주택에서의 공기흐름 관리

주택에서 공기 흐름을 관리하는 것의 중요성은 다음과 같다. 가장 큰 부분은 습기에 의한 피해 방지이며, 에너지절감, 거주자의 건강 및 쾌적성 확보에 필수적이다.

 

건물의 공기흐름은 바람의 압력, 연돌효과, 공조시스템에 의해 촉진된다. 공기의 흐름을 막거나 제한하기 위해선 연속적이고, 강하고, 질기고, 내구성있는 공기투과성이 없는 차단재가 벽체의 외부와 내부사이에 마련이 되야만 한다.

 

사람들은 건물에서 공기흐름을 관리하는 것이 중요하다는 것을 오래전부터 인식하고 있었으며, 최근에는 그 중요성을 더욱 더 높게 평가하고 있다. 이는 공기의 흐름을 통제하지 못하면 고성능 건물을 만들수 없다는 것을 확실히 알고 있기 때문이다. 커다란 건물의 에너지 낭비, 벽체내부의 겨울철 결로, 연소가스, 냄새, 소리 등등이 모두 공기의 흐름과 관련되어 나타나는 문제들이다.

 

우리가 주택의 공기를 관리해야 하는 주요  이유는 요약하면 다음 세가지 때문이다.

1) 습기관리 2) 에너지절약 3) 쾌적성 및 건강증진

 

자연적인 공기의 흐름은 다음과 같은 때 일어난다.

두 지점간의 공기압차이, 연속적인 공기흐름이 일어날 수 있는 연결된 통로가 존재해야만 한다.

 

전제조건은 단순하지만, 실제 현장에서 공기압의 차이나 전달경로가 명확하게 나타나는 것이 아니다. 보통 공기를 관리하기 위한 방법으로는 건물의 외피 구성층 중 하나는 외부로 통하는 틈은 다 막아버리는 것이다. 이 층을 일반적으로 공기차단시스템이라고 부른다. 시스템이라는 말은 공기관리가 하나의 재료에 의한 것이 아니라 서로 연결, 밀봉, 관통된 여러 재료들이 어울려서 이루어지는 것이기 때문이다.

 

현대 건축에서는 실질적으로 완벽한 공기의 차단이 어렵다는 것이 널리 인식되면서 공기압의 차이를 이용하려는 쪽으로

공기 관리의 방향이 전환 되고 있다. 주로 HVAC 시스템을 이용하거나 수직으로 내부구역을 나눠서 연돌효과를 줄이거나, 공기압을 줄이려고 한다. (HVAC :heating, ventilation, and air conditioning의 줄임말로 냉난방공조시스템을 의미)

 

 

건물에서 공기흐름을 촉진 요소에는 다음 세가지가 있다.

1) 바람 2) 연돌효과(Stack effect) 3) 기계적인 공조장치

 

 

(바람)

건물에 닿는 방향엔 플러스압력을 나가는 방향엔 마이너스압력을 만들어낸다.

압력계산엔 베르누이의 원리가 이용된다. 

평평하거나 낮은 지붕의 경우 바람은 맞닿는 면에 플러스 압력을 나머지 부분엔 마이너스압력을

만들어낸다. 지붕각이 25도 이상의 지붕의 경우 전면부에 플러스 압력을 나머지 부분엔 마이너스 압력이 나타난다.

 

(연돌효과, Stack effect)

적층효과는 온도에 따른 공기밀도가 다른 것에 의해 발생한다.

더운 공기는 올라가고 차가운 공기는 내려간다. 겨울철 빌딩내 공기는 차가운 공기바다속의 따뜻한

공기방울처럼 움직인다. 비록 공기온도차이는 적어도 여름엔 반대현상이 나타난다.

공기의 밀도는 온도에 따라 다르다. 공기기둥의 높이가 클수록 온도차이에 의한 잠재적인 압력차이는 커진다. 

압력차이는 기둥의 높이와 내외부의 온도차이에 의해 발생한다.

 

 

들어오는 공기압과 나가는 공기압이 균형을 이루는 지점을 공기압균형면이라고 한다.

바닥면이 벽체보다 더 많은 공기가 유입되면 균형면은 위아래가 뚫린 실린더와 같은 형태를 유지한다.

그런데, 윗부분이 바닥면보다 더 많이 공기가 새면 공기압균형면(NPP)는 위로 올라간다.

 

비록 주택은 높이가 3~9m정도에 불과하지만 적층효과는 공기흐름을 영향을 주는 가장 큰 요소이다.

특히, 내외부의 기온차가 큰 지역에선. 벽난로의 굴뚝과 집안의 각종 휀들은 NPP를 거의 천정밑수준까지 올려보낸다. 

더운 계절이나 더운 날에는 연돌효과가 꺼꾸로 나타난다. 위로부터 공기가 아래로 밀려 내려오는 것이다. 

습기를 품은 따뜻한 공기의 유입과 차가운 공기의 유출은 많은 문제를 야기한다.

 

(기계를 이용한 강제 환기장치)

팬과 송풍기는 빌딩내 공기움직임에 큰 영향을 준다. 가동이 되면 커다란 압력차이를 만들어 낼 수 있는 것이다.

들어오는 공기보다 나가는 공기가 많아지면 순음압(마이너스압력차)이 생긴다. 

공기를 밖으로 보내는 힘은 음압을 만들어내 덕트로 공기가 새들어오게 만든다. 

건물이 밀폐된 집에서 욕실팬, 건조기, 빌트인청소기, 렌지후드 등은 공기를 내보내면서 실내에 큰 음압을 만들어 낸다.

 

 

이때 만들어지는 마이너스 압력, 음압은 다음과 같은 문제를 야기한다.

- 건물 외벽의 틈새를 통한 습기를 품은 외부 공기유입

- 각종 조리, 난방관련 연소 기구의 백드래프팅 (연소가스 역류)

- 모든 공기에 관련 기계 장치들의 효율성감소

 

보통 판매되는 모든 HVAC 시스템은 빌딩으로 공기를 내보내고 유입시키는 일을 동시에 수행한다.

이 말은 두 작용의 균형에 따라서 양압과 음압이 동시에 발생한다는 것이다. 

여기에 먼지집진기, 렌지후드 등의 다른 공기를 사용하는 기계들이 작동하기 시작하면 빌딩내 전체 공기흐름이 교란된다. 

 

집은 공기압의 밸런스가 유지되도록 해야 한다. 때때로 압력을 일부러 가하는 일도 있다. 

겨울철엔 실내공기압을 약간 낮춰 습기가 많은 실내 공기가 벽체로 나가지 못하도록 하거나,

공기압을 약간 높여 오염물질이 많은 차고 같은 부분의 공기를 밖으로 나가도록 유도하기도 한다.