KR20100011688U - 공동주택의 환기시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초고층 공동주택의 환기효과를 향상시키고 에너지 절약과 실내 쾌적도를 증가시키기 위한 환기 시스템이다.

기존에 시공되고 있는 환기 시스템은 급기구의 위치는 외벽측에 위치하고, 배기구는 실내 종앙에 위치하는 것이 일반적이다. 하지만 이러한 급·배기구의 배치는 통상적으로 공기조화기를 사용할 경우 외기 부하를 담당하기 위해서 가열이나 냉각된 공기를 공급하고 배출하기 위해 사무소건물에서 주로 사용하던 환기방식을 그대로 공동주택에 도입한 것이다.

그러나 공동주택의 경우에는 가열이나 냉각된 공기가 급,배기 되는 것이 아니고 외기의 공기가 그대로 실내로 공급되거나 배기되는 것이기 때문에 환기효율과 실내쾌적도, 그리고 실내 냉난방을 위한 에너지 소비가 더욱 증가하게 되었다.

따라서 본 발명은 이와 같은 공동주택의 환기특성에 맞게 급·배기 시스템을 고안하여 거주자에게 쾌적한 실내 공간을 제공하고, 에너지 절약을 하는데 그 목적이 있다.

환기, 전열교환기, 디퓨져, 급기, 배기, 실내공기환경, 쾌적도, 에너지절약

Description

공동주택의 환기시스템 {Apartment Ventilation System}

본 발명은 종래의 환기시스템을 개선하여 외벽측에 있는 급기구가 외벽의 반대 위치인 실내측에 위치하고, 배기구가 실내의 반대측인 외벽측에 위치하도록 하여 실내의 쾌적도 향상은 물론 에너지 절약효과를 얻고자 하는 공동주택의 환기시스템에 관한 것이다.

본 발명은 공동주택 환기시스템에 관한 것으로, 2006년 이후 [건축물의 설비기준 등에 관한 규칙] 제 11조(환기 기준)의 개정에 따라 신축 공동주택 100세대 이상인 곳에는 시간당 환기량이 0.7회가 되는 환기장치 설치를 의무화하도록 하고 있다. 좀 더 상세하게는 기존 환기시스템에서 실내 급·배기구의 위치가 외벽측에 급기구, 반대쪽인 실내측에 배기구를 배치함으로서 환기를 하도록 하였다. 하지만 실내 공간에는 어떠한 영향을 미치는지의 평가나 연구 및 분석 없이 사무소 건물에서 공조된 공기가 사용되던 환기시스템을 공동주택에 그대로 사용하고 있는 것이다. 따라서 이러한 환기시스템은 공조된 공기가 도입되지 않는 공동주택의 환기시스템에 적합하도록 변경되어야 하며, 이에 따라 계절변화에 따라 쾌적한 실내 공기환경 및 온열환경을 조성하고 에너지 절약에도 기여할 수 있도록 한다.

일반적으로, 공동주택에 사용되고 있는 환기 장치는 전열교환장치로 온도 와 습도 혹은 온도만을 급배기 과정에서 교환하여 폐열을 회수하는 시스템이다. 이것은 환기장치에서 에너지를 절약할 수 있도록 한 것이다. 우리나라의 경우 기후 상 여름과 겨울에 실내·외 온도차가 크기 때문에 외기부하에 대한 실내부하가 상당히 많이 발생한다. 이는 환기장치가 단지 환기만을 위한 장치가 아닌 에너지 문제와도 관련이 있다는 것을 보여주며, 앞으로의 에너지 문제는 인류가 해결해야 될 과제인 실정이다.

