2.1 실험대상

본 실험은 공동주택에서 열회수형 환기장치, 주방 레인지 후드, 욕실 배기팬의 사용형태에 따른 실내공기질을 측정하고자 하였다. 본 장에서는 오염물질 발생원에 따라 두 가지로 구분된 실험에 대해 설명한다. 또한 공동주택의 실내공기질을 실시간으로 모니터링할 수 있는 실험체를 구축하는데 기반이 되는 ESP-NOW 통신 기법을 소개하고, 실험체를 구성하는 센서들과 모듈화 과정에 대해 설명한다. 첫 번째 실험은 주방 오염물질 발생 및 확산 실험이다. 주방/식당에서 음식의 조리/섭취 과정에서 주방 레인지 후드와 세대환기시스템 사용에 따른 오염물질의 발생과 확산 거동을 분석하였다. 두 번째 실험은 욕실 습윤 환경 변화 실험이다. 샤워 활동 시 욕실 배기팬 사용 형태에 따른 욕실 내부 온ㆍ습도 그리고 샤워 부스 내 습도의 수분을 측정하여 욕실 습윤 환경 변화를 분석하였다.

실험 대상은 우리나라 주택 유형 통계조사에서 51.5%의 비율을 차지하는 아파트로 선정하였다.⁽¹²⁾ 실험 대상은 2010년 2월에 준공되었으며, 면적은 116.25 m2이다. 평면 구성은 Fig. 1과 같다. 실험은 2~3인이 실제 거주하는 상황에서 진행되었다. 설치되어 있는 환기시스템은 주방 레인지 후드, 욕실 배기팬 그리고 세대 환기장치가 있다. 세대환기장치는 열회수는 되지 않고 실내 공기를 배기구를 통해 외부로 배출시키고 외부 신선 공기를 급기구를 통해 실내로 공급하는 장치이다. 본 실험에서는 오염물질의 발생 및 확산에 중점을 두었기 때문에 열회수의 기능은 고려하지 않았다. 실험 기간은 자연 환기를 비교적 적게 시행하는 겨울철로 한정하여 환기시스템 사용 형태에 따른 실내공기질의 변화를 알아보고자 하였다. 실험은 2023년 2월 3일부터 2월 25일까지 진행하였다.

Fig. 1 Plan of test.

2.2 ESP-NOW 통신

본 연구는 공동주택에서 발생한 오염물질의 확산과 실내공기질 변화를 분석하기 위해 위치별 실내공기질을 실시간으로 모니터링하고자 하였다. 동시에 다지점 측정이 필요한 본 실험의 경우 고가의 고정밀 측정기를 사용하는 데 한계가 있었다. 따라서 저비용으로 환경 측정 및 제어 시스템 설계를 할 수 있는 오픈 소스 하드웨어 센서를 채택하였으며, 실시간 데이터 수집 및 모니터링을 위해 ESP-NOW 통신을 사용하였다.

앞서 설명한 바와 같이 실험은 크게 두 가지로 나뉘며 실험의 특성상 주방, 거실, 각 침실 및 욕실에 측정 모듈을 설치해야 한다. 이때 측정 모듈에는 ESP-NOW 통신을 사용할 수 있는 NodeMCU-32S가 설치되어 있다. ESP-NOW는 Espressif에서 개발한 프로토콜로 인터넷을 사용하지 않고 여러 장치가 서로 통신할 수 있도록 하는 방식이다.^(13,14) ESP-NOW 통신은 Arduino IDE로 프로그래밍할 수 있으며 여러 NodeMCU-32S 보드 간에 데이터를 교환할 수 있다.⁽¹⁵⁾ 이때 각 보드의 고유 MAC 주소를 추출해야 한다. 고유의 MAC 주소를 사용하고 건물 내 Wi-Fi 전파가 닿는 거리 내에서 데이터를 암호화된 메시지로 전달한다. 따라서 통신 보안에 있어서 안정도가 높아 본 실험에 적합한 통신 방법이라 판단하여 채택하였다.

