블로우 도어 테스트(Blower door Test)/건물의 기밀성능 시험

안녕하세요 적는중입니다.

건물에서 가장 에너지 소모가 심한 것은 바로 냉난방이라고 지난 글에서 계속 이야기해왔습니다.

▶ 건물이 사용하는 에너지가 지구온난화의 주범?

냉난방뿐만 아니라 건축물에 사용되는 에너지를 줄이기 위한 조건들도 이야기했습니다.

▶ 건물이 사용하는 에너지를 최소화하는 방법

냉난방에 사용되는 에너지를 최소화하기 위해 건물의 '기밀성'이 매우 중요합니다.

오늘은 건물의 기밀성능의 중요성과 이를 측정하는 실험 방식에 대해 소개하겠습니다.

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건물의 기밀성능?

기밀성이란 공기나 가스 등의 기체가 통하지 않는 성질을 뜻합니다.

이를 건물에 적용하여 건물의 기밀성능은 어떤 것을 뜻할까요?

건물 기밀성능은 실내외 온도차 및 풍압에 의한 압력차로 인하여 건물 틈새를 통해 유입 및 유출되는 정도를 나타냅니다.

공기가 통하는 경로는 건물 틈새이고 공기의 출입이 일어나는 원인은 실내의 온도차와 풍압에 의한 압력차입니다.

냉난방부하뿐 아니라 실내 공기질과 거주자의 쾌적성에도 영향을 미치기 때문에 중요합니다.

미국 냉난방 공조 협회(ASHRAE)에서 발간한 2013 ASHRAE Handbook-Fundamentals를 보면 건물의 전체 침기량 중에 외벽을 통한 침기량이 18~50%(평균 37%)를 차지한다고 합니다.

특히, 겨울철 실내외 온도차가 큰 지역일 경우 기밀성능 저하가 난방부하를 증가시키는 주요인이 됩니다.

 

다양한 연구에서 건물 기밀성능 향상이 건물 냉난방 에너지 절감에 큰 효과가 있다고 보고하고 있습니다.

기밀성능 측정방법은?

가장 대표적으로 '가스 추적법'과 '가압 및 감압법'이 있습니다.

가스추적법

측정 대상 공간에 추적 가스를 주입하여 실내 추적가스 농도 변화를 통해 환기량을 측정하는 방법입니다.

자연 상태에서 건물의 환기량을 직접 측정할 수 있는 장점이 있지만, 풍압이나 실내외 온도차에 따라 값이 상이할 수 있고 건물의 규모가 커지거나 높이가 높아지면 정확한 값을 도출해내기가 어렵다는 단점이 있습니다.

가압 및 감압 법

공조설비나 팬을 사용하여 측정 대상 공간을 가압 또는 감압하여 실내외 일정 압력차에서 출입하는 공기량을 측정하는 방법입니다.

오래전부터 기밀성능 측정을 위해 이 방법이 이용되어 왔으며 기밀성능 측정기준인 ASTM(미국), CGSB(캐나다), EN13829(유럽), ISO(국제) 등에서 채택하여 사용하고 있습니다.

가압/감압 법을 이용한 건물 기밀성 측정방법으로 블로우 도어(Blower door) 방법이 제일 대표적입니다.

블로우도어(Blower door) 

블로우도어 시스템은 1977년 스웨덴에서 처음 건물의 기밀성능을 측정하기 위해 사용되었습니다.

당시에는 창문에 설치하여 측정했습니다.

이후 여러 연구자들에 의해 개발 및 적용이 이루어지다 1980년 미국에서 처음으로 Gadsco Blower door라는 이름으로 상용화되었습니다.

구성은 이렇게 이루어져 있습니다.

• 건물을 가압/감압하기 위해 공기를 공급하는 보정된 팬
• 팬 앞면 및 건물 외피의 압력을 동시에 측정하는 압력 측정기
• 팬을 문 및 창에 고정시키기 위한 고정 틀
• 팬을 통과하는 공기량을 측정하는 유량계

일반적으로 팬 유닛에 압력 측정기가 통합되어 있으며 팬의 풍량 계산을 할 수 있는 제어 장치가 장착되어 있습니다.

