KR102382704B1

KR102382704B1 - 실내 공간에서의 기류 최적화 구조를 가지는 급배기 시스템 및 급배기 방법

Info

Publication number: KR102382704B1
Application number: KR1020210174521A
Authority: KR
Inventors: 장춘만; 이상문; 손성완
Original assignee: 한국건설기술연구원
Priority date: 2021-12-08
Filing date: 2021-12-08
Publication date: 2022-04-08

Abstract

본 발명은 실내의 천정에는 급기 디퓨저를 설치하여 천정에서부터 실내에 공기를 급기함과 동시에, 실내의 벽체에서 바닥면에 근접한 하단 즉, 벽체 하단에는 배기 모듈(배기흡입장치)을 배치하여 실내의 바닥 바닥부분의 공기를 흡입 배기하며, 급기 디퓨저에는 형상기억합금을 이용한 바이메탈 방식에 의해 제어되는 댐퍼를 설치하여 실내온도와 연동하여 댐퍼에 의해 급기 디퓨저를 통한 급기 공기량을 제어함으로써, 학교 교실과 같은 실내 공간에서 기류가 바닥면까지 고르게 분포되도록 기류의 최적화를 이루어서 실내 냉난방의 효율적인 공급, 미세먼지 저감시간 단축, 및 감염병의 실내 확산 방지의 효과를 달성할 수 있는 "실내 공간에서의 기류 최적화 구조를 가지는 급배기 시스템 및 급배기 방법"에 관한 것이다.

Description

실내 공간에서의 기류 최적화 구조를 가지는 급배기 시스템 및 급배기 방법{Air duct system and method for clean air conditioning and ventilation in rooms}

본 발명은 실내 공간에 외부의 공기를 급기하고 실내 공간에 존재하는 공기를 외부로 배기하는 급배기 시스템 및 급배기 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 실내의 천정에는 급기 디퓨저를 설치하여 천정에서부터 실내에 공기를 급기하는 것과 동시에, 실내의 벽체에서 바닥면에 근접한 하단 즉, 벽체 하단에는 배기 모듈(배기흡입장치)을 배치하여 실내의 바닥부분에서 공기를 흡입하여 배기하며, 급기 디퓨저에는 형상기억합금을 이용한 바이메탈 방식에 의해 제어되는 댐퍼를 설치하여 실내온도와 연동하여 댐퍼에 의해 급기 디퓨저를 통한 급기 공기량 및 급기 공기 방향을 제어함으로써, 학교 교실과 같은 실내 공간에서 기류가 바닥면까지 고르게 분포되도록 기류의 최적화를 이루어서 실내 냉난방의 효율적인 공급, 미세먼지 저감시간 단축, 및 감염병의 실내 확산 방지의 효과를 달성할 수 있는 "실내 공간에서의 기류 최적화 구조를 가지는 급배기 시스템 및 급배기 방법"에 관한 것이다.

학교 교실, 공공건물의 각종 실내 등과 같이 다수의 인원이 집단으로 생활하는 실내 공간에서는 미세먼지를 제거한 공기를 공급하기 위한 공기정청 뿐만 아니라. 실내외 공기 순환에 의한 환기도 매우 중요하다. 특히, 초중고 및 유치원을 포함한 학교의 교실 내부에 존재하는 미세먼지는 학생들의 건강에 큰 영향을 미치며 특히 저학년 학생일수록 미세먼지가 미치는 건강에 대한 영향은 더 커진다.

대한민국 등록특허 제10-1872225호를 포함한 종래의 기술에서는 미세먼지 제거를 위한 고성능 필터가 탑재된 공조를 통해서 청정한 공기를 실내에 공급하는 방식으로 대응하였으나, 실내에서의 효과적인 공기 흐름 즉, 기류 최적화에 대한 고려가 부족하여, 지금까지는 만족할만한 실내 공기질의 개선 효과를 발휘하고 있지 못한 실정이다.

도 1에는 종래 기술에 따른 실내 공간에 대한 급배기 시스템의 구성을 보여주는 개략적인 투시 사시도가 도시되어 있다. 도 2에는 도 1에 도시된 종래의 급배기 시스템에서 형성되는 실내 기류의 형태를 보여주는 개략적인 투시 사시도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 2에 도시된 상태에 대한 개략적인 측면도가 도시되어 있다. 도 2 및 도 3에서 다양한 색으로 표시된 선(線)은 실내 기류의 흐름을 나타내며, 각각의 선(線)에 부여된 색은 청색에서 붉은 색으로 갈수록 실내 기류의 속도가 높아지는 것을 나타낸다. 도 1 내지 도 3에서 부재번호 10은 공기를 실내로 공급하기 위한 급기 덕트(10)이고, 부재번호 20은 실내 공기를 배기하기 위한 배기 덕트(20)이다. 그리고 부재번호 1은 급기 덕트(10)와 연결되어 있어서 급기 덕트(10)를 통해서 공급되는 공기를 실내로 토출시키는 급기 디퓨저(1)이고, 부재번호 2는 배기 덕트(20)와 연결되어 있으며 실내 공기가 흡입되는 배기 모듈(2)이다. 도 1 내지 도 3에서 굵은 화살표로 표시된 것은 공기의 흐름을 나타낸다.

도면에 예시된 것처럼 실내 공조를 위한 종래 기술에서는 중앙공급방식의 공조기로부터 청정공기를 교실 내부에 공급하고 실내 공기를 외부로 배기하되, 급기 디퓨저(1)와 배기 모듈(2)의 전부를 실내의 천정에 부착 설치하였다. 이와 같이 종래 기술에서는 급기 디퓨저와 배기 모듈이 모두 천정에 설치되어 있으므로, 급기 디퓨저(1)에 의하여 공급된 기류는 배기 모듈(2)의 흡입력으로 인하여 매우 큰 속도로 천정면을 따라 이동하게 되고, 그에 따라 공급된 기류의 대부분은 실내의 바닥까지 도달하지 못하고 배기 모듈(2)을 통해서 흡입되어 외부로 배출되는 문제가 있다. 도 3에서 화살표 A1과 B1은 각각 천정면을 따라 기류가 흐르는 것을 나타낸다.

