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환기

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목차

1. 개요

환기는 실내 공기를 외부 공기로 교체하는 과정을 의미하며, 자연 환기, 기계 환기, 하이브리드 환기 등 다양한 방식이 존재한다. 자연 환기는 자연적인 힘을 이용해 에너지 소비 없이 실내 공기를 교체하지만, 외부 오염 물질 유입에 취약하다는 단점이 있다. 기계 환기는 기계 장치를 통해 안정적인 환기를 제공하지만, 초기 설치 및 유지보수 비용이 발생한다. 전반 환기와 국소 환기로 구분되며, 전반 환기는 실내 전체 공기를, 국소 환기는 오염원 근처의 공기를 처리한다. 환기량은 실내 오염 물질 농도를 허용 가능한 수준으로 유지하는 데 필요한 공기의 양을 의미하며, 이산화탄소 농도를 기준으로 계산된다. 환기는 실내 공기 질 개선, 에너지 절약, 질병 예방 등에 기여하지만, 외부 대기 오염, 곰팡이 발생, 냉난방 비용 증가 등의 문제도 발생할 수 있다. 따라서 공기청정기 사용, 건축 자재 선택, 수요제어 환기, 열 교환 환기 등의 대책이 활용된다.

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환기

2. 환기의 방식

환기 방식은 크게 '''자연 환기'''와 '''기계 환기'''로 나뉜다.[66][67]


  • '''자연 환기''': 자연적인 힘(바람, 온도 차이)을 이용하는 방식이다. 자세한 내용은 해당 항목 참조
  • '''기계 환기''': 기계의 힘(공조 환기 설비)을 이용하는 강제적인 환기 방식이다.[67][69] '''강제 환기''' 또는 '''동력 환기'''라고도 한다.[70] 자세한 내용은 해당 항목 참조


기계 환기와 자연 환기를 병용하는 하이브리드 환기 시스템도 있으며, 건축물에 따라 계절이나 시간대 등에 따라 기계 환기와 자연 환기를 전환하거나 조합하여 에너지 소비를 줄이는 시스템이 도입되고 있다.[68]

실내 공기는 천장 환기, 창문 환기, 바닥 환기 또는 변위 환기와 같이 여러 가지 방법으로 공급 및 배출될 수 있다.

또한, 다양한 방법으로 발생시킬 수 있는 와류를 이용하여 실내 공기를 순환시킬 수 있다.

; 전반 환기(희석 환기)와 국소 환기

  • 전반 환기는 실내 전체의 공기를 교체하는 것이다.[71]
  • 국소 환기는 오염 물질 발생원 근처에 후드 등을 설치하여 오염된 공기가 확산되기 전에 배출하는 것이다.[71] 자세한 내용은 해당 항목 참조

2. 1. 자연 환기

자연 환기는 밀폐된 공간에 공기를 공급하고 배출하기 위해 자연적으로 이용 가능한 힘을 활용한다. 실내 환기가 불량하면 방의 특정 장소, 특히 모서리 부분에 곰팡이 냄새가 심하게 나는 것으로 확인되었다.[11] 건물에서 발생하는 자연 환기에는 바람에 의한 환기, 압력에 의한 흐름, 적층 환기 세 가지 유형이 있다.[15] 적층 효과에 의해 발생하는 압력은 가열되거나 상승하는 공기의 부력에 의존한다. 바람에 의한 환기는 우세한 바람의 힘에 의존하여 건물 외피의 틈을 통해 밀폐된 공간을 통과하는 공기를 끌어들이고 밀어낸다.

거의 모든 역사적인 건물은 자연적으로 환기되었다.[16] 20세기 후반 미국 건물에서 에어컨 사용이 널리 보급되면서 대형 건물에서는 자연환기 방식이 일반적이지 않게 되었다. 그러나, 고급 건물 성능 시뮬레이션(BPS) 소프트웨어, 개선된 건물 자동화 시스템(BAS), 에너지 및 환경 디자인 리더십(LEED) 설계 요구 사항 및 개선된 창문 제조 기술의 발전과 함께 자연 환기는 전 세계적으로 그리고 미국 전역의 상업용 건물에서 다시 활성화되었다.[17]

자연 환기의 장점은 다음과 같다.

  • 실내 공기 질(IAQ) 개선
  • 에너지 절약
  • 온실 가스 배출량 감소
  • 거주자 제어
  • 병든 건물 증후군과 관련된 거주자 질병 감소
  • 근로자 생산성 향상


건물과 구조물을 자연적으로 환기하는 데 사용되는 기술과 건축적 특징은 다음과 같다.

  • 개폐식 창문
  • 클레리스토리 창문 및 환기식 채광창
  • 레브/대류 도어
  • 야간 환기
  • 건물 배향
  • 바람 포착 외관


이 고대 로마 주택은 다양한 수동 냉방 및 수동 환기 기술을 사용한다. 무거운 벽돌 벽, 작은 외벽 창문, 그리고 북남 방향으로 배치된 좁은 벽으로 둘러싸인 정원은 집에 그늘을 제공하여 열 취득을 방지한다. 이 집은 중정으로 열리는데, 중정에는 임플루비움(하늘로 열림)이 있다. 물의 증발 냉각은 중정에서 정원으로 횡류를 발생시킨다.


세르비아의 플로치닉 고고학 유적지(빈차 문화에 속함)에서 원시적인 환기 시스템이 발견되었으며, 초기 구리 제련로에 설치되었다. 작업장 외부에 지어진 용광로에는 수백 개의 작은 구멍이 있는 흙으로 만든 파이프 모양의 통풍구와 원형 연돌이 있어 공기가 용광로로 들어가 불을 지피고 연기가 안전하게 빠져나가도록 했다.[39]

수동 환기 및 수동 냉방 시스템은 고전 시대 무렵 지중해 지역에서 널리 연구되었다. 열원과 냉각원(분수와 지하 열 저장소 등) 모두 공기 순환을 유도하는 데 사용되었으며, 건물은 기후와 기능에 따라 통풍을 유도하거나 배제하도록 설계되었다. 공중 목욕탕은 난방과 냉방이 특히 정교한 경우가 많았다. 얼음 저장고는 수천 년 된 것으로, 고전 시대에는 잘 발달된 얼음 산업의 일부였다.

환기 방식은 크게 '''자연 환기'''와 '''기계 환기'''로 나뉜다.[66][67] 자연 환기는 자연의 바람에 의한 압력 차이 또는 건물 내외의 온도 차이에 따른 공기 밀도 차이를 이용한 환기 방법이다.[66] 온도차 환기와 풍력 환기가 있다.

