열회수형 환기장치 적용 시 다중이용시설의 환기횟수에 따른 냉·난방부하와 감염률 (Thermal Load and the Probability of Infection according to the Ventilation Rate of Multi-Use Facilities Applying ERV)

서지정보

· 발행기관 : 대한설비공학회
· 수록지 정보 : 설비공학 논문집 / 33권 / 4호 / 199 ~ 207페이지
· 저자명 : 장소미, 고유진, 박보경, 홍희기

초록

본 연구에서는 다중이용시설 및 업소를 대상으로 환기를 하지 않는 경우와 단순한 강제환기를 하는 경우 그리고 ERV를 사용하여 환기를 하는 경우에 대해 환기횟수에 따른 냉ㆍ난방에너지 소요량을 시뮬레이션을 통해 산출하였고, 이를 토대로 감염률과의 상관관계를 분석해 보았다.
(1) 단순한 강제환기의 경우 환기횟수가 증가함에 따라 환기를 하지 않는 경우에 비해 냉ㆍ난방부하 모두 증가하였다. 환기횟수가 3 ACH일 경우 냉방부하는 2배, 난방부하는 14배로 크게 증가하였다. 음압병동과 같은 수준인 6 ACH이 되면 냉방부하는 3.2배, 난방부하는 27.5배로 사실상 적용이 불가능하다.
(2) 난방운전 시 환기횟수의 증가에 따라 현열부하와 잠열부하 모두 증가하나, 특히 현열부하가 큰 영향을 받는다. 통상 동절기에는 일정 습도로 제어하지 않으므로 현열부하만 고려하면, ERV를 도입함으로써 3 ACH 환기시 비환기 대비 3.5배 정도 현열부하가 증가하며, 방식에 따른 차이는 작은 편이다. COVID-19의 확산이 동절기에 훨씬 심각하므로 기존 건물에 ERV를 도입하려면 동절기에 초점을 맞춰, 일정 온도교환효율 이상의 제품이라면 방식과 상관없이 설치를 권장한다.
(3) 하계 운전 시 환기횟수가 증가하여도 비환기시에 비해 현열부하는 거의 달라지지 않는 반면에, 잠열부하는 크게 증가한다. 환기횟수 3 ACH일 때 비환기 대비 판형 1.6배, 회전형 1.2배 냉방부하의 증가를 보인다. 단순한 강제환기에도 2배의 증가에 그치므로, 환기설비가 없는 기존 건물이라면 환기팬만 작동시키든지 내내 창문을 여는 자연환기도 허용할 필요가 있다. 신축건물의 다중이용시설이라면 안정적인 환기량 확보와 에너지 절약을 위해 습도교환효율이 우수한 ERV를 사용하는 것이 바람직하다.
(4) COVID-19 감염률은 환기횟수가 증가할수록 지수적으로 감소하므로 미량이라도 반드시 연속적인 환기를 해야만 한다. 감염자와 비감염자가 같은 공간에서 마스크를 착용하지 않고 5시간 동안 체류하고 있을 때 감염률을 1% 이하로 유지하려면 음압병동과 같은 환기횟수(6 ACH 이상)를 요하나 에너지비용을 고려하면 비현실적이다. 감염률 2% 이하를 유지하는 것은 현재의 국토교통부 기준(약 2.5 ACH)으로도 실현 가능하며 이때 소비되는 에너지는 비환기시에 비해 냉방시 1.2배, 난방시 3배 정도의 증가를 보인다.


COVID-19뿐만 아니라 감기, 독감 등의 호흡기 감염병의 전염 메카니즘은 유사하며 손씻기, 마스크착용 등을 통해 예방의 효과는 충분히 검증되었다. 백신 및 치료제가 일반화되면 COVID-19 발병률은 감소하겠지만 변종의 출현으로 근절은 쉽지 않을 것으로 예상하는 전문가들이 다수이다. 확산을 막는 데는 본 연구에서 제시한 바와 같이 환기의 효과가 매우 크며 에너지 절감을 고려하면 ERV의 도입은 필수라고 할 수 있다. 기존건물이라면 방식과 상관없이, 신축건물이라면 습도교환효율이 높은 ERV의 설치를 권장한다.

영어초록

Recently, confirmed patients of COVID-19 continue to occur in multi-use facilities, and cases of aerosol infection increase in non-ventilated spaces. As ventilation rate increases, the virus infection rate decreases exponentially, but forced ventilation for reducing the infection rate leads to energy loss. In this paper, a cafe was selected the same as the previous paper. TRNSYS18 was used to calculate the heating and cooling loads according to ventilation rates and methods. Based on this, the correlation with the infection rate was analyzed. During heating operation, the heating loads increased as ventilation rate increased, and the heating sensible loads were particularly affected. Ventilating with 3 ACH, the heating loads increased by 14 times for forced ventilation, compared to non-ventilated. Applying ERV, the heating loads increased by 3.5 and 3.3 times for the plate and rotary respectively. The cooling latent loads increased significantly as ventilation rate increased, compared to non-ventilated during cooling operation. Ventilating with 3 ACH, the cooling loads increased by 2 times for forced ventilation, 1.6 and 1.2 times for the plate and rotary respectively. When infected and non-infected people stay in the same space for 5 hours without wearing a mask, it is possible to keep the infection rate below 2% with 3 ACH. As a way to prevent the spread of COVID-19, ventilation is very effective, and considering energy savings, ERV introduction is essential.

참고자료

· 없음