건물의 환기
• 환기의 역할
- 신선한 공기의 공급
- 공기의 교체로 인한 열과 습기를 밖으로 이동
• 환기의 이중성
- 결로방지에 바람직
- 과도한 환기는 에너지 낭비를 초래
• 현대건물의 환기
- 건물의 기밀화 추세로 자연환기만으로는 쾌적한 환경 유 지가 어려움 공기조화시스템과 자연환기를 병행하여 설계에 반영해야 함
• 환기의 종류
- 강제환기 : 기계력 이용
- 자연환기 : 자연의 물리적 변화 이용
- 극간풍에 의한 환기 : 건물 구조체 틈새에서 발생
1. 자연환기 방식
1.1 자연환기의 종류
1) 온도차에 의한 환기(중력 환기)
- 실의 내외부에 온도차가 있으면 공기밀도의 차이로 압력 차가 발생
- 실온이 외기온보다 높으면 실내공기밀도가 낮아지므로 가벼워진 공기는 상승
- 실내에서 개구부 상부의 압력이 하부의 압력보다 높아지 면 상부에서는 안에서 밖으로 압력이 가해져서 자연환기 가 발생
- 중성대 : 실내외 압력차가 0이 되는 지점, 공기의 유출입 이 없는 면이 형성
• 굴뚝효과 : 고층건물에서의 엘리베이터실, 계단실
- 천정이 매우 높기 때문에 큰 압력차가 생겨 강한 기류현 상이 발생
2) 풍압차에 의한 환기
- 바람이 불어오는 면의 기압은 대기압보다 높고(+정압), 불어가는 면의 기압은 대기압보다 낮다(-부압).
- 압력차가 더 커지면 건물을 통한 기류량은 더 증가한다.
출처 : 건축환경계획; 이경회저; 문운당; 2010; p 154
• 풍력환기는 바람의 출구가 없으면 발생하지 않음
• 바람의 입구와 출구를 설치해야 함. 입구와 출구는 풍압 계수의 차이가 큰 위치에 설치하는 것이 효과적
출처 : 건축환경공학; 김재수저; 서우; 2008; p 155
• 가장 효율적인 환기 : 유입구가 유출구보다 낮게 위치
• 중력환기와 풍력환기의 방향이 동일하게 개구부를 설치 하는 것이 바람직
• 가장 효율적인 환기 : 유입구가 유출구보다 낮게 위치하 는 경우로 재실자 주위의 모든 부분을 통과하여 천장 가 까이의 더워진 공기까지 유출시킴
출처 : 건축환경공학; 김재수저; 서우; 2008; p 156
1.2 자연환기 계획
1) 수목의 영향
• 수목의 배치 : 바람의 방향, 속도를 조절, 바람의 터널효 과를 유발 풍속 증가, 감소
• 식재계획
- 여름철 : 주풍향과 동일한 방향 -> 통풍효과 증대 - 겨울철 : 방풍
출처 : 건축환경공학; 김재수저; 서우; 2008; p 156
• 생울타리를 이용한 공기조절
- 순풍쪽에 대칭배치보다 비대칭 배치가 환기통풍효과를 증대시킴
- 건물에서 생울타리 이격거리 : 6m정도가 바람직
2) 차양 및 돌출부의 영향
• 돌출부가 있는 지붕 슬래브, 차양 등 : 건물 모서리의 기 류흐름을 감소, 개구부의 기류를 증대
3) 개구부의 위치에 따른 영향
• 실내 기류속도가 늦다 : 실내공기의 순환이 잘되지 않거 나 공기가 정체, 이동이 미약
• 실내공기의 원활한 순환을 위해 개구부의 조금 어긋나게 배치할 필요
• 기류속도가 너무 빠르다 : 불쾌감을 느끼는 등의 문제가 발생
• 개구부가 하나 있는 실에서 기류는 이 개구부의 한쪽으 로 유입하며 다른 쪽으로 빠져나간다.
• 바람의 방향이 유입구와 각도를 이루는 경우 : 유입구 의 크기가 증가 -> 실내 풍속이 상당히 증가
• 맞통풍이 없는 방에서 개구부의 수를 증가 -> 실내기 류에 미치는 영향이 크다.
* 맞통풍 : 실의 유입구 및 유출구가 외부에 면하고 그 위 치가 각각 풍향측과 풍배측에 있을 때의 실내기류현상 을 의미함.
