건축물에서 환기의 목적은 실내에서 발생되는 분진이나, 열, 습기, 악취, 유해가스 등을 희석 또는 제거함으로써 실내의 공기환경을 일정하게 유지해 재실자의 건강을 유지하는 것이다. 최근 미세먼지, 황사 등 환경오염 물질의 발생이 극심해지고 그 위해성이 더욱 심각해지고 있기 때문에 건축물에서의 환기는 아주 중요한 요소이다.
우리나라에서는 실내 공기의 질을 거주자들에게 알맞게 유지하고 관리함으로써 건강을 보호하며 환경상의 위해를 방지하고, 건축물에 설치되는 설비에 대한 설비기준 등에 관한 규칙 등을 제정해 실내의 쾌적한 환경유지를 위한 관리를 하고 있다. 또한 다중이용시설의 실내 공기의 질 관리법을 제정해 실내 공기의 질을 관리하고 있다.
호텔은 법적으로 다중이용시설에 포함되지 않으나(일부 부대시설은 다중이용시설에 포함됨) 다양한 사람들이 사용하는 공간이므로 각종 유해물질, 병원균, 냄새 등을 쾌적한 상태로 관리할 필요가 있다.
특히 불특정의 사람들이 사용함에 따라 실내에서 발생하는 오염물질 및 냄새 등이 실내의 벽지, 가구 등에 남아서 다음 사용자들에게 불쾌감을 일으키게 하는 요인이 되기도 한다. 환기를 위한 방법은 건축물의 개구부를 개방해 자연적인 방법으로 환기하는 방법과 fan 등 기계적인 장치를 이용해 환기하는 방법이 있다. 숙박시설의 경우 보안이나 안전의 목적으로 창의 개폐를 불가능하게 하는 경우도 있으므로 자연적인 환기는 불가능하고 기계적인 방법에 의해서만 실시해야 하는 경우가 많다. 기계적인 장치를 이용해 환기할 경우 기계장치를 운영하는 운전비가 건축물의 운영비에 상당한 영향을 미칠 수있다. 따라서 실내 공기의 질을 일정하게 유지하면서도 운영비를 절감할 수 있는 방법의 모색이 중요하다.
본고에서는 다양한 사람들이 이용하는 숙박시설에서의 환기의 중요성을 검토해 보고, 기계적인 장치를 이용한 환기에서 실내 공기의 질과 쾌적한 환경을 유지하면서도 운전비를 절감할 수 있는 효율적인 운영방안에 대해 파악해보고자 한다.
환기방법의 종류
먼저 환기방법의 종류에 대해 알아보자. 일반적으로 기계에 의한 환기법은 제 1종, 제 2종, 제 3종 환기법이 있는데, 이는 송풍기의 설치위치에 따라 실내의 공기압력이 어떻게 나타나는가에 따라 분류된다.
[그림 1]은 기계환기 방식의 종류이다.
(1) 제 1종 환기법(기계급기+기계배기)
제 1종 환기법은 환기량을 확실하게 얻을 수 있는 가장 좋은 방법이다. 급·배기의 유량밸런스를 바꿈에 따라 실내의 압력을 양압 또는 음압 어느 쪽으로도 유지할 수 있으므로 실내의 환경을 원하는 상태로 유지할 수 있다. 일반적으로 외기를 정화하기 위한 에어필터를 필요로 한다. 숙박시설에서 사용할 수 있는 환기법이며 공기조화기를 이용해 환기를 하는데, 공기조화기의 가격이 고가이므로 초기투자비가 많이 드는 단점이 있어서 소규모의 숙박시설에서는 많이 사용하지 않는 방법이다.
(2) 제 2종 환기법(기계급기+자연배기)
제 2종 환기법은 실내가 언제나 양압이므로 냄새가 발생하는 방에서는 냄새가 확산될 우려가 있다. 타실로부터 오염공기의 유입을 꺼리는 실에 적절한 방법으로 클린룸, 수술실 등에 이용하는 방법이다. 일반적으로 외기를 정화하기 위한 공기정화장치를 설치한다. 숙박시설에서는 사용하지 않는 기계환기 방법이다.
(3) 제 3종 환기법(자연급기+기계배기)
제 3종 환기법은 실내가 언제나 음압을 유지하므로 오염물질의 확산을 방지하기 위한 환기에 적합한 방법으로 공장작업장, 탕비실, 화장실 등에 이용한다. 비즈니스 호텔 등 소규모 숙박시설에 많이 사용한다.
환기에서의 에너지 절약 방안
다음은 환기에서의 에너지 절약 방안에 대해 알아보자. 환기는 쾌적한 실내환경을 유지하는데 필수적이어서 일정한 시간동안 공기를 교체하는 방법으로 수행된다. 그런데 이러한 공기 교환을 할 때 많은 에너지가 소비되며 적절한 관리를 하지 않을 경우 에너지 낭비가 발생한다. 따라서 실내 공기의 질을 일정하게 유지하면서 에너지를 절약할 수 있는 방법을 모색해 효과적으로 운영하는 것이 필수적이다. 이에 환기에서의 에너지 절약 방안을 소개하고자 한다.
