기술자료

11-07. 에너지샵 - 환기

M 배성호 0 3,452 2016.07.24 14:36
이제 마지막 입력 시트, [환기]입니다.

1. 환기

환기.. 상당히 어렵습니다. 물론 간단하게 접근하는 것도 가능은 하지만, 이것 저것 현실적인 사항 들을 고려하다보면 한 없이 복잡해지는 것이 또한 환기입니다. 특히 덕트(duct)와 덕트 내 유체의 열적 성능을 감안하게 되면 열역학과 유체역학(!)까지 검토해야 하는 심각한 상황이 벌어집니다. 

저 또한 어느 수준에서 접근할 것인지 고민을 많이 하였지만, 기본 원칙은 늘 그렇듯이 한 가지 였습니다. 

입력은 간단하게, 계산은 정확하게!

이 시점에서 또 ​PHPP 얘기를 하지 않을 수 없군요.. PHPP는 환기와 관련된 워크시트가 두 개(Ventilation, Summer Ventilation) 있는데, 역시나 상당히 복잡하고 어렵습니다. 고민 끝에 이를 틈새바람(Infiltration), 기계환기, 외기활용으로 정리하였고, 여기에 한국적 현실을 감안하여 주방과 욕실의 강제배기를 추가하였습니다.


(1) 틈새 바람

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틈새바람은 안팎의 기압차가 50파스칼(Pa)인 조건에서 Blower Door Test로 측정한 기밀도(1/h) 입력이 핵심입니다. 여기에 ISO 13790에서 규정한 노출도와 차폐정도의 조합을 선택하면 시간당 얼마 만큼의 틈새바람이 불어오는지를 계산할 수 있습니다. 이는 침기율(infiltration rate)이라고도 하는데, 예를 들어 이 값이 0.1/h이라면, 한 시간 동안 환기용 실내체적의 10%만큼의 틈새바람이 나의 의도와 무관하게 들어온다고 생각하시면 되겠습니다.


(2) 기계 환기 
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​기계환기는 열회수형 환기장치(Heat Recovery Ventilator)를 통해 환기 목적의 외기를 도입하는 것을 의미하는데, 필수적인 사항 위주로 심플하게 구성했습니다. 우선 용량 계산 파트에서는 주어진 정보를 활용하여 환기설비의 설계풍량 즉 용량을 제시해줍니다. 이 건물의 경우 프로그램은 환기장치의 최대 풍량이 195 정도면 적당하다는 정보를 제공하고 있습니다. 

설계자는 이를 바탕으로 [제품] 시트에 등록된 적정 용량의 설비를 선택할 수 있고, 이 때 난방효율, 소비전력 등의 스펙도 함께 로드됩니다. 이때, 운전풍량은 환기설비를 실제로 운용할 때의 평균풍량을 입력합니다. 예를 들어 하루의 이용 패턴이 표준풍량 150 CMH(m3/h)로 12시간, 최소풍량 100 CMH로 12시간 이면, 이를 가중 평균한 값 125 CMH가 운전풍량이 되겠습니다. 주택은 시스템이 제시한 표준풍량을 입력해도 무방하며, 2대 이상의 환기설비를 설치한 경우, 기기별 평균운전풍량의 합계를 입력해야 함에도 주의하시기 바랍니다.

아울러, 브라인/쿨튜브/전기 등의 프리히터를 사용할 경우 우측에 마련된 입력란을 활용하시되, 상세한 사항은 툴팁을 참고하시기 바랍니다.


(3) 외기활용

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외기를 열교환하지 않고 직접 활용하면 좋은 경우가 있습니다. 예를 들어 봄/가을철에는 난방온도 보다 높고 냉방온도보다 낮은 쾌적한 외기온도가 지속되므로 이를 "열교환"하지 않고도 활용할 수 있고, 한 여름에도 야간의 선선한 외기를 활용하여 냉방을 하는 것도 가능합니다. 이를 위해 환기장치의 바이패스 기능을 활용하거나 창문 개폐 정보를 입력합니다. 


특별한 경우가 아니라면, 환기장치의 바이패스 기능이 자동으로 작동되는 경우는 바이패스 모드를 선택하고, 기능이 없거나 수동으로 작동되는 경우는 열교환 모드를 선택하시면 되겠습니다. 