특히 겨울과 같이 실내에 난방공기를 공급하는 경우에는, 따뜻한 난방공기와 실내에 존재하던 차가운 공기 간의 밀도차로 인하여 공기의 상부 부상이 커지며, 그에 따라 난방공기가 실내의 바닥까지 이르지 못하게 되어 실내의 바닥에서는 온기를 느낄 수 없는 문제점이 발생한다.

또한 최근 유행하고 있는 코로나 19를 비롯한 감염병으로부터 학생간의 교차 감염을 줄이기 위해서는, 학교 교실 실내에 급배기 시스템을 구축함에 있어서 학생들의 호흡선 위치에서의 수평기류는 최대한 줄이고 수직기류가 만들어지도록 구성할 필요가 있으나, 종래 기술에서는 이러한 점에 대한 대응을 전혀 고려하고 있지 못하다는 한계가 있다. 특히, 학교 교실에 위와 같은 종래 기술이 적용되었을 경우에는 바닥면으로부터 약 1~1.5m 높이 근방에서 수평방향으로 흐르는 기류가 많이 발생되는데, 이 높이는 초등학교 학생들의 호흡선 높이에 해당하게 되므로 만일 코로나 19 등과 같은 호흡기 전염성이 높은 병에 감염된 학생이 실내에 있는 경우에는 호흡에 의한 공기전염으로 이웃한 학생에게 감염이 전파될 우려가 매우 커지게 된다.

또한 종래 기술에서는 위와 같이 편향된 실내 기류가 만들어지고, 그로 인하여 학생활동이 많은 학교 교실 등에서는 미세먼지와 이산화탄소와 같은 유해물질을 외부로 배출하여 저감시킬 때까지 소요되는 시간이 장기화되는 문제점도 가지고 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1872225호(2018. 06. 29. 공고).

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 한계를 극복하기 위하여 개발된 것인데, 구체적으로는 학교 교실과 같은 실내 공간의 급배기 시스템으로서, 실내 공간에서 급기와 배기 사이에서 최적화된 상태로 기류가 형성되게 함으로써, 기류가 바닥면까지 고르게 분포되도록 하여 겨울철에는 실내의 바닥에서도 난방기류를 통해 충분한 온기를 느낄 수 있고, 학교 교실의 경우에는 학생들의 호흡선 위치에서 수평기류 대신에 수직기류가 만들어져서 코로나 19 등과 같은 호흡기 감염병의 전파 위험을 크게 낮추게 되며, 학교 교실 등에서는 미세먼지와 이산화탄소와 같은 유해물질을 외부로 신속하게 배출할 수 있어서 유해물질 저감에 소요되는 시간을 경감시켜서 쾌적한 실내 환경을 이룰 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 급기 덕트에 연결되어 급기 덕트를 통해서 공급되는 공기를 실내 공간으로 토출시키는 급기 디퓨저와, 공기를 실외로 배출시키는 배기 덕트와 연결되어 있고 실내 공기가 흡입되는 배기 모듈을 포함하는 실내 공간에 대한 급배기 시스템으로서, 급기 디퓨저는 실내 공간의 천정면에 설치되고; 배기 모듈은 실내 공간의 벽체에서 실내 공간의 바닥면에 근접한 위치에 해당하는 벽체의 하단에 설치되어서; 급기 디퓨저에서 공급되는 기류는 실내 공간의 바닥면까지 이어지는 형태로 흘러가서 배기 모듈로 흡입되는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 급배기 시스템이 제공된다.

또한 본 발명에서는 급기 덕트에 연결된 급기 디퓨저를 실내 공간의 천정면에 설치하고; 배기 덕트와 연결된 배기 모듈은 실내 공간의 벽체에서 실내 공간의 바닥면에 근접한 위치에 해당하는 벽체의 하단에 설치하여; 급기 덕트를 통해서 외부의 공기를 급기 디퓨저로 공급하고, 급기 디퓨저에 의해 실내 공간으로 토출시켜서, 급기 디퓨저에서 공급되는 기류가 실내 공간의 바닥면까지 이어지는 형태로 흘러가게 하여, 배기 모듈로 유입되게 하고, 배기 모듈로 유입된 실내 공기는 배기 덕트를 통해서 실외로 배출시키는 것을 특징으로 하는 실내 공간에 대한 급배기 방법이 제공된다.

이러한 본 발명에 있어서, 급기 디퓨저는 복수개가 열을 이루면서 일렬로 배열되어 있으며; 배기 모듈이 설치되는 실내 공간의 벽체는, 급기 디퓨저가 배치된 열에 대하여 각도를 가지면서 위치하는 양측 벽체인 구성을 가질 수 있으며, 배기 모듈은 실내 공기가 유입되어 흐를 수 있도록 속이 비어 있어서 중공을 가지면서 수평하게 벽체의 폭방향으로 길게 연장된 부재로 이루어지며; 배기 모듈의 단부는 배기 덕트와 연결되고; 길게 연장된 배기 모듈에는 실내 공기가 중공으로 유입되도록 하는 복수개의 배기홀이 등간격으로 열을 이루어서 형성되어 있는 구성을 가질 수도 있다.

더 나아가 본 발명에서 배기홀은 25 ~ 45%의 기공률을 가지도록 형성될 수 있는데, 특히 배기홀은, 배기 모듈의 일측 단부에서부터 타측 단부로 가면서 배기홀의 기공률이 증가하였다가 다시 감소시키는 형태의 기공률을 가지도록 형성될 수 있다.