폐열회수 환기장치
폐열이란 사용하고 버려지는 열을 말한다. 폐열회수 환기란 환기를 위해 외부로 배출하는 공기의 열을 실내에 재사용할 수 있도록 함으로써 에너지를 절약할 수 있도록 개발한 것이다.
폐열회수 환기장치의 원리는 겨울철 외부로부터 유입되는 차갑고 신선한 공기에 외기로 배출되는 따뜻한 공기의 열을 이용해 데워주고 여름철에는 실내로 유입되는 뜨겁고 신선한 공기에 실내에서 배출되는 공기의 냉기로 냉각해 주는 것이다.
폐열회수 환기장치를 사용하지 않을 경우 겨울철에는 실내의 따뜻한 공기가 그대로 실외로 배출되고 실내로는 차가운 외기가 그대로 유입돼 재실자가 차가운 공기에 의한 불쾌감이 발생하며 실내의 난방을 위한 운전비가 증가한다. 또한 여름철에는 온도가 높고 습한 공기가 그대로 유입되기 때문에 실내의 불쾌감 유발 뿐만 아니라 습기제거를 위한 운전비가 많이 발생한다.
[그림 3]은 폐열회수 환기장치의 내부 구조 및 열교환의 원리이다. 폐열회수 환기장치는 열 교환 소자와 팬으로 구성돼 있는데, 폐열회수 환기장치내의 전열 소자에 의해 실내와 실외의 공기의 교환 시, 열을 회수한다. 겨울철에는 차가운 외기를 실내로 도입할 때 전열소자에 실내의 따뜻한 공기를 교차시켜 줌으로써 실내로 유입되는 공기를 예열해줘 난방부하를 절감할 수 있다. 여름철에는 온도가 높고 습한 공기를 실내로 유입할 때 실내의 차갑게 냉방된 공기와 교차해 줌으로써 실내로 유입되는 공기의 온도와 습도를 낮춰줘 실내의 냉방부하를 줄일 수 있다. 이와 같은 폐열회수 환기장치를 사용할 경우 실내의 냉난방 비용을 연간 20% 가량 절감할 수 있다.
폐열회수 환기장치는 계절에 따라 운전모드를 변화해 실내 환경을 쾌적하게 하면서도 에너지를 절약할 수 있다. 봄과 가을 같이 실내외 공기의 열 교환이 필요 없을 경우에는 실내외의 공기를 그대로 교환한다.
[그림 4]는 폐열회수 환기장치의 계절별 운전모드이다. 봄가을의 일반 환기 운전모드는 온도나 습도교환 없이 외기를 그대로 실내에 유입시키는 환기방식으로 실내 재실밀도 높은 학교 교실이나 도서관 열람실 등에 중간기 외기냉방효과를 얻을 수 있는 운전모드이다. 이는 실외온도가 8℃ 이하 일 때는 일반 환기 가동을 중지하고, 전열환기 모드로만 운전하도록 한다. 자동 환기 운전모드는 환기장치 내 온도센서(OA&RA에 위치)를 이용해, 실외온도 및 실내온도에 따라 시스템이 전열환기모드와 일반 환기모드를 상호 자동 전환해 주는 운전모드이다. 여름과 겨울철에는 앞서 언급한 바와 같이 열 교환을 함으로써 운전비를 절감하는 것은 물로 쾌적한 환경도 제공할 수 있다. 폐열회수 환기장치는 외장형 CO₂센서와 연동해 실내공간의 CO₂발생량에 따라 환기장치의 풍량을 가변 제어함으로써 실내 공기환경을 쾌적한 상태로 유지할 수 있는 기능도 있다. 숙박시설과 같이 많은 사람들이 이용하는 공간의 실내 공기의질을 측정하여 적절한 환기를 해 실내 환경을 최적의 상태로 유지할 수 있다.