  • '''온도차 환기'''[68]: 공기가 따뜻해지면 가벼워져 상승하는 굴뚝효과를 이용하는 것이다.[68] 온도차에 의한 환기력을 이용하는 경우, 단순한 개구부의 조합만으로는 환기력이 작고, 외부 바람의 영향을 크게 받는다.[66] 따라서 배기통을 설치하기도 하지만, 그 경우에는 급기구를 낮게, 배기구를 높게 함으로써 온도차를 발생시키기 쉽게 한다.[66]
  • '''풍력 환기'''[68]: 건물(창문)에 발생하는 풍압을 통풍의 원동력으로 하는 것이다.[68] 건축물 중에는 바람이 지붕이나 풍향계를 통과할 때 발생하는 압력 차이(벤투리 효과)에 의해 실내 공기의 배출과 외부 공기의 유입을 수행하는 것도 있다.[68] 풍압은 건물의 외부 표면뿐만 아니라 건물 주변 공간에도 압력 분포를 발생시키기 때문에, 배기통의 높이가 부족한 경우에는 역류를 일으킬 수 있다.[66]


건축물에 풍로를 만들어 외부에서의 바람 유입이나 외부와 실내의 온도차 등 자연 에너지를 이용하여 계획적으로 환기를 하는 것을 계획 자연 환기(패시브 환기)라고 한다.[73] 자연 환기는 계절이나 기후에 따른 변동, 설계 조건 등의 영향을 받기 쉽다.[66]

2. 2. 기계 환기

기계 환기는 팬과 같은 기계 장치를 사용하여 강제로 공기를 순환시키는 방식이다. 날씨와 관계없이 안정적인 환기가 가능하며, 필터를 통해 외부 오염 물질을 걸러낼 수 있다는 장점이 있지만, 초기 설치 비용과 유지보수 비용이 발생하며, 에너지 소비가 크다는 단점이 있다.[67]

내연기관에서 배출되는 오염물질의 농도와 연동되어 작동하는 지하 주차장용 축류 벨트 구동 배기팬


건물과 구조물의 기계 환기는 다음과 같은 기술을 사용하여 달성할 수 있다.

  • 전 건물 환기
  • 혼합 환기
  • 변위 환기
  • 전용 지상 공기 공급


수요제어 환기(DCV)는 에너지를 절약하면서 공기 질을 유지할 수 있도록 한다.[27][28] DCV 시스템에서는 CO2 센서가 환기량을 제어한다.[30][31] CO2 농도가 높아지면 시스템이 환기량을 늘리고, 농도가 낮아지면 환기량을 줄여 에너지를 절약한다. DCV는 ASHRAE 90.1과 같은 건물 에너지 표준에 따라 점유율이 높은 공간에 필수적이다.[34]

개인 맞춤형 환기는 개인이 받는 환기량을 조절할 수 있도록 하는 공기 분배 전략이다. 신선한 공기를 호흡 영역으로 더 직접적으로 전달하여 흡입하는 공기의 질을 개선하는 것을 목표로 한다. 개인 맞춤형 환기는 기존의 혼합 환기 시스템보다 훨씬 높은 환기 효율을 제공하며, 적은 공기량으로도 오염 물질을 효과적으로 제거한다.

스마트 환기는 시간 및 위치에 따라 환기 시스템을 지속적으로 조정하여 에너지 소비, 비용 등을 최소화하면서도 실내 공기질(IAQ)을 최적화하는 기술이다.

스마트 환기 시스템은 점유율, 외부 환경 조건, 전력망 요구 사항, 오염 물질 감지 등 다양한 요소에 따라 환기 속도를 조절한다. 또한, 건물 소유주 및 거주자에게 에너지 소비량, 실내 공기질 정보, 시스템 유지보수 필요성 등을 알려준다.

스마트 환기는 건물이 비어있을 때 환기를 줄이거나, 전력 수요에 따라 유연하게 대응하며, 시스템 고장 및 유지보수 시점을 감지하는 센서를 포함한다.[36]



19세기 중반, 기계 장치를 사용한 정교한 환기 시스템이 개발되었다. 1700년대 중반 스티븐 헤일스는 풀무를 이용한 환기 시스템을 뉴게이트 감옥 등에 설치했다. 1834년 화재로 의사당이 소실된 후, 데이비드 보스웰 리드는 하원의 새 건축 설계 위원회에 환기 시스템 관련 증언을 했다.[41] 1840년, 리드는 상원 위원회에 의해 사실상 환기 엔지니어로 임명되었다.[42]

리드는 새 의사당에 지하실에서 공기를 가열/냉각 후 바닥의 구멍으로 올려보내고 굴뚝으로 배출하는 발전된 환기 시스템 설치를 주장했다.[43]

리드의 환기 방식은 리버풀 세인트 조지 홀에도 적용되었는데, 건축가 하비 론스데일 엘름스가 리드에게 설계를 요청했다.[48] 리드는 이 건물을 자신의 시스템이 완벽히 구현된 유일한 건물로 여겼다.[49]

서큘레이터 (송풍기의 일종)


기계 환기는 방식에 따라 제1종부터 제3종으로 나뉘며,[67] 제3종은 다시 가종과 을종으로 나뉜다.[72]

환기 방식급기배기특징사용 장소
제1종 환기 방법[73][72]기계 장치 (유압 환풍기 등)기계 장치 (옥상 환풍기 등)항상 일정량 환기 가능, 고비용-
제2종 환기 방법[73][72]기계 장치 (옥상 환풍기 등)자연 환기 장치 (창가리 등)실내 양압, 오염 공기 유입 방지클린룸, 수술실, 무균실 등
제3종 환기 방법[73][72]자연 급기구기계 장치 (옥상 환풍기 등)실내 냄새/수증기 강제 배출, 외기 온도 영향화장실, 욕실 등
제3종 환기 방법 (을종)[72]자연 급기구 (간접 도입)기계 장치 (옥상 환풍기 등)제3종 환기 방법 (가종)과 유사-


2. 3. 전반 환기와 국소 환기

전반 환기는 실내 전체의 공기를 교체하는 것이다.[71] 국소 환기는 오염 물질 발생원 근처에 후드 등을 설치하여 오염된 공기가 확산되기 전에 배출하는 것이다.[71]

국소배기장치는 특정 고방출원으로 인한 실내 공기 오염을 방지하기 위해 대기 중 오염 물질이 환경으로 확산되기 전에 포집한다. 수증기 제어, 화장실 배출물 제어, 산업 공정에서 발생하는 용매 증기 및 목재 및 금속 가공 기계에서 발생하는 먼지 등이 그 예시이다. 압력이 가해진 후드를 통하거나 팬을 사용하고 특정 영역에 압력을 가하여 공기를 배출할 수 있다.[35]

국소 배기 시스템은 다음 다섯 가지 기본 부분으로 구성된다.[35]

# 오염 물질을 발생원에서 포집하는 후드

# 공기를 수송하는 덕트

# 오염 물질을 제거/최소화하는 공기 청정 장치

# 시스템을 통해 공기를 이동시키는 팬

# 오염된 공기가 배출되는 배기 스택

영국에서는 영국 건강 및 안전청(HSE)에서 설정한 규정에 따라 LEV 시스템을 사용하는데, 이는 유해물질 관리(COSHH)(CoSHH)로 불린다. CoSHH에 따라, 모든 장비가 적절히 작동하는지 확인하기 위해 최소 14개월마다 테스트를 받도록 법률이 설정되어 LEV 시스템 사용자를 보호한다. 시스템의 모든 부분을 눈으로 검사하고 철저히 테스트해야 하며, 결함이 있는 부분이 발견되면 검사관은 결함 부분과 문제를 식별하는 빨간색 라벨을 발행해야 한다. LEV 시스템 소유자는 시스템을 사용하기 전에 결함 부분을 수리하거나 교체해야 한다.

3. 기계 환기

실내 공기는 천장 환기, 창문 환기, 바닥 환기, 변위 환기 등 여러 방법으로 공급 및 배출될 수 있다. 또한, 와류를 이용하여 실내 공기를 순환시킬 수도 있다.