본 발명에 의하면, 실내 공간에서 급기와 배기 사이에서 내부선회유동을 줄이고 미세먼지 제거에 최적화된 상태로 기류가 형성된다. 특히, 본 발명에 따르면 천정면의 급기 디퓨저를 통해서 급기된 기류는 기류가 실내 공간의 바닥면까지 고르게 분포될 수 있으며, 따라서 겨울철에는 실내의 바닥에서도 난방기류를 통해 충분한 온기를 느낄 수 있게 된다. 특히, 학교 교실의 경우에는 학생들의 호흡선 위치에서 수평기류 대신에 수직기류가 만들어져서 코로나 19 등과 같은 호흡기 감염병의 전파 위험을 크게 낮추게 되며, 학교 교실 등에서는 미세먼지와 이산화탄소와 같은 유해물질을 외부로 신속하게 배출할 수 있게 되어 유해물질 저감에 소요되는 시간을 경감시켜서 쾌적한 실내 환경을 이룰 수 있게 되는 매우 유용한 효과가 발휘된다.

따라서 본 발명은 코로나19 등 감염병이 일상화 되는 시대에서 실내 공조에 의한 기류를 매개로 하는 교차감염의 해소가 요구되는 다중이용시설인 학교, 사무실, 공연장을 비롯하여 감염병 취약지인 학교, 양로원, 요양원, 유치원, 병원 등에 매우 유용하게 적용되어 활용될 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 실내 공간에 대한 급배기 시스템의 구성을 보여주는 개략적인 투시 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 종래의 급배기 시스템에서 형성되는 실내 기류의 형태를 보여주는 개략적인 투시 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 상태에 대한 개략적인 측면도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 실내공간의 급배기 시스템에서의 실내 기류 형태를 보여주는 도 2에 대응되는 개략적인 투시 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 상태에 대한 개략적인 측면도이다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 급배기 시스템과 종래 기술의 급배기 시스템에서 미세먼지 저감시간을 측정한 결과를 보여주는 그래프도이다.
도 7은 본 발명의 급배기 시스템에서 급기 디퓨저가 2개의 열을 이루어 배치되고, 배기 모듈은 각각의 급기 디퓨저를 마주보는 벽체의 하단에 설치된 것을 보여주는 개략적인 측면도이다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 급배기 시스템이 학교 교실 내에 설치되어 있는 상태를 보여주는 개략적인 투시 사시도이다.
도 9는 도 8에 도시된 본 발명의 제2실시예에서 급배기에 의한 기류 형태를 보여주는 개략적인 투시 사시도이다.
도 10은 도 9의 상태에 대한 개략적인 측면도이다.
도 11은 도 8에 도시된 본 발명의 제2실시예에 구비된 배기 모듈만을 발췌하여 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 12는 배기 모듈을 5개의 가상 구간으로 구분하고 각각의 가상 구간마다 기공률이 상이한 배기홀을 형성한 본 발명의 제2실시예에 따른 배기 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 13은 도 12의 배기 모듈이 구비된 본 발명의 제2실시예에 따른 급배기 시스템에서의 기류의 기본적인 형태를 보여주는 개략적인 측면 투시도이다.
도 14는 도 12에 도시된 배기 모듈의 길이방향의 각 위치에 따른 바람직한 배기홀의 기공률 값을 보여주는 그래프도이다.
도 15는 본 명세서에서 수평기류와 수직기류를 정의하기 위한 각도 범위를 나타내는 개략도이다.
도 16에는 사람이 존재하는 실내에 급기로 인한 기류가 흐르는 형태를 보여주는 개략도이다.
도 17의 (a) 및 (b)는 각각 종래 기술의 급배기 시스템과 본 발명에 따른 급배기 시스템에 대하여 각각 수치해석 시뮬레이션에 의해 도출된 수평기류의 분포를 보여주는 개략적인 평면도이다.
도 18 및 도 19는 각각 급기 디퓨저에 구비되는 댐퍼로서 바이메탈 방식에 의해 제어되는 슬릿 형태의 댐퍼에 대한 개략적인 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 4에는 본 발명의 제1실시예에 따른 실내공간의 급배기 시스템에서의 실내 기류 형태를 수치해석 시뮬레이션에 의해 도출하여 보여주는 도 2에 대응되는 개략적인 투시 사시도가 도시되어 있고, 도 5에는 도 4의 상태에 대한 개략적인 측면도가 도시되어 있다. 도 2 및 도 3과 마찬가지로 도 4 및 도 5에서도 다양한 색으로 표시된 선(線)은 실내 기류의 흐름을 나타내며, 각각의 선(線)에 부여된 색은 청색에서 붉은 색으로 갈수록 실내 기류의 속도가 높아지는 것을 나타낸다. 그리고 도 4 및 도 5에서도 부재번호 1, 2, 10 및 20은 각각 종래 기술과 관련하여 설명한 급기 디퓨저(1), 배기 모듈(2), 급기 덕트(10) 및 배기 덕트(20)를 지칭한다.

