환기의 기초지식

1 환기의 목적 및 필요성
새집증후군 등의 문제를 발생시키는 것으로 알려진 실내공기 오염물질의 제거방법은 크게 외부 오염물질이 실내로 침입하지 않도록 하는 것과 실내에 존재하는 오염물질을 신속히 제거하는 것으로 분류할 수 있다. 전자는 오염물질 발생원을 제거,
격리하는 방법과 발생원의 성질을 변화시켜 무해화하는 방법으로 나누어지고, 후자는 공기청정기 등에 의해 오염물질을 직접 제거하는 방법, 환기에 의해 오염물질을 희석 또는 실외로 배출하는 방법으로 구분되어진다.

이러한 방법들은 열거된 순서에 따라 오염물질 제거에 있어 적극성이 적어지는 특징을 갖고 있다. 첫 번째 방법은 그 의미에서 가장 적극적이지만, 제거 대상 물질이 이산화탄소, 포름알데히드 (HCHO), 휘발성유기화합물(VOSS),, 악취 등일 경우, 그
주요발생원이 인체 및 인간의 활동과 건축내장재 등 실내에 존재한다는 점을 생각하면 전혀 효과가 없는 대책이 될 수도 있다. 이산화탄소의 경우 물론 열원 설비에서발생하는 경우도 있지만, 인체가 그 주요 발생원일 경우도 있다 .

이 경우 인체를 오염원으로 간주한다면 이 방법은 어떠한 기능도 할 수 없을가능성이 있다. 사람이 없는 실내의 공기 오염문제라는 것은 특별한 의미를 갖지않기 때문이다. 사람이외의 오염원으로 건축 내장재나 각종 설비기기로부터 발생
하는 오염물질 이나 유해 화학물질 등에 의한 오염이라는 것도 생각할 수 있는데,이 경우 어느 정도 실내로부터 오염물질의 제거, 격리가 가능하지만, 그러한 건축적 방법을 찾기 어려운 경우가 대부분이다. 단, 담배연기의 경우, 흡연자의 자각과 협력이
있으면 어느 정도의 격리가 가능하다고 본다.

이처럼, 첫 번째 방법은 적용 가능한 경우가 전혀 없는 것은 아니지만, 일반적으로 적용하기에는 무리가 있는 방안이라
할 수 있다.

두 번째, 발생원의 성질을 변화시키는 방법의 경우, 실현성은 조금 더 높다. 하지만발생원의 성질을 변화시키기 위한 수단으로 가열, 압축 등의 물리적 수단을 이용하는 것이 가능하며, 이를 통해 공기질이 개선된다는 가정 하에서만 적용할 수 있기
때문에, 실제의 경우에 있어서 물리적인 수단만으로 오염원을 무해화 하거나 제거할 수 있는 방법은 매우 적다.
대다수의 경우, 오염원을 무해하게 변화시키는 과정이 화학적 수단에 의존하는 경우가 많고, 당초 목적으로 하는 오염물질의 발생을 방지가 가능하더라도 화학반응에 의하여 다른 형태의 오염물질을 발생시킬 수도 있다는 점(2차오염)에서 오염
물질에 대한 개별 위해성 평가가 필요하게 된다.

세 번째 공기청정장치 , 등을 이용하여 실내에 침입한 오염물질을 제거하는 방법은 앞의 두 가지 방법과 비교하면, 상당히 실용성이 높은 수도 있는 방법이다. 단 ,제거의 대상이 되는 오염물질이 특정물질에 한하며, 또 그것의 물리/ 화학적 거동
특성이 충분히 알려져 있어야 가능하다.

그러므로 대상으로 하는 오염물질이 단순 부유분진만일 경우에는 실용적일 수 있지만, VOCs, HCHO, 담배연기, 연소가스, 악취 등과 같이 문제가 되는 오염물질이 기체나 에어졸 등 복합적일 경우에는 모든 원인물질을 제거할 수 없다는 단점을 가
지고 있다. 또한, 공기청정장치의 유지관리가 불충분하면 공기청정장치의 용량을 넘어서는 오염물질이 발생할 경우, 정화장치로부터 오염이 재발생되는 사태도 생각할 수 있다. 또한, 적정용량의 청정장치라 할지라도 내부에 축적된 오염물질에 미생물등이 번식하고, 화학반응을 일으키는 등, 다른 형태의 오염을 일으킬 위험성도 생각할 수 있다.

마지막으로 환기에 의하여 실내공기 오염물질을 희석 또는 제거하는 것은 어떤 의미에서는 상대적으로 소극적인 방법이라고 할 수 있다. 그러나 실내공기 오염물질의 유형이나 거동특성 등을 모두 파악하고 있지 못하더라도 대상 오염물질을
실외로 확실히 배출할 수 있다는 장점이 있다.

