1. 서 론
1.1 연구의 배경 및 목적
주거환경이란 주택의 입지와 더불어 거주자와의 상호관계로서 형성된 정신적, 물리적 생활영역으로서, 개인 및 가족의 일상생활을 수용할 뿐만 아니라, 그들의
가치와 기대행동에 직․간접적인 영향을 미친다. 또한, 주거는 하나의 복합적 현상으로서, 사회․문화․의식․경제적 요소들의 상호작용의 변화와 차이에 따라
달라지고, 은신처 제공이라는 소극적인 목적과 인간의 생활에 가장 적합한 환경인 공간의 사회적 단위를 창조한다는 적극적인 목적을 담고 있다.(1)
주거환경 요소 중에서도 실내공기의 쾌적성은 거주자의 삶의 질에 있어서 가장 중요한 요소 중 하나이다.(2) 쾌적한 실내공기 환경을 조성하기 위해서 설비 분야 중에서도 공조기술이 주목받게 되었으며, 공기조화설비의 시험․조정․평가(Testing, Adjusting
and Balancing, 이하 TAB)의 중요도가 높아지고 있다.
TAB는 환기 설계에 부합하고 적합한 쾌적 환경을 조성하기 위해, 에너지이용을 효율적으로 유도함으로써 불필요한 에너지 낭비를 사전에 최소화할 수 있는
일련의 작업과정을 뜻한다. 최근 미세먼지를 비롯한 다양한 외부 대기 환경 문제가 이슈화되면서 주거 공간 내 환기설비의 중요성은 더욱 강조되고 있다.
국내의 경우, 건축물 에너지 절감의 중요성이 강조됨에 따라 G-SEED, 제로에너지건물(NZEB) 등 녹색건축물 구현을 위한 관련 기술개발 및 정책이
활발히 전개되고 있다. 녹색건축물은 “에너지 소비를 최소함과 동시에 쾌적하고 건강한 거주환경을 제공하는 건축물”이다. 현재 녹색건축물 조성지원법은
주로 에너지 소비에 집중
되어 있어 실내 공기질과 관련된 물리적 환경 요소 및 거주자 쾌적도에 대한 고려는 부족한 것으로 판단된다.
국내 주거 시장의 경우 건설사의 저가 입찰 경쟁으로 인해 환기설비의 경우 완성도가 낮은 제품이 주로 설치되는 실정이며, 이에 따른 성능 저하가 발생하여,
거주자의 불만 및 하자 분쟁의 원인으로 작용하고 있다. 아직까지 환기설비에 대한 관련 규정이 미비한 상황으로 환기 설계 오류, 연결부자재 미사용,
덕트 단열 미비, 배관 끊김/찢어짐, 벽 관통부위 미처리, 양/음압에 대한 하자, 흡음기 미설치, 급기․회기 연결 오류 등 설계․
시공 단계에서 다양한 하자 문제가 반복적으로 발생하는 것으로 확인되었다(Table 1 참조).
또한, 환기설비 자체에서 나타나는 결함을 찾을 수 있는데, 미세먼지와 같은 오염물질로 인하여 환기설비의 실외공기 유입구에 먼지가 과도하게 침착되어
유입 공기량이 저감되거나, 환기설비 내부 누기로 인해 외부
공기가 필터를 거치지 않고 실내로 유입되는 현상과 환기장치 내의 오염 등이 발견되고 있다.
이러한 현상을 방지하기 위해선 환기설비 유지관리 및 시공검증 과정이 중요해지고 있으며, 환기설비에 대한 TAB 작업은 이를 검증하기에 효과적일 것으로
판단된다.
본 연구는 주거용 건축물을 대상으로 열교환환기장치의 TAB에 관한 실태조사를 실시함으로써 환기장치의 계획 풍량에 부합한 풍량을 확보하고, 위생적 측면의
안정성을 보장할 수 있음을 확인하며, 급기(Supply Air, 이하 SA)와 회기(Return Air, 이하 RA)의 밸런스를 조정하여, 극단적인
압력차이로 인한 건축물의 하자를 예방
하고자 하였다. 또한, 건축물의 계획단계 성능 대비 TAB 작업 전․후 성능 변화를 분석하여 주거용 건축물에서 TAB의 영향성을 제시하고자 한다.
Table 1. Defect type of ventilation unit
1.2 선행연구 고찰
TAB 기술 관련 연구는 TAB 개요, 수행방법 등 기초확립에 중심을 두어 활성화를 강조한 연구(3-6)와 실측을 기반으로 에너지 성능분석을 통해 TAB의 필요성을 역설하는 연구(7-11) 등 두 가지 양상으로 진행되어 왔다.
Cho et al.(7)은 신축 및 기존 사무소 건물을 대상으로 공기분배계통에 대한 TAB을 실시함으로써 공조기의 송풍량을 적정하게 유지시켜 송풍동력을 절감하고, 이에 따른
냉․난방에너지의 절감효과를 분석하여 장래 건물에서 쾌적한 실내 환경을 유지하는 동시에 에너지효율 향상을 기할 수 있는 TAB의 필요성을 주장하였다.
