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최적 그린리모델링 ‘환기시스템’ 선뵈다

오성덕 기자 | 기사입력 2023/11/15 [14:15]
오성덕 기자 이메일 아이콘 기사입력  2023/11/15 [14:15]
최적 그린리모델링 ‘환기시스템’ 선뵈다
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신축 건물은 물론 기존 건물의 그린리모델링에 최적화된 저비용·저에너지·저소음·고효율 환기시스템이 선보여 화제다. 

 

이번에 선보인 ‘Hi-ERV 시스템’은 저비용으로 저에너지, 저소음의 쾌적한 실내 근무환경을 제공해 작업자의 건강과 생산성을 높여줄 수 있는 기술로 자리매김할 전망이다. 

 

저비용·저에너지·저소음·고효율로 쾌적 환경 제공

건설기술연 조동우 박사팀-㈜삼진정밀, 공동 연구

열 회수 환기유닛 공기교환 효율 75% 이상 ‘탁월’

외기 불순물 미세분진 잡는 필터로 초미세먼지 잡아

 

일반적으로 천장 내에 설치되는 환기시스템은 외부 공기가 들어오는 외기 도입구와 열교환기, 필터를 거치는 환기유닛, 급·배기 덕트, 디퓨저 등으로 구성된다. 

 

기존 환기시스템의 경우 외기가 실내로 유입되는 과정에서 많은 기류저항이 발생하면서 팬동력 에너지가 증가하게 되고, 실내 공간에 설치되는 스탠드형 환기장치는 소음이 크고, 급기부와 배기부가 동일한 위치에 있어 상대적으로 환기성능이 떨어지는 것으로 알려져 있다. 

 

이에 한국건설기술연구원(원장 김병석) 조동우 박사팀은 ‘지역기업 동반 지자체 현안 해결기술 지원사업’ 일환으로 ㈜삼진정밀과 함께 연구를 진행하고, 환기에너지 절감과 실내 오염물질 저감 기능을 탑재한 저소음, 저에너지, 고효율의 신개념 통합 환기시스템을 개발했다. 

 

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▲ 2곳의 연결부위 및 코안다 효과로 균일한 급․배기    

 

연구내용

이 연구는 산업단지 입주시설의 특성에 맞도록 패시브 핵심기술인 ‘일사조절기능을 갖는 다기능의 하이퍼원도우 시스템’과 액티브 핵심기술인 ‘고효율 열회수 환기시스템’ 개발과 함께 에너지자립화 기술 지침 마련을 목표로 하고 있다. 

 

또한, 개발 기술을 에너지자립형 실증 테스트베드에 적용하고 지역 입주시설에 선보임으로써 산단 내 에너지자립기술의 확산을 도모하기 위한 목적도 포함돼 있다. 

 

이를 위해 ‘에너지자립화를 위한 패시브 핵심기술 개발’ 부문에서는  초경량 고성능 유리 및 창호기술 개발 연구를 수행하고 있다. 

 

현재 유리의 단열성능 개선을 위한 최적화 시뮬레이션을 비롯해 초경량 고성능 유리구조(Hi-Per Glazing) 설계·제작, 다기능 하이퍼원도우 시스템 설계와 시제품 제작 등의 연구가 이뤄지고 있다. 

 

‘에너지자립화를 위한 액티브 핵심기술 개발’ 부문에서는 저정압 저소음형 공기분배 모듈 제작, 저전력 고효율 Hi-ERV 시스템 시제품 제작, 입주시설에 최적화된 Hi-ERV 시스템 구축 등의 연구를 진행하고 있다. 

 

또한, 연구를 통해 개발된 에너지자립화 기술 적용을 위한 테스트베드를 구축하고, 현장 실증을 추진하고 있다. 

 

이 같은 연구를 통해 현재 연구팀은 양방향 통풍이 가능한 열회수 환기유닛, 기류저항을 최소화하는 덕트, 코안다 효과를 일으키는 선형 디퓨저로 구성된 신개념의 통합 환기시스템인 ‘Hi-ERV 시스템’ 개발에 성공했다. 

 

이 시스템은 에너지 효율 측면에서 열회수 환기유닛의 공기교환효율이 75% 이상으로 매우 탁월하다. 