지금까지 건축물에서 소비되는 에너지 비용은 지속적으로 상승되고 있기 때문에 건축물에서 에너지의 효율적 이용과 절약 대책은 시급히 연구되어야 하나, 상기의 건축물에 설치되어 사용되고 있는 종래의 환기시스템은 외벽에 급기하여 실내 중앙부분에서 배기하는 시스템으로 여름철에는 실내보다 더 더운 공기가 급기구를 통하여 외벽에서 공급됨으로서, 외부에서 침입하는 더운 공기와 함께 실내로 유입되어 냉방부하가 가중되게 된다. 이것은 실내 냉방부하가 감당하는 에너지가 더 많이 발생하는 결과를 초래하게 되며, 겨울철에는 실내보다 더 차가운 공기가 급기구를 통하여 외벽부근에서 공급됨으로서, 외부에서 유입되는 차가운 공기가 실내로 유입되어 실내 거주공간에는 쾌적하지 않은 온열환경이 형성되며, 결과적으로 난방부하가 상승하여 에너지의 소비를 증가시키는 문제가 발생하게 된다.

본 발명의 환기시스템은 여름철에는 실내보다 더운 실외 공기가 급기구를 통하여 실내 중앙부분으로 유입되어 외벽측에 있는 배기측으로 공기가 흘러 외기부하가 심한 외벽측의 공기와 함께 배기되어 기존의 급·배기구 위치보다는 실내에 미 치는 냉방부하가 줄어드는 효과가 나타난다. 이와 반대로 겨울철에는 실내보다 차가운 공기가 실내 중앙부분에서 유입되어 외벽측으로 공기 흐름이 형성되므로 창문이나 외벽을 통해 틈새나 열관류를 통해 실외에서 유입되는 외기부하가 실내로 유입되는 것을 차단하는 효과를 볼 수 있어 난방부하가 줄어 들 수 있다. 이러한 상황은 전산유체역학(C.F.D)의 해석 프로그램인 Fluent 6.3을 사용한 시뮬레이션을 통하여 증명하였다. 전산유체역학(C.F.D)은 [건축물의 설비기준 등에 관한 규칙 일부 개정 관련]에서 성능 확인 방법 중 전산유체역학(C.F.D)에 의한 성능평가를 할 수 있도록 지정이 되어 있어 타당성을 더 하고 있다.

또한 종래의 공동주택 환기시스템에서 급기구의 위치는 외벽측에 있어 유입 방향이 한정되어 있어 일정한 방향으로만 흐르는 특성을 가진다. 외벽측에 공급되는 급기구의 취출 각도는 90°범위내에서만 취출되면서 바로 실내 벽에 부딪쳐서 실내 중앙방향으로 공기 흐름이 이루어지게 되어 다소 국소적인 환기효과가 나타난다. 이것은 실내 공기 환경의 고른 환기효과를 발생시킬 수 없다.

하지만 본 발명에 의한 급기구의 위치는 실내 중앙부분에 급기구가 위치하고 있어 실내로 유입되는 신선외기가 180°범위에서 취출되어 종래의 급기구보다는 더 넓은 확산 반경을 가지게 되어 보다 고른 환기 효과를 누릴 수 있다. 이것은 신축 건물인 경우 최근 대두되고 있는 새집 증후군을 저감시킬 수 있어 거주자의 건강에 직접적으로 영향을 미치는 효과를 가진다.

따라서, 상기의 문제들로 인해 종래에 시공되고 있는 건축물에 설치되는 환기장치의 실내 급·배기구 위치는 냉방, 난방을 위해 소비되는 에너지에 대해서 효 율적으로 절약을 할 수 없고, 거주자의 건강에 직접적으로 미치는 실내 환기효과(실내공기질)에 대하여 효과적일 수 없어 경제성, 신뢰도 및 만족도에 한계가 있기 때문에 항상 문제들이 존재한다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술이 제반하는 문제점들을 해결하고자 창출된 것으로 다음과 같은 목적을 갖는다.

본 발명은 공동주택 환기장치의 실내 급·배기구 위치가 실내측에 급기구를 위치시키고 반대측인 외벽측에 배기구를 위치시키므로 전체적인 실내 공기 흐름이 세대 중심에서 외벽으로 형성되며, 취출되는 신선한 외기의 확산 반경이 더 넓게 취출되어 전체적으로 고른 환기 분포를 제공하는데 그 목적이 있다.

