group 모두 일 평균 실외온도가 10℃ 이상일 때 환기시간이 급격하게 증가하는 지수 형태로 나타났다. 일 평균 실외온도가 10℃ 이상에서, Aperiodic Group은 일 평균 실외온도가 1℃ 상승할 때마다 환기시간이 평균 0.36 hours(약 20분), Periodic Group은 0.17 hours(약 10분) 상승하였다.

(5) 환기 후 실내환경의 변화와 거주자가 응답한 온열감을 보면, 환기 후 30분 내에 실내CO2 농도가 실외CO2 농도인 300-400ppm에 도달하였으며 실내온도는 환기 시의 유입된 실외 공기의 온도에 영향을 받아 1-2℃ 정도 감소하는 것으로 나타났다. 환기 후 거주자들의 온열감은 실외온도에 영향을 받아 “춥다”~“보통”으로 대부분 응답하였으며, “보통”이라고 응답했을 때의 평균 실내온도는 22.4℃로 나타났다.

(6) ASHRAE Standard 55-2013을 통하여 실내 온열환경을 평가한 결과, 대부분 수용 가능한 조건 범위에 포함되는 것으로 나타났다. 그러나 측정기간 동안의 실내온도 분포를 보면, 주기적으로 자연환기를 하는 Periodic Group의 실내온도가 비주기적으로 자연환기를 하는Aperiodic Group의 실내온도보다 낮게 분포한 것으로 나타났다.

본 논문에서는 실외온도의 변화가 공동주택 거주자의 자연환기행위에 미치는 영향을 파악하였다. 이를 통하여 자연환기를 효율적으로 사용할 수 있는 실외온도를 파악하였으며, 이는 앞으로의 하이브리드 환기 계획 및 기계 환기 설비의 제어방법에 활용할 수 있을 것이다. 또한 거주자의 환기행위 패턴에 따라, Periodic Group의 실내온도가Aperiodic Group의 실내온도보다 낮은 온도대에서 분포하는 것으로 나타났다. 이는 주기적으로 자연환기행위를 했던 Periodic Group의 세대들이 더 적극적으로 실내환경 개선을 위한 노력을 하였고, 환기를 통하여 실외환경에 지속적으로 접하게 되어 실외환경에 대한 적응도가 높아졌기 때문인 것으로 판단된다. 향후 연구에서는 거주자의 환기행위 패턴과 만족도와의 관계 분석을 통하여 에너지 절약을 위한 환기계획과 제어 방법에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다.