ESP-NOW 통신을 사용할 수 있는 보드로 ESP8266이 주로 사용되었는데 블루투스 버전이 낮고, 와이파이 보안 성능이 낮은 단점이 있다. 이를 보완한 통합 모듈이 ESP-32S이며 본 연구에서는 ESP32 듀얼코어(Wifi & Bluetooth)를 장착한 NodeMCU-32S 보드를 사용하였다. NodeMCU는 Wi-Fi 기능 외에도 10개의 GPIO 핀, 아날로그 핀, 통신용 핀 등이 있지만 실험은 3.3V와 5V의 동작 전압을 가지는 오픈 소스 하드웨어 센서들을 동시에 연결하여 사용하기 때문에 I/O 확장 실드를 사용하였다.^(16,17)

ESP-NOW 통신 방법은 One-way 통신과 Two-way 통신이 가능하다. Fig. 2와 같이 1개의 Sender와 N 개의 Receiver들이 한 방향 통신을 하는 1:N통신, N 개의 Sender와 1개의 Receiver가 한 방향 통신을 하는 N:1통신 그리고 N 개의 보드가 Sender와 Receiver 역할을 하며 두 방향으로 통신할 수 있는 N:N 통신 방법이 있다. 본 실험에서는 1개의 Receiver와 여러 개의 Sender를 사용하여 각 위치별 실내공기질의 데이터를 실시간으로 수집하고 모니터링하기 위해 ESP-NOW의 N:1 통신을 사용하였다.

Fig. 2 ESP-NOW Communications.

2.3 실험체 구성

Fig. 3(a)는 측정 모듈의 설치 위치와 모듈의 번호를 나타내며, Fig. 3(b)는 모듈별 설치 모습이다. 측정 위치에 설치되는 각 모듈은 Sender 역할을 하는 NodeMCU-32S 보드(이후 MCU보드)에 미세먼지 센서, CO₂ 센서, 온ㆍ습도 센서, Steam Sensor를 위치에 따라 조합하여 설치, 제작하였다. Receiver 역할을 하는 MCU 보드에는 고정밀 실시간 RTC 모듈인 DS1307을 조합하여 Sender에서 보내는 데이터를 수집할 때 실시간 정보를 함께 받을 수 있도록 코딩하였다.

사용된 센서의 정보는 다음과 같다. 온도 및 습도를 측정하는 SHT35 센서의 정보는 온도 측정 범위 : -40℃~125℃, 온도 분해능 : 0.01℃, 온도 정확도 : ±0.2℃~±0.1℃(0~20℃), ±0.1℃(20~60℃), 습도 측정 범위 : 0% RH~100% RH, 습도 분해능 : 0.01% RH, 습도 정확도 : ±1.5% RH와 같다. 이산화탄소를 측정하는 MH-Z19B 센서의 정보는 측정 범위 : 0~5,000 ppm, 작동온도 : 0~50℃, 정확도 : ±50 ppm+5%이며, 레이저 방식으로 미세먼지를 측정하는 PMS7003M 센서의 정보는 입자 검출 최소 크기 : 0.3±㎛, 감지 대상 : PM2.5/PM10, 0~999 ㎍/m2이다. 습도의 수분을 감지하는 Steam Sensor는 줄무늬 모양의 감지면에서 습도가 상승할 때 증가하는 전압을 읽어 수치로 나타내주는 센서이다. Steam Sensor SEN080606의 정보는 습도 수분 감지 영역 : 23×20 mm, 최대 측정값 : 4,000이다.

