공기 조화 시설

공기 조화 시설

(HVACs)

건축학구성

• 계획(디자인,동선)

• 시공 및 구조(안전)

• 환경 및 설비(쾌적하고 위생적인 삶)

• 건축환경과 설비의 영역

Software + Hardware

자연환경과 건축환경

환경 > 도시환경 > 건축환경 > 실내환경

환경：인간 또는 생물개체를 둘러 싸고, 상호작용을 미치게 하는 모든 외적환경

건축환경과 실내외 영역

• 인류초기: 강우, 강풍, 한란 등 외적으로부터 몸을 보호 (동굴, 움막 등)

• 진화과정: 창문, 통풍구 등, 자연을 지혜롭게 이용 (한옥, 남향 등)

• 연구과정: 보다 쾌적한 생활공간에 대한 욕망 으로 자연순리에 저항.(조명, 냉난방)

• 현대는 적극적인 환경제어를 위한 설비 필요

건축환경설비학의 필요성

• 건물은 항상 노출된 자연환경 속에서 존재

• 현대사회에서 요구하는 건물환경수준의 수용 한계성

• 적극적인 환경제어를 위한 설비적 방법 필요

• 건축환경에 요구되는 성능: 채광, 차음, 단열

• 건축설계 + 건축설비로 대응

건축환경과 건축설비의 상호 관계

설비계획의 대상

건축설비계획의 필요성

• 건물은 노출된 자연환경 속에서 존재

• 인간은 필요로 하는 환경을 건축적 방법으로 조절하려고 노력

• 인간 생활양식의 다양한 변화와 발전

• 요구되는 모든 건물환경 수준에는 한계성

• 보다 적 극적인 환경제어를 위한 설비적 방법 필요

• 설비계획과 설계의 과정 : 기본구상 · 기본계획 ·

기본설계 _· 실시설계

● 공기조화 방식의 개념

▶ 냉방과 난방을 한 개로 합쳐서 온도와 습도를 동시 조절하는 방식

- HVAC (Heating, Ventilating and Air Conditioning) system

▶ “공조”라는 개념이 최근 들어 관심을 받게 된 이유

1. 거주 환경을 양호하게 유지하는 데는 온습도나 공기의 움직임을 적절히 유지해야 함

- 공기 청정의 필요성을 1900년경 “헤르만”에 의해 처음 지적됨 2. 공기중 수분을 제거하는 방법에 대해 1904년 W.H Carrier가 온습도조정장치를 발명하면서 확인됨

3. 공조를 하기 위한 도구로써 보일러와 병행하여 없어서는 안 되는 실용적인 냉동기가 19세기 “카알 린데”에 의해 발명되었고,

그것을 움직이는 모터는 금세기 들어와서 발명됨

● “공기”란?

▶ 400년 전에 갈릴레오 갈릴레이에 의해 발견

▶ 1 cm ² 당 1.03kg

▶ 조성

- 질소(약 78%), 산소(약 21%), 기타 물질(약 1%)

▶ 질소

- 1772년 영국 라자포드에 의해 처음으로 발견 - 이 가스에 동물을 노출시키면 전부 죽어버림

: “질식시키는 물질”에서 유래하여 질소라는 한자이름 표기

● 습도의 개념

▶ 절대습도

- 건공기 1kg 중에 수분이 몇 g 포함되어 있는가를 숫자로써 표현한 것

▶ 상대습도

- 지금 공기 중에 포함된 수분의 양을 그 동일온도에서 포화상태 (포화습공기)일 때 수분의 양을 비교하여 %로 표현한 것

▶ 공기 중에 수분량이 같더라도 공기의 온도가 높게 되면

수분을 포함할 수 있는 비율이 크게 되어 상대습도는 낮게 됨 ▶ 절대습도가 공기 중에 있는 수분의 양 자체에 중점

상대습도는 공기 중에 포함되어 있는 수분의 비율에 중점

● 건구온도와 습구온도

▶ 두 온도 차가 크다 : 상대습도 낮다 ▶ 두 온도 차가 작다 : 상대습도 크다

※ 이유

- 상대습도가 낮을 때에는 젖은 헝겊으로부터 수분은 점차 증발하는데 증발하기 위해 필요한 열(잠열)을 주위로부터 빼앗기 때문에

젖은 헝겊의 온도는 내려간다

● 현열과 잠열

▶ 현열 (sensible heat)

- 온도계에서 알 수 있는 열의 움직임. 물질의 온도를 올리는 데 사용되는 열

▶ 잠열 (latent heat)

- 숨어 있는 열의 움직임. 물질의 상태를 변화시키는 데 사용되는 열

● 신진대사율 (MET 수)

