공동주택의 실내외 미세먼지 환경조건을 고려한 Ventilation과 Filtration 제어 전략

Abstract

실내 공기질 문제가 대두 되면서 신축 공동주택에 환기장치 설비가 의무화되고, 최근 미세먼지 문제가 급부상하면서 실내 공기청정기의 보급률이 확대되고 있다. 시스템의 보급은 보편화되고 있으나 실내 미세먼지와 전반적인 실내 공기질을 관리하기 위해 두 시스템을 효율적으로 운영할 수 있는 제어방안은 아직까지 미비하다. 실내 미세먼지 관리를 위한 환기는 실외 미세먼지 농도와 실내 미세먼지 발생 정도에 따라 유리하기도 하고, 불리 할 수도 있다. 환기가 유리한 경우에는 목표농도를 만족시키기 위해 필요한 환기량과 함께 추가적인 공기청정기의 운전이 필요한지 판단하여 제어량을 결정하고, 환기가 불리한 경우에는 기타 실내에서 발생하는 오염물질을 고려한 최소 환기량 확보 및 미세먼지 제어를 위한 공기청정기의 운전이 필요하다. 따라서, 계속적으로 변화하는 미세먼지 환경조건에서 환기가 유리한 환경과 불리한 환경을 판단하여 Ventilation과 Filtration의 제어 모드와 제어량을 결정할 수 있는 제어 전략이 필요하다. 이를 위하여 실내외 미세먼지 환경조건을 판단할 수 있도록 실내 미세먼지 농도해석모델과 이를 기반으로 한 실내 미세먼지 발생 예측 모델을 구축하였다. 구축된 모델로 시뮬레이션을 통해 환경조건과 제어관련 영향인자의 변화에 따른 실내농도 특성을 분석하고, 이를 바탕으로 환경조건에 따라 목표농도를 만족시키기 위한 제어모드와 제어량을 결정할 수 있는 Control limit 커브 (CL 커브)를 도출하였다. CL 커브를 활용하여 미세먼지의 실내 목표 농도를 만족시키고 전반적인 실내 공기질과 에너지를 고려한 Ventilation과 Filtration 제어 전략을 제시하고, 제어의 적용 효과를 평가하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.

(1) 실내 미세먼지 농도는 영향을 미치는 여러 환경조건 인자 중 특히, 실외 미세먼지 농도와 실내 미세먼지 발생율의 영향을 크게 받는다. 실내 미세먼지 농도 개선을 위해 Ventilation 제어를 적용하는 경우, 환기풍량이 작을 때는 외기 도입량이 작아 필터효율의 영향이 크지 않다. 그러나 환기풍량이 클 때 저효율 필터의 적용은 실외 미세먼지 농도가 높아짐에 따라 실내 농도를 급격히 증가시킬 수 있기 때문에 중효율 등급 이상의 필터 적용이 요구된다. Filtration 제어의 경우, 필터효율이 클수록 풍량 증가에 따른 실내 미세먼지 농도 개선 효과가 더 커지므로 고효율 필터 적용이 유리하다.

(2) 계속해서 변화하는 실외 미세먼지 농도를 측정하고, 실내 미세먼지 발생율을 예측하여 Ventilation과 Filtration 제어 모드와 제어량을 결정할 수 있는 제어 전략을 제시하였다. 이를 적용하면, 실외 미세먼지 농도가 높고, 실내 미세먼지 발생율도 높은 환경조건에서 기존 제어와 비교하여 유사한 실내 미세먼지 농도를 유지하고 비슷한 팬동력을 사용하면서 실내 발생 오염물질 관리에는 유리하였다. 실외 미세먼지 농도가 높고, 실내 미세먼지 발생율이 낮을 때는 상대적인 실내 미세먼지 농도는 높았으나 미세먼지 실내 목표농도 이하 유지는 가능하였고, 실내 발생 오염물질 관리에 유리하며 팬동력을 적게 사용하였다. 실외 미세먼지 농도는 낮고, 실내 미세먼지 발생율은 높은 환경조건에서는 팬동력은 상대적으로 많이 사용하지만 실내 미세먼지 농도 경감에 유리하였다. 실외 미세먼지 농도도 낮고, 실내 미세먼지 발생율도 낮을 때는 상대적으로 적은 팬동력을 사용하면서 유사한 수준으로 실내 미세먼지 농도 및 실내 발생 오염물질 관리를 할 수 있다.