19세기 중반에는 공기를 순환시키는 기계 장비를 사용하는 정교한 시스템이 개발되었다. 1700년대 중반, 스티븐 헤일스(Stephen Hales) 엔지니어는 풀무의 기본 시스템을 설치하여 뉴게이트 감옥과 주변 건물을 환기시켰다. 그러나 이러한 초기 장치는 작동하는 데 지속적인 인력이 필요하다는 문제점이 있었다. 1834년 화재로 기존 의사당이 소실된 후, 데이비드 보스웰 리드는 하원의 새로운 건축 설계에 대한 의회 위원회에 증언하기 위해 소환되었다.[41] 1840년 1월, 리드는 의회 건물 대체 건설을 다루는 상원 위원회에 사실상 환기 엔지니어 자격으로 임명되었다.[42] 이 직책의 신설과 함께 리드와 건축가 찰스 배리 사이에 오랜 분쟁이 시작되었다.

리드는 새로운 의사당에 매우 발전된 환기 시스템 설치를 주장했다. 그의 설계는 지하실로 공기를 끌어들여 가열 또는 냉각한 후, 바닥에 뚫린 수천 개의 작은 구멍을 통해 의사당으로 상승시키고, 거대한 굴뚝 안에 있는 특수 환기용 화재를 통해 천장으로 배출하는 것이었다.[43]

리드의 명성은 웨스트민스터에서의 업적으로 만들어졌다. 그는 1837년 리즈 앤드 셀비 철도 터널의 대기질 조사를 의뢰받았다.[44] 1841년 나이저 원정을 위해 건조된 증기선에는 리드의 웨스트민스터 모델을 기반으로 한 환기 시스템이 장착되었는데, 공기는 건조되고 여과되었으며 숯 위로 통과되었다.[45][46][47] 리드의 환기 방식은 리버풀 세인트 조지 홀에도 완벽하게 적용되었는데, 건축가 하비 론스데일 엘름스가 리드를 환기 설계에 참여시켜 달라고 요청했기 때문이다.[48] 리드는 이 건물이 자신의 시스템이 완벽하게 시행된 유일한 건물이라고 생각했다.[49]

3. 1. 기계 환기 장치의 종류

기계 환기는 방식에 따라 제1종부터 제3종으로 나뉘며[67], 제3종은 다시 가종과 을종으로 나뉜다.[72]

  • 제1종 환기 방법 - 급기와 배기 모두를 기계 장치로 하는 방법.[73][72] 급기에는 유압 환풍기 등, 배기에는 옥상 환풍기 등을 사용한다.[72] 항상 일정량의 환기를 할 수 있지만, 비용이 많이 든다.[73]
  • 제2종 환기 방법 - 급기를 옥상 환풍기 등의 기계 장치로 하고, 배기를 창가리 등의 자연 환기 장치로 하는 방법.[73][72] 실내가 양압이 되어 다른 방에서 오염된 공기의 유입을 막을 수 있으므로 클린룸, 수술실, 무균실 등에서 사용된다.[73]
  • 제3종 환기 방법 - 급기를 자연 급기구로 하고, 배기를 옥상 환풍기 등의 기계 장치로 하는 방법.[73][72] 가종은 급기를 자연 급기구에서 직접 흡입하고, 을종은 복도 등을 통해 간접적으로 도입한다.[72] 실내의 냄새나 수증기를 강제적으로 배출할 수 있으므로 화장실이나 욕실 등에서 사용된다.[73] 단, 외부 온도의 영향을 받는다.[73]


건물과 구조물의 기계 환기는 다음과 같은 기술을 사용하여 달성할 수 있다.

  • 전 건물 환기
  • 혼합 환기
  • 변위 환기
  • 전용 외부 공기 공급


수요제어 환기(DCV, 수요 제어 환기라고도 함)는 에너지를 절약하면서 공기 질을 유지할 수 있도록 한다.[27][28] DCV 시스템에서는 CO2 센서가 환기량을 제어한다.[30][31] 최대 점유 시 CO2 수준이 상승하면 시스템이 외부 공기를 공급하도록 조정된다.[32] 공간 점유율이 낮으면 CO2 수준이 감소하고 시스템은 환기를 줄여 에너지를 절약한다.

개인 맞춤형 환기는 개인이 받는 환기량을 조절할 수 있도록 하는 공기 분배 전략이다. 이 방법은 신선한 공기를 호흡 영역으로 더 직접 전달하여 흡입하는 공기의 질을 개선하는 것을 목표로 한다.

스마트 환기는 시간에 따라, 그리고 선택적으로 위치에 따라 환기 시스템을 지속적으로 조정하여 원하는 실내 공기질(IAQ) 이점을 제공하는 동시에 에너지 소비, 유틸리티 비용 및 기타 IAQ 이외의 비용(열 불쾌감이나 소음 등)을 최소화하는 과정이다.

3. 2. 기계 환기 장치의 제어


  • 인체 감지 센서 제어: 환풍기를 인체 감지 센서로 자동 작동 및 정지시키는 시스템이다.[73]
  • 열원 기기 연동 제어: 보일러 등 열원 기기와 환기 설비 작동 및 정지를 연동하여 제어하는 시스템이다.[73]
  • 치환 환기 시스템: 실내 온도보다 낮은 온도의 공기를 거주 구역의 낮은 위치에서 저풍속으로 공급하고, 사람이나 OA 기기 등에서 발생하는 열로 오염된 공기를 상승시켜 배출하는 시스템이다.[73]

3. 3. 기계 환기 장치의 유지보수

환기 팬은 유지보수가 필요하다. 필터에 먼지 등이 쌓이면 급배기 저항이 커져 효율이 떨어지므로, 정기적으로 꺼내 청소해야 한다.[74] 날개에도 오염 물질이 부착되어 쌓이면 저항이 증가하여 풍량 저하나 이상음의 원인이 되므로 정기적으로 청소해야 한다.[74]

4. 환기량

적절한 환기량은 실내 오염 물질 농도를 허용 가능한 수준으로 유지하는 데 필요한 공기의 양이다. 상업용, 산업용 및 기관용(CII) 건물의 환기율은 일반적으로 건물에 유입되는 외기의 체적 유량으로 표시되며, 단위는 미국 단위계에서는 입방피트/분(CFM), 미터법에서는 리터/초(L/s)를 사용한다. 환기율은 사람당 또는 단위 바닥 면적당 CFM/p 또는 CFM/ft² 또는 시간당 공기 교체 횟수(ACH)로도 표현될 수 있다.

연소(벽난로, 가스히터, 촛불, 등유램프 등)는 이산화탄소와 기타 유해한 가스와 연기를 생성하는 동안 산소를 소모하므로 환기 공기가 필요하다. 개방된 굴뚝은 부력이 있는 따뜻한 공기가 굴뚝을 통해 빠져나감으로써 유도되는 음압 변화 때문에 침입(즉, 자연 환기)을 촉진한다. 따뜻한 공기는 일반적으로 더 무겁고 차가운 공기로 대체된다.

건축물의 환기는 호흡, 연소 및 조리 과정에서 발생하는 수증기를 제거하고 냄새를 제거하는 데에도 필요하다. 에어컨은 작동 중에 일반적으로 공기 중의 과도한 수분을 제거하며, 제습기를 사용하는 것도 적절할 수 있다.