아울러, 환기장치 외에 추가로 창문을 개방할 경우 시트 아랫 부분에 있는 보조도구를 사용하여 환기율을 입력할 수 있으며, 기밀주택일 경우 표준치인 시간당 0.5회를 입력하셔도 무방합니다.



(4) 강제 배기

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굽고 지지고 끓이는 요리가 많은 한국의 조리환경을 고려하여 강제배기에 의한 효과도 반영토록 했습니다. 내용은 툴팁을 참고해서 입력하시면 되겠습니다. 참고로 강제 배기시에는 환기 밸런스가 깨지게 되므로 기계환기와 틈새바람의 거동에도 영향을 미치게 되는데요, 프로그램에서는 관련 식(DIN 18599)을 찾을 수 있는 틈새바람에 미치는 영향만을 고려하였습니다.



2. 덕트 열교

​다음을 보시면 [환기] 워크시트의 계산과정이 굉장히 복잡하다는 사실을 알 수 있습니다. 
(빨간 네모 박스가 화면 상에 표시되는 부분)

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​계산과정이 이렇게 복잡해진 이유는 바로 환기배관(duct) 때문인데요, 에너지샵에서는 다음과 같이 환기설비의 위치(실내, 기계실, 실외)에 따라 외부로 부터 공급되는 공기의 온도와 밖으로 버려지는 실내공기의 온도를 추적계산합니다. 

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이 과정에서 환기배관의 표면온도를 구하기 위해 방정식을 풀어야 하는 문제가 있어 계산과정이 지저분해지게 되었습니다. PHPP처럼 약산식/경험식을 사용하여 환기장치의 효율 자체를 감해주는 방식도 좋겠으나, 관련 식에 접근할 수 있는 방법이 없어 부득이하게 이 방법을 선택하게 되었습니다.


하지만, 사용자는 이러한 계산과정은 신경쓸 필요 없이 덕트와 관련된 다음 정보만 입력하시면 됩니다. 

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이 때, 기계실의 위치(실내, 비난방공간, 실외)가 어디냐에 따라 다음과 같은 덕트 구성도가 제공되기도 합니다.


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이 때, 환기장치가 실내에 위치할 경우에는 배관을 통한 "열손실"이 발생하지만, 환기장치가 실외 또는 비난방공간에 위치할 경우, 열손실 자체는 의미가 없으나 그로 인해 실내로 공급되는 공기의 온도가 내려가 난방부하를 증가시킨다는 점을 이해해 두시기 바랍니다.

아울러, 환기설비를 두 대 이상 설치한 경우, "배관 세트수"에 환기장치의 대수를 입력하고, 배관의 길이는 유형별 평균값을 입력해야 함도 주의하시기 바랍니다.



3. 기타 열교

​기타 선형열교나 점형열교를 입력해야 할 경우에는 열교 타이틀 우측의 체크박스를 클릭하면 입력란이 나타납니다. 패시브건축의 경우 열교없는 설계를 지향하므로 열교를 아예 입력할 필요가 없는 경우도 많아, 유저 인터페이스를 간결하게 가져가기 위해 "필요시 입력"하는 방식을 채택하였습니다. 

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​아울러, 외피의 앵커 등과 관련된 열교는 [설정] 시트에서, 창호와 출입문의 시공열교는 [창호]시트에서 입력할 수 있으니 참고하시기 바랍니다.




​4. 환기 해석

[창호]와 마찬가지로 [환기] 시트도 다음과 같은 중간 분석결과를 제시하여 사용자의 의사결정을 돕고자 합니다.

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※ 환기 이론과 계산과정 등은 출간 예정인 '자립주택'을 통해 자세히 다루도록 하겠습니다.



* 이 글은 개발자의 블로그(blog.naver.com/energysharp)에도 함께 게재됩니다.
<다른 글 링크>
⇒ 11-01. Energy# - 개발배경
⇒ 11-02. Energy# - 특징
⇒ 11-03. Energy# - Intro/개괄
⇒ 11-04. Energy# - 기후/설정
⇒ 11-05. Energy# - 외피
11-06. Energy# - 창호
⇒ 프로그램 다운로드


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