3-2. 환기 설비에서 다음을 설명하시오.1) 일반거실과 특수거실 환기방식 각각 설명 2) 거실인원 확정과 미확정인 경우 필요 환기량 계산식 3) 일반건축물 CO2 농도를 기준으로 할 때 필요 환기량 계산식

1) 일반 거실과 특수 거실 환기 방식 각각 설명

거실은 사용 목적과 환경에 따라 일반 거실과 특수 거실로 구분될 수 있으며, 각각 다른 환기 방식이 적용될 수 있습니다.

(1) 일반 거실 환기 방식

일반 거실은 주거 공간이나 사무 공간 등에서 일상적인 활동이 이루어지는 공간을 의미합니다. 일반 거실의 환기 방식은 쾌적한 실내 환경 유지, 오염 물질 제거, 적절한 습도 유지를 목적으로 합니다.

• 자연 환기 방식:
  • 개요: 창문, 문, 통풍구 등을 통해 외부 바람이나 실내외 온도차에 의한 압력차를 이용하여 자연적으로 환기하는 방식입니다.
  • 장점: 설비 비용 및 운전 비용이 저렴하고, 유지 관리가 간편합니다.
  • 단점: 환기량이 외부 기상 조건에 영향을 많이 받고, 원하는 환기량을 확보하기 어려울 수 있으며, 외부 소음이나 미세먼지 유입 가능성이 있습니다.
  • 적용: 주택, 소규모 사무실 등 자연 환기가 용이한 건축물에 주로 적용됩니다.
  • 예시: 맞통풍 구조를 활용한 자연 환기, 고정식 또는 개폐형 통풍창 설치.
• 기계 환기 방식:
  • 개요: 팬과 덕트 등의 기계 설비를 이용하여 강제적으로 환기하는 방식입니다.
  • 장점: 외부 기상 조건에 관계없이 안정적인 환기량 확보가 가능하며, 필터 등을 사용하여 공기 정화 효과를 높일 수 있습니다. 또한, 열회수형 환기 장치를 사용하여 에너지 효율을 높일 수 있습니다.
  • 단점: 설비 비용 및 운전 비용이 자연 환기 방식보다 높고, 정기적인 유지 관리가 필요합니다.
  • 적용: 환기가 불리하거나 쾌적한 실내 환경 유지가 중요한 건축물에 주로 적용됩니다. 일반 거실에서는 필요에 따라 전체 환기 또는 국소 환기 방식을 선택할 수 있습니다.
    • 전체 환기 방식: 실내 전체의 공기를 환기하는 방식입니다. 급기 팬과 배기 팬을 함께 사용하는 방식 (제1종, 제2종, 제3종 환기) 또는 하나의 팬으로 급기와 배기를 동시에 하는 방식 (제4종 환기) 등이 있습니다.
    • 국소 환기 방식: 오염 발생 장소나 특정 구역만 집중적으로 환기하는 방식입니다. 주방 후드, 화장실 배기 팬 등이 대표적인 예시입니다. 거실에서는 필요에 따라 특정 구역의 오염 물질 제거를 위해 국소 환기를 적용할 수 있습니다.

(2) 특수 거실 환기 방식

특수 거실은 일반 거실보다 더 높은 수준의 환기 성능이 요구되는 공간입니다. 예를 들어, 다중 이용 시설의 거실, 지하 거실, 밀폐된 공간, 오염 물질 발생량이 많은 공간 등이 특수 거실에 해당될 수 있습니다. 특수 거실의 환기 방식은 쾌적성 확보뿐만 아니라, 실내 공기 질 관리, 안전 확보, 특정 목적 달성 등을 위해 더욱 정밀하게 설계되어야 합니다.