▶ 인체로부터 주위공기에 열이 발산되는 정도를 나타내는 수치 ▶ 1 단위

- 신체표면적 1m²(약 38kg)에서 1시간에 50kcal의 발열이 있는 것

▶ 인간의 발열량 : 체중 - 피부표면적 + 신진대사율

● 열의 발산

▶ 현열에 의한 열 발산

- 복사와 대류에 의한 것

▶ 잠열에 의한 열 발산

- 발한이나 호흡에 의한 수분의 증발

▶ 인체로부터의 열 발산

- 대류, 복사, 증발의 세 가지 방법과 그러한 것을 좌우하는 주위공기의 온도, 습도, 기류와 주위 바닥이나 벽, 천장 등의 표면온도

● 온습도와 쾌감의 관계

▶ 사람에게 쾌적함을 느끼게 하는 온습도 범위

- 건구온도 18-24℃, 상대습도 40-70%

▶ 불쾌지수

- 0.72(건구온도+습구온도)+40.6

▶ 유효온도

- 온습도 이외에 주위물체의 표면온도나 기류에 대해서도 고려해 환경과 인체의 쾌적도와의 관계를 나타내기 위해 이용되는 온도. 인간의

감각으로부터 결정한 소위 가상의 온도

▶ 냉수를 공기 중에 분무하면 수분은 늘어나지 않고 반대로 감소

※ 이유

- 차가운 물방울 표면에 포화한 공기 중 수분이 부착하여 밑으로 떨어짐

● (습)공기선도 (psyclomatric chart)

▶ 습공기의 여러 가지 성질을 나타내는 차트. 해당 기압이 어느 일정한 상태일 때의 공기의 성질을 나타내는 것

- 기압이 변하면 선도 그 자체도 변함

▶ 표준대기압(760mmHg, 1기압) 하에서 온도 20℃의 공기 1m ³ 의 무게

- 건공기 1.20kg & 포화습공기 1.18kg

▶ 비체적

- 공기 1kg이 차지하는 체적 (m³)

노점온도

절 대 습 도 상

건구온도

대

습 도

비

용 적

- (습)공기선도(psyclomatric chart) 개요 -

1 → 2 : 현열 가열 1 → 3 : 현열 냉각 1 → 4 : 가습

1 → 5 : 감습

1 → 6 : 가열 가습 1 → 7 : 가열 감습 1 → 8 : 냉각 가습 1 → 9 : 냉각 감습

절 대 습 도 (g/kg)

건구온도 (℃)

3 2

4

5

6

7 8

9

1 엔탈피 감소

엔탈피 증가

현열 변화

잠열

변화

-10 50

0 26

● 냉방부하와 난방부하

▶ 냉방부하

- 어떤 실내공간을 쾌적한 상태로 유지하기 위해 제거해야만 하는 열량

▶ 난방부하

- 어떤 실내공간을 쾌적한 상태로 유지하기 위해 공급해야만 하는 열량

▶ 1인당 필요 공기량

- 약 25m³ / h

● 현열비

▶ 현열 / 전열(현열+잠열) ▶ 전열

- 공기조화의 계산에서는 현열과 전열의 합으로 엔탈피를 의미

사무실 환경의 중요성

 현대인의 80-90% 생활

 오염발생원 및 물질의 다양성 : 사람, 사무기기, 공조기 등 : CO ² , VOCs, 채취 등

: 쾌적도(온,습도, 기류 등)

 저농도에서 장기간 노출

 건물의 기밀성 향상과 고단열(환기 불량)

 환기불량=건강장해, 생산성 저하

환기 불량으로 개발실 근무자 두통호소



제품 개발 및 연구

실로 변경

→ 초기 계획 인원

보다 5배 이상 증가됨

1년 후 초 기

 초기 일반 사무실 로 구성

→ 쾌적한 사무환경 형성

머리 아프고, 졸리고, 갑갑함을 호소 1개월 후

 SBS(Sick Building Syndrome)

– 건물병증후군

– 눈, 목구멍, 코 등 자극, 두통, 피로, 피부소양증, 냄새로 인한 짜증 등 불특정 하게 빌딩 내 거주자 의 20% 이상에서 나타나는 증상

– 건물 밖으로 나오면 증상 호전, 정확한 원인 불명

이 특징

<CO2농도와 온도측정장면>

■ 제품 개발실내 CO ₂ 및 온도측정

800 850 900 950 1000 1050 1100 1150 1200

9:00 9:15 9:30 9:45 10:00 10:15 10:30 10:45 11:00 11:15 11:30 11:45 12:00 12:15 12:30 12:45 13:00 13:15 13:30 13:50 14:05 14:20 14:35 14:50 15:05 15:20 15:35

시 간

농도(ppm)

25.2 25.4 25.6 25.8 26.0 26.2 26.4 26.6 26.8 27.0

11:26 11:36 11:46 11:56 12:06 12:16 12:26 12:36 12:46 12:56 13:06 13:16 13:26 13:36 13:46 13:56 14:06 14:16 14:26 14:36 14:46 14:56 15:06 15:16 15:26 15:36 15:46

시 간

온도(℃)

CO₂ 변화

온도 변화



개발실 #1 공기교환횟수 증가

: CO

₂

농도를 이용하여 연구실 환기량 계산 ln(C

₁

-C

₀

)-ln(C

₂

-C

₀

)