출처 : 건축환경계획; 이경회저; 문운당; 2010; p 166, 167
1.3 자연환기를 이용한 설계사례
1) Windscoop
• 고온 건조한 기후에서 실내의 온도를 낮추기 위해 자연환기를 유도하는 방법 이용
출처 : 건축환경공학; 김재수저; 서우; 2008; p 159
2) 판테온 신전
• 판테온 신전은 주량을 통해 들어온 기류를 돔의 중앙부위에서 흡 입하여 환기를 유도
• 돔의 중앙구멍으로 비가 들이치지 않는 것 : 내부의 대류현상으로 인함
출처 : 건축환경공학; 김재수저; 서우; 2008; p 160
3) 자연대류효과
• 실내의 상하 온도차에 의해 비중이 낮아진 공기의 부양 력을 이용하여 온도차 환기를 촉진시키는 방법
• 열굴뚝(Stack Effect), 일사를 이용한 상승기류를 발생시 켜 환기 유도
출처 : 건축환경공학; 김재수저; 서우; 2008; p 161
2. 기계환기 방식
• 송풍기를 이용하여 강제적으로 환기를 행하는 방식
• 환기의 효율 : 자연환기에 비해서 뛰어남 - 소음, 진동을 수반하는 단점
• 종류
① 제1종 환기 : 급기와 배기에 송풍기를 설치
- 환기량이 확실하게 확보, 실내의 기류분포가 용이 - 병원 수술실, 영화관, 음악홀, 극장 등
② 제2종 환기 : 급기에 송풍기를 설치해서 실내를 가압하는 방 식
- 다른 실에서 오염된 공기가 침입하는 것을 꺼리는 실에 적합, 반도체 공장의 무균실
③ 제3종 환기 : 배기에 송풍기를 설치, 실내의 공기를 강제적으 로 배기
- 화장실, 욕실, 부엌 조리대와 같은 실에 적합
2.1 기계환기의 다른 방식
- 전반환기 : 실내에서 발생하는 오염공기를 희석, 확산, 배 기를 하는 것
- 국소환기 : 오염원 근처에서 후드 등으로 오염공기를 배 출하는 것, 비교적 적은 환기량으로 실내의 환경유지가 가능
2.2 공기조화 설비 방식
- 건물의 기밀화 추세로 공기조화시스템과 자연환기를 병행한 환기계획이 필요
- 공기조화설비의 대표적 공조방식
정풍량방식, 변풍량방식, 팬코일유닛방식 등
하이브리드 환기 : 자연환기와 기계환기를 조화시켜 쾌적한 실내환경 을 제공하는 환기시스템
3. 건물 주위의 환기와 빌딩풍
• 기류변화 : 건물전체의 압력차로 인하여 발생
- 정압(+) : 바람이 불어오는 면의 기압, 대기압보다 높다.
- 부압(-) : 불어가는 면의 기압, 대기압보다 낮다.
3.1 건물배치에 따른 실외기류의 변화
• 공동주택, 주택단지, 도심의 건물군이 밀집한 지역 등에 서 주변 건물들에 의해 그 건물에 도달하는 기류가 변화
• 건물주변의 바람(빌딩풍)의 종류
- 와류풍(Vortex Flow) : 고층 건물 바람막이 벽면에서 높 이의 약 70% 되는 지점에서 바람은 벽면에 닿아 지상으 로 흐르게 되며 지표부근에서 지상을 행해 이동
- 모서리풍(Corner Stream) : 건물의 모서리에서 흐르는 바 람은 벽면에서 떨어져 매우 빠른 흐름이 되어 지상에 도 달
- 관통풍(Through Flow) : 고층건물이 저층부에 관통하는 통로가 있을 때 매우 빠른 흐름으로 통과
• 빌딩풍은 건축물 부지내나 그 주변의 지표 부근에서 생 기는 강풍에 의해 일반적인 보행, 주행장애, 저층 건축물 의 풍환경을 악화시켜 생활장애를 유발
3.2 기본적인 건물배치형태에 따른 바람의 영향
1) 병렬형 배치 : 바람이 건물면에 직각으로 불어올 때 건 물이 풍속 저하역의 범위에 들지 않도록 충분한 인동간 격을 유지해야 함.
2) 격자형 배치 : 병렬형 배치보다 1/2 정도 작은 인동간격 으로도 동일한 효과를 얻음
3) 부정형 배치 : 높이가 다른 건물이 불규칙적으로 배치되 면 기류현상이 다양해지고, 건물이 고층화됨에 따라 바 람의 영향은 높이에 비례하여 커진다.