• 기계 환기 방식 (필수 적용): 특수 거실의 경우, 자연 환기 방식만으로는 충분한 환기 성능을 확보하기 어렵기 때문에 기계 환기 방식이 필수적으로 적용됩니다.
  • 중점 고려 사항:
    • 환기량 증대: 일반 거실보다 높은 환기량을 확보하여 실내 오염 물질 농도를 낮추고 쾌적성을 유지해야 합니다. 관련 법규나 기준에서 요구하는 최소 환기량을 반드시 충족시켜야 합니다.
    • 공기 정화 강화: 필터 성능을 강화하여 미세먼지, 유해 가스, 바이러스 등 다양한 오염 물질을 효과적으로 제거해야 합니다. 필요에 따라 HEPA 필터, 활성탄 필터, UV 살균 장치 등을 추가적으로 적용할 수 있습니다.
    • 안전 확보: 지하 거실이나 밀폐 공간의 경우, 화재 발생 시 연기 배출을 위한 제연 설비와 연동된 환기 시스템을 구축하여 피난 안전성을 확보해야 합니다.
    • 특수 목적 대응: 병원, 연구 시설, 산업 시설 등 특정 목적의 특수 거실의 경우, 청정도를 유지하거나 특정 가스 농도를 제어하는 등 특수한 환기 시스템이 요구될 수 있습니다. 예를 들어, 병원 수술실은 양압 환기 시스템, 실험실은 음압 환기 시스템을 적용할 수 있습니다.
    • 에너지 효율 고려: 특수 거실은 환기량이 많아 에너지 소비량이 높을 수 있으므로, 열회수형 환기 장치, 고효율 팬, 자동 제어 시스템 등을 적용하여 에너지 효율을 최대한 높여야 합니다.
  • 적용 예시:
    • 다중 이용 시설: 영화관, 공연장, 백화점, 대형 식당 등은 많은 인원이 밀집되는 공간이므로, 고풍량 환기 시스템과 고성능 필터를 적용하여 실내 공기 질을 관리해야 합니다.
    • 지하 공간: 지하 주차장, 지하 상가, 지하 사무실 등은 자연 환기가 어렵고 오염 물질 농도가 높아지기 쉬우므로, 강제 급·배기 시스템을 적용하고 CO 센서 등을 설치하여 환기량을 자동 제어하는 것이 효과적입니다.
    • 산업 시설: 공장, 실험실 등 유해 물질 발생량이 많은 공간은 국소 배기 장치와 전체 환기 시스템을 조합하여 유해 물질을 제거하고 작업 환경을 개선해야 합니다.

2) 거실 인원 확정과 미확정인 경우 필요 환기량 계산식

거실의 필요 환기량은 거실의 용도, 면적, 예상 재실 인원, 실내 허용 오염 물질 농도 등 다양한 요소에 따라 결정됩니다. 인원 확정 여부에 따라 일반적으로 다음과 같은 계산식을 활용할 수 있습니다.

(1) 거실 인원 확정 시 필요 환기량 계산식

거실에 재실하는 인원이 비교적 일정하게 확정될 수 있는 경우, 1인당 필요 환기량 기준으로 총 필요 환기량을 계산하는 것이 합리적입니다.

• 계산식:
  • Q_total: 거실에 필요한 총 환기량 (단위: ㎥/h 또는 CMH)
  • Q_person: 1인당 필요한 환기량 (단위: ㎥/h·인 또는 CFM/person). 이는 건축물 용도 및 실내 활동 유형에 따라 기준이 제시됩니다. (예: 사무실 30 ㎥/h·인, 주택 20 ㎥/h·인 등)
  • N: 예상되는 최대 재실 인원 (명)
• 총 필요 환기량 (Q_total) = 1인당 필요 환기량 (Q_person) × 예상 최대 재실 인원 (N)
• 1인당 필요 환기량 (Q_person) 기준:
  • 쾌적 기준: 실내 CO2 농도를 쾌적 수준으로 유지하기 위한 환기량. 일반적으로 1인당 CO2 발생량과 허용 CO2 농도 수준을 고려하여 결정됩니다.
  • 위생 기준: 실내 오염 물질 농도를 위생적인 수준으로 유지하기 위한 환기량. 실내에서 발생하는 다양한 오염 물질 (VOCs, 미세먼지 등)의 종류와 발생량을 고려하여 결정됩니다.
  • 법적 기준: 건축법, 환기 설비 기준 등 관련 법규에서 제시하는 최소 환기량 기준. 법적 기준은 최소한으로 확보해야 하는 환기량이며, 쾌적하고 위생적인 실내 환경을 위해서는 법적 기준보다 높은 환기량이 필요할 수 있습니다.
• 예시: 사무실 거실, 학원 강의실, 회의실 등 비교적 고정적인 인원이 사용하는 공간에 적용

(2) 거실 인원 미확정 시 필요 환기량 계산식

상업 시설 거실, 대기 공간, 로비 등과 같이 재실 인원이 유동적이고 예측하기 어려운 경우에는 바닥 면적당 필요 환기량 기준으로 환기량을 계산하는 것이 일반적입니다.