ACH=

hr

C

₁

: 처음 측정한 CO

₂

농도(ppm)

C

₀

: 외부공기중 CO

₂

농도(약 330ppm)

C

₂

: 일정시간이 경과한 후 측정한 CO

₂

농도(ppm) Hr : 경과시간

점심시간 직후 CO

₂

농도 : 1125ppm

점심시간 30분 경과 후 CO

₂

농도 : 973ppm : 점심시간 전후 농도 기준으로 계산

현재 환기량(ACH) : 0.43 사무실 ACH권고치(4-5회)로 조정

■ 제품 개발실 개선방안



필요 환기유량

: 개발실 #1, ACH=5로 증가를 위한 환기유량 개발실 체적 : 4877 m³

ACH=5 일 때 환기유량 : 406 CMM

개발실 #1 체적 현재 ACH 현재 환기유량 기준 ACH 환기 유량

4877 m

³

0.43 70 CMM

(희석계수 2) 5 406 CMM

 연구원들이 쾌적한 환경에서 연구를 수행하기 위해서는 400CMM 이상의 유량 증가가 요구됨

사무실 환경

공기질 환경 개선

온열환경 조성

사무환경의 쾌적함

생산성 향상

사무실 환경 관리의 필요성

■ 생산성에 영향을 주는 환경인자

공기질 환경

오염저감 방법 발생원



사람(인원, 활동 방법)



오염된 실외/내 공기



사무기기 및 오염물질 배출원



부적절하게 관리되는 공기조화기



효율적인 환기 실시



공기조화시스템 운영



자연환기

형태적

^.

유전자적 인자

인체측 조건 배경적 제환경조건

인체의 환경노출 조건 온열환경

생리학적 반응 심리학적 반응

인종, 성별, 연령 체질, 체형, 기타

건강상태 영 양 기후체험이력 온열적생활습관 음식섭취

기초대사 온열환경노출이력

기 타

장기적 조건

단기적 조건 공간위치 : 실내, 실외

자연환경.인공환경 기상조건 계절 시각 공존환경제조건

(빛, 공기, 음, 진동, 복사선 등)

착의 : 열^.습기 투과성 작업: 강도의 시간패턴 노출: 정상적^.과도적 기 타

기온 : 공간적 분포 습도: 시간적 변동 기류 : 방향, 속도, 흐트러짐

복사열 : 강도, 형태계수 온열환경종합지표

체온 혈압 피부온 혈류량 수분증발량 맥박

호흡량 떨림 기 타

온냉감 복사감 쾌적감 습도감 기류감 기 타

공기질 환경 개선

온열환경 조성

최적의 공기조화 시스템 을 적용하여 쾌적한 사무

실 환경 조성이 필요함

 공기조화기=실내공기 정화의 역할

 부적절하게 관리된 공기조화기=실내오염원으로 작용함 (미생물 증식, 및 분진 재유입 등)

 쾌적한 실내 공기질 유지=공기조화기의 성능과 직결

실내 공기질과 공기조화기

 사무실 공기질 측정

 측정 후 조치 = 공기조화기 관리에만 초점이 맞춰져 있음

사무실 환경관리-법

사무실 오염(보건기준)

 사무실의 정의

: 중앙관리방식의 공기정화설비 등을 갖춘 건축물

 사무실 오염물질의 정의

: 분진, 가스, 증기 등과 곰팡이, 세균, 바이러스 등 사무실 공기 : 중에 부유하면서 근로자 건강장해를 유발할 수 있는 물질

 공기정화설비 등의 정의

: 급^.배기장치, 오염물질 여과제

: 온^.습도 기류 등을 조절하여 공급할 수 있는 냉난방장치 등

공기정화설비(제47-48조)

 사무실에 근로자를 종사하도록 하는 때에는 사무실 오

염을 방지할 수 있도록 공기정화설비 등을 적절히 가동 하여야 함

 설치된 공기정화설비 등에 대해 수시점검 및 개 ^. 보수 하

여야 함

작업기준 및 조치



사업주는 근로자 건강보호를 위해 필요한 경우 사무실 공기를 측정평 가하고 필요한 조치를 함(제50조)



옥외의 오염물질 유입을 방지하기 위한 조치를 하여야 함(제51조)



미생물로 인한 사무실 공기오염을 방지하기 위해 미생물이 증식된 곳 을 청소하는 등의 조치를 하여야 함(제52조)



건물 개,보수시 공사장소를 격리하는 등의 조치를 하여야 함(제53조)

구 분 산업환기 공조시스템

목 적  오염물질로부터 작업자 보호  효율적인 냉난방 실시

 부수적으로 환기

설치 주체  산업위생 관련  건축관련

농도 초과

시 초치  새로운 시스템 설치 가능

 공간적인 문제로 용량 증가가 어려움

: 덕트라인, 공조기 용량

공조기와 환기시스템의 차이점

현재로서는 사무실 환경측정결과 취할 수 있는 조치는 그렇게 많지 않다.

향후 건물 설계시부터 위생분야의 의견이

반영될 수 있도록 노력이 필요