共同住宅 可變形 空氣分配機 煥氣 시스템의 最適風量 供給方案

Abstract

분석함으로써 본 연구에서 적용된 해석 모델의 타당성을 검증하였다.

제 5장에서는 현장 실험 및 측정을 위해 26평형의 신축공동주택에 가변형 공기분배기 시스템과 일반 덕트 방식 그리고 일반 공기 분배기를 적용하고 풍량 분배 특성을 여러 가지 Case별로 평가하였다.

제 6장에서는 현재까지 본 연구를 통해 도출된 결론을 기술하였으며, 그 내용을 요약하면 다음과 같다.

1) Mock-up 실험 결과 일반 덕트 시스템은 설계치 대비 약 70% 내외의 차이를 나타내고 있는 반면, 가변형 공기분배기 덕트 시스템의 경우 약 20% 내외에서 각 실의 급기량이 설계치를 만족하고 있는 것으로 나타났다.

2) 가변형 공기분배기 덕트 시스템의 송풍 효율은 정압 분포의 개선 효과로 인해 일반 덕트 시스템보다 약 7% 이상 향상되는 것으로 나타났으며, 가변형 공기분배기를 이용할 경우 기존 덕트 시스템의 설계와 시공에서 나타나는 마찰손실, 분기관, 곡관 등에 의한 압력 손실 등의 문제를 개선할 수 있음을 나타낸다.

3) CFD 시뮬레이션을 통하여 공동주택 모의실험의 실측치와 CFD 해석치를 비교하여 가이드 베인의 조절을 통한 각 실 풍량 분배 예측 가능성을 분석한 결과 다양한 풍량 분배를 간단한 시뮬레이션으로 예측이 가능하다고 판단된다.

4) 신축 공동주택 현장에서 가변형 공기분배기 덕트 시스템과 일반 덕트 시스템을 적용하여 풍량 분배 특성을 비교한 결과, 일반 덕트 시스템의 경우 각 실의 설계치 대비 급기량 약 35%, 배기량 약 50% 내외의 차이를 나타내고 있는 반면 가변형 공기분배기 덕트 시스템의 경우는 급기량 약 3%, 배기량 약 7% 내외의 차이로 각 실의 급기량이 설계치를 만족하고 있는 것으로 조사되었다. 5) 신축 공동주택 현장에서 일반 공기 분배기와 가변형 공기분배기의 풍량 분배 특성을 비교한 결과 가변형 공기분배기 덕트 시스템의 송풍효율은 일반 공기 분배기 시스템보다 약 8% 향상되는 것으로 나타났다.

6) 가변형 공기분배기 덕트 시스템과 일반 덕트 시스템 그리고 일반 공기 분배 시스템을 신축 공동주택 단위세대에 설치하고 비교 실험한 결과, 가변형 공기분배기 덕트 시스템이 풍량 분배 효율에 있어 매우 우수한 것으로 나타났다. 이는 가변형 공기분배기 내부에 설치되어 있는 풍량 조절기가 정압 손실을 줄이면서 필요 풍량을 적절히 분배해 주기 때문이라고 판단된다.

향후 연구에서는 대형 공동주택이나 대형 복합건물에 가변형 공기분배기 시스템의 적용 타당성을 검토하고 친환경 및 에너지 절감 효과 등에 대해서 정량적인 연구가 이루어져야 할 것으로 판단된다.; ABSTRACT

Optimum Air Volume Design of Variable Air Distributor System for Apartments

Kim, Sung-soo Department of Architectural engineering The Graduate School Hanyang University