인간 활동에 따른 오염 물질 발생에 대한 기본적인 필요 환기량은, 종합적인 지표인 이산화탄소의 설계 기준 농도(1000ppm)와 인간 호흡에 따른 이산화탄소 발생량으로부터 산출된다.[75] 사람의 호흡 중에는 이산화탄소가 4%(40,000ppm) 포함되어 있으며, 사람이 내뿜는 오염 물질 중 가장 많다.[76] 이산화탄소 농도는 극히 미량이라도 인체에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.[77]

이산화탄소 농도와 인체에 대한 영향
농도인체에 대한 영향
350ppm1980년대 대기 농도
400ppm2020년대 대기 농도[79]
800ppm공기가 탁하다고 느낌[80]
850ppm병든 건물 증후군(SBS) 증가
1000ppm가벼운 졸음을 느낌[80] 인지능력 저하, 천식 악화건축물 위생법에서 정하는 환기 농도[81]
실내외 농도차 700ppm2016년에 공기조화·위생공학회가 제창한 환기 농도[77]
1500ppm졸음이나 권태감을 느낌[82]
2500ppm건강에 악영향 발생[80]
5000ppm체류 8시간이 허용 한도[80]



1인당 필요 환기량의 참고치는 '''30m3/h/인'''이며, 건축물 위생법의 위생 관리 기준치(이산화탄소 농도: 1000ppm 이하)를 만족시키기 위한 값이다.[75] https://www.mhlw.go.jp/bunya/kenkou/seikatsu-eisei10/ 건축물 관리법의 기준에 적합하게 환기량(30m3/h/인, 이산화탄소 농도: 1000ppm 이하)을 만족시키면 "환기가 나쁜 밀폐 공간"에는 해당하지 않는다고 생각된다.[83]

4. 1. 환기량 계산

환기량은 일반적으로 이산화탄소(CO₂) 농도를 기준으로 계산된다. 질량 수지 방정식은 다음과 같다.[37]

: Q = G/(Cᵢ - Cₐ)

  • Q = 환기량 (L/s)
  • G = CO₂ 발생량
  • Cᵢ = 허용 실내 CO₂ 농도
  • Cₐ = 주변 CO₂ 농도


이산화탄소는 0.005 L/s의 비교적 일정한 값으로 배출량이 가장 높은 가스이기 때문에 기준점으로 사용된다.[37]

사람의 호흡 중에는 이산화탄소가 4%(40,000ppm) 포함되어 있으며, 사람이 내뿜는 오염 물질 중 가장 많다.[76]

이산화탄소 농도는 극히 미량이라도 인체에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.[77]

이산화탄소 농도와 인체에 대한 영향[79][80][81][82]
농도인체에 대한 영향
350ppm1980년대 대기 농도
400ppm2020년대 대기 농도
800ppm공기가 탁하다고 느낌
850ppm병든 건물 증후군(SBS) 증가
1000ppm가벼운 졸음을 느낌, 인지능력 저하, 천식 악화, 건축물 위생법에서 정하는 환기 농도
실내외 농도차 700ppm2016년에 공기조화·위생공학회가 제창한 환기 농도
1500ppm졸음이나 권태감을 느낌
2500ppm건강에 악영향 발생
5000ppm체류 8시간이 허용 한도



1인당 필요 환기량의 참고치는 '''30m3/h/인'''으로 되어 있지만, 이것은 건축물 위생법의 위생 관리 기준치(CO₂ 농도: 1000ppm 이하)를 만족시키기 위해, 호흡의 CO₂ 농도(0.02m3/h/인)로부터 산출한 값이며, 다음 식으로 계산할 수 있다.[75]

:''Q＝M/(Ci-Co)＝호흡의 CO₂ 농도/((실내 농도－외기 농도)×10-6[m³/m³])''

:''＝0.02m3/h/인/((1000-350）×10-6[m³/m³])≒30m3/h/인''

(외기의 CO₂ 농도는 350ppm으로 가정하여 계산하고 있으므로, 대기 중 CO₂ 농도의 값이 400ppm을 초과하고 있는 현실에서는 필요 환기량이 다르다.)

https://www.mhlw.go.jp/bunya/kenkou/seikatsu-eisei10/ 건축물 관리법의 기준에 적합하게 하기 위해 필요로 되는 환기량(30m3/h/인, CO₂ 농도: 1000ppm 이하)을 만족시키면 "환기가 나쁜 밀폐 공간"에는 해당하지 않는다고 생각된다.[83]

4. 2. 권장 환기량

대한민국의 건축물 위생법에서는 실내 이산화탄소(CO₂) 농도를 1000ppm 이하로 유지하도록 규정하고 있다.[81] 이를 만족시키기 위한 1인당 필요 환기량은 약 30m³/(h·인)이다.[75] 이 값은 다음 식으로 계산할 수 있다.

: ''Q＝M/(Ci-Co)＝호흡의 CO₂ 농도/((실내 농도－외기 농도)×10^-6 [m³/m³])''

: ''＝0.02 [m³/(h·인)] / ((1000-350)×10^-6 [m³/m³]) ≒ 30 m³/(h·인)''[75]

  • Q: 필요 환기량
  • M: 호흡의 CO₂ 농도 (0.02 [m³/(h·인)])
  • Ci: 실내 CO₂ 농도 (1000ppm)
  • Co: 외기 CO₂ 농도 (350ppm, 1980년대 기준)


참고로, 외기 CO₂ 농도는 2020년대에 400ppm을 초과[79]했기 때문에, 실제 필요 환기량은 달라질 수 있다.

https://www.mhlw.go.jp/bunya/kenkou/seikatsu-eisei10/ 건축물 관리법의 기준에 적합하게 하기 위해 필요로 되는 환기량(30m³/(h·인), CO₂ 농도: 1000ppm 이하)을 만족시키면 감염병 대책에 있어서 위험 요인 중 하나인 "환기가 나쁜 밀폐 공간"에는 해당하지 않는다고 생각된다.[83]

미국냉난방공조학회(ASHRAE)는 공간의 용도 및 거주자 수에 따라 다양한 환기량 기준을 제시하고 있다.[84]

거주자별 환기율[84] (ANSI/ASHRAE Standard 62.1-2004)
야드·파운드법SI 단위분류예시
0 cfm/person0 L/s/person주로 거주자보다는 건축 요소와 관련된 공간창고
5 cfm/person2.5 L/s/person성인이 주로 저활동적인 활동을 하는 공간사무 공간
7.5 cfm/person3.5 L/s/person더 활동적인 활동을 하지만 격렬한 활동이나 많은 오염 물질을 배출하는 활동은 아닌 공간소매 공간, 로비
10 cfm/person5 L/s/person더 활동적인 활동을 하지만 운동을 하지 않거나 더 많은 오염 물질을 배출하는 활동을 하는 공간학교, 교실
20 cfm/person10 L/s/person거주자가 운동을 하거나 많은 오염 물질을 배출하는 공간무용실, 체육관



면적별 환기율[84] (ANSI/ASHRAE Standard 62.1-2004)
야드·파운드법SI 단위분류예시
0.06 cfm/ft²공기 오염이 일반적인 공간 또는 사무 환경과 유사한 공간회의실, 로비
0.12 cfm/ft²공기 오염이 사무 환경보다 현저히 높은 공간교실, 미술관
0.18 cfm/ft²공간 오염이 이전 범주보다 더 높은 공간실험실, 미술실
0.30 cfm/ft²1.5L/s/m2오염 물질이 배출되는 스포츠 또는 오락 관련 특정 공간스포츠 시설, 오락 시설
0.48 cfm/ft²2.4L/s/m2화학 물질 농도가 높은 실내 수영 공간실내 수영장


5. 환기의 영향 및 대책

실내 공기는 천장 환기, 창문 환기, 바닥 환기, 변위 환기 등 여러 가지 방법으로 공급 및 배출될 수 있다. 또한, 다양한 방식으로 와류를 발생시켜 실내 공기를 순환시킬 수 있다.