주방에서 발생하는 고온, 고농도의 오염물질은 상부에 적층되는 경향을 보이고 사람의 이동과 실내 기류의 영향으로 인접영역에 확산된다. 따라서 주방/식당의 경우에는 최상부(M1)와 서 있을 때 인체의 호흡 높이인 1.5 m(M2) 그리고 앉아 있을 때 호흡 높이인 1.1 m(M3)에 측정 모듈을 설치하였으며, 가장 인접한 영역인 거실에도 3가지 높이에 모듈(M4, M5, M6)을 설치하였다. 본 실험은 거주자가 일상생활을 하는 상황에서 진행된 실험이므로 거주자의 불편함을 최소화하고자 주방의 경우 가스레인지 인근 뒷벽에 모듈을 설치하였으며, 거실의 경우 주방과 가장 가까운 벽 측에 모듈을 설치하였다. 각 침실과 복도에는 서 있을 때 호흡 높이인 1.5 m(M7, M8, M9, M10)의 위치에 설치하였다. 침실의 문은 개방한 상태로 실험하였다. 또한, 실외공기질이 실내에 미칠 영향도 고려하기 위해 외기가 유입되는 발코니에 모듈(M13)을 추가로 설치하였다.

욕실의 경우 내부에 구획되어 있는 샤워부스를 기준으로 내부(M12)와 외부(M11)에 모듈을 설치하였다. M12에는 MCU 보드에 온ㆍ습도 센서를 설치하여 모듈을 제작하였다. M11은 욕실 최상부에 위치시켰으며, MCU 보드에 온ㆍ습도 센서와 Steam Sensor 2개를 설치하여 제작하였다. Steam Sensor는 샤워부스 내부 샤워기를 기준으로 좌측 타일에 1개 우측 유리에 1개를 부착하였다.

Fig. 3 Experimental composition.

2.4 실험방법 및 실험 Cases

2.4.2 욕실 습윤 환경 변화 실험(Case B)

욕실 습윤 환경 변화 실험은 욕실 배기팬(이하 배기팬)의 사용 형태에 따른 욕실 내부의 온ㆍ습도 변화와 샤워부스 내부 응축된 수증기의 변화에 대해 측정하였다. 주거 건물의 화장실 1개소당 최소 배기량은 90 m3/h로 권장하고 있다⁽¹⁹⁾. 설치된 배기팬의 배출 유량은 52.3 m3/h로 제조사에서 제공하는 정격 풍량인 90 m3/h의 58.1%로 나타났다. 이 또한 배기팬에 연결되는 플렉시블 덕트의 압출률과 형태 변형에 따른 정압 손실의 영향으로 판단하였다.

본 실험은 동일 인물의 샤워 활동을 통해 측정하였다. 실제 샤워 활동을 진행하며 모든 조건을 동일하게 제어하는 것에는 한계가 있었다. 샤워 활동의 소요 시간은 평균 10분 이내였다. 샤워 활동은 욕실 출입문과 샤워부스 유리문을 닫은 상태에서 시행하였으며, 샤워 종료와 동시에 샤워부스와 욕실 출입문을 100% 개방하는 것을 조건으로 하였다.

선행연구⁽⁵⁾에 따르면 욕실에 자연환기를 시행한다는 응답이 77.6%였으며, 그중 자연환기와 동시에 배기팬을 가동한다는 응답이 72.8%였다. 또한 샤워 활동 시 배기팬의 사용 형태에 대한 조사 결과는 다음과 같다. 욕실 사용과 동시에 배기팬을 가동하고 욕실 사용이 종료된 후 일정 시간 이상 배기팬을 사용한다는 응답이 40.9%로 가장 많았으며, 욕실 사용 시간 동안만 가동한다는 응답이 30.4%, 욕실 사용 종료 후 배기팬을 일정 시간 가동한다는 응답이 19.3%로 나타났다. 위 결과를 기반으로 본 연구에서 욕실 습윤 환경 변화 실험의 Case는 Fig. 4와 같이 선정하였다. Case B1은 배기팬을 사용하지 않았으며, Case B2는 샤워 활동 중에만 배기팬을 가동한 경우로 샤워 활동 종료와 동시에 배기팬 가동을 종료하였다. Case B3는 샤워 활동이 끝나고 일정 시간(30분) 동안 배기팬을 추가로 가동했다. Case B4는 샤워 활동 중에는 배기팬을 사용하지 않았고, 샤워 활동 종료 후 30분 동안 배기팬을 가동했다.

Fig. 4 Control pattern of bathroom exhaust fan.