히트펌프 냉난방기 연계형 폐열회수 환기장치
히트펌프 냉난방기 연계형 폐열회수 환기장치는 기존의 폐열회수 환기장치에 냉난방기를 연동함으로써 환기 시, 냉난방뿐만 아니라 가습까지 가능하도록 개발된 기기이다. 기존에는 냉난방기와 폐열회수 환기장치를 별도로 사용해 혹한기에 실내에서 찬바람 느낌(Cold Draft)의 우려가 있었고 외기온도가 -10℃ 이하로 내려갈 때는 연속환기가 불가하며, EHP와 폐열회수 장치를 별도로 제어해야하는 불편함이 있었다. 또한 장마철에 외기 잠열부하의 처리가 어려울 뿐만 아니라 겨울철 실내 가습이 불가했다. 그러나 냉난방기 연계형 폐열회수장치(DX eco V, 제조사 제품명)를 사용함에 따라 상기에 언급한 불편을 개선할 수 있다. DX eco V는 EHP열원을 통한 예열 및 예냉 후 환기를 함으로써 실내의 Cold Draft를 방지할 수 있으며, 혹한기의 연속 난방이 가능할 뿐만 아니라 겨울철 가습 또한 가능함으로써 보다 쾌적한 실내 환경을 유지할 수 있다는 장점이 있다. 또한 실내 청정도 확보와 더불어 인체의 건강 및 피부미용 등을 위해서는 적정한 습도유지와 겨울철 가습이 무엇보다 중요하다. DX eco V는 단배관 시스템에어컨(EHP) 실외기와 연동이 가능한 신개념 환기 시스템으로서 시스템에어컨을 통한 외기의 예열 및 예냉이 가능하고, 동절기 가습이 가능해 쾌적(Comportable zone) 환기를 실현할 수 있다.
[그림 5]는 기존의 EHP와 폐열회수 환기장치를 별도로 사용하는 개념도와 EHP와 환기장치를 연계해 사용하는 장치의 개념도를 나타냈다.
[그림 6]은 DX eco V의 냉난방과 환기의 제어 구성도이다. DX eco V는 실내 환경의 요구 조건에 따라 환기와 냉난방을 동시에 할 수 있으며, 환기를 위한 외기 도입 시 냉매에 의해 예열이 가능해 실내에 찬 공기가 직접 유입되지 않아 찬바람 느낌을 방지할 수 있다.
[그림 7]은 DX eco V의 환기, 페열회수, 외기보상, 가습의 기능을 위한 장치의 개념도이다. 시스템에어컨과 연동된 DX eco V를 설치함으로써 공조 핵심요소인 냉난방 및 청정도 뿐만 아니라 일정한 습도를 유지할 수 있기 때문에 쾌적한 환경을 조성할 수 있다. 또한 따뜻한 환기 취출온도 및 결빙방지 운전로직을 통해 외기 -15℃에서도 별도의 예열 히터없이 환기 연속운전이 가능해 안정적인 실내환경을 유지할 수 있다. 그리고 나노실버 항균코팅 된 기화식 가습을 통해 우수한 가습 청정도를 제공하며, 차별화된 가습소재의 적용으로 가습유닛의 수명을 크게 향상시켜 유지보수에 대한 부담 또한 줄일 수 있는 장점이 있다.
[그림 8]은 DX eco V를 가동했을 때 실내 습도분포를 나타냈다. 일반적으로 EHP를 사용할 때 가장 불편한 점은 실내에 가습이 어려워 겨울철 실내공기가 건조하다는 것이었다. 그러나 DX eco V는 장치 내 가습기가 내장돼 있기 때문에 실내의 습도를 일정한 수준으로 유지할 수 있는 장점이 있다. 이에, 실내를 쾌적한 상태로 유지할 수 있다.
호텔, 쾌적한 환경을 제공함과 동시에 운영비 최적화해야 해
호텔의 어원은 ‘Hospitality’로 호텔(Hotel)과 병원(Hospital)에서 나온 것이다. 따라서 호텔은 여러 방문객에게 일시적인 주거공간을 제공해 휴식을 주고, 치유와 힐링을 할 수 있는 장소로, 주택은 아니지만 쾌적하고 편안함을 주는 공간이어야 한다. 이러한 측면에서 호텔은 청결함과 안전함을 제공할 수 있어야 한다. 또한 이러한 환경을 위한 기기의 운영에 있어서 그 운영비를 최적화함으로써 호텔 운영자의 수익 또한 극대화할 수 있어야 한다.
본 글에서는 실내의 공기환경을 쾌적한 상태로 유지하기 위해 필수적인 환기에 대해 알아보았다. 또한 전 세계적인 에너지 위기에 대한 대책으로 환기 장치의 에너지 절약 방안에 대해 살펴봤다. 앞서 언급한 바와 같이 호텔은 여러 사람들이 공동으로 이용하는 공간이지만 이용자들에게 주거공간과 같은 쾌적함과 힐링의 장소가 돼야 한다. 본 글이 이러한 공간을 만드는데 일조하기를 기대한다.
<2015년 8월 게재>
유용욱
JY D&C 대표이사90년대부터 2000년대 초반 인테리어 도급순위 1위인 풍진ID 및 피플종합건설 등의 대표이사 부사장으로 퇴임하는 등 건설사에 몸을 담았고, 비즈니스 호텔의 Construtor PM 역할을 맡았으며, 국내 특급호텔 30개 정도의 시공 경력과 건설과 인테리어 회사에서의 경험을 베이스로 현재 다수의 호텔 PM 업무를 수행 중이다.
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