그렉스(사장 오재근)은 최근 기온이 내려가면서 대두될 수 있는 결로현상에 착안해 ‘주거공간별 TDR(온도차이비율) 증가와 적정 습도 유지를 통한 결로발생 저감 환기에 관한 연구’라는 제목의 연구주제 결과를 도출해 겨울철 결로현상에 대한 해결책을 제시했다.
결로는 주거용 공간에서 흔하게 발생할 수 있는 치명적인 하자 중 하나다. 최근 결로와 곰팡이 발생으로 인해 하자가 급속하게 증가하고 있으며 소비자보호원에 제출된 하자 유형으로 볼 때 결로가 높은 비중을 차지하고 있다.
공동주택은 생활습관이 다양한 사람들의 주거공간으로 세대마다 실내의 온열환경 차이가 크다. 온열환경은 환경적 요소인 기온, 습도, 기류, 복사열과 인간의 활동적 요소인 활동량(MET), 착의량(clo) 등에 따라 결정되는데 결로를 발생시키는 중요한 요인은 온도와 습도다.
실내온도는 벽체나 바닥 등의 표면온도를 변화시키며 결로유무를 판단하고 결정하는 노점온도가 상대습도와 비례하기 때문에 결로를 방지하기 위해 실내온도와 상대습도를 적정상태로 유지하는 것이 중요하다. 이로 인해 결로 발생가능성을 종합적으로 분석해 결로가 발생하지 않도록 예방적 차원에서 근본적 대책 수립이 필요하다.
또한 계획적이고 지속적인 환기가 중요하며 특히 사용자에 의한 수동운전보다 습도센서, 타이머 등을 이용한 제어알고리즘에 따른 자동운전이 바람직하다. 이에 따라 이 연구는 공동주택의 드레스룸, 발코니, 세탁실 등 환기가 취약한 공간에 대해 결로방지에 효과적인 환기방식에 대한 것이다.
결로발생 시 곰팡이·부식·호흡질병 등 발생
결로가 발생하면 벽체와 같은 구조체와 각종 가구류, 위생도기 등에 얼룩과 변색을 수반하며 곰팡이와 부식이 발생한다. 특히 결로는 주변 환경에 따라 반복적으로 발생할 수 있으므로 주유 구조체의 강도 저하 및 파손과 단열재의 단열성능을 감소시킨다.
실내공기환경에 악영향을 초래해 호흡기 질환 등의 문제를 야기시킨다. 최근 언론을 통해 결로 문제에 대한 분쟁사례가 보고되고 있으며 아파트 발코니에 결로가 발생해 입주민들이 소비자원에 집단분쟁 조정을 신청해 피해보상을 요구하는 사례가 발생하고 있다. 결로 발생부위 역시 발코니 외에 침실, 욕실, 주방, 드레스룸, 세탁실 등 실내 전반에 걸쳐 발생빈도 및 범위가 증가하고 있는 추세다.
결로 발생의 주된 요인은 최근 제로에너지 관련정책 시행과 에너지절약을 위해 건축물의 고길밀화와 단열강화로 인한 환기량 부족으로 인해 높은 습도를 외부로 배출하지 못하는 것과 벽체나 유리창 등의 표면이 차가운 것 등으로 볼 수 있다.
겨울철 주방에서 음식을 조리하는 경우나 욕실을 사용하는 경우 등 사용환경에 따라 습도가 증가하는 경우가 많으므로 실내·외 상대습도가 증가하지 않도록 적절한 환기를 병행하는 것이 중요하다.
벽체는 건축물의 에너지절약설계기준을 통해 수도권지역의 평균기준과 사용자의 일반 조건을 기준으로 분석한 결과 법적기준의 경우 실내 상대습도가 56% 이상에서 결로가 시작되며 사용자의 일반조건의 경우 53% 이상에서 결로가 시작되는 것으로 나타났다. 이는 사용환경에 따른 습도가 증가할 수 있는 요인을 제거하는 것이 바람직하다.
상황별 공동주택 결로방지 환기시스템 필요
결로를 방지하기 위해 실내습도를 적정하게 유지해야 하며 실내·외 공기를 교환할 수 있는 환기장치를 활용하는 것이 바람직하다. 현재 국내 환기기준은 건축법과 주택법에 따라 30세대 이상 공동주택에 시간당 0.5회 이상의 환기를 해야 하며 욕실의 경우 바깥 공기에 면하는 창을 설치하거나 배기설비를 설치하도록 규정하고 있다.
‘바닥열을 이용한 환기시스템’과 '스마트 오토팬'을 이용한 환기시스템에 대한 성능은 ‘습도제어에 의한 통합 및 국소 배기시스템’ 관련연구와 한국건설기술연구원의 ‘공동주택 드레스룸 및 발코니공간 등의 결로발생 저감 환기시스템 개발에 관한 연구’, 중앙대학교 산학협력단 건설산업기술연구소의 ‘발코니 결로예방 환기시스템 연구' 등을 통해 Mock-up 실험과 CFD 시뮬레이션 실험을 바탕으로 입증됐다.
