유효드래프트온도·ADPI

왜 배우는가: 유효드래프트온도(EDT)와 공기확산성능계수(ADPI)는 기계환기·공조 설계에서 실내 기류 분포와 재실자 불쾌감(드래프트)을 함께 평가하는 지표다. 공기분배 성능을 정량화하는 방법으로 시험과 설계 평가에서 반복해 다뤄지므로 함께 익혀야 한다.

출제 이력: 제98회 1교시 9번, 제91회 1교시 8번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

유효드래프트온도(EDT)는 실내 기류의 온도 변동과 풍속을 함께 반영해 재실자가 느끼는 드래프트 불쾌감을 온도차로 나타낸 지표이고, 공기확산성능계수(ADPI)는 실내 기류 분포가 쾌적 범위에 드는 측정점의 비율을 백분율로 나타낸 확산 성능 지표다.

키워드

• 유효드래프트온도(EDT) (Effective Draft Temperature)
• 공기확산성능계수(ADPI) (Air Diffusion Performance Index)
• 드래프트(Draft)
• 풍속 기준(Velocity Criterion)
• 기류 분포(Air Distribution)
• 취출구·흡입구 배치
• 쾌적 범위(Comfort Zone)

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 EDT는 "찬 바람이 얼마나 불쾌하게 느껴지는가"를 온도 단위로 적은 것이다. 같은 풍속이라도 실내 온도가 낮고 기류 온도 변동이 크면 불쾌감이 커진다.

정식 정의는 다음과 같다. 유효드래프트온도(EDT) 는 국소 기온과 실내 평균 기온의 차이, 그리고 국소 풍속을 조합해 드래프트 불쾌감을 나타낸 온도 차이다. 식은 $\Theta = (T_l - T_{\bar{}}) - 0.07\,(v_l - 0.15)$ 형태로 표현되며, 여기서 T_l은 국소 기온(℃), v_l은 국소 풍속(m/s)이다. 일반적으로 ASHRAE 55 계열 기준의 풍속 상한은 0.35m/s 이하 로 쓰고, 온도차 범위는 설계 기준서에 따라 적용한다.

공기확산성능계수(ADPI) 는 실내 측정점 중 유효드래프트온도가 허용 범위에 있고 풍속이 기준 이하인 점의 비율을 백분율로 나타낸 값이다. 값이 클수록 기류가 실내 전체에 고르게 퍼진다는 뜻이다. 일반적으로 ADPI 80% 이상을 양호한 확산으로 본다.

두 지표의 관계는 다음과 같다. EDT는 한 점의 쾌적성 판정 기준이고, ADPI는 그 판정을 실내 여러 점에 적용해 모은 결과다. 즉 EDT가 점 단위 판정, ADPI가 공간 단위 요약이다.

3. 등장 배경과 필요성

초기 공조 설계는 실내 평균 온도만 맞추면 쾌적하다고 보았다. 그러나 취출 기류가 재실 영역에 직접 닿으면 국소 불쾌감이 생겼다. 이 문제를 정량화하기 위해 기류 온도차와 풍속을 함께 보는 EDT 개념이 도입되었다.

고천장 대공간이나 바닥 취출 방식처럼 기류 분포가 공간마다 달라지는 시스템이 늘면서, 점 단위 판정을 공간 단위로 묶는 ADPI가 필요해졌다. 설계 단계에서 취출구 형식과 풍속을 비교할 때 두 지표를 함께 쓰면 쾌적 영역 확보 정도를 수치로 설명할 수 있다.

또 CFD 해석 결과를 검증할 때도 ADPI와 EDT가 쓰인다. 해석 모델이 측정점의 기류 분포를 얼마나 맞추는지 판단하는 기준이 되기 때문이다.

4. 구성요소·원리·절차

유효드래프트온도(Effective Draft Temperature, EDT)와 공기확산성능계수(Air Diffusion Performance Index, ADPI)는 실내 측정점 하나의 드래프트 위험을 온도로 나타내고, 그 판정이 통과한 점의 비율로 실내 전체의 확산 성능을 나타낸다. 구성요소를 표로 정리하면 다음과 같다.

EDT는 기온차와 풍속의 영향을 하나의 온도로 합친 값이다. 풍속이 기준 0.15m/s를 넘으면 그만큼 온도차에서 빼서 보정한다. 같은 기온이라도 기류가 강하면 차갑게 느껴지기 때문이다. 식은 다음과 같다.

$EDT = (Tx - Tr) - 8(Vx - 0.15)$

여기서 EDT는 유효드래프트온도(℃), Tx는 측정점 기온(℃), Tr은 기준 실내온도(℃), Vx는 측정점 풍속(m/s)이다. 계수 8은 풍속 1m/s 증가가 온도 약 8℃ 감소와 같은 감각 효과를 준다는 뜻이다.

ADPI는 적합 측정점의 비율이다. 측정점의 풍속이 0.35m/s 이하이고 EDT가 −1.7~+1.1℃ 범위에 들면 적합으로 본다. 식은 다음과 같다.

$ADPI = \frac{\text{적합 측정점 수}}{\text{전체 측정점 수}} \times 100\,(\%)$

EDT는 기온차에서 풍속 보정을 뺀 온도이고, ADPI는 적합 측정점의 백분율이다.

평가 절차는 다음과 같다.

• 점유역 높이에 측정점 격자를 정하고 취출구 부근 측정점을 포함한다.
• 각 측정점의 기온과 풍속을 시간 평균으로 측정한다.
• 기준 실내온도를 정하고 각 측정점의 기온차를 구한다.
• 각 측정점의 EDT를 계산하고 풍속 조건과 함께 적합 여부를 판정한다.
• 적합 측정점의 비율을 구해 ADPI를 산정한다.

5. 관련 법령·기준·표준

EDT와 ADPI의 판정 기준은 주로 미국 ASHRAE 기준에서 온다. 설계 시에는 적용하는 기준의 판(版)을 명시한다. 기준별 내용은 다음 표와 같다.

위 표의 수치는 ASHRAE 55의 드래프트 조건과 ASHRAE 113의 ADPI 판정 기준이다. 두 기준은 냉방 시 판정 조건을 기준으로 적용하는 것이 일반적이다. 난방 시에는 취출 기류의 온도 조건이 달라지므로 같은 EDT 범위를 그대로 적용하지 않는다.

개정 연혁으로 보면 ASHRAE 55는 열쾌적 조건을 여러 차례 개정해 왔다. 따라서 보고서에는 적용한 판과 연도를 함께 적는다. ADPI는 실내 공기확산 성능을 비교하는 지표로 쓰이며, 취출 방식과 실의 형태에 따라 값이 달라진다.

6. 유형과 비교

유효드래프트온도(EDT)와 공기확산성능계수(ADPI)는 실내 기류 쾌적성과 공기 확산 성능을 서로 다른 관점에서 평가한다. 두 지표를 함께 놓고 보면 설계안이 열적 조건과 기류 분포 양쪽에서 적절한지 판단할 수 있다.