1. 서론

건물의 에너지 개보수를 통해 건물외피의 기밀성능이 향상된다. 하지만 창문을 통하여 급기와 배기를 시키는 기존건물에서 공기의 환기량은 그다지 충분하지 않다(A군). 지속적으로 충분한 공기순환을 보장하기 위해 새로운 조건하에서 환기상태를 조절해야한다. 그래서 공조시스템을 통해 독립적으로 충분히 신선한 공기가 공급되어야 한다(B군). 다시 말해 이것은 건물의 하자를 피하고 에너지절약을 위해 기밀성이 강화된 건물에서 절대적으로 필요하고 또한 이를 위해 에너지기준과 법적인 규정이 요구된다.

2. 연구대상

A군에 속한 건물을 살펴보면 1965년대 당시 유행한 주택형태로 4층으로 구성되며 12세대가 거주하고 있다. (각각 750㎡의 난방면적 보유) 그리고 다른 건물(B군)은 서로 한 면을 공동으로 맞닿아 있는 2세대 주택으로 2005/2006년도에 전체 개보수를 실시하여 에너지성능을 향상시켰다. B군에 속한 건물은 패시브하우스 요소를 적용시켜 에너지개보수를 실시했다. 모든 세대에 폐열회수환기장치를 설치했다. 이를 통해 난방은 흡입하는 찬 공기를 데우며 실시되기에 별도의 난방장치가 필요 없지만 화장실에는 난방장치를 설치했다. 열보호를 위해 패시브하우스에서는 충분한 단열재두께를 확보하고 삼중유리 창호를 설치했다.

3. 기존의 창문을 통한 자연환기 주택

저에너지하우스의 주택에서 기존의 창문을 통한 환기방법을 유지하고 개보수했다. 자연적인 공기순환의 흐름을 측정하기 위해 지시가스 방법을 사용하였고 이를 통해 외부공기의 실내유입량을 계산할 수 있었다. 측정과정에서 우선 창문종류별결과, 오픈시간에 대해 명확히 했다. 창문종류별 결과에 대해 실제적인 환기는 저에너지하우스의 안방에서 지시가스측정의 도움으로 결정되어 진다. 창문을 통한 환기량의 이론적인 계산은 이런 데이터를 사용하여 결과를 도출하게 된다. 측정된 창문의 오픈시간과 창문환기를 위한 유효한 계산값은 건물 형식별 외부공기전환을 결정한다. 이틀 동안 지시가스방법으로 기본적인환기가 측정되었다. 측정된 수치는 2-3㎥/h에 놓인다.

자연적인 환기는 외부와 내부의 압력차에 의해 기인한다. 내？외부의 온도차, 입면에서 온도력과 풍하중이 또 다른 요인이다. 온도력의 영향에 대한 분석적인 관계는 베르누이원리에 의하여 원리를 도출할 수 있다. 자연환기를 창문의 형태와 기상학적인 조건의 기능으로써 계산할 수 있다.

4. 공조시스템으로 환기하는 주택

동시에 추가적인 외부공기순환과 공기질을 위한 측정이 6개의 방에 공조시스템으로 실행되었다. 주택들은 같은 양식이고 분리된 블록이다. 그리고 에너지적으로 거의 패시브하우스 수준으로 주택개보수를 실시했다. 환기는 개별형으로 공조시스템에 의존한다.

공조시스템의 환기를 실험하기 위해 6개의 방을 조사하였다. 측정기구를 통해 외부공기순환을 측정하였고 실험 주택에서 창문을 통한 환기는 관찰하지 않았다. 측정시간동안 측정된 외부공기량은 41㎥/h와 135㎥/h 사이이고 평균적으로 모든 방은 84㎥/h에 이른다. 측정값에서 보여주듯 공조시스템의 외부공기량은 방면적 73.5㎡에 대해 충분히 다양하게 제어할 수 있다. 4사람까지 충분한 외부공기를 공급할 수 있다.

5. 공기질 평가

2개월 이상 창문을 통한 환기를 위해 5채의 주택과 공조시스템을 통한 환기를 위해 6채의 주택을 선정하여 관찰하였다. 그 결과 창문을 통한 환기 주택은 방과 방사이의 외부공기의 순환이 약 10가지로 나눌 수 있었다. 게다가 공기질의 상태는 매일 차이를 보였다. 측정기간동안 환기량은 오차범위에서 0,18h-1에서 0,33h-1로 보였다. 반면 공조시스템을 통한 주택은 약 0,48h-1의 결과값을 보였다. 그만큼 창문환기보다 공조시스템 환기가 시간당 환기량이 많아 횟수가 적다.

공기질을 위한 측정은 공조시스템을 설치한 주택에서 명확히 좋은 결과를 내었다. 창호를 통한 환기를 하는 주택에서 측정시간의 70%동안 이산화탄소가 1400ppm 이상 함유된 공기를 보유하였다. 반면 공조시스템을 설치한 주택은 측정시간의 34%동안 위와 같은 조건의 공기를 보유하였다. 주택에서 체류하는 시간 중 밤에 안방에서의 이산화탄소량을 측정하면 창문을 통한 환기는 81%, 공조시스템을 통한 환기는 44%로 상대적으로 창문을 통한 환기를 하면 높은 이산화탄소 함유율을 관찰할 수 있다.

지금까지 연구된 결과를 보면 다양한 측정결과에 의해 공식적으로 알려진 창호오픈시간은 주택에서 건강을 위한 규정보다 규칙적인 자연환기가 실제로 외부공기를 끌어들이는데 효과적이지 못하다고 볼 수 있다. 결과적으로 보다 건강한 생활공간을 만들기 위해 충분한 환기가 필요한데 이를 위해 적어도 공조시스템을 설치해야한다고 보여준다.

6. 에너지영향

두 가지 조건의 주택에서 사용되는 난방에너지를 비교할 수 있었다. 위의 측정을 통해 공조시스템을 설치한 주택은 폐열회수환기장치가 열손실을 23,4kWh/㎡에서 8,4kWh/㎡로 줄여준다. 창문을 통해 환기하는 주택은 오차범위에서 13,2kWh/㎡ - 22,8kWh/㎡ 의 난방에너지를 사용하였다. 더구나 창문을 통해 필요한 공기가 충분히 환기되지 않았기 때문에 비교적 낮은 난방에너지가 소요되었지만 실제로 충분히 환기 시키게 되면 이보다 더 많은 난방에너지가 필요하다.

학문적인 측정으로 보자면 두 가지 에너지 개보수 건축물, 창문으로 환기를 시키는 저에너지 개보수와 공조시스템으로 조절 가능한 환기를 사용한 패시브하우스를 비교해 보면 난방에너지사용에서 작은 차이를 보인다.

2009/2010의 한겨울에 실시했던 에너지 모니터링은 에너지를 절약형 패시브하우스 요소로 개보수를 하면 동시에 좋은 실내공기질을 확보할 수 있다는 결과를 보여주었다. 12월 1일부터 3월 1일까지 실질적으로 난방에너지를 사용하는 기간동안 13,6kWh/㎡의 난방에너지를 사용하였다. 반면 저에너지하우스 개보수한 주택은 같은 기간동안 24,4kWh/㎡의 난방에너지를 소비하였다.