3.1 주방 오염물질 발생 및 확산 실험 결과

주방 오염물질의 발생과 확산에 대해 분석하고자 PM2.5와 PM10 그리고 CO₂ 데이터를 실시간으로 수집하고 분석하였다. 실험 결과, Case K1과 Case K2는 유사한 CO₂ 농도와 변화율을 보였으며, 환기장치의 가동 여부는 CO2의 농도 감소에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. CO2의 농도 변화는 Fig. 5와 같다. M은 모듈의 위치를 의미하며, CO₂ 상승률이 높은 모듈과 외기 측정 모듈(M13)을 대표적으로 나타내었다.

Case K1의 경우, 음식 조리 시작과 동시에 M1, M4, M2에서 약 95%, 71%, 38%의 CO₂ 상승률을 볼 수 있었다. M2에서 측정된 CO₂ 상승률은 비교적 미비해 보일 수 있으나, 두 번째로 높은 CO₂ 농도가 측정되었으며 조리를 준비하는 과정에서 주방에 머무른 실험자의 호흡으로 인해 음식 조리 전 농도가 높았던 것으로 판단되었다. 주방과 거리가 있는 M8과 M9의 경우, 음식 조리 종료 후 CO₂ 농도가 상승하였다. 이는 실험을 진행하는 동안 재실자의 이동으로 인한 기류 분포 및 호흡의 영향으로 판단되었다. 음식 조리 종료 2시간 후 자연환기를 시행하였을 때 CO₂ 농도가 최소 33%, 최대 51% 감소하는 것을 볼 수 있었다. 따라서, 실내 CO₂ 농도의 감소를 도모하기 위해서는 환기장치의 가동보다 자연환기를 시행하는 것이 효과적이라 판단하였다.

Fig. 6과 Fig. 7은 주방, 거실에서 측정된 Case 별 PM2.5, PM10의 농도 변화를 나타낸 그래프이다. 음식 조리로 인해 PM2.5와 PM10의 농도는 ‘매우 나쁨’ 기준(PM2.5: 76 ㎍/m² 이상, PM10 : 151 ㎍/m² 이상) 이상으로 증가하였고, PM2.5와 PM10의 농도 증감 양상은 유사하게 나타났다. 음식 조리 종료 후 2시간까지 모니터링하였으나, 약 50분 후 일정한 농도를 유지하였다. 모든 Case에서 동일하게 M1에서의 농도가 가장 높게 나타났다. 이는 주방 후드에서 제거되지 못한 고온, 고농도의 오염물질이 주방 상부로 상승하고 적층된다는 것을 증명할 수 있었다. 또한 거실에 설치된 측정 모듈에서도 높은 농도의 미세먼지가 측정되어 주방 상부로 상승한 오염물질이 천장면을 따라 인접 영역으로 확산되는 것을 볼 수 있었다.

음식 조리 전 실내 미세먼지 농도를 고려하기 위해 Case별 미세먼지 비교는 음식 조리 전 농도와 최대 농도의 차인 변화량으로 산출하였다. PM2.5는 Case K1의 경우 최대 1420 ㎍/m², Case K2의 경우 최대 945 ㎍/m2의 변화량을 보였다. PM10은 Case K1의 경우 최대 2185 ㎍/m², Case K2의 경우 최대 1,084 ㎍/m2의 변화량을 보였다. 환기장치를 가동하였을 때 미세먼지 발생량이 비교적 낮았지만, ‘매우 나쁨’ 기준의 10배 이상의 농도로 나타났다. 복도 및 침실의 미세먼지 변화량은 Case K1의 경우 PM2.5는 최대 139 ㎍/m², PM10은 최대 172 ㎍/m², Case K2의 경우 PM2.5는 최대 27 ㎍/m², PM10은 최대 35 ㎍/m2로 환기장치를 가동하였을 때 주방과 거실을 제외한 그 외 공간으로 미세먼지가 확산되는 경향이 적은 것으로 나타났다.

