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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 송두삼
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 성균관대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수29
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국내 미세먼지 농도는 2010년 이후 8년 연속 경제협력개발기구(OECD) 국가 중에 가장 높은 수치를 기록하였다. 미세먼지는 기관지를 통해 인체에 유입되며 기관지 염증 발생, 심혈관계 질환 등 여러 질병을 유발시키는 원인이 될 수 있다. 따라서 세계보건기구(WHO)에서 2013년에 미세먼지를 인간에게 암을 일으키는 1군 발암물질로 분류하였다. 국내 미세먼지 농도가 특히 봄철, 겨울철에 가장 높게 형성되며, 특히 겨울철 미세먼지는 초미세먼지(PM2.5)의 비중이 높기 때문에 건강에 더 해로울 수 있다. 국내에서 주거건물의 대부분을 공동주택이 차지하며 1990년대부터 주거건물에서 고층화가 이루어지기 시작하였다. 고층건물의 경우 실내외 온도차가 큰 겨울철에 연돌효과로 인한 공기유동 현상이 발생하게 된다. 따라서 겨울철에 고층 주거건물의 이러한 공기유동에 의하여 외부 고농도의 미세먼지가 실내로 유입 및 확산되어 거주자의 건강에 안 좋은 영향을 미칠 수 있다. 따라서 고층 주거건물의 경우 공기유동 특성을 고려하여 실내 미세먼지 농도를 분석할 필요가 있다. 국내에서 공동주택의 실내 미세먼지 농도에 대해 분석한 연구는 거의 진행되지 않았으며 주로 건물의 한 세대를 대상으로 실내 미세먼지 농도를 측정하여 건물 전체에 대한 미세먼지를 평가하고 있다. 고층 주거건물의 경우 건물의 공기유동 특성이 일반 건물과 다르게 형성되기 때문에 공기유동에 따라 건물의 수직적 미세먼지 농도 형성이 상이하게 나타날 수 있다.
본 논문에서는 겨울철 고층 주거건물의 공기유동에 의한 실내 미세먼지 농도 형성 특성에 대해 분석하고자 현장 실측을 통하여 고층 주거건물의 겨울철 공기유동을 분석하였다. 또한 선행연구 고찰을 통하여 고층 주거건물의 기밀성능 측정 데이터를 수집하여 기밀성능 수준 별 공기유동에 의한 실내 미세먼지 농도 및 그 영향인자에 대해 검토하였다. 논문의 결과를 요약하면 다음과 같다.
(1) 대상건물의 공기유동 특성을 분석한 결과, 중성대 하층부에서 외기가 실내로 유입되고 중성대 상층부에서 외부로 유출되어 이론상의 공기유동과 일치하는 것으로 나타났다. 수직샤프트의 경우 E/V 샤프트를 통한 공기유동이 가장 크게 나타났으며, 외부 출입문을 통한 외기의 유입이 가장 높은 것으로 나타났다.
(2) 건물의 수직적 공기유동에 의한 실내 미세먼지 농도 형성 특성을 분석한 결과, 중성대 하층부의 경우 외피를 통한 직접 외기에 의해 형성되고 상층부는 복도에서 세대로 유입되는 간접외기에 의해 형성되는 것으로 나타났다. 또한 건물의 공기유입량이 감소함에 따라 I/O ratio도 감소하는 것으로 나타났으며 패시브 수준으로 기밀성능을 향상할 경우 미세먼지 농도는 크게 저감되는 것으로 나타났다.
(3) 요리에 의한 미세먼지의 발생을 고려하였을 때 건물의 기밀성능이 향상될수록 실내 미세먼지 농도에 대한 요리 발생 미세먼지의 기여율이 높아지는 것으로 나타났다. 주차장의 미세먼지 발생을 고려하였을 때 건물 중성대 상층부 세대에서 실내 미세먼지 농도는 주차장의 미세먼지의 유입으로 인해 높게 형성되는 것을 확인하였다. 풍압에 의한 영향을 고려하였을 때 세대 미세먼지 농도는 직접외기 및 간접외기에 복합적으로 영향을 받아 형성되는 것으로 나타났으며 기밀성능이 향상될수록 풍압의 영향을 적게 받는 것을 확인할 수 있었다.
본 논문에서는 겨울철 고층 주거건물의 공기유동에 의한 실내 미세먼지 농도 형성 특성에 대해 분석하고자 현장 실측을 통하여 고층 주거건물의 겨울철 공기유동을 분석하였다. 또한 선행연구 고찰을 통하여 고층 주거건물의 기밀성능 측정 데이터를 수집하여 기밀성능 수준 별 공기유동에 의한 실내 미세먼지 농도 및 그 영향인자에 대해 검토하였다. 논문의 결과를 요약하면 다음과 같다.