특히, 최근 실내공기환경 오염의 주요인으로 알려지고 있는 휘발성유기화합물(VOCs) 포름알데히드(HCHO), 담배연기, 악취 등과 같이 복잡한 특성을 가진 오염물질의 제거법으로는 가장 실용성이 높은 방법이라 할 수 있다. 이러한 환기의
효과는 다음에서 보는 바와 같이 단지 오염된 공기를 배출하는 것만은 아니며, 실내공기의 교체와 동시에 탈취, 제진, 제습, 실온조절의 효용성도 포함된다고 할 수 있다.

▪ 오염물질 배출
: 실내의 오염된 공기를 실외로 배출하고 인간의 호흡 유지에 필요한 산소를포함하는 신선한 외부공기를 공급한다.

▪ 탈취(냄새 제거 )
: 환기는 다양한 원인으로부터 발생하는 불쾌한 냄새를 제거하여 쾌적한 실내환경을 조성한다.

▪ 제진(먼지 제거 )
: 실내공기와 함께 떠돌아 다니는 부유분진에는 눈에 안 보이는 중금속이나, 유해한 미생물이나 세균 등이 포함되어 있다. 따라서 효과적인 환기는 이러한 제반 오염물질이 포함된 분진을 제거하여 쾌적하고 위생적인 실내환경을 확보한다.

▪ 제습(과다한 습기 제거 )
: 주거공간의 습기는 부엌이나 화장실 등의 물사용 공간에서만 발생되는 것이아니라, 사람이나 실내 연소기구에서도 습기가 방출되고 있다. 또한, 최근 기밀화 된 건물내부에서는 과다한 실내습기로 인한 결로현상으로 곰팡이 등이
발생하는 문제가 나타나고 있다. 환기를 통해 실내 습기를 제거함에 따라 쾌적하고 건강한 주거환경을 확보할 수 있다.

▪ 실온 조절
: 여름철 밤에 환기장치로 실내의 더운 공기를 방출시키고 시원한 외기를 도입시켜 환기로 인한 냉방효과를 가져 올 수 있으며, 열교환식 환기장치는 실내의 온도를 균일하게 유지시켜 겨울철의 난방 효과를 한층 높일 수 있다.


2 환기의 정의

2.1 공기의 교환 (air change)
일반적으로 사용되는 “환기(air change)”는 “실내외의 공기를 교체하는 것”이 라는 개념 전체를 기술하는 용어로서 극히 넓은 의미를 갖는다. 그 외 용어는 전부 이 안에 포함된다고도 할 수 있다.

2.2 환기 (ventilation)
환기(ventilation)는 “실 내의 공기정화 또는 온열환경조건의 개선 등의 명확한 환경개선을 목적으로 거주자가 의도적으로(intentional1y) 실내외의 공기를 교체하는 행위”를 나타내는 용어이다. 이를 수행하기 위해서는 실내외를 연결하는 개구부를
설치함과 함께 동시에 두개의 공간 사이의 압력차를 둘 필요가 있으며, 그것을 기계의 힘에 의할 경우에는 기계환기(mechanical ventilation) 또는 강제환기 (forced ventilation)라고 한다 .

특히, 공기조화설비를 가진 건물의 경우, 실내공기질을 개선하기 위한 목적으로 수행하는 환기(ventilation)를 “외기도입”, 그 때문에 도입하는 외기를 “도입외기”라 고한다. 일반적으로, 공조 설비에서 실내 공기조화를 행하고 있는 경우에는 에너지
절약을 위하여 공조대상 실내에 100% 도입외기를 하지 않고, 실내로부터의 배기를 도입공기에 일정비율 섞어서 급기하는 방법을 채택하기도 한다. 이 경우에, 도입 외기와 실내공간으로부터의 배기를 혼합한 것을 “환기” 라고 하고 그 양을 “환 기
량” 이라고 하는 경우가 있기도 하지만, 이는 단순히 “급기량” 이라고 부른다 .

“환기량”이라고 할 수 있는 것은 급기량으로부터 재순환공기량을 제외한 순수“외기도입량” 또는 “도입외기량”이다. 또한, 기계의 힘에 의하지 않고 바람, 실내외온도차 등 자연적인 힘을 이용하는 경우를 자연환기(natural ventilation) 라고 하는
데 이는 침기(infiltration)나 누기(exfiltration) 와 혼동하기 쉽기 때문에 주의를 요한다.

2.3 통풍 (cross ventilation)
통풍(cross ventilation)은 자연환기의 일종으로 생각할 수 있으나, 실의 창을 크게 여는 등의 방법을 이용하여, 통상의 자연환기의 경우보다 실내를 빠른 속도의 기류가 통과하도록 하는 것을 말한다. 이 경우 실내의 공기질의 개선보다, 기류에 의하여
체감온도를 낮추는 온열환경개선이 주목적이다. 물론, 이 경우 일반적으로 공기질은 외기와 같은 수준이 된다고 본다.

