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표제지
목차
요약 5
I. 서론 10
1. 연구의 배경 및 목적 10
2. 연구의 방법 및 범위 11
3. 연구의 구성 12
II. 이론적 고찰 13
1. 열유체 기초이론 13
1) 열유체의 중요한 3법칙 13
2) 해석 방식별 에너지 보존의 법칙 13
2. 환기시스템의 개요 18
3. 환기의 정의 및 필요성 18
1) 환기의 정의 18
2) 환기의 필요성 18
4. 실내공기의 오염 발생원 19
1) 인간 호흡에 의한 오염 19
2) 연소기구에 의한 오염 19
3) 유해가스에 의한 오염 20
4) 부유분진에 의한 오염 21
5) 세균에 의한 오염 22
6) 냄새에 의한 오염 23
5. 실내공기 오염물질의 종류 및 인체에 미치는 영향 25
1) 일산화탄소(CO : Carbon mono-xide) 25
2) 이산화탄소(CO₂ : Carbon Dioxide) 26
3) 부유분진(T S P : Total Suspended Particulates) 27
4) 석면(Asbestos) 27
5) 아황산가스(SO₂ : Sulfur Dioxide) 28
6) 이산화질소(NO₂ : Nitrogen dioxide) 29
7) 포름알데히드(HCHO : Formaldehyde) 30
8) 라돈(Rn : Radon) 31
9) 오존(O₃) 33
10) 휘발성 유기 화합물질(VOCS : Volatile Organic Compounds) 35
6. 필요환기량 계산 방법 및 환기 방식의 분류 36
1) 필요환기량 계산 방법 36
4) 환기 방식에 따른 분류 39
III. 상업용 식당 및 주방환기시스템에 대한 고찰 43
1. 상업용 식당 및 주방환기시스템의 특징 43
2. 상업용 식당 및 주방환기시스템 계획 44
3. 상업용 식당 및 주방환기시스템의 도입외기조건 45
IV. 상업용 식당 및 주방환기시스템의 측정개요 46
1. 상업용 식당 및 주방의 실태 조사 46
1) 패스트푸드점 건물의 개요 46
2) 측정대상 건물패스트푸드점의 개요 46
2. 건물 대상 패스트푸드점의 공간구성 및 특징 47
3. 측정 대상 패스트푸드점의 측정조건 48
1) 측정대상 패스트푸드점의 에너지 소비량 예측 48
2) 측정대상 패스트푸드점의 실내 조건 및 내부 취득 열부하 49
4. 측정기자재규격 및 사용방법 52
(1) 풍속, 온도, 습도 52
(2) 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO₂) 53
V. 시뮬레이션 결과 및 고찰 54
1. 시뮬레이션 개요 및 방법 54
2. EES 관련 에너지 관련식 55
3. 시뮬레이션 결과 및 분석 59
1) 측정대상 패스트푸드점 시뮬레이션 조건 59
2) 도시가스 소비량기준 시뮬레이션 결과 60
3) 렌지 후드포집 효율 기준 시뮬레이션 결과 61
4) 재실인원 변동, CO₂ 농도 일정기준 시뮬레이션 결과 62
5) 재실인원 변동, CO₂ 농도 변동기준 시뮬레이션 결과 63
6) 재실인원 변동 및 급, 배기량 일정 기준에서의 시뮬레이션 결과 64
7) 급, 배기량 변동(급기는 배기량의 85% 적용)기준 시뮬레이션 결과 65
8) 급, 배기량 변동(급기는 배기량의 50%적용)기준 시뮬레이션 결과 69
9) 기존 대상 패스트푸드점 급,배기시스템 적용시뮬레이션 결과 73
VI. 결론 75
참고문헌 76
Abstract 77
Table 2.1. 각종 연료의 필요 이론 공기량과 탄산가스 수증기의 발생량 20
Table 2.2. CO농도와 호흡 시간별 중독증상 21
Table 2.3. 진폐성 먼지의 억제 목표 21
Table 2.4. 공기 중 세균 판정기준 22
Table 2.5. BCR 기준치 23
Table 2.6. 냄새의 단계 구분 24
Table 2.7. 일산화탄소(CO)의 인체영향 25
Table 2.8. 이산화탄소(CO₂)의 허용농도와 유해농도 26
Table 2.9. 미세먼지(PM10)의 농도 및 폭로시간에 따른 인체영향 27
Table 2.10. 아황산가스(SO₂)의 농도 및 폭로시간에 따른 인체영향 29
Table 2.11. 이산화질소의 인체영향 30
Table 2.12. 포름알데히드가 인체에 미치는 영향 30
Table 2.13. 포름알데히드에 대한 주요국가기준 31
Table 2.14. 건축 재료로부터의 라돈 방사율 32
Table 2.15. 오존(O₃)의 농도 및 폭로시간에 따른 인체영향 34
Table 2.16. 유기성 화합물질(VOCs)이 인체에 미치는 영향 35
Table 2.17. 호흡시 탄산가스의 배출량 36