도면에 예시된 것처럼, 본 발명에 따른 실내 공간의 급배기 시스템에서도, 급기 디퓨저(1)는 실내 공간의 천정면에 설치되지만, 배기 모듈(2)은 실내 공간의 벽체에서 실내 공간의 바닥면에 가장 근접한 위치 즉, 벽체의 하단에 설치된다. 이와 같은 급기 디퓨저(1)와 배기 모듈(2)의 배치 구성에서는 급기 디퓨저(1)에서 공급되는 기류가 실내 공간의 바닥면까지 이어지는 형태로 흘러가게 되며, 그에 따라 냉난방 성능이 향상됨은 물론이고 미세먼지 저감시간도 크게 단축되는 효과가 발휘된다. 도 6에는 미세먼지 저감시간의 측정 결과를 보여주는 그래프도가 도시되어 있는데, 도 4 및 도 5에 도시된 구성을 가지는 본 발명에서 미세먼지 저감시간을 측정한 것과, 앞서 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 종래 기술에 대하여 미세먼지 저감시간을 측정한 것이 도 6에 도시되어 있다. 도 6에서 도면부호 M으로 표시된 푸른 색 선의 곡선이 본 발명에 대한 측정결과이고, 도면부호 N으로 표시된 붉은 색 선의 곡선이 종래 기술에 대한 측정결과이다. 즉, 도 6에서 "Floor Return"이라고 표시된 선이 본 발명의 측정결과이며, "Upper Return"이라고 표시된 선이 종래 기술의 측정결과인 것이다. 그리고 도 6의 가로축은 시간(단위 : 분)을 나타내며, 세로축은 미세먼지의 농도(단위 : μg/m³)를 나타낸다. 도 6에서 알 수 있듯이, 배기 모듈(2)이 실내 공간의 바닥면에 근접한 벽체의 하단에 설치되는 본 발명이, 배기 모듈(2)을 천정에 설치한 종래 기술에 비하여 미세먼지가 나쁨(65μg/m³)에서 좋음(15μg/m³)으로 바뀌게 되는 미세먼지 저감시간에서 약 35% 정도 단축되는 매우 유용한 효과가 도출되었는 바, 본 발명에 의하면 미세먼지 저감시간이 크게 단축되는 효과가 발휘됨을 확인할 수 있다.

도 7에는 본 발명의 급배기 시스템에서 급기 디퓨저가 2개의 열을 이루어 배치되고, 배기 모듈은 각각의 급기 디퓨저를 마주보는 벽체의 하단에 설치된 것을 보여주는 개략적인 측면도가 도시되어 있는데, 도 7에 도시된 것처럼 급기 디퓨저가 2개의 열을 이루어 배치되고, 배기 모듈은 각각의 급기 디퓨저를 마주보는 벽체의 하단에 설치됨으로써, 도 7의 화살표로 나타낸 것과 같은 기류가 형성되어 매우 우수한 냉난방 성능 향상 효과와 미세먼지 저감시간 단축 효과를 발휘할 수 있게 된다.

도 4 및 도 5에 도시된 제1실시예의 경우, 복수개의 배기 디퓨저(1)가 일렬로 배열되어 있고, 이러한 배기 디퓨저(1)의 열(列)과 마주하는 벽체 즉, "정면 벽체"의 하단에 복수개의 배기 모듈(2)이 배열되어 있는 구성을 가지고 있는데, 배기 모듈(2)을 배치함에 있어서, 배기 디퓨저(1)의 열과 각도를 가지면서 위치하는 벽체 즉, "측면 벽체"의 하단에 배기 모듈(2)이 배치되는 것이 더욱 바람직하다.

도 8에는 실내 공간으로서 학교 교실 내에 본 발명의 제2실시예에 따른 급배기 시스템이 설치되어 있는 상태를 보여주는 개략적인 투시 사시도가 도시되어 있다. 도 8에 예시된 제2실시예에 따른 급배기 시스템의 경우, 급기 디퓨저(1)는 실내 공간의 천정면에 설치되고 배기 모듈(2)은 교실 바닥면에 근접하여 벽체의 하단에 설치되어 있는데, 특히 배기 모듈(2)이 설치되어 있는 벽체는, 복수개의 급기 디퓨저(1)가 일렬로 배열되어 있는 열(列)에 대하여 각도를 가지면서(예를 들어, 직교하게) 위치하는 양측 벽체이다.

도 9에는 도 8에 도시된 본 발명의 제2실시예에서 급배기에 의한 기류 형태를 수치해석 시뮬레이션에 의해 도출하여 보여주는 개략적인 투시 사시도가 도시되어 있고, 도 10에는 도 9의 상태에 대한 개략적인 측면도가 도시되어 있다. 도 9 및 도 10에서는 급기 덕트(10)의 도시는 편의상 생략하였다. 도 4 및 도 5와 마찬가지로 도 9 및 도 10에서도 다양한 색으로 표시된 선(線)은 실내 기류의 흐름을 나타낸다. 도 9 및 도 10에 예시된 것처럼, 복수개의 급기 디퓨저(1)로 이루어진 열(列)에 대하여 각도를 가지면서(예를 들어, 직교하게) 위치하는 양측 벽체의 하단에 배기 모듈(2)이 설치된 본 발명의 제2실시예에 따른 급배기 시스템의 경우에도, 앞서 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한 본 발명의 제1실시예와 마찬가지로 급기 디퓨저(1)에서 공급되는 기류는 실내 공간의 바닥면까지 이어지는 형태로 흘러간다. 이 때 바닥면까지 이어지는 기류는 도 9 및 도 10에 예시된 것처럼 매우 균일한 형태로 흘러가게 된다. 따라서 매우 우수한 냉난방 성능의 향상 및 미세먼지 저감시간 단축의 효과를 발휘하게 된다.

특히, 이와 같이 배기 모듈(2)을 설치함에 있어서, 아래에서 설명하는 것처럼 배기 모듈(2)이 벽체의 폭방향으로 길게 연장되고 복수개의 배기홀(hole)이 기공률을 변화시켜가면서 설치되어 있는 구성을 가짐으로써, 냉난방 성능의 향상 및 미세먼지 저감시간 단축의 효과가 더욱 증폭되어 발휘된다.