환기율 절차는 표준에 기반한 속도로, 공간에 공급되어야 하는 환기 공기의 속도와 공기 조건을 위한 다양한 방법을 규정한다.[14] 공기 질은 이산화탄소(CO2) 측정을 통해 평가되며, 환기율은 상수를 사용하여 수학적으로 도출된다.

실내 공기질 절차는 실내 공기 중 특정 오염 물질의 허용 농도를 지정하기 위한 하나 이상의 지침을 사용하지만, 환기율이나 공기 처리 방법을 규정하지는 않는다. 이 절차는 정량적 및 주관적 평가를 모두 다루며 환기율 절차를 기반으로 한다. 또한 측정 한계가 없거나 한계가 설정되지 않은 잠재적 오염 물질(예: 카펫과 가구에서 방출되는 포름알데히드)도 고려한다.

건물과 구조물의 기계 환기는 다음과 같은 기술을 사용하여 달성할 수 있다.


  • 전 건물 환기
  • 혼합 환기
  • 변위 환기
  • 전용 지상 공기 공급


수요제어 환기(DCV)는 에너지를 절약하면서 공기 질을 유지할 수 있도록 한다.[27][28] ASHRAE는 "수요 제어를 사용하여 점유율이 낮은 기간 동안 총 외기 공급량을 줄이는 것이 환기율 절차와 일치한다"고 판단했다.[29] DCV 시스템에서는 CO2 센서가 환기량을 제어한다.[30][31] 최대 점유 시 CO2 수준이 상승하면 시스템이 환기율 절차에서 사용되는 것과 같은 양의 외기를 공급하도록 조정된다.[32] 그러나 공간의 점유율이 낮으면 CO2 수준이 감소하고 시스템은 에너지를 절약하기 위해 환기를 줄인다. DCV는 잘 확립된 관행이며,[33] ASHRAE 90.1과 같은 건물 에너지 표준에 따라 점유율이 높은 공간에 필수적이다.[34]

개인 맞춤형 환기는 개인이 받는 환기량을 조절할 수 있도록 하는 공기 분배 전략이다. 이 방법은 신선한 공기를 호흡 영역으로 더 직접적으로 전달하여 흡입하는 공기의 질을 개선하는 것을 목표로 한다. 개인 맞춤형 환기는 기존의 혼합 환기 시스템보다 훨씬 높은 환기 효율을 제공하며, 훨씬 적은 공기량으로 호흡 영역에서 오염 물질을 배출한다. 공기 질 개선 효과 외에도, 이 전략은 거주자의 열적 쾌적성, 인지되는 공기 질, 그리고 실내 환경에 대한 전반적인 만족도를 향상시킬 수 있다. 사람들의 온도 및 공기 흐름에 대한 선호도는 동일하지 않으므로, 균일한 환경 제어에 대한 기존의 접근 방식은 높은 거주자 만족도를 달성하는 데 실패했다. 개인 맞춤형 환기와 같은 기술은 더욱 다양한 열 환경의 제어를 용이하게 하여 대부분의 거주자의 열적 만족도를 향상시킬 수 있다.

스마트 환기는 시간에 따라, 그리고 선택적으로 위치에 따라 환기 시스템을 지속적으로 조정하여 원하는 실내 공기질(IAQ) 이점을 제공하는 동시에 에너지 소비, 유틸리티 비용 및 기타 IAQ 이외의 비용(열 불쾌감이나 소음 등)을 최소화하는 과정이다.

스마트 환기 시스템은 건물 내 시간 또는 위치에 따라 환기 속도를 조정하여 점유율, 외부 열 및 공기질 조건, 전력망 요구 사항, 오염 물질의 직접 감지, 기타 공기 이동 및 공기 청정 시스템의 작동 등 하나 이상에 반응한다. 또한 건물 소유주, 거주자 및 관리자에게 운영 에너지 소비량과 실내 공기질에 대한 정보를 제공하고, 시스템 유지보수 또는 수리가 필요한 시점을 알리는 신호를 제공할 수 있다.

점유율에 반응한다는 것은 스마트 환기 시스템이 건물이 비어있을 경우 환기를 줄이는 등 수요에 따라 환기를 조정할 수 있음을 의미한다. 스마트 환기는 a) 실내외 온도 차이가 작을 때(그리고 최고 외부 온도와 습도를 피할 때), b) 실내외 온도가 환기 냉각에 적합할 때, c) 외부 공기질이 허용될 때 환기를 시간대별로 조정할 수 있다. 전력망 요구 사항에 반응한다는 것은 전력 수요(유틸리티의 직접 신호 포함)에 대한 유연성을 제공하고 전력망 제어 전략과 통합한다는 것을 의미한다.

스마트 환기 시스템에는 시스템 고장을 감지하고 수리할 수 있도록 기류, 시스템 압력 또는 팬 에너지 사용량을 감지하는 센서가 있으며, 필터 교체와 같이 시스템 구성 요소의 유지보수가 필요한 시점도 감지할 수 있다.[36]

연소(벽난로, 가스히터, 촛불, 등유램프 등)는 이산화탄소와 기타 유해한 가스와 연기를 생성하는 동안 산소를 소모하므로 환기 공기가 필요하다. 개방된 굴뚝은 부력이 있는 따뜻한 공기가 굴뚝을 통해 빠져나감으로써 유도되는 음압 변화 때문에 침입(자연 환기)을 촉진한다. 따뜻한 공기는 일반적으로 더 무겁고 차가운 공기로 대체된다.

건축물의 환기는 호흡, 연소 및 조리 과정에서 발생하는 수증기를 제거하고 냄새를 제거하는 데에도 필요하다. 수증기가 축적되도록 방치하면 구조물, 단열재 또는 마감재가 손상될 수 있다. 에어컨은 작동 중에 일반적으로 공기 중의 과도한 수분을 제거하며, 제습기를 사용하는 것도 적절할 수 있다.

19세기 중반, 공기를 순환시키는 기계 장비를 사용하는 보다 정교한 시스템이 개발되었다. 1700년대 중반, 스티븐 헤일스(Stephen Hales) 엔지니어가 풀무의 기본 시스템을 설치하여 뉴게이트 감옥과 주변 건물을 환기시켰다. 이러한 초기 장치의 문제점은 작동하는 데 지속적인 인력이 필요하다는 것이었다. 1834년 화재로 기존 의사당이 소실된 후, 하원의 새로운 건축 설계에 대한 의회 위원회에 증언하기 위해 데이비드 보스웰 리드가 소환되었다.[41] 1840년 1월, 리드는 의회 건물 대체 건설을 다루는 상원 위원회에 임명되었다.[42] 사실상 환기 엔지니어 자격으로 임명되었고, 이 직책의 신설과 함께 리드와 건축가 찰스 배리 사이에 오랜 분쟁이 시작되었다.

