최근 기류에 대한 연구들은 재실자의 쾌적성 측면에서 긍정적인 영향에 초점을 맞추어 진행되고 있다. 특히 따뜻한 기후조건에서 상승된 기류조건에 대한 쾌적성을 중심으로 많은 연구가 진행되고 있다. 국외 논문의 경우 스탠드 팬, 탁상용 팬, 실링 팬 등 여러 팬을 대상으로 다양한 사용조건에서의 실내 온도 및 습도조건에 따른 기류속도의 쾌적 범위를 도출하기 위한 연구들이 진행되어왔다. 또한 쾌적 범위뿐만 아니라 팬 세기에 대한 제어 패턴이나 에어컨디셔너와의 에너지 소비량 비교와 같은 연구로 점차 발전해 나아가고 있으며 팬을 냉방 에너지 소비량 감소를 위한 효율적인 에너지 절약 방안으로 인지하고 있다.
하지만 국내의 경우 실내 기류 상승이 에어컨디셔너의 보완책 중 하나로 인정받고 있는데도 아직 기류에 대한 쾌적성이나 팬의 기류가 실내에 미치는 영향 등에 대한 연구는 부족한 실정이다.
따라서 본 연구는 국내에서 여러 팬 중 보편적으로 이용되는 스탠드 팬을 이용하여 국부적 기류를 상승시켰을 때의 냉각효과와 앉은 상태에서의 스탠드 팬의 쾌적한 사용조건을 도출하고자 한다. 이를 위해 20대 남녀를 대상으로 설문 실험과 써멀 마네킨 실험이 진행되었으며 상승된 기류조건에서의 열 쾌적성을 평가하는 기존의 ASHRAE Standard 55에서 제공하는 방식과 비교하였다.

본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.

1) 스탠드 팬 가동시 팬의 전면부에서의 풍속 변화가 가장 컸으며 후면과 좌측과 우측면에서는 재실자가 기류를 감지하지 못할 수준(0.25 m/s 이하)의 값이 측정되었다. 팬의 전면부를 제외하고는 기류의 영향이 미비함을 알 수 있었다.

2) 20대 남녀를 대상으로 앉은 상태에서 바닥에서부터 높이 0.6 m에 위치한 팬의 전면부가 인체의 좌측면을 향하도록 하여 설문을 진행하였다. 그 결과 ASHRAE Standard 55에서 제시하는 균일한 기류속도조건에서의 쾌적 범위(-0.5≤PMV≤+0.5)보다 온열감이 낮은쪽으로 확장된 -1.2≤PMV≤+0.5의 쾌적 범위를 나타냈다.

3) 대류열전달계수 회귀모델은 마네킨의 자세, 기류속도, 팬의 방향 및 기류가 불어오는 면적 등의 다양한 요인에 따라 연구자들마다 다른 수식을 보인다. 본 연구에서는 설문 실험과 동일한 조건으로 국부적인 기류가 불어오는 상태에서 0.6 m 높이의 풍속에 대한 대류열전달계수 회귀모델을 도출하였다.

4) 0.5 clo 의복상태(여름기준)에서 왼쪽 면에서 스탠드 팬에 의한 국부적인 기류 발생시 22~30℃의 온도조건에 대한 팬의 냉각효과를 정량적으로 제시할 수 있었으며 실내 온도와 팬 세기에 따라 최소 -0.27℃에서 최대 -4.23℃까지의 냉각효과를 보인다. 또한 각 온도조건에 따라 0.6 m 높이의 대표풍속에 대한 냉각효과 회귀모델을 도출하였다(R2≥0.91).

본 연구는 20대 남녀를 대상으로 진행된 설문을 통해 스탠드 팬의 쾌적한 사용조건을 도출 할 수 있었으며 이는 봄·가을·여름과 같은 온화한 온도조건에서의 냉방전략 수립 및 제어 측면에서 유용하게 활용될 수 있을 것이다. 또한 높이 0.6 m의 풍속에 대한 냉각효과 회귀모델은 스탠드 팬의 냉각효과를 정량적인 수치로 제시함으로써 에어컨디셔너와 같은 다른 냉방기기와의 에너지 소비량 비교가 가능해지며 절감량 분석에 대한 기초자료로써 활용될 수 있다. 향후 에너지 측면에서의 연구가 동반된다면 쾌적 조건을 고려한 에너지 절약적인 냉방방식을 제안할 수 있을 뿐만 아니라 보다 정확한 에너지 소비량 분석을 기대할 수 있다.

The recent study on air stream has focused on positive aspects of indoor air stream on occupants’ thermal comfort. Especially the thermal comfort regarding elevated air velocity in warm environment was mainly focus on most paper. In case of international journal, they have studied on various fan such as a stand fan, a desk fan, a ceiling fan in order to clarify the thermal comfort zones in different indoor air temperature or relative humidity conditions. The papers have extended to comparing energy consumption with air conditioner or pattern of control fan speed as well as the thermal comfort zones. Furthermore, the fan has been recognized by the efficient energy conservation measure for saving cooling energy consumption.
However, domestic papers are lack of the thermal comfort of air stream or the effect of fan, although indoor air velocity elevated is recognized by one of the supplement solutions.
Therefore, the purpose of this study is to clarify the cooling effect when the local air stream is elevated and to define thermally comfortable operating conditions of a stand fan, which is universally used in domestic cases.

The results of this study are as follow;

1) When the stand fan is operated, the change of air velocity is the largest in the front side and is measured as unnoticed level, less than 0.25 m/s, in the rear, left and right side. Except for the front side, it seems that the effect on the air stream is insignificant.

2) Targeted at men and women in their 20s, the survey has carried out that the front side of the fan located on the height of 0.6 metres from the floor face to the left side of seated occupant. As a result, the comfort zone appears in ?1.2≤PMV≤+0.5, in which thermal sensation is extended to the lower side than one(-0.5≤PMV≤+0.5) in uniform air velocity suggested by ASHRAE Standard 55.

3) The regression model of convective heat transfer coefficient shows different equation by each researcher according to the various conditions such as the posture of the manikin, the air velocity, the direction of fan, and the area of air stream. In this study, the regression model of convective heat transfer coefficient of target air velocity of 0.6 metres high was derived as when the local air stream blew, as is the same condition as survey.

4) The cooling effect of the fan in indoor air temperature of 22, 24, 26, 28 and 30℃ has been suggested quantitatively in the case that the local air stream is occurred by the left side of a stand fan under 0.5 clo(summer standard), and it shows from minimum -0.27℃ to maximum -4.23℃ according to each indoor air temperature. Also the regression model(R2≥0.91) of cooling effect with regard to target velocity of 0.6 metres high in each indoor air temperature.

Based on the survey from men and women in their 20s, this study drew thermally comfortable operating conditions of the stand fan, applying to plan or control the cooling strategy in warm environment such as spring, summer, and fall. Furthermore, this study can compare the energy consumption with other cooling system and be utilized as the base information about savings analysis because the regression model of cooling effect suggests quantitative number about the air velocity of 0.6 metres high. If the further study on energy field, it is expected to be more accurate energy consumption analysis as well as suggest energy efficient cooling system considering the thermal comfort.