이 결과를 통해 음식 조리 종료 후 실내에는 미세먼지 등의 오염물질이 잔존하며, 잔존하는 오염물질은 거주자의 이동 및 실내 발열체 등의 영향으로 인한 기류 발생으로 각 인접 영역에 확산될 수 있는 가능성이 높은 것으로 판단할 수 있었다. 또한 환기장치의 가동이 미세먼지를 제거하고, 인접 영역으로 확산되는 경향을 감소시킬 수 있지만 일정 시간 동안 기준 이상의 미세먼지 농도가 유지되는 것을 볼 수 있었다. 미세먼지의 발생량 증가를 거주자가 체감하는 것은 쉽지 않으며, 음식 조리로 발생한 냄새 및 연기 등이 제거되었을 때 환기가 되었다고 판단하여 기계환기를 정지시키는 경향이 있다. 하지만 미세먼지는 실내에 잔존하게 된다. 따라서, 주방 사용 시점과 별개로 실내에 오염물질 농도가 기준 이상이 되었을 때 기계환기시스템이 가동되어 실내 공기질을 개선할 수 있는 시스템의 개발이 필요할 것으로 사료되었다.

주방 오염물질 발생 및 확산에 있어 실내공기질에 영향을 주는 인자들 간 상관관계를 파악하기 위해 통계분석 프로그램인 IBM 사의 SPSS Statistics 27을 사용하여 상관분석을 진행하였다. 상관분석은 피어슨 상관 계수(Pearson Correlation Coefficient, PCC)를 기준으로 분석하였다. 인자들 간 상관관계는 0.05 유의수준(p-value) 하에서 유의 관계가 있는 것으로 판단하였다. 상관분석에 사용된 인자는 다음과 같다. 실험의 특성상 오염물질의 농도는 시간의 흐름에 따라 지속적으로 변화하기 때문에 오염물질의 농도는 음식 조리 전 농도와 최대 농도의 차로 발생량을 산출하였다. 따라서 PM2.5는 PM2.5의 발생량, PM10은 PM10의 발생량, CO2은 CO2의 발생량을 의미한다. O.V.는 환기장치의 가동 유무를 I.H.M.은 측정 모듈의 설치 높이를 의미한다. M.D.K.는 주방과 측정 모듈과의 수평 거리이며, V.T.는 음식 조리 전 미세먼지 농도로 돌아가는 시간을 평균한 값이다.

상관분석 결과는 Table 1과 같다. PM2.5와 p<0.01 수준인 인자는 PM10, CO₂, M.D.K., I.H.M.으로 나타났으며, p<0.05 수준인 인자는 O.V.로 나타났다. 미세먼지와 CO2의 발생량은 같은 양상으로 증감하는 것을 알 수 있으며, 주방과 가까울수록 모듈의 설치 높이가 높을수록 PM2.5의 농도는 높은 것으로 나타났다. 또한 환기장치의 가동이 PM2.5의 농도 감소에 영향이 있다고 판단할 수 있었다. PM10과 p<0.01 수준인 인자는 M.D.K.와 I.H.M.로 나타났으며, p<0.05 수준인 인자는 O.V.로 나타났다. PM2.5와 PM10 발생량은 모듈의 설치 높이가 높을수록 발생량이 많다고 볼 수 있으며 이는 주방 후드에서 제거되지 못한 고온, 고농도의 오염물질이 상부에 적층되고 천장을 따라 확산된다고 판단할 수 있었다.

주방 오염물질 발생 및 확산 실험과 인자별 상관분석을 통해 주방에서 음식 조리를 통해 발생하는 오염물질은 상부로 갈수록 농도가 높은 것을 확인할 수 있었으며, 환기장치의 가동으로 미세먼지가 인접구역으로 확산되는 것을 방지하고 비교적 빠른 시간에 농도를 감소시킬 수 있다. 하지만 이산화탄소의 경우 환기장치의 가동보다 자연환기가 효과적이라고 판단하였다. 주방 후드만을 사용하는 경우 주방에서 발생하는 모든 오염물질을 효과적으로 제거할 수 없으며, 환기장치를 함께 가동하여 환기 효율을 증대시킬 수 있었다.

