본 연구에서는 다양한 재실자와 다수 존(Multi zone)으로 구성된 공동주택에 대하여 실내공간의 조건에 따른 다양한 실내 오염원을 제어하기 위한 환기제어전략을 수립하고자 하였으며, 적정한 환기량을 공급하여 쾌적한 실내 환경 유지와 에너지소비 부담의 저감을 실현하기 위한 제어방법을 정립하기 위한 것이 목적이다.
환기 관련 설문조사결과 겨울철 재실자들이 대부분 각 실에 재실 할 경우 방문을 닫고 생활하는 것으로 조사되었으며, 현장측정결과 실의 체적, 방출강도에 따라 농도변화가 다르고 고농도의 오염물질에 노출될 수 있는 것으로 측정되어 실별 환기 제어를 착안하였다. 이러한 문제점을 도출하기 위하여 환기실태에 대한 설문조사, 실제 세대 내에서의 실별 오염농도 측정 분석하였다. 또한, 단일 존(Single zone)개념이 아닌 멀티 존에 대한 환기풍량을 적용했을 때의 오염농도 수준을 시뮬레이션 예측을 통해 분석하였으며, 실별 환기시스템의 풍량제어 성능측정을 통해 실별 환기제어방법이 적용 가능한 방법임을 검증하였다. 실별 센서기반 환기제어방법 (Sensor based controlled ventilation strategies)에 대하여 현재 개발되고 있는 실별 환기제어의 구현이 가능한 장치를 기반으로 공동주택에 적용되는 환기장치에 대하여 센서의 설치 위치와 환기 장치 운전 및 개별 댐퍼 작동을 이용한 제어방법의 특성을 분석하였다.
검출수단으로 적용할 수 있는 CO₂, TVOC, IR(적외선 센서)센서를 이용한 실별 환기제어방법들을 설정하였으며, 각 방법의 특성을 비교평가하기 위하여 멀티 존 기류 네트워크 프로그램인 CONTAMW3.0 프로그램을 사용하였다. 또한, 제어방법에 대한 에너지소비량을 산출하기 위하여 건물에너지 정밀 평가도구인 EnergyPlus6.0를 이용하였다. 멀티 존 개념의 실별 환기제어방법에 대한 비교분석의 신뢰성을 높이기 위하여 문헌조사와 설문조사, 현장측정, 장비의 평가를 통해 시뮬레이션 조건을 설정하였다. 각 실 방문의 개폐와 재실스케줄, 인체 대사량에 따른 C0₂ 방출강도 등 각 실의 농도에 영향을 미칠 수 있는 요소에 대해 측정, 문헌조사 등의 검증을 통해 시뮬레이션 조건을 구분하여 적용하였으며, 이를 바탕으로 제어방법들의 비교평가를 통해 특성을 분석하였다. 동시에 다양한 환기제어방법을 실제 세대에 적용하여 에너지소비량을 산출하여, 에너지 저감 성능을 평가하였다. 환기를 통한 실내환경 향상과 동시에 동반되는 에너지 부담을 덜어낼 수 있는 방안을 제시하고자 하였으며, 평가 결과는 다음과 같이 요약하였다.
1) 설정조건에서 CO₂ 센서기반 환기제어방법의 시뮬레이션 결과 덕트 내부에 센서를 설치할 경우에는 오염물질을 제어가 어려우며, 실별 센서와 댐퍼를 연동한 풍량제어 시 재실시간의 CO₂ 농도를 설정범위 이내로 제어가 가능하였다. 단 재실율이 낮을 경우 TVOC 등 지속적인 방출물질의 제어가 어려운 것으로 평가되었다.
2) 설정조건에서 TVOC 센서기반 환기제어방법의 특징은 지속적인 재실 스케줄과 상관없이 간헐적 운전으로 비교적 원활하게 TVOC의 제어가 가능하지만, 단 재실여부와 상관없는 환기와 재실자로 부터의 오염원 제어가 어려운 등의 특성이 분석되었다.
3) 설정조건에서 재실여부를 판단하여 구동하는 IR(적외선)센서기반 환기 제어방법 특징은 재실시간 동안 연속환기로 오염농도가 낮게 제어가 가능하지만, 과도한 환기운전의 우려가 있으며, 재실 비율이 높을 경우 에너지 저감이 어려운 것으로 평가되었다.
4) 이러한 특성을 보완하기위해 두 개의 센서를 복합적으로 사용할 경우 오염원의 제어성능이 향상과 에너지 저감을 기대할 수 있지만 센서모듈의 경제성 및 신뢰성 검토 등의 연구가 추가되어야 할 것이다.
5) 설정된 시뮬레이션 조건에서 동계 시 전체 난방에너지 소비량을 평가한 결과 24시간 연속운전 대비 16.7~22.7%의 에너지 절약되는 것으로 평가되었다. 적용성 검토 결과 재실자 수가 적을수록, TVOC 방출율이 낮을수록 에너지 절약범위가 커질 것으로 예측되었다. 외기전담 공조기로 상시 외기를 공급하는 주상복합 건물에 적용한 결과, 24시간 연속 운전 대비 31%의 난방비가 저감되었다. 냉방의 경우 24시간 연속운전에 비해 4~10월 중 7월, 8월의 냉방 에너지가 6% 절약되었으나, 나머지 기간은 외기냉방의 효과로 오히려 외기 제어 시 에너지 부담이 증가하여, 냉방과 적용 시에는 외기냉방을 고려한 제어방법의 고려가 필요하다.
설정된 시뮬레이션 조건에서 평가를 통해 실별 환기시스템의 센서기반 환기장치 제어운전으로 에너지 소비부담의 감소와 동시에 실내환경 개선이 적절하게 이루어질 것으로 평가되었으며, 추후 실제 현장 검증실험의 과정을 통해 제어방법의 보완과 센서의 신뢰성 향상 시킨다면 더욱 효과적으로 환경개선과 에너지절약이 가능할 것이다.