블로우 도어 테스트 방법은 건물의 창과 문 등의 개구부에 팬을 설치하여 실내로 공기를 공급하거나 배출하여 실내외 압력차를 발생시킵니다.

생성된 압력차가 일정 압력차에 도달했을 경우 팬의 풍량을 측정하여 이를 측정 대상 공간의 공기 누설률로 정의합니다.

블로우 도어는 5Pa에서 50Pa 또는 그 이상의 실내외 압력차를 생성할 수 있기 때문에 외부 바람(풍압)이나 실내외 온도차에 의해 자연적으로 발생하는 침기의 영향을 배제할 수 있습니다.

 

블로우 도어를 이용한 건물의 기밀성능 측정은 압력차와 누기량의 상관관계로 정의되는 멱승 법칙에 의해 정의됩니다.

Q=C * (ΔP)^n 

Q:풍량[m^3/s], C:누기 계수[m^3/s*(Pa)^n],ΔP:압력차[Pa]

정확한 결과를 도출하기 위해 팬의 풍량 및 압력차 값을 정확하게 측정할 필요가 있습니다.

가장 일반적인 압력은 4Pa 및 50Pa이지만 1Pa, 10Pa, 25Pa, 75Pa도 사용됩니다.

일반적으로 대기압이 1~4Pa정도이기 때문에 4Pa의 결과 값은 자연 상태에서의 침기량을 나타냅니다.

 

위 식의 압력지수 n값과 누기 계수 C값은 건물 외피에 나타나는 특성을 나타내는 지수로 모든 압력차와 누기량에 대해 일정합니다.

n값은 0.5 <n <1.0 사이 값을 가지며 일반적으로 0.65로 가정합니다.

큰 누기 경로에서 0.5 값을 갖고 작은 틈 및 균열에서 0.65에 가까운 값을 갖습니다.

이를 통해 n값으로 누기 경로의 특성을 파악할 수 있습니다.

n값이 만약 0.5보다 작거나 1.0보다 큰 경우 실험의 결과가 정확하지 않은 것이기 때문에 실험을 다시 해야 합니다.

 

C는 누기경로의 함수인 누기 계수이며 실험적으로 결정됩니다.

정확한 데이터가 없으면 보통 0.6으로 가정할 수 있습니다.

측정 결과의 표현 방법

CFM50(ft^3/min) 및 CMH50(m^3/hr)

실내의 압력차를 50Pa로 유지하기 위해 실내에 유입시켜야 할 공기량을 의미합니다.

외피의 공기 누설 특성을 나타내기 위해 사용됩니다.

Air change rate(h^-1)

누기량을 대상 공간의 체적으로 나눈 값입니다.

건물 외피에 50Pa의 압력차가 작용하고 있을 경우, 실내 대상 공간에 대해 시간당 외부 공기가 체적당 얼마나 유입되고 있는지를 나타내는 방법입니다.

서로 다른 크기의 건물에서 측정된 기밀성능 결과를 비교할 때 유용합니다.

Equivalent leakage area(EqLA) (cm^2/m^2)

건물 실내외에 10Pa의 압력차가 작용하고 있을 경우에 발생하는 누기량과 동일한 양의 공기가 새어나가는 틈 및 균열의 크기를 나타냅니다.

외피의 경우 cm^2/m^2@75Pa라고 표기합니다.

Effective leakage area (cm^2/m^2)

건물 실내외에 4Pa의 압력차가 작용하고 있을 경우에 발생하는 누기량과 동일한 양의 공기가 새어나가는 틈 및 균열의 크기를 나타냅니다.

Air permeability (cfm/ft^2, L/sm^2)

건물 외피의 누기량을 전체 외피 면적으로 나눈 단위면적당 누기량을 나타냅니다.

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건물 기밀성능의 중요성과 이를 측정하는 대표적인 방법인 블로우 도어 테스트를 알아봤습니다.

 

긴 글 읽어주셔서 감사합니다.

조금은 도움이 되셨길 바라며, 적는중이었습니다.

 

<출처> 옹드람, 송두삼, 김주욱 "Blower door를 이용한 건물의 기밀성능 시험 방법의 고찰",2019