그리고 본 발명의 다른 목적은 실내외 온도차가 심한 겨울철에 실내측에서 취출되는 차가운 공기가 실내의 난방부하와 혼합되어 외벽측의 배기구로 흘러 외벽에서 침입하는 차가운 공기와 함께 상승하여 배출된다. 이는 종래의 문제점인 급기구에서 취출되는 공기와 외벽의 차가운 공기가 함께 실내로 유입되는 현상을 방지할 수 있어 쾌적한 온열환경을 조성할 수 있고, 여름철 역시 종래의 외벽에서 더운공기와 함께 실내로 유입되는 것을 방지할 수 있도록 제공하는데 있다.

또한, 계절별 실내외 온도 변화에 따라서 실내로 침입하는 외기부하에 의한 냉난방부하 절감효과를 이룰 수 있어, 종래의 기술에 비하여 더 많은 에너지 절약을 할 수 있도록 제공하는데 있다.

종래의 환기시스템은 외벽에 급기하여 실내 중앙부분에서 배기하는 시스템으로 여름과 겨울철에 냉·난방부하가 증가하는 문제점이 있어, 본 발명에서는 이러한 공동주택의 실내 급·배기구의 위치를 실내측에 급기구, 외벽측에 배기구로 바꾸어 공동주택의 실내 전반적으로 고른 분포를 확보하고자 하는데 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 공동주택 환기시스템에 관한 것으로 실내 급·배기구 위치를 실내쪽에 급기구, 외벽쪽에 배기구를 적용하도록 함으로써, 공동주택의 실내 공기 환경 특성에 맞는 환기의 전반적인 고른 분포를 확보하고, 계절변화에 따른 실내 온열환경이 거주자에게 쾌적한 범위를 형성하도록 하며, 또한 실내 부하량의 감소로 인하여 에너지절약효과가 있어, 이를 설치하여 사용하는 사용상의 신뢰도 및 만족도가 극대화되는 등의 여러 효과를 동시에 거둘 수 있는 매우 유용한 발명임이 명백하다.

이하, 상기한 본 발명의 목적을 실시하기 위한 바람직한 실시 예에 대해 첨부도면을 참조하여 구체적으로 살펴보기로 한다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로 서 이는 이 기술을 시공하는 사람의 의도 또는 관례에 따라 달라 질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

하기의 본 발명을 설명함에 앞서, 공동주택 환기장치의 실내 급·배기구 위치란 것은 종래의 환기장치의 기술인 외벽측에 급기구와 실내측에 배기구를 반대로 바꾸어 설치하는 것으로서, 고른 실내 공기 분포 및 계절 변화에 따른 쾌적한 실내 온열환경은 물론, 획기적인 냉·난방에 대한 에너지를 최소화시키도록 하는 실내 급·배기구 위치를 말하는 것이다.

먼저, 첨부도면 도 1에 표시된 바와 같이, 본 발명을 설명하기 위해 단위세대 평면도에 실내 급·배기구 위치를 나타낸 것이다.

즉, 본 발명은 실내 중앙부분에 급기구가 위치하여, 급기되는 공기가 확산되는 반경이 180°에 가깝게 이룰 수 있다. 또한 외벽측의 배기구로 기류가 흐름으로서 실내의 공기가 고른 분포로 형성될 수 있다. 이것은 환기장치의 주목적인 환기효과를 극대화 시키는 방법이다. 도 2에 표시된 급기구(SA)의 위치가 외벽측에 위치하고 있는 것을 볼 수 있다. 이것은 급기구에서 나오는 공기가 도 1에 있는 급기구(SA)에 비하여 확산 반경이 좁다는 것을 알 수 있다. 따라서 국부적인 환기가 이루어질 수 있다는 결과를 초래한다.

이때, 공기의 흐름이 가장 중요하다. 공기의 흐름은 환기상태를 나타내며, 환기는 실내오염물질이 실내에서 외부로 배출되는 것을 의미한다. 하지만 도 2에 나타난 것처럼 외벽측에서 공급된 공기가 실내에 거주하는 거주자의 움직임이 가장 많은 실내측으로 이동하여 배출된다는 것은 이론상으로도 여러가지 문제가 있다. 이러한 문제점이 있음에도 불구하고 아무런 연구나 해석이 없이 사무소건물에 사용되는 공조된 공기를 공급하던 방식으로 공조되지 않은 공기를 그대로 공동주택에 적용한다는 것은 적당하지 않다.

