Ⅰ. 개 요 (기본원리 및 적용예시)사무실내에서 대부분의 시간을 보내는 현대인들에게 있어 근무 환경의 쾌 적성은 일의 효율성을 증대시키고 나아가 건강을 유지하는 데 매우 중요 한 요소이다. 최근 정보화 시대로의 급속한 변화에 따른 사무 자동화와 지 가 상승에 따라 일반 사무실에는 인간과 각종 사무기기들이 매우 조밀하 게 배치되어 있다. 이러한 사무실내 근무자에게 쾌적한 환경을 제공하기 위해서 실내의 기온, 습도 등을 제어할 수 있는 공조시스템이 사용되고 있 다. 그러나 인간은 주위환경으로부터 상당히 복잡한 과정을 거쳐 쾌적한 상태를 느끼므로 공조시스템을 통하여 쾌적한 실내환경을 구현하기 위해 서는 먼저 인간이 가장 직접적으로 느끼는 실내의 기온, 습도, 기류, 복사 와 같은 물리적 환경과 인간의 쾌적감간의 상관성을 밝혀내는 것이 중요 하다. 인간의 쾌적감과 온열환경간의 관계를 파악하기 위한 연구는 일찍이 19세기 말부터 미국, 유럽 등지에서 시작되었으며 현재 쾌적한 실내공간 에 대한 계측, 평가 및 예측 기술에 대한 연구가 세계적으로 활발히 수행 되고 있다. 국내에서는 1970년대 후반부터 일부 대학, 연구소에서 실내 온열환경의 쾌적성에 연구를 시작하였는데, 이들은 주로 아파트나 단독 주 택과 같은 주거시설을 대상으로 연구를 수행하였다. 최근에는 환경 실험실 을 사용하여 한국인의 온열감을 밝히려는 연구도 수행되고 있다.실내 열환경의 복합적인 요소가 인체의 온열감 및 쾌적성에 미치는 영향 을 정량적으로 파악하기 위하여 많은 열환경 평가지표들이 개발되어 왔다. 일반적으로 열환경의 물리적인 요소로는 온도, 습도, 기류, 복사 등 4 요 소가 고려되며 이 외에 대사량과 착의량 등이 고려되고 있다.온도습도기류복사대사량착의량대류복사방열유효온도○○○수정유효온도○○○○신유효온도○○○○○○○○○작용온도○○○흑구온도○○○불쾌지수○○예상 온열감○○○○○○작동온도(Operative Temperature)는 재실자가 실제 비균일 환경에서 복사 와 대류에 의해 열 교환하는 양을 균일 7단계 척도를 기준으로 -3은 춥다, +3은 덥다, 그리고 0은 열적으로 중립적인 상태로 나타내며 자세한 사항을 표 2에 나타내었다. 일반적으로 재실자가 쾌적하다고 느끼는 예상온열감은 -0.5 ∼ +0.5의 범위이다.[온열감 7단계]PMV열적상태-3춥다-2서늘하다-1약간 서늘하다0중립+1약간 따뜻하다+2따뜻하다+3덥다예상온열감을 구하는 방법은 여러 가지 있으나 일반적으로는 ISO에서 (International Organization for Standardization) 제안한 식을 이용한다.예상불만족도(PPD : predicted percentage of dissatisfied)는 실내환경에 대하여 불만족한 사람의 수를 예측하는 것으로서 온열감 반응도에 응답한 사람의 수를 전체 응답자수에 대한 백분율로 환산한 것이다. 일반적으로 재실자가 쾌적하다고 느끼는 예상불만족도는 10%이하이다.사람은 호흡을 통하여 산소를 섭취하고 탄산가스와 수분을 발산시키고, 또 사람의 활동으로 인하여 발생되는 먼지, 세균 등은 모두 실내공기의 오염요소들이다.특히 실내에 설치된 연소기는 산소를 소비하고 탄산가스, 일산화탄소 등을 배출하여 더욱더 실내공기를 오염시키고 있으므로 공기를 정화시켜 실내의 공기환경을 알맞는 온도, 습도, 기류 및 청정도를 잘 유지 되게 하 여 사람들에게 불쾌감을 주지 않는 쾌적한 공기를 만들어 주어야 한다.