리드는 새로운 의사당에 매우 발전된 환기 시스템 설치를 주장했다. 그의 설계는 지하실로 공기를 끌어들여 가열 또는 냉각하고, 바닥에 뚫린 수천 개의 작은 구멍을 통해 의사당으로 상승시킨 후, 거대한 굴뚝 안에 있는 특수 환기용 화재를 통해 천장으로 배출하는 것이었다.[43]

리드의 명성은 웨스트민스터에서의 그의 업적으로 만들어졌다. 그는 1837년 리즈 앤드 셀비 철도에서 터널의 대기질 조사를 의뢰받았다.[44] 1841년 나이저 원정을 위해 건조된 증기선에는 리드의 웨스트민스터 모델을 기반으로 한 환기 시스템이 장착되었다.[45] 공기는 건조되고, 여과되었으며, 숯 위로 통과되었다.[46][47] 리드의 환기 방식은 리버풀 세인트 조지 홀에도 더욱 완벽하게 적용되었는데, 건축가 하비 론스데일 엘름스가 리드를 환기 설계에 참여시켜 달라고 요청했기 때문이다.[48] 리드는 이 건물이 자신의 시스템이 완벽하게 시행된 유일한 건물이라고 생각했다.[49]

  • 덥고 습한 기후에서는 냉난방되지 않은 환기 공기가 매일 1시간당 입방미터(m3/h)당 약 260밀리리터의 물(또는 매일 1분당 입방피트의 외부 공기당 하루에 1파운드의 물)을 제공할 수 있다. 이는 연평균 값으로, 상당한 양의 수분이며 심각한 실내 습기 및 곰팡이 문제를 야기할 수 있다. 예를 들어, 150m2 건물에 180m3/h의 공기 흐름이 있다면, 하루에 약 47리터의 물이 축적될 수 있다.
  • 환기 효율은 설계 및 배치에 따라 결정되며, 디퓨저와 환기구의 배치 및 근접성에 따라 달라진다. 이들이 서로 가까이 위치해 있다면, 공급 공기가 오염된 공기와 섞여 HVAC 시스템의 효율이 저하되고 공기 질 문제가 발생할 수 있다.
  • 시스템 불균형은 HVAC 시스템의 구성 요소가 부적절하게 조정되거나 설치될 때 발생하며, 압력 차이(과도한 공기 순환으로 인한 통풍 또는 과소한 공기 순환으로 인한 정체)를 초래할 수 있다.
  • 교차 오염은 압력 차이가 발생하여 오염될 가능성이 있는 공기가 한 구역에서 오염되지 않은 구역으로 이동할 때 발생하며, 종종 원치 않는 냄새나 휘발성 유기 화합물(VOCs)을 포함한다.
  • 배기 공기의 재유입은 배기구와 신선한 공기 흡입구가 너무 가까이 있거나, 우세한 바람이 배기 패턴을 변경하거나, 흡입구와 배기 공기 흐름 사이에 침투가 발생할 때 발생한다.
  • 오염된 외부 공기가 흡입 흐름을 통해 유입되면 실내 공기 오염이 발생한다. 산업 폐수부터 인근 건설 작업으로 인해 발생하는 휘발성 유기 화합물(VOCs)에 이르기까지 다양한 오염된 공기 원이 있다.[64] 최근 연구에 따르면 외부 공기 여과 장치가 없는 환기 시스템을 갖춘 유럽 도시 건물에서는 실외에서 유래한 실내 오염 물질에 대한 노출로 인해 실내에서 배출되는 오염 물질에 대한 노출보다 장애 조정 생존 연수(DALYs)가 더 많았다.[65]


오염원이 건물 내부에 있는 경우, 오염 물질의 농도는 증가할 수는 있어도 감소하지 않으므로, 상황이 허락한다면 상시 환기(24시간 환기)가 가장 효과적이다.[85] 옥외의 대기오염이나 기온 등에 따라 상시 환기가 어려운 경우에는 정기적으로 환기를 실시하게 되는데, 그 기준으로 공기질을 측정하는 센서가 사용되는 경우가 있다.[86][87]

5. 1. 영향

정성들여 조절한 실내 공기를 내보내고 외부 공기를 들여오기 때문에 냉난방 비용이 증가한다.[88]

화전


환기는 실내 공기를 배출하고, 외부 공기를 유입하는 행위이다. 따라서 외부 공기가 오염된 상태에서 환기를 하면, 오염된 공기를 실내로 유입하는 것을 의미한다. 특히 대한민국은 미세먼지, 황사 문제가 심각하여 주의를 요한다.

코로나19에 대한 효과적인 대책으로 환기가 거론되지만, 화전으로 인해 연기로 외부 공기가 오염되어 환기가 방해되는 문제가 발생하고 있다.[89][90][91][92]

5. 2. 대책

실내 공기질 개선을 위한 환기량 조절 및 에너지 손실 최소화 방법은 다음과 같다.

  • 환기량 적정화: 이산화탄소(CO₂) 농도를 지속적으로 감시하여 실내 공기질을 평가하고, 필요 충분한 환기량으로 제한한다.[88] 이를 통해 불필요한 에너지 낭비를 줄일 수 있다.

  • 열 교환 환기: 실내에서 배출되는 공기의 열을 회수하여 외부에서 유입되는 신선한 공기를 데우는 데 사용한다. 이를 통해 환기로 인한 열 손실을 최소화하고 에너지 효율을 높인다. 단, 열교환기에 곰팡이와 먼지가 쌓이지 않도록 주의해야 한다.[99]

6. 환기와 관련된 질병

자연 환기는 결핵, 감기, 인플루엔자, 수막염, 코로나19와 같은 공기 매개 질병의 확산을 줄이는 데 중요한 요소이다.[18] 문과 창문을 여는 것은 자연 환기를 극대화하는 좋은 방법이며, 이는 비용이 많이 들고 유지 관리가 필요한 기계 시스템보다 공기 매개 전염 위험을 훨씬 낮춘다. 높은 천장과 큰 창문이 있는 구식 진료 공간이 가장 큰 보호 기능을 제공한다. 자연 환기는 비용이 거의 들지 않고 유지 관리가 필요 없으며, 결핵과 시설 내 결핵 전파의 부담이 가장 큰 자원이 제한적인 환경과 열대 기후에 특히 적합하다. 호흡기 격리가 어렵고 기후가 허용되는 환경에서는 공기 매개 전염 위험을 줄이기 위해 창문과 문을 열어야 한다. 자연 환기는 유지 관리가 거의 필요 없고 저렴하다.[19]

7. 역사

환기 시스템의 역사는 오래되었으며, 특히 초기 구리 제련소와 같이 산업 시설에서 그 중요성이 두드러졌다. 세르비아 플로치닉(Pločnik)의 빈차 문화 유적에서는 원시적인 환기 시스템이 발견되었는데, 이는 작업장 외부에 설치된 용광로에 수백 개의 작은 구멍이 있는 흙 파이프 모양의 통풍구와 원형 연돌을 통해 공기를 유입하고 연기를 배출하는 방식이었다.[39]

고전 시대에는 지중해 지역에서 수동 환기 및 수동 냉방 시스템이 널리 연구되었다. 열원과 냉각원(분수, 지하 열 저장소 등)을 이용하여 공기 순환을 유도했으며, 건물은 기후와 기능에 맞게 통풍을 조절했다. 공중 목욕탕은 난방과 냉방이 정교했고, 얼음 저장고는 고대부터 잘 발달된 얼음 산업의 일부였다.