Table 4.1. 대상 건물의 개요 46
Table 4.2. 측정대상 패스트푸드점 개요 46
Table 4.3. 냉방부하의 종류 49
Table 4.4. 대상패스트푸드점 주방 취득 열부하 50
Table 4.5. 대상패스트푸드점 홀 취득 열부하 51
Table 4.6. 패스트푸드점 홀시뮬레이션조건 59
Table 4.7. 패스트푸드점 주방시뮬레이션조건 59
Table 4.8. 도시가스 소비량 기준 시뮬레이션 결과 60
Table 4.9. 렌지 후드포집 효율변화 기준 시뮬레이션 데이터 61
Table 4.10. 재실인원 변동, CO₂ 농도 일정기준 시뮬레이션 데이터 62
Table 4.11. 재실인원 변동, CO₂ 농도기준 변경 전, 후 시뮬레이션 데이터 63
Table 4.12. 재실인원, CO₂ 농도기준 시뮬레이션 데이터 64
Table 4.13. 배기풍량 12,000((㎥/h), 급기풍량 10,200(㎥/h) 시뮬레이션 결과 65
Table 4.14. 배기풍량 10,000(㎥/h), 급기풍량 8,500((㎥/h) 시뮬레이션 결과 66
Table 4.15. 배기풍량 8,000(㎥/h), 급기풍량 6,800(㎥/h) 시뮬레이션 결과 67
Table 4.16. 배기풍량 6,000(㎥/h), 급기풍량 5,100((㎥/h) 시뮬레이션 결과 68
Table 4.17. 배기풍량 12,000(㎥/h), 급기풍량 6,000(㎥/h) 시뮬레이션 결과 69
Table 4.18. 배기풍량 10,000(㎥/h), 급기풍량 5,000(㎥/h) 시뮬레이션 결과 70
Table 4.19. 배기풍량 8,000(㎥/h), 급기풍량 4,000(㎥/h) 시뮬레이션 결과 71
Table 4.20. 배기풍량 6,000((㎥/h), 급기풍량 3,000(㎥/h) 시뮬레이션 결과 72
Table 4.21. 배기풍량 7,000(㎥/h), 급기풍량 3,500(㎥/h) 시뮬레이션 결과 73
Table 4.22. 변경시스템 적용(최대70인기준)시뮬레이션 최적 결과 74
Fig. 1.1. 연구의 흐름도 12
Fig. 2.1. 환기량, 기적 및 냄새강도의 관계 24
Fig. 2.2. 발열에 대한 필요 환기량 37
Fig. 2.3. 수증기에 대한 필요 환기량 38
Fig. 2.4. 온도차에 의한 환기 39
Fig. 2.5. 자연환기의 압력차 39
Fig. 2.6. 풍압에 의한 환기 40
Fig. 2.7. 건물 각부위의 풍압계수 40
Fig. 2.8. 기계환기 41
Fig. 4.1. 측정대상 패스트푸드점 건물전경 47
Fig. 4.2. 측정대상건물 패스트점 건물 평면 48
Fig. 4.3. 풍속, 온도, 습도측정기 52
Fig. 4.4. CO, CO₂, SO₂, 온, 습도측정기 53
Fig. 4.5. EES (Engineering Equation Solver) 54
Fig. 4.6. EES (Engineering Equation Solver) 시뮬레이션 데이터 58
Fig. 4.7. 도시가스 소비량 기준 60
Fig. 4.8. 렌지 후드포집 효율변화 기준 61
Fig. 4.9. 재실인원변동, CO₂ 농도 일정기준 62
Fig. 4.10. 재실인원 변동, CO₂ 농도기준 변경전, 후 63
Fig. 4.11. 재실인원변동, CO₂농도기준 64
Fig. 4.12. 배기풍량 12,000((㎥/h), 급기풍량 10,200(㎥/h) 기준 65
Fig. 4.13. 배기풍량 10,000((㎥/h), 급기풍량 8,500(㎥/h) 기준 66
Fig. 4.14. 배기풍량 8,000(㎥/h), 급기풍량 6,800(㎥/h) 기준 67
Fig. 4.15. 배기풍량 6,000(㎥/h), 급기풍량 5,100(㎥/h) 기준 68
Fig. 4.16. 배기풍량 12,000(㎥/h), 급기풍량 6,000(㎥/h) 기준 69
Fig. 4.17. 배기풍량 10,000(㎥/h), 급기풍량 5,000(㎥/h) 기준 70
Fig. 4.18. 배기풍량 8,000(㎥/h), 급기풍량 4,000(㎥/h) 기준 71
Fig. 4.19. 배기풍량 6,000(㎥/h), 급기풍량 3,000(㎥/h) 기준 72
Fig. 4.20. 기존급, 배기 시스템 적용 기준 73
Fig. 4.21. 기존급, 배기 시스템 조건 변경 적용 기준 74
초록보기 더보기
본 연구에서는 최근 대규모 빌딩의 신축공사 시 예전과 달리 빌딩내의 구내식당 증가와 동시에 핵가족화에 따른 식문화 변경으로 외식인구의 증가에 편승하여 중, 소규모의 음식점 및 패스트푸드점의 점포수가 이전과 비교하여 급격히 증가함과 동시에 상업용 주방 설비의 수요도 비례하여 증가되었으며 이로 인한 상업용 주방에서의 냉방 에너지소비량도 더불어 증가되었음을 알 수 있다.