동일한 실내온도에서도 습도 및 기류에 따라 느껴지는 온도감각이 다 르다. 따라서 유효온도는 온도, 습도, 기류를 하나로 조합한 상태의 온도 감각을 100%, 풍속 0m/s일 때 에 느껴지는 온도감각을 표시한 것으로 유효온도는 공조되고 있는 실내환경을 평가하는 척도로서 사용한다.인체에 적당한 유효온도란 연령, 성별, 착의상태, 재실시간 등에 따라 다르기 때문에 새로운 유효온도선도를 발표한 것을 신 유효 온도선도라 하며, 이 선도를 이용하여 구한 쾌적 온도를 신 유효 온도라 하고 "ET" 로 표시한다인체의 온열 감에 영향을 미치는 물리적, 개인적 인자들은 동시에형에 기초한 평가지표 (열 평형)라. 주관에 따른 평가지표 (주관적)특히 주관적 평가지표는 "인간의 등온감각에 기초한 지표(감각적)"와 "쾌-불쾌 판단에 기초한 평가지표(심리적)" 로 나누어 진다.첫째, 물리적 평가지표에는(1) 온도, 습도, 기류속도, 복사온도에 관한 지표(2) 수증기 분압과 온도를 평가하는 습 구 온도(3) 온도, 기류속도, 복사온도의 세가지를 종합적으로 평가하는 흑구 온도 등이 있다.둘째, 생리적 평가지표에는온도, 습도, 기류속도, 복사온도, 활동으로부터 4시간 후의 발한을 예측 하는 지표 (P4SR)가 있다.셋째, 열 평형에 기초한 지표로는(1) 온도, 기류, 복사온도에 의한 인체와 주위 환경간의 열 교환 관계 를 기술한 작용온도(2) 인체의 생리적인 발한에 따른 체온조절 기구도 고려한 열 평형 모 델에 기초하여 습도 평가를 포함하는 습윤 작용온도, 신 유효온도, 표준 유효온도 등이 있다.넷째, 주관적 평가 지표 중에서감각적 지표에는 유효온도, 수정 유효온도, 등온지표 등이 있으며,심리적 지표에는 온도, 습도, 기류속도를 조합하여 평가하는 불쾌지수 와 온도, 습도, 기류속도, 복사온도, 착의감, 활동량을 조합하여 평가 하는 예상평균 온열감(PMV, Predicted Mean Vote)가 있다.2. 유효온도(ET), 수정 유효온도(CET)유효온도(Effective Temperature, ET)는 건구온도, 습도, 기류를 조합한 열 쾌적 지표로서 효과온도, 또는 체감온도라고도 한다. 1923년 미국 에서 Houghton과 Yaglou에 의해 처음 창안되어 널리 사용되었다.이것은 상대습도 100%, 기류속도 0m/s, 온도 T ℃인 온 열 환경을 기 준 환경으로 하고, 기준 환경에서와 같은 온도감각을 느끼게 하는 다른 온열 환경을 서로 같은 유효온도 T ℃로 정의한 것이다.유효온도는 복사열이 고려되지 않은 점과 저온에서 습도에 의한 영향 이 과장되어 평가되는 점이 결점으로 지적되어 왔다.이에 대한 보완으로 건구온도 대신 흑구온도(Glove T고 이때 ET 및 CET의 차이를 실험을 통해 비교한다.2. 실험 장치- 건·습구온도계, 흑구온도계, 카타온도계3. 실험 측정 및 방법가. 측정장소(강의실)를 선정하여 입실한다.나. 각각의 온도계를 바닥에서 1.5m정도 이격시켜 설치한다.다. 기류의 영향을 줄이기 위하여 창문과 문을 닫고 실시한다.라. 창가 쪽부터 측정하며, 체온 및 복사열로 인한 오차의 발생을 방지하기 위하여 1m정도 떨어져서 측정한다.마. 측정 후 일정 시간이 경과하면 다음장소로 이동후 위와같은 절차로 측정을 한다.바. 측정값을 이용하여 유효온도 및 수정유효온도를 구한 구한다.사. 쾌적상태를 확인한다.4. 장치의 개략도⊙⊙건습구온도계Ⅲ. 실험에 사용되는 기기 (그림으로 표기요)1. 