 

이는 겨울철 실내온도가 22℃, 외기온도가 0℃일 때 환기를 할 경우 시스템을 통해 외기온도를 16℃ 이상으로 높여 실내로 들어오게 된다는 뜻으로, 이를 통해 약 75%의 환기에너지가 절감되고, 여름철에도 같은 원리로 냉방에너지 절감 효과를 거둘 수 있다. 

 

또한, 외기의 불순물을 제거해주는 1차 프리필터와 미세분진을 잡아주는 2차 필터 조합으로 초미세먼지를 걸러낸다.

 

봄·가을에는 외부 미세먼지는 차단하면서 외기를 도입하는 급기와 배기를 양방향으로 통풍 환기(바이패스 환기)도 할 수 있어 쾌적한 실내 환경을 조성한다. 

 

4계절, 공기질, 내·외부 온도 별 자동 환기 모듈을 탑재, 이산화탄소와 초미세먼지 센서가 감지한 데이터에 따라 자동 운전이 가능해 초기 단 한 번의 조작으로 1년 내내 쾌적한 실내 환경을 누릴 수 있다. 

 

특히, 천장의 텍스 등 일부분만 해체해서 설치할 수 있어 신축 건물은 물론 기존 건물에도 용이하게 설치가 가능하다. 

 

한편, 연구팀은 실제 실내외 공기 오염도가 높은 대전 산업단지 내 기존 입주시설을 대상으로 Hi-ERV 시스템을 설치하고, 공기유동 시뮬레이션과 환기성능실험을 진행했다. 

 

시뮬레이션과 실험결과, 이 시스템은 환기효율이 1.0 수준으로 스탠드형 환기장치나 기존 천장형 환기시스템 대비 환기효율은 같거나 높은 반면, 실내소음은 45dB(A) 수준으로 조용한 것을 확인했다.

 

환기효율은 실내로 들어온 외기가 거주영역에서 공기를 교환하고 배기 되는 효율을 의미하는 것으로, 1.0은 외기가 실내에서 100% 혼합돼 배기된다는 뜻이다. 

 

 

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고성능 창호 등 열회수 환기시스템 개발

지식산업센터 학교시설 상가 등 저비용 설치 ‘특징’

 

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▲ 조동우 선임연구위원    

한국건설기술연구원 조동우 선임연구위원은 “코로나19 팬더믹 이후 실내 공기질 관리 중요성이 크게 대두되고 있는 가운데 환기를 통해 실내공기를 청정하고 쾌적하게 유지하기 위한 수요가 늘어나고 있다”고 말했다.

 

하지만, 기존 건물에는 환기시스템 설치가 용이치 않아 실제 보급이 거의 이뤄지지 못하고 있는 것으로 알려져 있다. 

 

이 같은 문제 해결을 위해 연구팀은 패시브 핵심기술인 고성능 창호와 액티브 핵심기술인 고효율 열회수 환기시스템을 개발하고, 실제 현장 적용을 통한 실증 연구를 진행하고 있다. 

 

조 박사는 “연구를 통해 외기가 들어오는 외기 도입구부터 급기 덕트, 환기 유닛, 실내공간, 배기 덕트, 실내공기 배출구에 이르기까지 공기가 흘러가는 길 전체를 시스템 측면과 현장 시공의 용이성 측면 등을 고려해 저비용, 저에너지, 저소음의 고효율 환기시스템인 ‘Hi-ERV 시스템’을 개발했다”고 밝혔다.

 

이어 “이 시스템은 지식산업센터를 비롯해 기존 학교시설, 산업단지 입주시설, 시스템 에어컨이 설치된 대다수 상가와 사무소 건물 등에 저비용으로 설치할 수 있다”고 소개했다. 

 

끝으로 조 박사는 “향후 다양한 현장에서 작업자의 건강과 생산성을 향상시킬 수 있는 기술로 보급 확대에 나설 예정”이라고 말했다. 

 

이어 “또한, 오랜 기간 연구한 고성능 창호와 고효율 열회수 환기시스템이 제로에너지 건물의 대표기술로 자리 잡을 수 있도록 지속적인 노력을 기울일 계획”이라고 덧붙였다.

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