특히 여름철 또는 겨울철과 같이 냉ㆍ난방 시행 등의 이유로 자연환기로 외기를 도입하기 힘든 상황에서는 환기장치 사용으로 실내 공기질 향상의 가능성을 높일 수 있다고 판단하였다. 하지만 환기장치 사용만으로 실내 공기질을 좋은 상태로 유지하기는 힘든 상황이며, 거주자의 주방 후드 및 환기장치 사용 형태에 따라 환기 성능은 천차만별일 것으로 판단되었다. 따라서 추후 실시간으로 오염물질 농도를 모니터링하고 필요로 하는 환기시스템을 가동하여 실내 공기질을 개선할 수 있는 환기시스템의 개발이 필요할 것이다.

Fig. 5 CO2concentration by cases.

Fig. 6 PM2.5 concentration by cases.

Fig. 7 PM10 concentration by Cases.

3.2 욕실 습윤 환경 변화 실험 결과

샤워 활동 시 배기팬 사용 형태에 따른 욕실 습윤 환경 변화를 실험하기 위해서 온ㆍ습도 센서와 Steam Sensor를 설치하였다. 욕실 습윤 환경 변화 실험의 Case는 앞서 설명한 바와 같이 배기팬 가동 시간에 따라 나누었다(Fig. 3 참조). M11과 M12에서 측정된 습도의 양상은 유사하였으며, 샤워 활동 후 잔존하는 수분의 영향을 비교적 많이 받는 M12의 습도를 기준으로 결과를 표현하였다. 두 개의 Steam Sensor는 타일면과 유리면에 부착되어 있으며, 타일면은 구조상 외벽과 맞닿아있어 표면 온도가 낮아 비교적 Steam Sensor의 값이 더디게 감소하였다. 따라서 Steam Sensor의 값은 ST1로 결과를 표현하였다.

Fig. 8(a)는 습도 변화 양상을 보여준다. 모든 Case에서 자연환기를 시행하는 시점부터 습도가 급격하게 감소되는 것을 볼 수 있었다. 습도 감소 시간은 샤워 전 습도로 돌아가는 데에 소요된 시간이다. 배기팬을 가동하지 않은 Case B1의 경우 습도 감소까지 1시간 30분이 경과하였다. 샤워 중 배기팬을 가동한 Case B2는 자연환기 시 급격한 습도 감소가 있었지만, 습도 감소까지는 1시간이 경과하였다. 샤워 후 30분가량 배기팬을 가동한 Case B4는 배기팬 가동 시점에 습도가 감소하였지만, 배기팬 가동을 중단하였을 때 일시적인 습도 증가를 관찰할 수 있었으며, Case B1 다음으로 습도 감소에 오랜 시간이 소요되었다. 습도 감소에 효과적이었던 배기팬 사용 형태는 샤워 중과 샤워 종료 후 30분 정도 배기팬을 가동한 Case B3로 습도 감소에 약 40분이 소요되었다.

Fig. 8(b)는 샤워 부스 내부에 부착한 Steam Sensor의 값을 보여준다. Steam Sensor 값은 3시간 동안 감지면의 습도가 완전히 증발되지 못하는 것을 볼 수 있었다. 습도 감소 양상과 유사하게 Case B1이 가장 감소량이 적었으며, Case B3에서 감소량이 큰 것으로 판단되었다. 습도가 샤워 활동 전 습도로 복구되었을 시간대에도 Steam Sensor의 값은 초기값인 0으로 돌아가지 못하였다.

이는 욕실 내 습도가 감소하여도 욕실 내부에 모든 수분이 증발하였다고 판단할 수는 없다는 것을 의미한다. 즉, 습도가 감소해도 욕실 내부에 응축된 수증기는 남아있을 가능성이 높고 이처럼 남아있는 응축된 수증기들이 바닥, 벽 등에 오랜 시간 부착되어 있으면서 물 때, 곰팡이 등을 유발할 수 있다.