Kim(3)은 한국종합 무역센터 전시동 공조설비 TAB 수행결과 용역을 논문화하였으며, 물분배계통 및 공기
분배계통의 TAB를 통해 풍량⋅유량의 초기설계값과의 상호비교, 소음의 기준치 적합여부, 기타 분배계통의 문제점 등을 정리하였다.
Kim(4)은 TAB 일련의 과정에 있어서 발생할 수 있는 문제들을 방지하기 위해 TAB의 배경, 목적, 장비, 수행절차 등을 물 분배계통과 공기 분배계통으로
나누어 자세히 나열하였으며, 예상되는 문제점 및 대책을 설비부문별로 정리하였다.
Kim(5)은 덕트계통에서의 System Effect 문제가 자주 발생함에 따라 설계자 및 시공자들에게 공조 덕트 계통의 문제점을 해결하는 데 도움을 주고자
팬의 성능시험, 팬토출구, 팬흡입구 부분에서 System Effect Factor을 분석하였다. 이를 기반으로 토출 및 흡입구 풍속이 낮고 회전수가
느린 큰 사이즈의 팬을 권장하였다.
Park et al.(8)은 공공기관의 TAB사업 발주 자체가 매우 미미함을 지적하며, TAB 사업을 활성화 시킬 필요가 있음을 강조하였다. 이에 공공 건축물 중 TAB 실시업체에
대하여 공공기관의 TAB 발주에 대한 인식 및 현 실태에 대해 설문조사를 하고 이에 대한 대책을 제안하였다.
Park(6)은 TAB과 관련이 있는 행정규칙, 시행규칙을 중심으로 살펴보고 대상건축물 2곳의 TAB 전⋅후 에너지
절감효과를 분석하였다. 이를 기반으로 공무원, 공기업, 전문 엔지니어를 대상으로 설문조사를 통한 개선 방안을 도출하여 TAB 활성화 방안을 제안하였다.
Seol(9)은 철도 지하 환승 통로 거실제연설비에 대한 TAB 현장 성능평가 및 분석을 위해 2016년 개통예정인 철도지하환승통로를 대상으로 7개 구역으로 구분하여
거실제연설비 성능확보에 대한 문제점 분석과 개선방안을 도출하였다.
Ko(10)은 제연설비 TAB과 관련하여 연구보고서, 선행논문, 단행본 등의 자료를 검토하고, 제연설비 개요와 관련 기준, TAB 개요 및 중요성에 대해 고찰하였다.
이를 기반으로 거실 및 특별피난계단 부속실의 TAB 적용
사례를 조사 및 정리하여 TAB 제도의 개선방안을 제시하였다.
Lee(11)은 국내 신축 공동주택에 설치된 환기설비의 성능 모니터링을 위하여 2013년 이후에 완공된 서울 및 수도권 공동주택 단지를 중심으로 19세대를 선정하였다.
이를 대상으로 TAB 실시를 통해 환기성능과 소음을 모니터링함으로써 현 상황의 문제점을 제시하였다.
이처럼 TAB 관련 연구 중 실측기반 연구는, TAB 수행 시 분석 표본 수가 2개 이하로 분석된 사례가 대다수이며, 분석 대상은 대규모 건축물(숙박,
업무) 또는 공동주택을 대상으로 수행되었다. 이에 본 논문은 실측 대상의 표본 개수를 높여 필드 데이터로서 신뢰도를 높이고, 주거용 건축물을 대상으로
TAB 전․후 에너지성능을 비교분석하여 기존 연구와 차별성을 갖도록 하였다.
1.3 연구의 범위 및 방법
본 연구는 환기장치가 설치된 국내 소규모 건축물을 대상으로 TAB를 수행함으로써 대상지별 급기․회기 밸런스 차이에 의한 영향성을 분석하고, TAB
전⋅후 건축물의 성능 변화에 따라 TAB가 건축물 에너지성능에 미치는 영향도를 분석하였다(Fig. 1 참조).
본 연구의 분석 대상은 시기적으로 G-SEED, 에너지효율등급, 건강친화형주택 건설기준 등 국내 친환경 인증이 본격화된 2013년 이후에 완공된 건축물
60곳을 대상으로 선정하였다. 해당 사례는 환기설비의 성능 검증을 위하여 TAB 수행을 완료한 주거용 건축물이며, 건축물 위치 등 공간적인 제약은
두지 않았다.
또한, TAB는 HVAC(Heating, Ventilating, and Air Condition)시스템이 적절히 운전되도록 하기 위해서 수행하는 시험,
조절, 평가의 행위이나 본 연구에서는 열교환환기장치에 집중하여 물분배 계통은 제외하고 정풍량방식의 공기분배계통 환기장치의 TAB 평가결과를 중심으로
분석하였다. TAB의 수행방법은 대한설비공학회에서 교육/안내하는 방법에 따라 진행하였으며, 자동제어계통 점검과 소음 측정은 제외하였다(Fig. 2 참조).
