미세먼지의 실내 외 유출입은 건물 내 공기유동에 기인하므로 건물 · 내 공기유동 해석이 가능하며, 2.1.2절에서 고찰한 물질 농도 보존 방정 식(Material-balance equation)으로 표현되는 미세먼지의 실내 농도 형성 메커니즘을 구현 할 수 있는 시뮬레이션 프로그램의 선정이 요구되 는 바이다 따라서 본 연구에서는 외부과 건물의 실내 실내에서의 존과 . , 존 간의 공기유동 해석이 가능하며 오염물질 농도 해석모델이 탑재되어 , 있는 CONTAMW를 시뮬레이션 프로그램으로 선정하였다.
은
CONTAMW NIST(National Institute of Standards and 에 의해 개발된 네트워크 모델 기반의 공기유동 해석 프로 Technology)
그램이다 멀티존 건물에서의 실내 공기질 및 환기 분석을 목적으로 하. 며 기류, (Airflows), 오염물질 농도(Contaminant concentrations), 개 인 노출(Personal exposure)에 대한 분석이 가능하다.
기류 실내 외 온도차 및 풍압 기계 환기로 인해 발 a) (Airflows) : · ,
생하는 침기 및 누기 실 간의 공기 이동 해석,
오염물질 농도 기류 흐름에 의해
b) (Contaminant concentrations) :
운반되는 공기 중 오염물질의 분산 화학적 반응 건축 자재의 흡, , 착 및 탈착 건물 표면의 침착 실내 발생원에 의한 생성, ,
개인 노출 실내 공기 중 오염물질의 재실
c) (Personal exposure) : 자 노출 정도 추정
네트워크 모델을 기반으로 국제적 신뢰도를 인증 받은 CONTAMW 는 현재 다중 공기유동 해석 프로그램임과 동시에 기본적인 오염물질의 확산 및 농도를 분석할 수 있는 기능이 탑재되어 있다 공기 유동 해석.
의 원리는 건물의 실이나 존을 각각의 결점(Nodes)으로 고려하고 건물 전체를 이러한 결점으로 구성된 격자시스템으로 가정하는 것이다 두 개. 의 결점 간 연결은 주어진 저항을 갖는 공기유동 경로(Airflow path)로 시뮬레이션을 수행한다 제어 체적 내의 오염물질의 질량보존을 근거로 . 하는 오염물질 농도해석은 Equation 3.1의 알고리즘을 바탕으로 한 다.142) 이 때 제어 체적은 단일 실(Single-room)를 의미하며 단일 실 , 내의 오염물질은 완전혼합(Well-mixed)됨을 가정한다.
→
→
(3.1)
여기서,
142) Dols, W. S., Walton, G. N. (2002). CONTAMW 2.0 User manual. NISTIR 6921, National Institute of Standards and Technology.
: Mass concentration of contaminant in zone []
→ : Rate of air mass flow from zone to zone []
: Filter efficiency of contaminant in zone
: Mass concentration of contaminant in zone []
: Generation rate of contaminant []
: Species may be added or removed by first-order chemical reactions with other species at the rate, []
: Mass concentration of contaminant in zone []
→ : Rate of air mass flow from zone to zone []
: Mass concentration of contaminant in zone []
: Removal rate of contaminant in zone , []
현재 CONTAMW 상에서 침입계수(Penetration coefficient)를 직접 적으로 반영하는 방법은 없다 그러나 .
→
항에서 이 필터의 효율임을 활용하여 간접적으로 침입계수를 적용할 수 있다 앞서 . 에서 언급한 바와 같이 침입계수는
Equation 2.3
로 표현이 가능
하다 그러므로 . CONTAMW에서도 이를 활용하여
에 대응하 는 값임을 알 수 있다.침착계수(Deposition rate)는 Removal rate(
)을 통해 침전 모델 로 구현할 수 있으며 와 같다 여기서 침착 (Sink model) , Equation 3.2 .계수는 자연 상태 또는 공기청정기와 같은 별도의 침전원(Sink source) 가 있는 경우 모두 반영이 가능하다 자연 상태에서의 침착계수를 적용. 할 경우 실내 공기 중 부유해있는 미세먼지가 중력 또는 브라운 운동 , 등과 같은 외력에 의해 실내 표면에 가라앉는 효과를 구현할 수 있다.
(3.2)여기서,
: Particle removal rate at t []
: Deposition rate []
: Zone volume []
: Density of air in the source zone at time t []
: Indoor particle concentration []
: Schedule or Control signal value at time t
: Element multiplier
또한 미세먼지는 다양한 입경이 모인 혼합물이기 때문에 미세먼지를 모델링함에 있어서 입경에 따라 0.3
, 0.5, 1, 3, 5, 10
, 6개의 별도의 오염물질로 구현하였다 각 입경별 화학 반응은 발생. 하지 않는 것으로 가정하였으며 침입계수와 침착계수는 미세먼지 입경, 별로 값이 상이하기 때문에 실제 대상 건물에서의 실측을 통해 입력값을 추정하였다.Figure 3.6 Comparison of Indoor particle model and CONTAMW algorism
Figure 3.7 Airflow and contaminant modeling using CONTAMW
a) 5th floor
b) 4th floor
b) 3rd floor
d) 2nd floor
e) 1st floor
f) 1 Basement levels
g) 2 Basement levels
Figure 3.8 Airflow and contaminant modeling