도 11에는 도 9에 도시된 본 발명의 제2실시예에 구비된 배기 모듈(2)만을 발췌하여 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도면에 예시된 것처럼, 배기 모듈(2)은 실내 공기가 유입되어 흐를 수 있도록 속이 비어 있는 즉, 중공(中空)을 가지면서 수평하게 벽체의 폭방향으로 길게 연장된 부재로 이루어지며, 그 단부에는 배기 덕트(20)와 연결되는 구성을 가지는데, 길게 연장된 배기 모듈(2)에는 실내 공기가 중공으로 유입되도록 하는 복수개의 배기홀(hole)(21)이 등간격으로 열을 이루어서 형성되어 있게 된다. 배기 덕트(20)는 실내 공간의 내측 또는 외측에서 연직하게 세워져 설치되며 배기 모듈(2)을 이루는 부재는 배기 덕트(20)와 연결된다.

이와 같은 배기 모듈(2)에서 배기홀(21)은 "전체 기공률 25 ~ 45%"를 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 여기서 "기공률(Air Ratio)"이라는 것은, 구멍(홀/hole)이 형성되는 면의 전체 면적에 대한 구멍(홀)의 크기에 대한 면적비를 의미한다. 따라서 배기홀(21)의 전체 기공률이 25 ~ 45%라는 것은 배기 모듈(2)에서 복수개의 배기홀(21)이 형성되는 면(面)의 전체 면적을 100이라고 하였을 때, 모든 배기홀(21)의 크기를 합산한 면적이 25 ~ 45라는 의미이다. 본 발명에서 제시하는 "전체 기공률 25 ~ 45%"를 가지도록 배기 모듈(2)의 일측면에 복수개의 배기홀(21)을 등간격으로 형성하였을 때, 급기 디퓨저(1)에서 공급되는 기류가 실내 공간의 바닥면까지 이어져서 냉난방 성능을 향상시키고 미세먼지 저감시간을 단축시키는 효과가 매우 커지게 된다.

특히, 배기 모듈(2)을 그 길이방향(길게 연장되는 방향)으로 동일한 길이를 가지는 복수개의 구간으로 구분하고, 각각의 구간마다 구간의 중앙 위치에 배기홀(21)을 형성하되, 구간 별로 각각의 배기홀(21)에 대한 개별 기공률을 달리하여 형성하는 것이 더욱 바람직하다. 즉, 길게 연장된 배기 모듈(2)에 대해 실제로는 분할하지는 않았지만 관념적으로 동일한 길이를 가지는 복수개의 가상 구간으로 구분하였을 때, 각각의 가상 구간마다 그 중앙에 개별적인 배기홀(21)을 형성하되, 각각의 배기홀(21)의 크기를 달리하여 해당 구간에서의 배기홀의 기공률이 달라지도록 배기홀(21)을 형성하는 것이다.

도 12에는 본 발명의 제2실시예에 구비된 배기 모듈(2)의 구체적인 실시예로서, 배기 모듈(2)을 길이 방향으로 5개의 가상 구간으로 구분하고 각각의 가상 구간마다 기공률을 달리하여 배기홀(21)을 형성한 일예를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 12의 실시예에서 배기 모듈(2)은 급기 디퓨저(1)가 설치되어 있는 방향으로의 일측에서부터 타측으로 가면서 길이방향으로 동일한 길이를 가지는 제1, 2, 3, 4 및 5의 가상 구간이 순차적으로 존재하도록 구분되어 있고, 각각의 가상 구간에는 그 중앙에 제1배기홀(21a), 제2배기홀(21b), 제3배기홀(21c), 제4배기홀(21d) 및 제5배기홀(21e)이 형성되어 있다. 도 12에서 점선은 가상 구간을 구분하기 위한 가상의 구분선이다. 도면의 실시예에서 제1, 2, 3, 4, 및 5 배기홀(21a, 21b, 21c, 21d, 21e)의 각각은 서로 다른 기공률을 가지는데, 도면에 예시된 실시예의 경우, 배기 모듈(2)의 일측 단부에서부터 타측 단부로 가면서 배기홀의 기공률을 30%에서 42%로 증가시켰다가 다시 30%로 감소시키는 형태로 배기홀을 형성하였다. 구체적으로 도면에 예시된 실시예에서 급기 디퓨저(1)는 측면방향으로 볼 때 제2배기홀(21b)이 형성되어 있는 제2구간에 존재하며, 제1배기홀(21a)은 30%의 기공률, 제2배기홀(21b)은 40%의 기공률, 제3배기홀(21c)은 42%의 기공률, 제4배기홀(21d)은 36%의 기공률, 그리고 제5배기홀(21e)은 30%의 기공률을 가지는 것이다. 즉, 제1구간의 면적이 100이라면 제1배기홀(21a)의 크기(면적)는 30이 되는 것이다. 다른 배기홀 즉, 제2, 3, 4 및 5 배기홀(21b, 21c, 21d, 21e) 각각에 대한 기공률 역시 제1배기홀(21a)에 대한 것과 동일한 방식이 적용되는 것이다. 도면의 실시예에서는 제1, 2, 3, 4 및 5의 가상 구간은 모두 동일한 길이를 가지고 있으므로, 제1, 2, 3, 4, 및 5 배기홀(21a, 21b, 21c, 21d, 21e)의 각각은 서로 다른 기공률을 가지기 위하여 사전에 정해진 기공률에 맞추어서 그 크기가 다르게 형성되어 있다. 도면에서는 배기홀이 원형 구멍으로 예시되어 있으나, 배기홀의 형상은 이에 한정되지 않으며 삼각형이나 다각형, 타원형 등 다양한 형태로 이루어져도 무방하다.