카타온도계카타온도계(Kata thermometer)는 L. Hi11(1919)이 구부가 인체의 방열 량과 같도록 고안한 일종의 유리제 온도계로서 구부는 직경 1.8 cm, 길이 4.0 cm이며 온도계 전체의 길이는 25 cm정도이다. 눈금은 체온 에 비교적 가까운 38℃와 35℃ 두 곳에만 새겨져 있다.온도계를 38.℃이상으로 데운 후에 측정하고자 하는 환경에 내놓는다. 냉각 과정에서 온도가 이 두 점 사이를 통과하는데 걸리는 시간을 스 톱워치를 가지고 초 단위로 잰다. 실측된 시간을 t초라 하면 이 온도 계의 표면 l제곱센티미터에서 매초 달아나는 열량은 t초 동안 달아난 총열량인 F (mcal Cm-2)를 시간 t초로 나누어 구하는데 이를 카타냉 각력 (H : mcalcm.2sec-1) 이라 한다.즉, H = F/t = C x (36.5 - Ta)Ta : 환경기온(℃) ,C : 온도계 구부의 감도(표면적의 열 발산도에 관계되는 상수)이 카타냉각력은 환경온도와 풍속의 영향을 잘 반영하고 있다.Hill 이후에 개발된 조금씩 다른 상수의 적용 방법이 있지만 대체로 위 식들이 사용되고 있다.습구 카타온도계는 그림의 (b)처럼 냉각 온도계의 구부를 면포로 둘러 싸서 습구로 한 것으로서 기온, 풍속뿐만 아니고 습도의 영향두었다가 눈금을 읽 는다. 이 때 둘레의 열복사에너지는 검게 칠한 구리공에 흡수되어 구 의 벽의 온도가 상승하고 이것이 구 내부의 공기를 데워서 그 온도가 구리공에 꽂혀 있는 온도계에 나타나게 된다.이 온도계를 사용할 때는 복사의 방향은 고려하지 않아도 좋다.그러나 측정된 값에는 복사뿐만 아니라 전도나 대류의 인자도 포함되어있다.최근에는 3인치 크기의 구리공을 사용한 소형 흑구 온도계가 많이 사용되고 있다. 따라서 흑구 온도계를 사용할 때는 대형인지 소형인지를 구별해 둘 필요가 있다.소형일 경우 대형보다 값이 낮고 특히 바람이 강할 때는 그 경향이 더욱 뚜렷하다. 흑구온도계의 값 Tg(℃)와 기온 Ta(℃)의 차(Tg - Ta) 는 실효복사온도 Te로서 열복사의 기준이 되고, 평균복사온도(mean radiation temperature) Tg (℃)는 다음과 같다.TR = Tg + 2.37√v(Tg - Ta)v : 기류속도(cm sec-1)이 식은 복사, 기온, 기류 3인자를 종합 평가하여 작용온도를 근사적 으로 추측하는데 사용된다.3. 건·습구온도계건·습구 온도계는 건조한 상태의 온도를 측정하는 건구 온도계와 물에 젖은 심지로 싼 젖은 상태의 습구 온도계를 조합시킨 것으로, 건구 온 도와 습구 온도의 양쪽을 읽고, 그 온도차를 이용하여 상대습도를 구할 수가 있다. 일정한 온도, 압력 하에서 기체가 갖는 습도에 따라 기화하 는 물의 양이 비례하고 이로 인한 기화열로 인해 습구의 온도가 떨어 지게 되므로 습도가 낮을수록 편차 온도가 커지게 된다.이러한 방법으로 측정된 상대 습도로부터 압력, 온도를 대입하여 절대 습도로 환산할 수 있다.그런데 여기서 풍속이 v인 기류가 방열체에 미치는 냉각력은 다음과 같다.v = 0(무풍)일 때 : H = 0.27 (36.5 - Ta)v < 1 일 때 : H = (0.20+0.40√v) (36.5- Ta)v > l 일 때 : H = (0.13+0.47√v) (36.5 - Ta)이러한 방법에는 물의 순도, 심지의 상태 등으로 인해
![[실내환경] 신유효온도 측정](https://image4.happycampus.com/Production/thumbnail/2003/04/24/data1203903-0001.jpg)