Contemporary air-tight buildings have an efficient utilization of energy. However, it makes ventilation more difficult, preventing fresh air from entering. Moreover, the proliferation of the composite chemicals-composed building materials and the spread of chemical substances due to the increased use of the artificial construction materials deteriorates the quality of indoor air, resulting in, along with the difficulty in ventilation, one of the urgent environmental problems faced by today’s construction industry. In addition, frequent appearances in the media of the polluted indoor air and various diseases caused by it raised public consciousness of the importance of quality air. Public consciousness and the recent boom of "well-being" lives created demands for the construction culture in which healthy body and spirit are the focal points. Quality of indoor air is getting more attention in the high-level urbanization of our society, with most of us now working and living in tall office buildings and apartment complexes. In fact, we spend more than 80% of the day indoors. Ever-increasing indoor air pollution, the lack of ventilation system, sick home syndrome caused by contaminated substances, and environmental degradation such as the chemical hypersensitivity are the negative consequences of high-level crowdedness. To cope with the alarming signs of environmental degradation, Environment Ministry enacted "Regulation on Management of the Indoor Air Quality" in May, 2004. Moreover, the Ministry provided standard guidelines for indoor air quality of all buildings constructed after December, 2005, preparing the basis for the utilization of environment-friendly construction materials. Article 11 of the "Rules on Building Equipment," enacted in February 2006, stipulates that the apartment complexes with more than 100 households should install ventilation facilities with capacity of more than 0.7 ventilation per hour. Before the above-mentioned laws had been passed, natural ventilation by opening windows formed the majority of ventilation system. However, a balcony window and a storm window block polluted indoor air from going out and fresh air from entering the buildings. Therefore, engine ventilation system is becoming more popular as contemporary buildings become high storied and air-tight ones. Ventilation may cause energy loss. This is why development of more sophisticated ventilation system is demanded for the development of systematic design and technology. The commonly used ventilation system in the apartment complexes is an engine ventilation system of the heat exchange ceiling Duct. However, pressure loss, caused by loss of friction, ejection, or elbow Duct, creates air diffuser’s imbalance and the over-utilization of equipments, which amounts to additional energy loss. Air-volume balancing with TAB is used to offset air-volume imbalance created by pressure loss in Duct, but this is not enough to satisfy ventilation needed in each apartment unit. For above reasons, the development and provision of Duct system that would allow enough amount of ventilation in each apartment unit and, the development of simple duct system and application are be required. This research focuses on the comparison and analysis of Variable Air Distributor, which can distribute sufficient amount of air-volume to each apartment unit with its low pressure loss, and the commonly used Duct system. More specifically, this research centers on the distribution capacity of air-volume supply, the characteristics of constant pressure distribution of the two systems, and suggests the optimal air-volume supply plan for each apartment unit. This dissertation paper is composed of six chapters, and the content of each chapter is as follows. In Chapter 1, the backgrounds and purposes of this research, evaluation of the previous researches on the topic, and the scope and the methods of the research are discussed. In Chapter 2, as a review of the basic theories, a general outline of ventilation, ventilation standards both in Korea and around the world and the problems of ventilation are provided. In Chapter 3, a mock-up experiment conducted in an apartment home with 30 pyeong to calculate efficient distribution of air-volume in each apartment unit is introduced. Its surface area is 93.3m2 and the volume is 223.9m2. Variable Air Distributor and general Duct System were installed on the ceiling. For each unit’s ventilation, electric heat switchboard, which can control air-volume in three levels, was also installed on the ceiling. In Chapter 4, the applicability of analysis model and its validity have been verified by comparing and analyzing empirical evidences from the apartment complex mock experiment and CFD simulation results. In Chapter 5, we have variable Air Distributor, General Air Distributor Duct System and Air Distributor installed in a 26 pyeong apartment unit, and evaluated the outcomes of Air-volume Distribution case by case. In Chapter 6, the results derived from these experiments are illustrated as follows: 1) The result of mock-up experiment reveals that General Air Duct System has as much as 70% of deviation from the designed system, while Variable Air Distributor Duct System has only about 20%, satisfying the numerical value of the designed system. 2) The improvement of constant pressure distribution increased ventilation efficiency of Variable Air Distributor Duct System by 7% than General Air Duct System. In addition to the improved ventilation efficiency, using Variable Air Distributor Duct System can solve such problems as pressure loss caused by the loss of friction, the ejection, and the elbow. 3) By comparing the actual numerical value of mock-up experiments on apartment complexes with the numerical value of CFD analysis, this research reaches the conclusion that various air-volume distributions can be predicted through simple simulations. 4) Comparison has been conducted between Variable Air Distributor Duct System and General Air Duct System on the construction site of the new apartment complexes. This experiment shows that General Air Duct System has approximately 35% of deviation from numerical value of the designed system and approximately 50% of deviation from the amount of evacuation. Variable Air Distributor Duct System, on the other hand, has only 3% of deviation from the amount of air supply and 7% of deviation from the amount of evacuation, satisfying each cell’s numerical value of the designed system. 5) Comparing the characteristics of air-flow distribution between General air distributor and Variable Air Distributor on the construction site of apartment complexes reveals that ventilation efficiency increased about 5% with Variable Air Distributor Duct System. 6) After installing and comparing Variable Air Distributor Duct System, General Duct System and Air Distribution System in newly-built apartment complexes, it has become clear that variable Air Distributor Duct System is superior to alternative systems in terms of air-flow distribution efficiency. This is because air-flow control system, which is installed inside Variable Air Distributor Duct System, distributes air-flow appropriately by decreasing the loss of constant pressure.