도 13에는 도 12에 예시된 구성의 배기 모듈(2)이 구비된 본 발명의 제2실시예에 따른 급배기 시스템에서의 기류의 기본적인 형태를 보여주는 개략적인 측면 투시도가 도시되어 있다. 도 14에는 배기 모듈(2)의 연장된 길이를 무차원 값 1이라고 하고, 배기 모듈(2)의 일측 단부 위치를 0.0이라고 하고 타측 단부 위치를 1.0이라고 하였을 때, 도 13에 도시된 배기 모듈(2)의 길이방향의 각 위치에 따른 바람직한 배기홀의 기공률(Air Ratio) 값을 보여주는 그래프도가 도시되어 있다. 도 13에서 %로 기재된 숫자는 위에서 예시한 것처럼 제1, 2, 3, 4 및 5의 가상 구간 각각에 형성된 제1, 2, 3, 4, 및 5 배기홀(21a, 21b, 21c, 21d, 21e) 각각의 기공률을 나타내고, 도 14에서 점선 F로 표시된 위치는 급기 디퓨저(1)의 위치를 나타낸다.

위에서 설명한 것처럼 본 발명에서 중공(中空)을 가지면서 수평하게 벽체의 폭방향으로 길게 연장된 부재의 형태로 배기 모듈(2)을 구성함에 있어서, 배기홀(21)은 "전체 기공률 25 ~ 45%"를 가지게 하되, 배기 모듈(2)의 일측 단부에서부터 타측 단부로 가면서 배기홀의 기공률을 점차로 증가시켰다가 다시 감소시키는 형태로 배기홀을 형성하는 것이 매우 바람직하다.

위와 같은 본 발명의 여러 실시예에 따른 급배기 시스템은, 실내 공간에서의 냉난방 성능 향상, 미세먼지 저감시간 단축 효과 이외에도, 실내에서 이웃하는 사람 간의 수평기류에 의한 교차감염 우려를 크게 낮추는 효과도 발휘된다. 도 15에는 본 명세서의 "수평기류"와 "수직기류"를 정의하기 위한 각도 범위를 나타내는 개략도가 도시되어 있는데, 도 15에서 각도 90도와 각도 -90도로 표시된 직선 화살표 방향을 연직한 방향이라고 하였을 때, 이와 같이 -90도로 표시된 것을 향하는 화살표의 방향 즉, 연직하향으로 흐르는 기류는 "수직기류"에 해당하고, 이와 직교하는 수평화살표(도 15에서 각도 0도로 표시된 것을 향하는 화살표)를 따라 흐르는 기류는 물론이고 이러한 수평화살표를 중심으로 양측으로 각각 +30도와 -30도의 각도범위 내의 방향으로 흐르는 기류는 모두 "수평기류"에 해당한다.

도 16에는 사람이 존재하는 실내에 급기로 인한 기류가 흐르는 형태를 보여주는 개략도가 도시되어 있는데, 도 16에서 청색 화살표는 하향 수직기류를 나타내며, 붉은색 화살표는 수평기류를 나타내고, 초록색 화살표는 상향 수직기류를 나타낸다. 도 16에 예시된 것처럼 급기 디퓨저(1)에서 토출된 기류는 하향의 수직기류로 흐르다가 수평기류로 바뀌게 되는데, 종래 기술처럼 배기 모듈이 천정면에 구비된 경우에는 하향의 수직기류가 일반적으로 사람 얼굴의 높이에서 수평기류로 만들어진 후 다시 천정면의 급기 디퓨저를 향하여 상향의 수직기류로 흐르게 된다. 이와 같이 종래 기술의 경우에는 학생들의 호흡선 높이에서 상당량의 수평기류가 만들어지게 되고, 이는 코로나-19 등과 같은 호흡기 전염성이 높은 감염병이 학생들 간에 공기 전염될 가능성을 높이게 된다.

그러나 본 발명의 급배기 시스템에서는, 급기 디퓨저(1)는 실내 공간의 천정면에 설치되고 배기 모듈(2)은 실내 공간의 바닥면에 근접하여 벽체의 하단에 설치되므로, 기류는 대부분 하향의 수직기류 형태로 흐르게 되고, 도 16에 도시된 것처럼 수평기류는 현저하게 줄어들거나 또는 사람 얼굴의 높이 아래에서 형성된다. 따라서 본 발명에서는 수평기류로 인한 사람간의 호흡기 감염병의 공기 전염 가능성도 크게 줄어들게 된다.

도 17의 (a) 및 (b)에는 각각 종래 기술의 급배기 시스템과 본 발명에 따른 급배기 시스템(구체적으로는 앞서 설명한 제2실시예에 따른 급배기 시스템)에 대하여 각각 수치해석 시뮬레이션에 의해 도출된 수평기류의 분포를 보여주는 개략적인 평면도가 도시되어 있다. 즉, 도 17의 (a) 및 (b)는 각각 도 7 및 도 8에 예시된 실내 공간(학교 교실)에 대한 평면도로서, 도 17의 (a)는 종래 기술의 급배기 시스템에서 실내 공간에 발생하게 되는 수평기류의 분포에 대한 수치해석 시뮬레이션 결과이고, 도 17의 (b)는 앞서 도 8을 통해서 예시한 본 발명의 제2실시예에 따른 급배기 시스템에서 실내 공간에 발생하게 되는 수평기류의 분포에 대한 수치해석 시뮬레이션 결과이다. 도 17의 (a) 및 (b)에서, 푸른 색(blue)으로 표시된 것은, 도 15의 각도 -90도 내지 -30도의 범위로 흐르는 하향의 수직기류가 존재하는 영역을 나타내며, 붉은 색(red)으로 표시된 것은, 도 15의 각도 -30도 내지 0도의 범위로 흐르는 수평기류가 존재하는 영역을 나타내고, 초록색(green)으로 표시된 것은, 도 15의 각도 +30도 내지 +90도의 범위로 흐르는 상향의 수직기류가 존재하는 영역을 나타낸다. 도 17의 (a) 및 (b)에서 확연히 알 수 있듯이, 종래 기술의 급배기 시스템의 경우에는 사람들의 호흡선 높이인 바닥면으로부터 약 1.2m의 높이에서 상향의 수직기류와 수평기류가 존재하는 영역이 상당히 크게 차지하고 있는데 비하여, 본 발명의 급배기 시스템에서는 종래 기술에 비하여 상향의 수직기류와 수평기류가 존재하는 영역이 약 64% 정도 감소하게 되어, 하향의 수직기류가 존재하는 영역이 대부분을 차지하고 있다. 이와 같이 본 발명의 급배기 시스템에서는, 급기 디퓨저(1)로부터 배기 모듈(2)로 흐르는 기류가 대부분 수직기류 형태로 흐르게 되어 사람간의 호흡기 감염병의 공기 전염 가능성을 크게 줄일 수 있게 되고, 이를 통해서 호흡기 감염병의 실내 확산을 방지하여 국민건강 향상에 상당한 기여를 할 수 있게 되는 장점이 발휘된다.