또한 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 첨부도면 도 4는 [건축물의 설비기준 등에 관한 규칙 일부 개정 관련]에서 성능 확인 방법 중 전산유체역학(C.F.D)에 의한 성능평가의 결과를 나타낸 것이다. 도 4에 A-Ⅰ(floor)는 겨울철을 기준으로 시뮬레이션 한 것이며, 겨울철 실내 온도 기준 20∼23℃범위를 만족하는 영역이 실내측 급기구 위치에서 외벽측 배기구로 고른 온도 분포가 나타는 것을 볼 수 있다. 하지만 B-Ⅰ(floor)은 종래의 실내 급·배기구 위치를 시뮬레이션 한 것으로 전체적인 실내 온도 분포가 고르지 않다는 것을 확인할 수 있다. 이러한 온도분포는 공기의 흐름에 영향을 받아 형성됨으로 환기가 잘 이루어지고 있는지를 확인 할 수 있다. 그리고 도 4에 나타난 시뮬레이션 결과는 바닥을 기준으로 나타낸 것이며,

도 5는 바닥으로부터 1.5m의 높이에서 나타나는 온도분포를 나타낸 것이며, 이것은 거주자가 서 있을 경우의 호흡선의 높이이다. 도 4의 A-Ⅰ(floor)와 마찬가지로 A-Ⅱ(1.5m)에서도 실내 전체에 고른 온도 분포를 나타내며, 반면 B-Ⅱ (1.5m)에서도 도 4의 B-Ⅰ(floor)와 같이 전체적인 온도 분포가 고르지 못한 것을 알 수 있다. 이러한 결과뿐만 아니라 B-Ⅱ (1.5m)에서는 외벽측에 온도가 실내측 온도보다 더 낮아 실내측의 배기구 방향으로 차가운 공기가 흘러 거주자에게 불쾌감을 유발할 수 있으며, 각방의 온도가 겨울철 기준온도보다 낮아져서 난방부하의 상승을 초래할 것이다. 이러한 결과를 방지하며, 환기장치의 주목적인 환기효과도 이루어지는 것으로서 에너지 절약 측면에서도 기여할 수 있다.

결국, 본 발명은 종래의 실내 급·배기구의 위치를 바꾸어 설치함으로서, 실내 환기의 고른 분포와 더불어 계절별 실내부하 감소를 통한 에너지 절약 효과를 증진 시킬 수가 있는 것이다.

한편, 급·배기구의 형태는 원형에서 각형, 라인형 등으로 다양하게 변형이 될 수 있고 여러 가지 형태로 취할 수 있다.

하지만, 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위해 단위세대 평면에서의 급·배기구 위치를 보여주는 구성도,

도 2는 본 발명전의 기존의 단위세대 평면에서의 급·배기구 위치를 보여주는 구성도,

도 3은 본 발명을 설명하기 위해 단위세대를 입체적으로 나타내는 3D모델링,

도 4는 본 발명에 의해 겨울철 실내공간으로 설정하여 시뮬레이션한 기존모델과 발명 모델의 실내 바닥(floor) 온도 분포도,

도 5는 본 발명에 의해 겨울철 실내공간으로 설정하여 시뮬레이션한 기존모델과 발명 모델의 실내 1.5m(호흡선) 온도 분포도.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

SA : 급기구

EA : 배기구

floor : 바닥

1.5m : 사람이 서있을 때 호흡선 높이

Claims (2)

1. 공동주택의 환기에서 급기를 내부존에서 하고 배기를 외부존에서 하는 환기시스템
2. 제1항에 있어서, 내부존은 외벽에서 2m 이상 실내쪽으로 이격된 실내쪽 공간을 말하며, 외부존은 외벽에서 실내쪽으로 2m 이내의 거리에 있는 공간범위를 말한다.

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