In further researches, the validity of Variable Air Distributor System in large-scale apartment complexes and composite buildings is supposed to be reviewed, as well as the environmental and energy-efficiency effects of Variable Air.; 국 문 요 지

최근 공동주택은 에너지 효율증가를 위한 건물의 기밀화와 밀폐화로 환기 부족현상을 초래하고 있으며, 또한 복합 화학물질로 구성된 새로운 건축자재의 보급이 증가되고, 인공 건자재 사용에 따른 화학물질 방출량이 증대되면서 부족한 환기량과 더불어 실내 공기질은 매우 열악하여 새로운 실내 환경문제로 부각되고 있다. 그리고 각종 언론매체 등에 의한 오염된 실내공기로 각종 질환이 유발되고 있다는 이슈화로 사회 전반에 걸쳐 실내 공기질의 중요성에 대한 경각심이 매우 높아졌으며, 최근 우리사회에서는 소득수준 향상에 따른 웰빙 바람과 함께 건강한 육체와 정신을 추구하는 건축문화가 요구되고 있다. 또한 현대인들이 하루의 80% 이상을 실내에서 생활하고 있고 주거, 사무공간도 도시화에 따라 좁은 공간에 많은 사람들을 수용할 수 있는 아파트, 고층빌딩 같은 공동주택의 형태가 보편화되고 있으므로 실내 공기질에 대한 관심과 우려가 날로 커지고 있다. 특히 밀집 공간에서의 실내공기 오염발생원 증가, 환기량 부족, 신축건물의 유해물질로 인한 새집증후군, 화학물질 과민증과 같은 환경문제에 대한 대책으로 2004년 5월 환경부에서는 “다중이용시설 등의 실내공기질 관리법”을 제정, 2005년 12월 이후의 신축 공동주택에 대한 실내공기질의 권고 기준을 제시하고, 실내오염원 방지를 위한 친환경 건축자재 사용 등 환기설비기준을 마련하였으며, 2006년 2월 "건물의 설비기준 등에 관한 규칙" 제 11조에 의하여 100세대 이상의 신축 및 리모델링 공동주택에 대해서 필요 환기량, 시간당 0.7회 이상의 환기성능을 확보할 수 있는 환기시설을 의무적으로 설치하도록 하고 있다. 또한, 대다수의 공동주택 환기방법은 법 개정 이전에는 개구부 틈새 바람을 이용한 자연환기가 주종을 이루고 있었지만, 자연환기는 베란다 샷시 설치 및 이중창 등으로 실내의 오염된 공기가 충분히 배출되지 못할 뿐만 아니라 신선한 공기가 유입되지도 못하고 있는 상황이다. 따라서 공동주택의 고층화․ 기밀화에 따라 기계환기 시스템 도입이 일반화되고 있다. 그러나 환기에서는 필연적으로 에너지 손실이 따르기 때문에 필요 환기량의 확보와 동시에 에너지 절약을 염두에 둔 시스템 설계와 기술개발이 이루어져야 한다. 이에 반해 공동주택의 환기를 위해 주로 적용되고 있는 열교환식 천정 덕트형의 기계식환기는 덕트 내의 마찰손실, 분기관, 곡관 등에 의한 압력손실로 급배기의 불균형과 함께 장비의 과용량 사용 문제가 발생할 수 있으며, 이로 인하여 추가적인 에너지 손실이 발생되고 있다. 또한, 덕트 내 압력손실로 인해 각 토출구에서 취출되는 풍량의 불균형으로 TAB(Testing Adjusting and Balancing)를 통한 풍량 밸런싱을 해 보지만 각 실의 필요 환기량을 만족시키지 못 하고 있는 실정이다. 이를 위해 공동주택의 단위세대별 각 실에 적정 필요 환기량을 확보할 수 있으며 시공성과 함께 TAB가 필요없는 간편한 덕트 시스템의 개발 및 적용이 절실히 요구되고 있다. 본 연구는 압력 손실이 적고 각 실에 필요 풍량을 균등하게 분배할 수 있는 가변형 공기분배기 시스템과 기존의 공동주택에 적용되고 있는 일반 덕트 시스템의 공급 풍량 분배 성능, 정압 분포 특성 등을 비교·분석하여 공동주택의 단위세대 환기 시스템의 최적 풍량 공급 방안을 제시한다.

본 논문은 6개의 장으로 구성되어 있으며 각 장의 구체적인 내용은 다음과 같다.

제 1장에서는 연구의 배경 및 필요성, 기존연구의 고찰, 연구의 목적, 범위 및 방법에 대하여 기술하였으며 연구의 방향을 설정하였다.

제 2장에서는 본 연구의 기본적인 이론에 대한 검토로서 환기의 일반적인 개요, 국내외의 환기 기준과 환기 시스템의 기본적인 현안에 대해 제시하였다.

제 3장에서는 Mock-up 실험을 통한 각 실 풍량 분배 효율 평가를 위하여 30평형의 공동주택을 모의하였으며, 실험실의 바닥면적은 93.3㎡이고, 체적은 223.9㎡로 천정에 가변형 공기분배기 덕트와 일반 덕트를 각각 설치하였으며, 각 실의 환기량을 위해 풍량을 3단계로 제어할 수 있는 전열교환기를 설치하여 각 시스템의 급기분배 효율, 정압 특성을 평가․ 분석하였다. 제 4장에서는 공동주택 모의실험의 실측치와 전산유체역학(CFD: Computational Fluid Dynamics) 시뮬레이션의 해석결과를 비교&#8228