한편, 급기 디퓨저(1)를 구성함에 있어서, 급기되는 기류의 조절을 위한 댐퍼를 설치하고 바이메탈 방식에 의해 댐퍼(9)가 조작되도록 함으로서, 급기 디퓨저(1)를 통해서 실내 공간으로 급기되는 기류의 방향 및 기류의 양을 조절할 수도 있다. 도 18 및 도 19에는 각각 급기 디퓨저(1)에 구비되는 댐퍼로서 바이메탈 방식에 의해 제어되는 슬릿 형태의 댐퍼에 대한 개략적인 사시도가 도시되어 있는데, 도 19는 도 18의 상태에서 바이메탈 부재(81)가 더 휘어져서 기류 제어판(8)이 회전된 상태를 보여준다. 도 19에서 점선은 도 18의 상태를 나타낸다. 도면에 예시된 것처럼 복수개의 기류 제어판(8)이 간격을 두고 배치되어 있는데, 각각의 기류 제어판(8)의 양단은 설치 축부재(80)에 각각 회전가능하게 결합되어 있다. 기류 제어판(8)의 일측에는 온도에 따라 휘어짐의 정도가 달라지는 형상기억합금을 이용한 바이메탈 부재(81)가 구비되어 있고, 기류 제어판(8)은 연결봉(82)에 의해 바이메탈 부재(81)에 연결되어 있으며, 복수개의 기류 제어판(8)은 동시에 움직일 수 있도록 결합봉(83)에 의해 서로 일체로 연결되어 있다. 이러한 구성에서는 실내의 온도가 변함에 따라 바이메탈 부재(81)의 휘어짐 정도가 달라지고, 그에 따라 연결봉(82)에 의해 바이메탈 부재(81)에 결합된 기류 제어판(8)이 회전하게 됨과 동시에 결합봉(83)에 의해 일체로 연결된 다른 기류 제어판(8)이 동시에 회전하게 된다. 이러한 작동에 따라 기류 제어판(8)의 사이로 흘러서 급기 디퓨저(1)를 통해서 실내 공간으로 급기되는 기류는 그 방향 및 풍량이 변화된다. 이와 같은 구성의 댐퍼가 급기 디퓨저(1)에 구비됨으로써 온도에 맞추어서 급기 기류를 적절하게 조절할 수 있게 된다.

위에서 살펴본 본 발명에 따르면, 실내 공간에서 급기와 배기 사이에서 최적화된 상태로 기류가 형성된다. 특히, 본 발명에 따르면 천정면의 급기 디퓨저를 통해서 급기된 기류는 기류가 실내 공간의 바닥면까지 고르게 분포될 수 있으며, 따라서 겨울철에는 실내의 바닥에서도 난방기류를 통해 충분한 온기를 느낄 수 있게 된다. 특히, 학교 교실의 경우에는 학생들의 호흡선 위치에서 수평기류 대신에 수직기류가 만들어져서 코로나 19 등과 같은 호흡기 감염병의 전파 위험을 크게 낮추게 되며, 학교 교실 등에서는 미세먼지와 이산화탄소와 같은 유해물질을 외부로 신속하게 배출할 수 있게 되어 유해물질 저감에 소요되는 시간을 경감시켜서 쾌적한 실내 환경을 이룰 수 있게 되는 매우 유용한 효과가 발휘된다.

따라서 본 발명은 코로나 19 등의 감염병이 일상화 되는 시대에서 실내 공조에 의한 기류를 매개로 하는 교차감염의 해소가 요구되는 다중이용시설인 학교, 사무실, 공연장을 비롯하여 감염병 취약지인 학교, 양로원, 요양원, 유치원, 병원 등에 매우 유용하게 적용되어 활용될 수 있다는 장점이 있다.