3.3 도심 기류 현상
① 통로효과(Channel Effect) : 연속한 건물은 바람의 통로 - 동굴의 흐름과 같은 빠른 흐름
② 벤츄리효과(Venturi Effect) : 건물 간격이 좁아지면 그 사이로 빠른 흐름을 유도
③ 차압효과(Pressure Connection Effect) : 두 개의 건물이 나란 히 있는 경우 후측 건물의 정압대에서 앞의 건물 부압대로 빠 른 흐름이 발생
④ 피라미드효과(Pyramid Effect) : 피라미드 상으로 건물이 위치 한 경우 상공의 바람은 차단이 적고, 지표면 부근에는 강풍이 발생하기 어려움. 거의 모든 방향의 풍속이 안전하게 처리
⑤ 차폐효과(Shelter Effect) : 높이와 규모가 비슷한 고밀도의 건 물이 나란이 서있는 경우 상공의 빠른 바람이 건물군 위를 그 냥 통과하여 지표면 부근에 강풍이 발생하기 어려움
출처 : 건축환경공학; 김재수저; 서우; 2008; p 172
건축 공기환경
1. 실내 공기 환경
1.1 실내 공기환경의 중요성
• 공기환경의 오염문제 : - 대기환경의 개선
- 건축물 내에서의 공기환경 개선 : 현대인이 하루의 80% 이상 을 건물내에서 생활
• 새집증후군(SBS, Sick Building Syndrome) - 환기 부족이 원인 : 고단열, 고기밀화의 증가
- 건축자재 및 사무기기 등의 오염물질 농도 증가
• 헌집(병든집)증후군(Sick House Syndrome) - 습기 찬 벽지와 벽 안의 곰팡이
- 오래된 집의 누수나 구조적인 문제에서 발생하는 곰팡이
- 세균번식, 악취, 취사활동이나 외부에서 유입되는 유해 가스상 등의 오염물질
1.2 실내공기 오염물질의 특성
• 실내공기의 오염물질 : 부유분진, 이산화질소, 일사화탄 소, 이산화탄소, 라돈, 폼알데하이드, 석면, 휘발유기용제, 미생물, 악취 등
• 이산화탄소의 농도에 따른 인체의 영향
표준 대기상태의 CO2농도 : 300ppm
농 도 인체에 미치는 영향
1,000 ppm(0.1%) 실내공기의 허영한도 2,000~5,000 ppm 경미한 두통
10,000ppm(1%) 호흡기, 순환기, 대뇌의 기능 저하 40,000ppm(4%) 귀울림, 두통, 혈압상승
80,000ppm(8%) 10분 후 격심한 호흡곤란, 의식혼미
1.3 국내 실내 공기질(IAQ) 기준
• 시설별 실내공기질 기준
① 공중이용시설의 실내공기질 기준
- 보건복지부의 공중위생관리법에 기준 설정
② 다중이용시설 등의 실내공기질 기준
- 환경부의 “다중이용시설 등의 실내공지질 관리법”에 규정
③ 신축 공동주택의 실내공기질 권고기준
- 환경부의 “다중이용시설 등의 실내공기질 관리법 시행규칙 일 부 개정령”에 시행
항목 허용기준
미세먼지 150이하
일산화탄소 25이하
이산화탄소 1,000이하
④ 사무실의 실내공기질 기준
- 산업안전보건법 제27조 제1항의 규정
- 사무실 환기기준 : 사무실에서 근로자 1인당 필요한 최소 외기량은 0.57m3/min이며, 환기횟수는 시간당 4회 이상
⑤ 학교의 실내공기질 기준
- 교육인적자원부 학교보건법
⑥ 주차장의 실내공기질 기준 - 국토해양부의 주차장법
항 목 허용기준
일산화탄소 50이하
⑦ 공중위생관리법에 의한 실내공기질 기준
- 적용대상 : 숙박업, 목욕장업, 이용업, 미용업, 세탁업, 위 생관리용역업 등
2. 실내 공기질의 개선방법
2.1 건축자재 인증제도(Labelling) 도입
• 환경마크(환경표지)
• HB마크
• KS마크
2.2 친환경 건축자재 사용
• 복합건축자재는 다량의 휘발성 유기화합물을 실내공기로 방 출하고 있어 실내 환경오염의 주된 원인
• 주거용 건물은 내장재료가 실내공기의 질에 큰 영향을 미친다.
• 광촉매 제품 : 기존 재료에 표면처리를 하여 실내 공기오염물 질 방출을 감소 -> 새집증후군을 일으키는 유해물질을 분해 하여 차단하는 역할
2.3 베이트 아웃(Bake-Out)
• 태워 버린다는 뜻
• 실내공기 오염물질을 신속하게 제거하는 방법
• 비거주 상태에서 난방시스템을 최대한 가동하여 10시간 동안 실내온도를 35~40도로 올린 후 -> 문, 창문을 1~2 시간 개방 -> 실내공기 오염물질을 방출, 건축자재 및 재 료 등을 노후화시키는 것
• 경제적, 적용성이 뛰어남
2.4 환기
• 오염공기를 실외로 제거해서 청정한 외기와 교체하는 것
• 목적
- 실내공기 온습도의 상승, 실내의 사람이나 연소기구에서 발생하는 냄새
- 유해가스, 먼지 등을 완화
- 실내 사람에게 건강, 작업의 능률을 유지 - 제품, 기기 등의 성능을 보호하는 것
• 필요환기량
2.5 공기정화
• 공기조화설비
• 공기정화기
- 공기 중의 미세먼지를 걸러주는 것이 주 용도 - 냄새 제거 역할
- 세균, 바이러스 살균은 불가능
• 공기정화식물
- 몸에 좋은 음이온을 뿜고, 실내 습도도 60% 유지
- 여름 : 실내온도 2~3도 낮추고, 겨울 : 2~3도 높임 -> 온 도조절 기능