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제목열회수형 환기장치와 고기밀 단열재의 활용 2019-12-12 15:54:58
작성자 Level 10

주택에 있어 고기밀 단열이 성공한다면 실내환경에 있어 치명적 단점이 발생합니다. 실내공기가 장시간 정체되어 있다면 내부공기 오염에 따른 정기적인 환기가 필요하다는 것입니다. 그러나 봄과 가을의 미세먼지, 여름과 겨울의 온도차이에 의해 실내 환기는 쉽지 않습니다. 그래서 고 단열재의 활용과 동시에 열회수형 환기장치의 필요성이 대두되고 있습니다. 이는 패시브하우스에서는 보편적 시스템으로 정착하여 필수적으로 적용되는 시스템입니다.

우리나라 환기장치는 “KS B 6879 : 2012, 열회수형 환기장치“의 기준을 따르고 있습니다. 환기장치는 크게 두 가지로 구분되는데, ‘판형 열교환기’와 ‘원형(로타리) 열교환기’가 바로 그것입니다. 우선 환기를 이야기할 때 자주 등장하는 전문 단어가 있습니다. 아래의 표를 참고해주시기 바랍니다.

R.A

Return Air, 실내에서 환기장치 나가는 공기

S.A

Supply Air, 환기장치에서 실내로 공급되는 공기

E.A

Exhaust Air, 환기장치에서 외부로 나가는 공기

O.A

Out Air, 외부에서 환기장치로 들어오는 공기

1. 판형 열교환기

가장 많이 사용되고, 우리나라의 거의 모든 제품이 이 ‘판형 열교환 방식’입니다. 열교환 원리는 빨대를 아래 그림과 같이 다른 방향으로 수백개를 겹쳐 놓고, 나가는 공기와 들어오는 공기가 그 사이를 통과하도록 하여, 공기가 서로 섞이지 않으면서 서로의 열을 교환하도록 되어있습니다.




아래 사진은 판형 열교환기에 들어가는 ‘열교환소자’와 ‘환기장치’의 실제 모습입니다. 

2. 환형(로타리식) 열교환기

이 방식은 원래 업무시설에서 사용되는 대형공조기에 들어가던 열교환기를 주택에 맞게 축소시킨 형식입니다. 열교환 방식의 원리는 다소 어렵지만, 원형의 열교환소자가 지속적으로 돌아가면서 절반은 급기를, 절반은 배기를 하게 되는데, 배기를 할 때, 열교환소자에 머문 열기를 급기로 빼내 오는 방식입니다. 아래 오른쪽 그림은 이에대한 실물 사진입니다.

4. 전열교환(습기+온도 교환)의 중요성

우리나라 겨울철 외부온도가 0℃, 상대습도 60%라고 한다면, 공기 중의 습기량은 2.9gram/㎥이고, 실내 온도가 23℃, 상대습도가 60% 라고 한다면, 실내 공기 중의 습기량은 12.3gram/㎥입니다. 즉, 실내외 습기량 차이가 9.4 gram/㎥차이가 나므로, 만약 추가적 가습 없이 환기가 계속된다면 실내 상대습도는 12%까지 떨어질 수 있다는 뜻입니다. 그러므로 습기의 교환 없이 환기가 된다면 실내는 매우 건조해 질 수 밖에 없습니다. 그러나, 다행인지 불행인지 우리나라 주택의 특징이 물을 많이 사용하는 요리를 하고, 빨래를 실내에서 자연건조시키며, 화분까지 키우고 있기 때문에 실내습도가 상당히 높다는 것입니다. 이를 바탕으로 아래 표는 위 두 가지의 열교환기의 특징을 비교하였습니다.

항목

판형열교환기

비교 우위

환형열교환기

전열교환

가능

=

가능

소비전력

상대적 낮음

>

상대적 높음

소음

상대적 낮음

>

상대적 높음

장치 크기

상대적 작음

>

상대적 큼

누기율

낮음

>

높음

열교환효율

낮음

<

높음

동결가능성

상대적 높음

<

상대적 낮음

바이패스 기능

있음(제품에 따라)

있음


5. 어떤 환기장치를 선택해야 하는가?

상기 비교표만 보면 판형열교환기를 사용하는 것이 타당해 보입니다. 환형열교환기의 누기율을 빼면 실제 유효전열교환효율은 사실상 판형과 다를 바 없고, 전력소비, 소음 등 모든 면에서 환형은 판형보다 뒤떨어집니다. 온도교환효율과 외기온도의 변화에 따른 실내 유입공기 온도를 계산하면 다음과 같습니다.

외기온도

온도교환효율 75%

온도교환효율 85%

온도교환효율 95%

5 ℃

17.75 ℃

19.45 ℃

21.15 ℃

0 ℃

16.50 ℃

18.70 ℃

20.90 ℃

-5 ℃

15.25 ℃

17.95 ℃

20.65 ℃

-10 ℃

14.00 ℃

17.20 ℃

20.40 ℃

-15 ℃

12.75 ℃

16.45 ℃

20.15 ℃

물론, 이는 실내외 상대 습도를 고려하지 않은 값으로써 효율이 올라갈수록 상기 온도보다는 조금 더 낮은 값을 보이게 됩니다. 이 때문에 독일산 열회수형 환기장치나 국산 열회수형 환기장치 모두 예열기가 필요합니다. 즉, 외부에서 들어오는 공기 O.A의 온도를 0℃ 보다 높게 유지시켜 주는 장치가 필요한 것입니다. 또한 열교환기 내부에서 O.A, R.A가 교환되면서 결로나 결빙의 우려가 있기 때문에 이를 피하기 위해서라도 O.A의 온도가 0℃이상 되어야 합니다. 그러나, 우리나라의 열회수형 환기장치는 이 예열기를 옵션으로라도 달수 있는 제품이 거의 없으며, 있더라도 소비전력이 300~600W에 달할 뿐만 아니라, 예열기가 O.A 측에 판형 형태로 달려 있어, 먼지가 지속적으로 쌓일 경우 화재의 위험성까지 내포하고 있습니다.


그렇다고 이 문제가 모두 해결된 독일산을 사용하기에는 기기 가격만 700만원에 가까운데, 예열기를 추가할 경우 예열기 가격만 옵션으로 거의 200만원이 추가됩니다. 또한 지중냉매교환방식인 브라인시스템을 이용할 경우 추가 가격은 1,500만원정도 이르게 됩니다.



6. 열손실을 줄이기 위한 단열재 선택


이처럼 열교환 환기시스템으로 열손실을 최소화하여야 하지만, 비용이나 기술적인 측면에서 아직은 완전하지 못한 모습입니다. 그렇다면, 기계적 공기정화 시스템을 바탕으로 고기밀성 단열을 통한 최소한의 열손실을 하여야 할 것입니다. 앞서 기록된 ‘단열재의 종류와 특성’에서 알 수 있듯이 다양한 국내에서 통용되는 다양한 단열재들을 활용할 수 있으나 보다 낮은 열관류율과 견고한 기밀성을 확보하기 위해서는 경질 또는 연질 우레탄 폼의 사용이 마땅해 보입니다.


<출처 : 한국패시브건축협회, www.phiko.kr>