Fig. 1 Research process diagram
Fig. 2 TAB performing process diagram
3. 결 론
본 연구는 품질관리가 쉽지 않은 소규모 주거 건축 시장에서, 최근 주요한 이슈로 떠오르는 실내공기질 문제를 해결하는 방안 중 하나인 열교환환기장치
TAB를 대상으로 진행되었다. 주거용 건축물 열교환환기장치 시장의 설계 및 시공품질을 확인하기 위한 현장 실태조사 연구로, 60세대의 소규모 건축물을
선정하여 환기장치 TAB 작업을 수행하였다. 분석과정으로는 TAB 작업 전⋅후의 풍량을 계측하여 밸런스차이에 의한 영향성을 분석하였고, 에너지성능
분석을 통해 TAB가 건축물 에너지성능이 미치는 정도를 파악하였으며 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
(1) 정압계산이 병행되는 환기장치 설계 및 시공이 아닌 경험에 의한 덕트 설계와 시공으로 인하여 급기․
회기 밸런스 차이가 많이 발생하였다. 총 60세대 중 TAB 작업 전의 풍량에서는 양압이 걸린 건물은 31세대로 양압과 음압이 절반정도로 구성되어
있으며 TAB 후에는 80% 정도의 건축물이 양압으로 구성되었다. 내부 급기(SA) 풍량은 TAB전 평균적으로 24% 차이가 나왔으며, 최대 114%까지
차이가 발생하였다. 회기(RA)
풍량의 경우는 평균 27% 차이가 나고 최대 93%까지 차이가 발생하였다. TAB 작업 이후 결과에서는 급기
(SA)풍량 평균 4.3%, 배기(RA) 풍량 평균 3.6% 정도로 계획풍량과 비슷한 값으로 설정됨을 확인하였다.
(2) TAB전 냉방에너지요구량의 경우 계획 성능 대비 평균 -2% 차이밖에 보이지 않고 난방에너지 요구량의 경우에서도 평균적으로는 -4% 정도의
차이밖에 보이지 않아 에너지 성능 측면에서 TAB 작업 전⋅후 성능변화가 미비한 것으로 보일 수 있으나, 난방에너지 요구량 측면에서 최대 –30%
가량의 성능 변화를 보여주는 세대도 있고, 70% 이상의 대상지가 -9.3%~+7.3% 정도의 난방에너지 성능 변화를 갖으나 나머지 20%에 달하는
세대의 경우 +7.3~+15.6% 혹은 -9.3~+34.2%에 해당하는 TAB전후 에너지성능차이가 높은 비율에 속하고 있어 건축물 에너지성능에서 환기의
손실량의 비중이 크지 않음을 고려해 볼 때 유의미한 차이를 보인다고 할 수 있다.
(3) 건축물 급기․회기 밸런스 측면에서는 TAB작업 전 양압 최대 57 m3/h, 음압 최대 -99 m3/h까지 계측되었다. 일반적인 소규모 건축물에서 정풍량방식의 환기시스템이 적용됨을 고려해 보았을 때 이러한 급기․회기 풍량차이는 연중 지속적으로 건축물에
음압에 의한 하자 혹은 양압에 의한 하자를 유발할 수도 있다.
최근 국토교통부는 2020년 4월 환기설비 설치대상을 30세대 이상의 공동주택 및 민간 노인요양 시설 등으로 확대하여 미세먼지가 이슈화 되고 있는
현 시점에서 국민건강을 위한 실내공기질 개선에 힘쓰고 있다. 이러한 건축법규 및 규제가 향상되어 건축물 성능을 상향평준화시키고 있는 시점에서 행정적인
설비의 적용이 아닌 현장검증이 병행되는 시스템의 보편화가 병행되어야 국민건강을 위한 실질적인 실내공기질 개선이 이루어질 것으로 보인다.
Table 6. Summary of ventilation performance result
|
|
Supply Air
|
Return Air
|
Number of
Negative
Pressure
Buildings
|
Number of
Positive
Pressure
Buildings
|
Supply and Return Air Balance
|
|
Difference Rate
(%)
|
Difference Rate
(%)
|
Air Volume
(m3/h)
|
Difference Rate
(%)
|
|
Max
|
Aver
|
Max
|
Aver
|
Positive
|
Negative
|
Max
|
Min
|
Aver
|
|
Pre TAB
|
114
|
24
|
93
|
27
|
29
|
31
|
57
|
-99
|
32.7
|
-47.9
|
-2.3
|
|
Post TAB
|
19
|
4.3
|
10
|
3.6
|
12
|
48
|
16
|
-17
|
9.7
|
-10.3
|
2.1
|
|
|
Energy Demand Difference Rate
|
Heating Energy Demand Difference Rate Distribution Chart
|
|
Heating(%)
|
Cooling(%)
|
|
Max
|
Min
|
Aver
|
Max
|
Min
|
Aver
|
|
|
Pre TAB
|
9
|
-30
|
-4
|
10
|
-15
|
-1
|
|
Post TAB
|
1
|
-7
|
-1
|
0
|
-5
|
0
|