위 결과를 통해 욕실 문이 폐쇄된 상태에서 배기팬을 가동하면 욕실 내 압력 및 유량의 불균형으로 배기팬의 성능이 저하되는 것이라 판단하였다. 또한 욕실 문 개방을 통한 압력 및 유량 불균형 해소로 배기 성능이 개선되는 것을 볼 수 있었다. 배기팬 가동 시기와 샤워 부스 내부 습도 상승은 관계가 없는 것으로 판단되었다. 하지만, 샤워 중 배기팬을 가동하지 않았을 때는 샤워 종료 후 욕실 문을 완전히 개방하여 자연환기를 시행함에도 불구하고 습도 감소에는 많은 시간이 소요되었으며, 샤워 후에도 일정 시간 배기팬을 가동하는 것이 습윤 환경 개선에 효과적일 것이라 판단되었다.

Fig. 8 Bathroom wet environment results.

3.3 강제 급기 시 욕실 내부 습윤 환경 변화 실험

Case B3의 경우 샤워 활동 종료 후 욕실 문 개방과 동시에 배기팬을 30분 정도 가동하는 동안 습도가 급격하게 감소하는 것이 관찰되었다. 강제 급기를 하였을 때 욕실 습윤 환경 변화를 확인하기 위해 샤워 후 배기팬을 가동하는 30분 동안 공기순환기의 1단계(1.2 m/s)로 강제 급기를 하여 Case B5를 실험하였다. 인체가 직접적으로 느끼지 못하는 풍속을 이용하여 급기하고자 하였지만, 시중에서 판매되고 있는 공기순환기를 이용하여 실험하였기 때문에 풍속 제어에는 한계가 있었다.

Fig. 9는 Case B3과 Case B5의 습도와 Steam Sensor 값의 변화를 보여준다. 강제 급기를 추가한 Case B5는 Case B3에 비해 습도 감소에 소요되는 시간은 약 20분이 감소하였으며, 강제 급기와 배기팬 가동을 동시에 진행한 샤워 후 30분 동안 급격한 습도 감소가 이루어졌다. 또한 샤워 종료 후 약 50분 후에 Steam Sensor의 값이 0으로 감소하였다. 위 결과를 통해 욕실 내부 습윤 환경 개선을 위해서는 욕실 배기팬 성능 증진을 위한 급기가 필요할 것으로 판단되었다. 본 실험에서는 욕실 문을 개방한 상태로 강제 급기를 하였으며, 다양한 풍속을 적용하지 못한 한계가 있었다. 욕실 습윤 환경 개선을 위해 배기팬과 욕실 체적 등 다양한 조건을 고려하여 적합한 급기 유량과 풍속 선정이 필요하다.

욕실 내부 습윤 환경 변화 실험을 통해 욕실 배기팬 사용 형태가 욕실 습윤 환경 변화에 미치는 영향을 파악할 수 있었다. 욕실을 사용하는 동안 배기팬을 가동하는 것이 좋으며, 욕실 사용 후에도 욕실 문을 개방한 상태로 배기팬을 일정 시간 이상 가동하였을 때 비교적 효과적으로 욕실 내부 습도를 낮출 수 있었다.

더 나아가 욕실에 강제 급기를 시행한 실험 결과를 통해 급기를 통한 배기 성능 개선이 효과적임을 알 수 있었다. 추후 공동주택 실내공기질 향상을 위한 통합환기시스템 개발에 있어서 욕실의 습윤 환경 개선을 위해 배기 성능을 향상시킬 수 있도록 적합한 배기팬 가동 시기 및 급기를 도입할 수 있는 환기시스템 방안 마련이 필요할 것으로 사료된다. 특히 욕실 내부 습도뿐만 아니라 실제 남아있는 응축된 수증기 양을 실시간으로 모니터링하여 효과적인 환기를 도모함으로써 욕실 내 곰팡이, 물 때 등의 발생을 방지할 수 있는 알고리즘 개발이 필요할 것으로 판단되었다.

Fig. 9 Additional experiment results for bathroom wet environment.