(1) 대상건물의 공기유동 특성을 분석한 결과, 중성대 하층부에서 외기가 실내로 유입되고 중성대 상층부에서 외부로 유출되어 이론상의 공기유동과 일치하는 것으로 나타났다. 수직샤프트의 경우 E/V 샤프트를 통한 공기유동이 가장 크게 나타났으며, 외부 출입문을 통한 외기의 유입이 가장 높은 것으로 나타났다.
(2) 건물의 수직적 공기유동에 의한 실내 미세먼지 농도 형성 특성을 분석한 결과, 중성대 하층부의 경우 외피를 통한 직접 외기에 의해 형성되고 상층부는 복도에서 세대로 유입되는 간접외기에 의해 형성되는 것으로 나타났다. 또한 건물의 공기유입량이 감소함에 따라 I/O ratio도 감소하는 것으로 나타났으며 패시브 수준으로 기밀성능을 향상할 경우 미세먼지 농도는 크게 저감되는 것으로 나타났다.
(3) 요리에 의한 미세먼지의 발생을 고려하였을 때 건물의 기밀성능이 향상될수록 실내 미세먼지 농도에 대한 요리 발생 미세먼지의 기여율이 높아지는 것으로 나타났다. 주차장의 미세먼지 발생을 고려하였을 때 건물 중성대 상층부 세대에서 실내 미세먼지 농도는 주차장의 미세먼지의 유입으로 인해 높게 형성되는 것을 확인하였다. 풍압에 의한 영향을 고려하였을 때 세대 미세먼지 농도는 직접외기 및 간접외기에 복합적으로 영향을 받아 형성되는 것으로 나타났으며 기밀성능이 향상될수록 풍압의 영향을 적게 받는 것을 확인할 수 있었다.
목차
제 1 장 서론 1제 1 절 연구의 배경 및 목적 1제 2 절 연구의 범위 및 방법 3제 2 장 고층 건물의 공기유동과 미세먼지 유입에 관한 예비적 고찰 7제 1 절 고층 건물의 공기유동에 관한 이론적 고찰 71. 건물 공기유동의 기본 이론 72. 건물 공기유동의 영향 인자 93. 건물 공기유동에 의한 문제점 19제 2 절 외부 미세먼지의 실내 유입에 관한 이론적 고찰 211. 미세먼지의 특성 212. 실내미세먼지 농도 형성 메커니즘 273. 외부 미세먼지의 실내 유입 영향 인자 31제 3 절 공기유동에 의한 미세먼지의 실내 유입 및 이동에 관한 선행연구 고찰 33제 4 절 소결 38제 3 장 고층 주거건물의 공기유동 특성 분석 41제 1 절 연구의 개요 411. 연구의 목적 412. 분석 방법 42제 2 절 실측을 통한 고층 주거건물의 압력분포 특성 분석 471. 현장 실측 개요 472. 기밀성능 측정 493. 압력 분포 특성 분석 51제 3 절 시뮬레이션을 통한 고층 주거건물의 공기유동 특성 분석 541. 실측 결과를 통한 Baseline model 작성 542. 시뮬레이션 개요 583. 공기유동 특성 분석 60제 4 절 소결 64제 4 장 고층 주거건물의 공기유동으로 인한 외부 미세먼지의 유입 및 이동 특성 분석 65제 1 절 연구의 개요 651. 연구의 목적 652. 분석 방법 66제 2 절 미세먼지 해석 모델의 입력 데이터 설정 711. 기밀성능 데이터 712. 침입계수 및 침착률 763. 외부 환경 데이터 78제 3 절 고층 주거건물의 기밀성능 수준별 실내 미세먼지 농도 형성 분석 801. 분석 케이스 802. 건물의 수평적 외부 미세먼지의 유입 및 이동 특성 분석 823. 건물의 수직적 외부 미세먼지의 유입 및 이동 특성 분석 874. 외부 미세먼지의 실내 미세먼지 농도 기여율 분석 92제 4 절 소결 94제 5 장 고층 주거건물에서의 실내 미세먼지 농도 형성 영향 인자 분석 95제 1 절 요리로 인한 미세먼지 발생에 따른 실내 미세먼지 농도 분석 951. 시뮬레이션 개요 952. 시뮬레이션 결과 및 분석 98제 2 절 주차장의 미세먼지 발생에 따른 실내 미세먼지 농도 분석 1021. 시뮬레이션 개요 1022. 시뮬레이션 결과 및 분석 105제 3 절 외부 풍속에 따른 실내 미세먼지 농도 분석 1071. 시뮬레이션 개요 1072. 시뮬레이션 결과 및 분석 110제 4 절 소결 114제 6 장 결론 115참고문헌 118Abstract 127
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