1: 급기 디퓨저
2: 배기 모듈
10: 급기 덕트
20: 배기 덕트
21: 배기홀

Claims

급기 덕트에 연결되어 급기 덕트를 통해서 공급되는 외부 공기를 실내 공간으로 토출시키는 급기 디퓨저와, 공기를 실외로 배출시키는 배기 덕트와 연결되어 있고 실내 공기가 흡입되는 배기 모듈을 포함하는 실내 공간에 대한 급배기 시스템으로서,
급기 디퓨저는 실내 공간의 천정면에 설치되고, 배기 모듈은 실내 공간의 벽체에서 실내 공간의 바닥면에 근접한 위치에 해당하는 벽체의 하단에 설치되어서, 급기 디퓨저에서 공급되는 기류는 실내 공간의 바닥면까지 이어지는 형태로 흘러가서 배기 모듈로 유입되는 구성을 가지며;
급기 디퓨저는 복수개가 열을 이루면서 일렬로 배열되어 있으며;
배기 모듈이 설치되는 실내 공간의 벽체는, 급기 디퓨저가 배치된 열에 대하여 각도를 가지면서 위치하는 양측 벽체이고;
배기 모듈은 실내 공기가 유입되어 흐를 수 있도록 속이 비어 있어서 중공을 가지면서 수평하게 벽체의 폭방향으로 길게 연장된 부재로 이루어지며, 배기 모듈의 단부는 배기 덕트와 연결되고;
길게 연장된 배기 모듈에는 실내 공기가 중공으로 유입되도록 하는 복수개의 배기홀이 등간격으로 열을 이루어서 형성되어 있는데, 배기 모듈의 전체 길이를 길이방향으로 동일한 길이의 제1, 2, 3, 4 및 5의 가상 구간이 순차적으로 존재하도록 구분하고 각각의 가상 구간에는 그 중앙에 제1배기홀(21a), 제2배기홀(21b), 제3배기홀(21c), 제4배기홀(21d) 및 제5배기홀(21e)이 형성되어 있고, 제1 배기홀(21a)은 30%의 기공률을 가지며, 제2 배기홀(21b)는 40%의 기공률을 가지며, 제3 배기홀(21c)은 42%의 기공률을 가지며, 제4 배기홀(21d)은 36%의 기공률을 가지며, 제5 배기홀(21e)은 30%의 기공률을 가지도록 배기홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 급배기 시스템.
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제1항에 있어서,
급기 디퓨저에는 급기되는 기류의 조절을 위한 댐퍼가 구비되는데,
상기 댐퍼는, 간격을 두고 배치되어 있으며 양단은 설치 축부재에 각각 회전가능하게 결합되어 있는 기류 제어판과, 상기 기류 제어판의 일측에는 구비되어 온도에 따라 휘어짐의 정도가 달라지는 형상기억합금을 이용한 바이메탈 부재를 포함하며;
기류 제어판은 연결봉에 의해 바이메탈 부재에 연결되어 있으며, 복수개의 기류 제어판은 동시에 움직일 수 있도록 결합봉에 의해 서로 일체로 연결되어 있어서;
실내의 온도가 변함에 따라 바이메탈 부재의 휘어짐 정도가 달라져서, 연결봉에 의해 바이메탈 부재에 결합된 기류 제어판이 회전하게 됨과 동시에 결합봉에 의해 일체로 연결된 다른 기류 제어판이 동시에 회전하게 되어, 기류 제어판의 사이로 흘러서 급기 디퓨저를 통해서 실내 공간으로 급기되는 기류의 방향 및 풍량이 변화됨으로써, 온도에 맞추어서 급기 기류를 조절할 수 있게 되는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 급배기 시스템.
급기 덕트에 연결된 급기 디퓨저를 실내 공간의 천정면에 설치하고,
배기 덕트와 연결된 배기 모듈은 실내 공간의 벽체에서 실내 공간의 바닥면에 근접한 위치에 해당하는 벽체의 하단에 설치하여,
급기 덕트를 통해서 외부의 공기를 급기 디퓨저로 공급하고, 급기 디퓨저에 의해 실내 공간으로 토출시켜서, 급기 디퓨저에서 공급되는 기류가 실내 공간의 바닥면까지 이어지는 형태로 흘러가게 하여, 배기 모듈로 유입되게 하고,
배기 모듈로 유입된 실내 공기는 배기 덕트를 통해서 실외로 배출시키되;
급기 디퓨저는 복수개가 열을 이루면서 일렬로 배열되어 있으며;
배기 모듈이 설치되는 실내 공간의 벽체는, 급기 디퓨저가 배치된 열에 대하여 각도를 가지면서 위치하는 양측 벽체이고;
배기 모듈은 실내 공기가 유입되어 흐를 수 있도록 속이 비어 있어서 중공을 가지면서 수평하게 벽체의 폭방향으로 길게 연장된 부재로 이루어지며, 배기 모듈의 단부는 배기 덕트와 연결되고, 길게 연장된 배기 모듈에는 실내 공기가 중공으로 유입되도록 하는 복수개의 배기홀이 등간격으로 열을 이루어서 형성되어 있는데, 배기 모듈의 전체 길이를 길이방향으로 동일한 길이의 제1, 2, 3, 4 및 5의 가상 구간이 순차적으로 존재하도록 구분하고 각각의 가상 구간에는 그 중앙에 제1배기홀(21a), 제2배기홀(21b), 제3배기홀(21c), 제4배기홀(21d) 및 제5배기홀(21e)이 형성되어 있고, 제1 배기홀(21a)은 30%의 기공률을 가지며, 제2 배기홀(21b)는 40%의 기공률을 가지며, 제3 배기홀(21c)은 42%의 기공률을 가지며, 제4 배기홀(21d)은 36%의 기공률을 가지며, 제5 배기홀(21e)은 30%의 기공률을 가지도록 배기홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실내 공간에 대한 급배기 방법.
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제7항에 있어서,
급기 디퓨저에는 급기되는 기류의 조절을 위한 댐퍼가 구비되는데,
상기 댐퍼는, 간격을 두고 배치되어 있으며 양단은 설치 축부재에 각각 회전가능하게 결합되어 있는 기류 제어판과, 상기 기류 제어판의 일측에는 구비되어 온도에 따라 휘어짐의 정도가 달라지는 형상기억합금을 이용한 바이메탈 부재를 포함하며;
기류 제어판은 연결봉에 의해 바이메탈 부재에 연결되어 있으며, 복수개의 기류 제어판은 동시에 움직일 수 있도록 결합봉에 의해 서로 일체로 연결되어 있어서;
실내의 온도가 변함에 따라 바이메탈 부재의 휘어짐 정도가 달라져서, 연결봉에 의해 바이메탈 부재에 결합된 기류 제어판이 회전하게 됨과 동시에 결합봉에 의해 일체로 연결된 다른 기류 제어판이 동시에 회전하게 되어, 기류 제어판의 사이로 흘러서 급기 디퓨저를 통해서 실내 공간으로 급기되는 기류의 방향 및 풍량이 변화됨으로써, 온도에 맞추어서 급기 기류를 조절할 수 있게 되는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 실내 공간에 대한 급배기 방법.