특히 우리나라는 에너지의 약 97%를 해외수입에 전량 의존하고 있는 실정이며 또한 국내 에너지의 전체 사용 에너지 중 건물에 사용되는 에너지 사용량이 25% 이상이며 이중 약 50% 이상이 공조에너지로 사용되고 있음을 감안할 때 국내의 수많은 중소규모의 식당 및 주방들의 운용실태를 보면 대다수 전량 배기팬에 의한 환기시스템으로 운용하고 있다고 판단되어지며 이로 인한 냉, 난방에너지 소비량도 상당할 것으로 사료되어 연구하게 됨.
상업용 주방에서의 환기는 열이나 폐기를 효율적으로 배출하고 주방의 공기 질 향상을 위한 환기 및 공조설비가 필요하다. 또한 주방은 연소기구 사용에 따른 산소 공급원이 필요한데 이로 인한 주방의 공조설비 및 식당의 공조설비에 소비되는 에너지가 매우 커지게 된다. 업무용 주방은 호텔이나 일반 레스토랑 이외에도 오피스빌딩내의 사원 식당, 극장, 집회시설, 병원, 패스트푸드 등 다양한 용도의 건물에서 볼 수 있다. 한편 최근에 건설된 업무용 주방에서는 렌지로부터의 열, 연소가스의 배기 및 연소기구를 사용하는 경우에 필요한 다량의 외기를 도입하기 위한 환기와 작업 공간의 쾌적성을 양호한 상태로 유지하기 위한 공조설비가 필요하게 된다.
즉 업무용 주방의 에너지소비량을 절감하는 일은 건물 전체의 에너지 절약에 직결된다고 해도 과언이 아니다. 이런 관점에서 본고에서는 상업용 주방에서 요구되는 외기도입량(make up air)에 따른 공조부하의 냉방에너지 특성을 연구할 대상 패스트푸드점을 선정하여 현장 실태를 조사하고 주방과 홀의 공기 질(IAQ: Indoor Air Quality) 향상 및 에너지 절감에 적합한 환기시스템에서 적정 외기도입(make up air)량을 해석하여 업무용 주방에서의 필요한 환기량을 만족하고 작업 공간의 쾌적성을 유지하기 위한 공기질을 향상함과 동시에 이때의 냉방에너지의 변화량 즉 특성을 해석하여 이에 따른 공조부하를 최소화하고 건물 전체 에너지 소비량을 절감하고자 하였다.
본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.
1. 실내온도(24℃)와 CO₂ 농도(1000 ppm)를 기준값으로 유지하기 위하여 주방 연소기구의 사용량, 즉 도시가스 사용량이 증가할수록 필요 급기풍량, 배기풍량 및 전체에너지 소비량이 증가하였다.
2. 주방의 렌지 후드포집 효율이 증가할수록 필요 급기풍량 및 배기풍량은 감소하고 전체에너지 소비량도 감소하였다.
3. 주방과 홀의 실내 온도는 24℃로 유지하고, 배기 풍량 7000 cmh, 급기 풍량 3500 cmh로 일정하게 유지한 운전 조건에서는 재실인원이 증가할수록 CO₂ 농도와 전체에너지 소비량이 증가하였다.
4. 급기풍량 3500 cmh, 배기풍량 7000 cmh으로 시뮬레이션한 결과, 홀 인원이 44인 이하에서 CO₂ 실내공기환경기준인 1000ppm 만족하였고, 이 때 전체에너지 소비량은 43.7 kW로 나타났다.
5. 주방 환기설비의 선행 연구에서는 일반적으로 주방의 급기풍량은 배기풍량의 85~90%가 적당하다고 하나, 급기풍량을 배기풍량의 50%로 감소시킨 본 시뮬레이션 해석 결과 실내 공기질 및 전체 냉방에너지 소비량이 더 유리한 것으로 나타났다.
6. 주방의 급기풍량이 배기풍량에 비하여 과잉공급될 경우 실내 특히 홀 부분의 공기질이 저하됨은 물론 주방의 냄새가 홀 쪽으로 유입 될 수 있으며 전체 냉방에너지 소비량 또한 증가되는 것으로 나타났다.
9. 반면 주방의 배기풍량에 비하여 주방의 급기풍량이 현저히 적게 공급될 경우에는 홀의 공기질은 향상되나 냉방에너지 소비량이 증가함과 동시에 출입문의 열림 현상 및 재실자의 불쾌감을 초래할 수 있으므로 적정 급기풍량 과 배기풍량의 선정이 중요함을 알 수 있다.
원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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