• 계산식:
  • Q_total: 거실에 필요한 총 환기량 (단위: ㎥/h 또는 CMH)
  • Q_area: 바닥 면적 1㎡당 필요한 환기량 (단위: ㎥/h·㎡ 또는 CFM/ft²). 건축물 용도 및 실내 환경 기준에 따라 결정됩니다. (예: 상업 시설 5~10 ㎥/h·㎡, 로비 3~5 ㎥/h·㎡ 등)
  • A: 거실 바닥 면적 (단위: ㎡ 또는 ft²)
• 총 필요 환기량 (Q_total) = 바닥 면적당 필요 환기량 (Q_area) × 거실 바닥 면적 (A)
• 바닥 면적당 필요 환기량 (Q_area) 기준:
  • 오염 밀도 기준: 예상되는 최대 인구 밀도, 실내 활동 강도, 오염 물질 발생 특성 등을 종합적으로 고려하여 면적당 오염 물질 발생량을 추정하고, 이를 희석하기 위한 환기량을 결정합니다.
  • 쾌적 기준: 면적당 예상되는 최대 재실 인원을 기반으로 1인당 최소 필요 환기량을 적용하여 면적당 환기량을 산정합니다.
  • 경험적 기준: 유사한 용도의 공간의 환기 설비 설계 사례, 관련 기술 자료, 전문가 경험 등을 바탕으로 면적당 환기량을 결정합니다.
• 예시: 백화점 거실, 쇼핑몰 공용 공간, 호텔 로비, 지하철역 대합실 등 유동 인구가 많은 공간에 적용

3) 일반 건축물 CO2 농도를 기준으로 할 때 필요 환기량 계산식

일반 건축물에서 실내 공기 질 관리의 중요한 지표 중 하나는 CO2 농도입니다. 실내 CO2 농도를 특정 수준 이하로 유지하기 위한 필요 환기량은 다음과 같은 계산식으로 추정할 수 있습니다.

• CO2 농도 기준 필요 환기량 계산식 (정상 상태, 완전 혼합 가정):
  • Q: 필요 환기량 (단위: ㎥/h 또는 CMH)
  • G_CO2: 실내 CO2 발생량 (단위: ㎥/h 또는 L/min). 재실 인원 및 활동 강도에 따라 달라집니다. 일반적인 성인의 경우, 휴식 시 약 0.005 ㎥/h (5 L/min), 경작업 시 약 0.015 ㎥/h (15 L/min) 정도의 CO2를 배출합니다. (활동량에 따른 CO2 발생량 데이터 참고 필요)
  • C_indoor: 목표 실내 CO2 농도 (단위: ppm). 쾌적한 실내 환경을 위해 일반적으로 1000 ppm 이하, 더 엄격한 기준으로 800 ppm 이하를 목표로 설정합니다. 외부 공기 CO2 농도와 비교하여 상대적인 농도 상승폭을 기준으로 설정하기도 합니다.
  • C_outdoor: 외부 공기 CO2 농도 (단위: ppm). 도시 지역은 약 400 ~ 450 ppm, 청정 지역은 약 380 ~ 400 ppm 수준입니다. (최근 지구 온난화로 인해 외부 CO2 농도는 지속적으로 상승하고 있습니다. 2025년 현재, 도시 지역은 420~470 ppm, 청정 지역은 400~420 ppm 수준으로 예상됩니다. 2025년 기준 외부 CO2 농도 고려 필요).
• Q = G_CO2 / (C_indoor - C_outdoor)
• 계산식 활용 시 고려 사항:
  • 정상 상태 가정: 위 계산식은 실내 CO2 농도가 시간에 따라 변하지 않고 일정하게 유지되는 정상 상태를 가정합니다. 실제로는 실내 CO2 농도는 재실 인원 변화, 환기 시스템 작동 방식 등에 따라 시간에 따라 변동합니다.
  • 완전 혼합 가정: 실내 공기가 완벽하게 혼합되어 CO2 농도가 공간 내에서 균일하다고 가정합니다. 실제로는 환기 방식, 기류 분포 등에 따라 CO2 농도가 공간 내에서 불균일하게 분포할 수 있습니다.
  • CO2 외 다른 오염 물질 고려: CO2 농도 기준 환기량은 CO2 농도 관리를 위한 최소 환기량이며, CO2 외 다른 오염 물질 (VOCs, 미세먼지 등) 발생량이 많은 공간에서는 추가적인 환기량이 필요할 수 있습니다.
  • 안전율 고려: 계산된 환기량에 안전율을 추가하여 실제 환기 설비 용량을 결정하는 것이 일반적입니다. 예상 못한 변동 요인, 미래의 환경 변화 등을 대비하기 위함입니다.
  • 실제 적용: 위 계산식은 CO2 농도 기반 환기량의 개략적인 추정에 유용하며, 실제 환기 설비 설계 시에는 건축물 특성, 용도, 실내 환경 기준 등을 종합적으로 고려하여 전문가의 검토를 거쳐 최종 환기량을 결정해야 합니다. 건축물 에너지 절약 설계 기준, 환기 설비 기준 등 관련 법규 및 기준을 준수해야 합니다.

결론적으로, 환기 설비 설계는 거실의 종류, 용도, 재실 인원 특성, 실내 환경 기준, 에너지 효율 등 다양한 요소를 종합적으로 고려하여 최적의 환기 방식을 선택하고 적절한 환기량을 산정해야 합니다.