환기량 산정

왜 배우는가: 환기량 산정은 실내 공기질 확보와 에너지 절약을 동시에 만족시키는 설계의 출발점이다. 기계환기 용량, 자연환기 검토, 공동주택 환기설비 기준 적합 여부를 판단할 때 항상 필요한 계산이며 기술사 시험에서 CO2 물질수지식을 이용한 계산 문제로 반복해서 출제된다.

출제 이력: 제137회 1교시 7번, 제128회 1교시 2번, 제124회 1교시 13번, 제112회 2교시 3번, 제100회 1교시 2번, 제93회 3교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

환기량 산정은 실내 오염물질(주로 CO2)의 발생량과 허용농도, 외기 농도로부터 물질수지식을 세워 필요한 환기량을 구하는 설계 계산이다.

• 환기량 산정
• CO2 물질수지
• 허용농도
• 발생량
• 외기 농도
• 환기횟수
• 1인당 필요 환기량
• 정상상태(steady state)

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 실내에 들어온 오염물질의 양과 밖으로 빠져나가는 양이 같아지도록 환기량을 정하는 것이다. 사람이 호흡하면서 CO2를 내보내면 실내 농도가 올라가므로, 그 농도를 허용 범위 안에 두려면 깨끗한 바깥공기를 얼마나 넣어야 하는지 계산한다.

정식으로는 실내 공간에서 단위시간당 오염물질 발생량 G와 환기량 Q, 실내 허용농도 Ci, 외기농도 Ca 사이의 질량평형식으로 정의한다. 정상상태에서 발생량은 환기로 제거되는 양과 같으므로 G = Q·(Ci − Ca)가 성립한다. 따라서 필요 환기량은 Q = G / (Ci − Ca)로 구한다.

CO2 발생량(G) 은 재실자의 활동량과 체격에 따라 달라지며, 좌식 활동 상태의 성인 1인 기준으로 쓰는 값이 설계 계산에 널리 쓰인다. 허용농도(Ci) 는 실내 거주자의 불쾌감과 건강 영향을 고려해 정하는 실내 CO2 농도 한계이고, 외기 농도(Ca) 는 대기 중 CO2 농도로 보통 400ppm 안팎을 쓴다.

환기횟수(N) 는 환기량을 실내 체적으로 나눈 값으로, 단위는 회/h이다. 즉 N = Q / V이며 V는 실의 체적(㎥)이다. 환기횟수는 공동주택 환기설비 기준처럼 시간당 회수로 규정된 기준과 직접 비교할 때 쓴다.

단위에 주의한다. 발생량이 L/h로 주어지면 ㎥/h로 바꾸고(1 ㎥ = 1000 L), 농도 ppm은 백만분율이므로 체적비로 계산할 때 10⁻⁶을 곱한다. 0.03%는 300ppm과 같다.

3. 등장 배경과 필요성

실내 공기 중 오염물질은 재실자의 호흡, 건축자재, 조리, 흡연 등에서 계속 발생한다. 환기가 부족하면 CO2 농도가 올라가 두통, 집중력 저하, 졸음 같은 불쾌감과 건강 영향이 생긴다. 그래서 실내 농도를 허용 범위 안에 묶어 둘 환기량을 미리 계산해야 한다.

CO2를 기준으로 쓰는 이유는 재실자가 주된 발생원이고, 농도를 쉽게 측정할 수 있으며, 다른 오염물질 제거에 필요한 환기량의 대리 지표로 쓰기 좋기 때문이다. 다만 CO2 기준은 재실자 기인 오염에 맞춘 것이므로, 조리나 흡연 같은 다른 발생원은 별도로 환기량을 더해 검토해야 한다.