바닥열을 이용한 환기시스템은 겨울철 저온 건조한 외기를 국내 공동주택에 적용되는 난방시스템인 온돌층의 하부 구조를 통해 실내에 유입시킴으로써 유입되는 외기온도를 상승시켜 치환 환기를 통해 실내·외 공기를 환기함과 동시에 습도를 저감시키게 된다.
외기를 이용한 치환 환기는 습도가 저감된 실내공기를 결로에 취약한 공간에 공급해 실내 공기온도 상승 및 습도 저감을 유도함으로써 실내에서 발생하는 결로현상을 방지할 수 있다.
실내 급기를 위한 외기는 온돌층에 매립돼 난방 시 축열을 이용할 수 있다. 차가운 외기를 가열해 공급함으로써 실내 상대습도를 낮추고 TDR 값을 높인다. 즉 벽체나 유리창 표면온도를 높여 실내 전반의 결로방지 효과를 나타낸다. 배기는 스마트 오토팬을 통해 실내 전체 또는 드레스룸이나 세탁실 등의 집중 배기 또는 국소 배기도 가능토록 구성할 수 있다.
통합 배기시스템의 구성은 세탁물 건조, 욕실 사용 등으로 발생하는 습기를 신속하게 외부로 배출시킬 수 있어야 한다. 사용자가 임의로 배기팬을 작동할 경우 습도제어가 불가능해 습도제어를 통해 실내를 항상 결로가 발생되지 않도록 적정 습도를 유지하는 것이 중요하다.
통합배기시스템은 욕실에 하나의 스마트 오토팬을 이용해 국소배기가 필요한 장소에 대한 동시 또는 급속배기가 가능토록 했다. 이는 용도별 다수의 배기팬을 설치할 경우 초기투자비 증가 및 설치공간의 제약 등이 발생할 수 있기 때문이다.
습도제어에 의한 국소 배기시스템은 드레스룸이나 세탁실 등에 습도센서를 내장한 별도의 배기팬을 설치하고 설정된 습도 이상일 경우 패기팬이 자동으로 동작해 실내 습도를 결로가 발생되지 않도록 유지할 수 있다. 사용자가 기팬 스위치를 작동할 경우 설정치 미만에서 배기팬은 10분 가동 후 자동으로 정지되기 때문에 불필요한 팬 가동을 방지할 수 있다.
또한 드레스룸이나 세탁실과 같이 환기 취약지역에 습도센서가 내장된 배기팬을 설치하고 설정된 습도값에 따라 배기팬이 자동으로 가동과 정지를 반복함으로써 결로를 방지할 수 있는 배기시스템이다.
제어알고리즘 기반 결로방지효과 고려
결로를 방지하기 위해 계획적이고 지속적인 환기가 중요하다. 특히 사용자에 의한 수동운전을 지양하며 습도센서, 타이머 등을 이용한 제어알고리즘에 따른 자동운전과 결로방지효과가 큰 환기시스템 선정이 필요하다.
바닥열 환기를 기준으로 가동 전후 온도, 상대습도, 절대습도 및 노점온도 변화에 대해 실험한 결과 노점온도를 결정하는 상대습도의 경우 환기 가동 시 실내 상대습도 70~80% 조건에서 드레스룸과 발코니 모두에서 14.7%에서 43.7% 수준까지 실내 상대습도가 감소했다.
공간별 지역별 결로방지 요구 TDR값 변화에서도 발코니에 면한 실의 경우 최소 0.31에서 0.58, 외기에 면한 실의 경우 0.09에서 0.20, 발코니의 경우 0.19에서 0.44의 TDR값이 증가하는 것을 확인했다.
또한 환기장치 가동 전후 결로발생 표면 온도저하 가능성은 외기에 직접 면한 실의 경우 4.15~7.13℃, 발코니의 경우 8.61~15.47℃ 저하되는 것으로 나타나 바닥열 환기가 드레스룸 및 발코니 공간 등 공동주택 단위세대 내 결로발생 취약공간에서 결로방지에 매우 효과적인 것으로 나타났다.
특히 결로발생 취약공간인 드레스룸, 발코니 등의 공간은 욕실 배기와 겸용할 수 있는 스마트 오토팬을 이용한 국소배기가 가능하도록 구성된다.
오재근 그렉스 사장은 "설정 습도에 따라 자동으로 배기하거나 드레스룸이나 세탁실 등에 습도센서를 내장한 배기팬을 설치해 설정된 습도값에 따라 자동으로 동작할 수 있도록 구성해야 한다"라며 "이 경우 실내습도를 적정하게 유지할 수 있으므로 결로방지에 효과가 크다"고 강조했다.
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