2.4 침기(infiltration) 및 누기 (exfiltration)
침기와 누기는 환기와 달리, 거주자의 의도와는 무관하게 단순히 공기가 실내에 침입하거나, 실내로부터 누출되는 현상을 기술하는 단어이다. 단, 공기교환( air-exchange)과 의 의미상 차이는 공기의 유동이 눈에 보이지 않는 건물 구조체의 균열,
닫혀진 환기구나 창의 틈새, 닫는 것을 잊은 환기구, 통기구 등 거주자가 의도하지 않는 개구부를 통해 발생하는 경우를 의미한다는 점이다.
침기와 누기를 통칭하여 누기(air leakage)라고도 한다. 누기(air leakage) 에 의한 결과로 실내 공기질이 개선되거나 냉감이 높아지거나 하는 현상이 발생하지만,그러한 공기교환(air exchange)이 의도를 가지고 행해진 것이 아니라면 환기라고
하지 않는다. 누기(air leakage)는 상술한 것과 같이 때로는 결과적으로 실내의 환경개선에 도움이 되나, 그 양 자체도 매우 적고 그것에 의해 생기는 부작용(결로 등 )도 있을 수 있으며, 자체의 특성상 제어하는 것이 불가능한 종류의 공기교환 (air
exchange) 이므로 이것에 의한 실내의 환경개선을 기대하는 것은 바람직하다고 할수 없다.

3 환기량의 표시방법
실내 오염물질의 농도에 의해 실내 환기(ventilation)의 적정성을 판단하려고 하는경우는 같은 환기량(air exchange rate)이 라 할지라도 실 용적의 크기에 따라 실내 농도의 상태가 크게 변한다. 따라서, 이러한 환기량은 건물내 재실자에게 공급되는
외기도입량에 의해 평가되며, 외기도입량은 보통 5가지의 다른 단위로 표시되는데 공급되는 절대급기량, 재실자 수, 바닥면적 또는 건물체적과 같은 변수들의 관계에 의하여 다음과 같이 다르게 표현된다.

3.1 외기도입량 (m 3 /h)
외기의 절대량을 표시하는 이 단위는 건물의 기본설계 시방서에서 사용되는 용어로설비도면과 시방서에서 주로 표기된다.

3.2 급기시 외기도입율 (%)
기계환기 건물에서 실내에 공급되는 공기는 환기를 위하여 도입된 외기와 건물에서재순환되는 공기의 혼합으로 이루어지는데 적정실내온도를 만족시키기 위해 필요한총 급기량의 혼합비율로 결정된다.

전체 급기량의 최소 약 15~20%를 외기도입으로 조정하게 되지만 급기율은 건물에 따라 다르므로 이 단위는 대략적인 평가기준으로만 사용된다. 실제로 설비장치의 설계, 설치, 조정에 따라 외기율은 0~100%까 지 달라지며 재실자가 있을 경우에는
재실자의 건강을 위해 급기시 외기를 얼마간 도입해야하는 최소 외기도입율이 규정되어지고 있다.

3.31인당 외기도입량 (m 3 /h․人 )
공급되는 외기의 절대량을 현재의 재실자 또는 잠재적인 재실자 수로 나누어 표시하는 방법으로, 사용자가 많은 다중이용시설의 환기기준 설정을 위한 단위로 사용하기에 적합하다.

3.4 단위면적당 외기도입량 (m 3 /h․m 2 )
단위면적당 외기도입량으로 표현하는 방식은 건물내에서 사람이 유일한 오염원이 아니라 건축자재 및 가구 등 건물을 구성하는 요소들이 잠재적 실내오염원이라는 관점에서 중요성을 가진다.
여기에서 바닥면적이란 순점유면적(net occupiable area) 또는 순임대면적( net rentable area)을 의미한다. 또한, 사람 수보다는 작업이 주된 공기오염원일 경우 ,
외기도입량을 규정할 때 이 단위를 이용한다. 자동차 관련시설의 환기기준설정에 적용되었다.

3.5 환기횟수 (회 /h)
환기횟수는 외기도입량(총 체적 풍량)을 구조체를 제외한 건물내부공간의 실내 총 체적으로 나눈 값으로, 공동주택의 환기기준을 평가하는 단위로 적용되었다. 이 단위는 환기시스템이 실제로 평가하려는 공간내의 공기오염물질을 희석하고 제거
하는 비율을 표현하는 단위로서 의미가 있다.

실제로 보다 정확한 환기횟수를 산정하기 위해서는 실체적(effective volume) 이 사용될 수도 있는데, 여기서 실체적이란 일반적인 공간내의 기류가 자유롭게 움직일 수 있는 체적을 의미하며 총 실내체적을 실내의 가구 및 집기, 재실자, 기류의
정체구간의 체적을 합한 값으로 나눈 값을 의미한다. 경험적인 수치에 의하면 실체적은 재실자와 가구․집 기가 있을 경우 85%, 가구는 있고 재실자가 없을 경우 90%, 가구와 집기도 없을 경우는 95%로 계산하기도 하지만, 이러한 요인을 실제 적용하
기에는 현실적인 어려움이 있으므로 환기횟수의 산정시에는 실내 총 체적으로 계산하는 것을 원칙으로 하였다.