18세기 후반에는 미아스마 질병 이론이 유행하면서 강제 환기가 발전했다. 이 이론은 정체된 '공기'가 질병을 퍼뜨린다고 보았다. 초기에는 통풍구 근처에 불을 피워 공기를 순환시키는 방식이 사용되었다. 영국의 기술자 존 테오필루스 데사굴리에는 하원 지붕에 환기용 불을 설치한 초기 사례를 보여주었다. 코벤트 가든 극장을 시작으로 천장의 가스 연소 샹들리에는 환기 역할을 하도록 설계되었다.

19세기 중반에는 기계 장비를 이용한 정교한 환기 시스템이 개발되었다. 1700년대 중반 스티븐 헤일스(Stephen Hales)는 풀무를 이용하여 뉴게이트 감옥 등을 환기시켰지만, 지속적인 인력이 필요했다. 1834년 화재로 의사당이 소실된 후, 데이비드 보스웰 리드는 하원의 새로운 건축 설계에 대한 의회 위원회에 증언을 하였다.[41] 1840년 1월, 리드는 의회 건물 대체 건설을 다루는 상원 위원회에서 사실상 환기 엔지니어로 임명되었고, 건축가 찰스 배리와 오랜 분쟁을 시작하였다.

리드는 새로운 의사당에 발전된 환기 시스템 설치를 주장했다. 그의 설계는 지하실에서 공기를 가열 또는 냉각하고, 바닥의 수천 개 구멍을 통해 의사당으로 상승시켜 굴뚝 안의 환기용 불을 통해 배출하는 방식이었다.[43]

리드는 웨스트민스터에서의 업적으로 명성을 얻었다. 그는 1837년 리즈 앤드 셀비 철도 터널의 대기질 조사를 의뢰받았고,[44] 1841년 나이저 원정을 위해 건조된 증기선에는 그의 환기 시스템이 장착되었다.[45] 공기는 건조, 여과되었으며 숯 위로 통과되었다.[46][47] 그의 환기 방식은 리버풀 세인트 조지 홀에도 적용되었는데, 건축가 하비 론스데일 엘름스가 그를 환기 설계에 참여시켰기 때문이다.[48] 리드는 이 건물이 자신의 시스템이 완벽하게 시행된 유일한 건물이라고 생각했다.[49]

공간을 신선한 공기로 환기하는 것은 "오염된 공기"를 피하기 위함이다. 17세기 과학자 메이오(Mayow)는 밀폐된 병 속 동물의 질식을 연구했고,[51] 18세기 후반 라부아지에(Lavoisier)는 공기 중 유독 성분을 이산화탄소(CO2)로 확인했다. 초기 가설에는 과도한 농도의 CO2와 산소 고갈이 포함되었으나, 19세기 후반에는 생물학적 오염이 실내 공기의 주요 문제 성분으로 여겨졌다. 그러나 1872년 초, CO2 농도가 인지되는 공기 질과 밀접하게 관련되어 있다는 점이 지적되었다.

최소 환기량에 대한 최초의 추정은 1836년 트레드골드(Tredgold)에 의해 개발되었다.[52] 이후 1886년 빌링스(Billings)[53]와 1905년 플루게(Flugge)에 의해 연구가 진행되었다. 빌링스와 플루게의 권장 사항은 1900년대부터 1920년대까지 건축 법규에 통합되었고, 1914년 ASHVE(ASHRAE의 전신)에 의해 업계 표준으로 발표되었다.[51]

열쾌적성, 산소, 이산화탄소 및 생물학적 오염 물질의 영향에 대한 연구는 계속되었다. 1909년과 1911년 사이의 연구는 이산화탄소가 문제가 아님을 보여주었다. 실험실이 서늘하면 피험자들은 높은 CO2 농도에서도 만족했다.[51] (이후 CO2는 50,000ppm 초과 농도에서 유해한 것으로 밝혀졌다.[54])

1935년 렘버그(Lemberg), 브란트(Brandt), 모스(Morse)의 연구는 "오염된 공기"의 주요 성분이 냄새임을 시사했다.[55] 1936년 야글루(Yaglou), 라일리(Riley), 코긴스(Coggins)는 냄새, 실내 용적, 거주자 연령, 냉각 장비, 재순환 공기의 영향을 고려하여 환기율 연구를 종합했고,[56] 이는 1946년 ASA 코드를 시작으로 업계 표준으로 채택되었다. ASHRAE는 공간별 권장 사항을 개발하여 ASHRAE 표준 62-1975를 발표했다.

1973년 1973년 석유 위기와 에너지 절약 문제로 ASHRAE 표준 62-73 및 62-81은 필요 환기를 줄였다. 그러나 팡거(Fanger)[58], W. 케인(Cain), 얀센(Janssen)의 후속 연구는 야글루 모델을 검증했다. 환기율 감소는 병든 건물 증후군의 원인 중 하나로 밝혀졌다.[59]

1989년 ASHRAE 표준(표준 62–89)은 사무실 건물 1인당 20 CFM(9.2 L/s), 학교 1인당 15 CFM(7.1 L/s)의 환기 지침을 명시했지만, 2004년 표준 62.1-2004는 더 낮은 권장 사항을 제시했다. ANSI/ASHRAE(표준 62–89)는 "환기율을 1,000ppm CO2를 초과하지 않도록 설정하면 '쾌적함(냄새) 기준'을 충족할 가능성이 높다"[60]고 추측했지만, OSHA는 8시간 동안 5000ppm의 한계를 설정했다.[61]

역사적 환기율
저자 또는 출처연도환기율(영국 단위)환기율(국제단위계)근거 또는 이유
트레드골드18361인당 4 CFM1인당 2 L/s기본적인 신진대사 요구량, 호흡률 및 촛불 연소
빌링스18951인당 30 CFM1인당 15 L/s실내 공기 위생, 질병 확산 방지
플루게19051인당 30 CFM1인당 15 L/s과도한 온도 또는 불쾌한 냄새
ASHVE19141인당 30 CFM1인당 15 L/s빌링스, 플루게 및 동시대인을 기반으로 함
초기 미국 코드19251인당 30 CFM1인당 15 L/s위와 같음
야글루19361인당 15 CFM1인당 7.5 L/s냄새 제어, 총 공기량의 일부로서의 외부 공기
ASA19461인당 15 CFM1인당 7.5 L/s야글루와 동시대인을 기반으로 함
ASHRAE19751인당 15 CFM1인당 7.5 L/s위와 같음
ASHRAE19811인당 10 CFM1인당 5 L/s비흡연 구역의 경우 감소됨.
ASHRAE19891인당 15 CFM1인당 7.5 L/s팡거, W. 케인, 얀센을 기반으로 함



ASHRAE는 공간별 환기율 권장 사항을 발표하고 있다. ASHRAE 표준 62-1975의 현대적 후속 표준은 비거주 공간에 대한 ASHRAE 표준 62.1과 주거용 공간에 대한 ASHRAE 62.2이다.

2004년에는 거주자 기반 오염 성분과 면적 기반 오염 성분을 모두 포함하도록 계산 방법이 개정되었다.[62]

거주자 기반 환기율[62]
영국 단위국제단위계범주예시
0 cfm/person0 L/s/person환기 요구 사항이 주로 거주자가 아닌 건물 요소와 관련된 공간창고, 물류창고
5 cfm/person2.5 L/s/person낮은 수준의 활동에 종사하는 성인이 거주하는 공간사무 공간
7.5 cfm/person3.5 L/s/person거주자가 더 높은 수준의 활동에 종사하지만 격렬하지 않거나 더 많은 오염 물질을 생성하는 활동을 하는 공간소매 공간, 로비
10 cfm/person5 L/s/person거주자가 더 격렬한 활동에 종사하지만 운동은 아니거나 더 많은 오염 물질을 생성하는 활동을 하는 공간교실, 학교 환경
20 cfm/person10 L/s/person거주자가 운동을 하거나 많은 오염 물질을 생성하는 활동을 하는 공간댄스 플로어, 체육관



면적 기반 환기율[62]
영국 단위국제단위계범주예시
0.06 cfm/ft20.30 L/s/m2공간 오염이 일반적이거나 사무 환경과 유사한 공간회의실, 로비
0.12 cfm/ft20.60 L/s/m2공간 오염이 사무 환경보다 훨씬 높은 공간교실, 박물관
0.18 cfm/ft20.90 L/s/m2공간 오염이 이전 범주보다 더 높은 공간실험실, 미술 교실
0.30 cfm/ft21.5 L/s/m2오염 물질이 방출되는 스포츠 또는 엔터테인먼트의 특정 공간스포츠, 엔터테인먼트
0.48 cfm/ft22.4 L/s/m2화학 물질 농도가 높은 실내 수영장에 예약됨실내 수영장


8. 대한민국의 법적 규제

대한민국의 환기 관련 법적 규제는 다음과 같다.


  • 건축기준법: 환기 설비 설치 기준 등을 규정하고 있다.
  • 건축물의 위생적인 환경의 확보에 관한 법률: 실내 환경 기준(CO₂ 농도 등)이 정해져 있다.
  • 소방법: 배연 설비, 위험물 취급 장소 등의 환기에 대해 규정하고 있다.
  • 다중이용시설 등의 실내공기질관리법: 다중이용시설의 실내 공기 질 유지 기준 및 권고 기준을 규정하고 있다.

9. 추가 정보

환기와 관련된 연구는 17세기 과학자 메이오(Mayow)가 밀폐된 병 속 동물의 질식을 연구했던 시기까지 거슬러 올라간다.[51] 1836년 트레드골드(Tredgold)는 최초로 최소 환기량을 추정하였고,[52] 이후 빌링스(Billings)[53]와 플루게(Flugge)가 1905년에 이 주제를 연구했다. 이들의 권장 사항은 1900년대부터 1920년대까지 건축 법규에 통합되었으며, 1914년 ASHVE(ASHRAE의 전신 ASHRAE)에 의해 업계 표준으로 발표되었다.[51]

열쾌적성, 산소, 이산화탄소 및 생물학적 오염 물질의 영향에 대한 연구는 계속되었다. 1936년 야글루(Yaglou)의 인체 실험실 연구는 냄새, 실내 용적, 거주자 연령, 냉각 장비, 재순환 공기의 영향을 고려하여 환기율을 안내하는 역할을 했다.[56] 야글루 연구는 검증되었고 1946년 ASA 코드를 시작으로 업계 표준으로 채택되었다.

1973년 석유 위기와 에너지 절약에 대한 우려에 따라 1973년 ASHRAE 표준 62-73 및 62-81은 필요 환기를 줄였다. 그러나 환기율 감소는 병든 건물 증후군의 원인 중 하나로 밝혀졌다.[59]

1989년 ASHRAE 표준(표준 62–89)은 사무실 건물과 학교에 대한 환기 지침을 명시했다.[60] 2004년에는 계산 방법이 개정되어 거주자 기반 오염 성분과 면적 기반 오염 성분을 모두 포함하게 되었다.[62]

ASHRAE는 공간별 환기율 권장 사항을 계속 발표하고 있으며, 현대적 표준은 비거주 공간에 대한 ASHRAE 표준 62.1과 주거용 공간에 대한 ASHRAE 62.2이다.

역사적 환기율
저자 또는 출처연도환기율(영국 단위)환기율(국제단위계)근거 또는 이유
트레드골드18361인당 4 CFM1인당 2 L/s기본적인 신진대사 요구량, 호흡률 및 촛불 연소
빌링스18951인당 30 CFM1인당 15 L/s실내 공기 위생, 질병 확산 방지
플루게19051인당 30 CFM1인당 15 L/s과도한 온도 또는 불쾌한 냄새
ASHVE19141인당 30 CFM1인당 15 L/s빌링스, 플루게 및 동시대인을 기반으로 함
초기 미국 코드19251인당 30 CFM1인당 15 L/s위와 같음
야글루19361인당 15 CFM1인당 7.5 L/s냄새 제어, 총 공기량의 일부로서의 외부 공기
ASA19461인당 15 CFM1인당 7.5 L/s야글루와 동시대인을 기반으로 함
ASHRAE19751인당 15 CFM1인당 7.5 L/s위와 같음
ASHRAE19811인당 10 CFM1인당 5 L/s비흡연 구역의 경우 감소됨.
ASHRAE19891인당 15 CFM1인당 7.5 L/s팡거, W. 케인, 얀센을 기반으로 함



거주자 기반 환기율,[62] ANSI/ASHRAE 표준 62.1-2004
영국 단위국제단위계범주예시
0 cfm/person0 L/s/person환기 요구 사항이 주로 거주자가 아닌 건물 요소와 관련된 공간창고, 물류창고
5 cfm/person2.5 L/s/person낮은 수준의 활동에 종사하는 성인이 거주하는 공간사무 공간
7.5 cfm/person3.5 L/s/person거주자가 더 높은 수준의 활동에 종사하지만 격렬하지 않거나 더 많은 오염 물질을 생성하는 활동을 하는 공간소매 공간, 로비
10 cfm/person5 L/s/person거주자가 더 격렬한 활동에 종사하지만 운동은 아니거나 더 많은 오염 물질을 생성하는 활동을 하는 공간교실, 학교 환경
20 cfm/person10 L/s/person거주자가 운동을 하거나 많은 오염 물질을 생성하는 활동을 하는 공간댄스 플로어, 체육관



면적 기반 환기율,[62] ANSI/ASHRAE 표준 62.1-2004
영국 단위국제단위계범주예시
0.06 cfm/ft20.30 L/s/m2공간 오염이 일반적이거나 사무 환경과 유사한 공간회의실, 로비
0.12 cfm/ft20.60 L/s/m2공간 오염이 사무 환경보다 훨씬 높은 공간교실, 박물관
0.18 cfm/ft20.90 L/s/m2공간 오염이 이전 범주보다 더 높은 공간실험실, 미술 교실
0.30 cfm/ft21.5 L/s/m2오염 물질이 방출되는 스포츠 또는 엔터테인먼트의 특정 공간스포츠, 엔터테인먼트
0.48 cfm/ft22.4 L/s/m2화학 물질 농도가 높은 실내 수영장에 예약됨실내 수영장


관련 연구 기관 및 단체:

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