국민의 생활수준이 향상됨에 따라 연극, 영화, 콘서트 등 문화생활을 위한 공간의 하나로 중규모 공연장의 건설이 증가하고 있다. 공연장은 건물의 특성상 실내가 대공간으로 구성되고, 천장이 높아 상하 온도 편차가 크기 때문에 거주영역에 균일한 온도와 적정한 기류분포를 유지시키는데 어려움이 있다. 공조방식에 있어서 일반적으로 천장취출 공조시스템이 널리 사용되고 있으나 드래프트(draft)현상과 불균일한 온도분포가 나타나는 경우가 많기 때문에, 최근에 바닥 또는 좌석 하부에 취출구를 설치하여 공간 전체영역이 아닌 바닥 부근의 거주영역만을 공조하는 바닥취출 공조시스템의 사용이 늘어나고 있다. 본 연구에서는 약 500석 규모의 관객석을 지닌 중규모 공연장의 한 사례를 대상으로 공조시스템에 대한 특성과 문제점을 고찰하고, CFD(Computational Fluid Dynamics) 프로그램과 에너지 ...
국민의 생활수준이 향상됨에 따라 연극, 영화, 콘서트 등 문화생활을 위한 공간의 하나로 중규모 공연장의 건설이 증가하고 있다. 공연장은 건물의 특성상 실내가 대공간으로 구성되고, 천장이 높아 상하 온도 편차가 크기 때문에 거주영역에 균일한 온도와 적정한 기류분포를 유지시키는데 어려움이 있다. 공조방식에 있어서 일반적으로 천장취출 공조시스템이 널리 사용되고 있으나 드래프트(draft)현상과 불균일한 온도분포가 나타나는 경우가 많기 때문에, 최근에 바닥 또는 좌석 하부에 취출구를 설치하여 공간 전체영역이 아닌 바닥 부근의 거주영역만을 공조하는 바닥취출 공조시스템의 사용이 늘어나고 있다. 본 연구에서는 약 500석 규모의 관객석을 지닌 중규모 공연장의 한 사례를 대상으로 공조시스템에 대한 특성과 문제점을 고찰하고, CFD(Computational Fluid Dynamics) 프로그램과 에너지 해석 프로그램을 이용하여 공조방식과 풍량 변화에 따른 실내 열환경과 냉방에너지 소비량을 비교, 분석하였다. 본 연구의 결과는 중규모 공연장의 냉방시 거주영역에서의 쾌적도를 향상시킴과 동시에 에너지 절약을 도모할 수 있는 적정 공조시스템의 선택과 바닥취출 공조시스템 계획시 적정 풍량 산정을 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다. 본 연구의 결과는 크게 공조시스템별 실내 열환경 부분과 냉방에너지 소비량 부분으로 나뉘어지며 각 부분별 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 공조시스템별 실내 열환경 분석 1) 전체 기류 분포를 살펴보면, 객석부분의 경우 천장취출 공조시스템에서는 천장에서 취출된 공조 공기가 거주영역을 공조한 후 무대 전방의 흡입구로 환기되고, 바닥취출 공조시스템에서는 바닥에서 취출된 공조 공기가 거주영역을 공조한 후 상승하여 천장의 흡입구로 환기되는 패턴을 보이며, 무대부분의 경우 상부 덕트에서 취출된 공기가 하강하여 양단부의 흡입구로 환기되는 패턴을 보인다. 2) 기류 속도를 살펴보면, 천장취출 공조시스템에서는 바닥면에서 1m 높이의 거주영역에서 드래프트(draft)가 발생할 수 있는 0.3?2.1m/s의 속도를 보여 재실자에게 불쾌감을 유발할 가능성이 매우 큰 반면에, 바닥취출 공조시스템에서는 거주영역에서 0.1?0.35m/s의 속도를 보여 열환경 측면에서 불쾌감이 줄어드는 것으로 나타났다. 3) 실내 온도분포를 살펴보면, 천장취출 공조시스템에서는 23.4℃의 거주영역 평균 온도를 보이고, 바닥취출 공조시스템에서는 23.2℃의 평균 온도를 나타냄으로써 큰 차이를 보이지 않고 있었다. 한편, 바닥취출 공조시스템에서 풍량을 20%, 30% 감소시킨 경우 거주영역 평균 온도가 각각 25.2℃, 26.9℃로 나타남으로써 풍량을 20% 정도 감소시켜도 거주영역은 쾌적범위 내에 들 수 있음을 알 수 있었다. 노즐을 사용한 천장취출 공조시스템의 경우 취출구의 위치에 따라 거주영역의 온도분포가 불균일하게 나타났지만, 바닥취출 공조시스템의 경우에는 균일한 온도분포를 나타내었다. 2. 공조시스템별 냉방에너지 소비량 분석 1) 천장취출 공조시스템과 바닥취출 공조시스템의 적용에 있어서 동일한 방법으로의 부하 계산에 의한 풍량은 바닥취출 공조시스템의 적용이 에너지 절약 측면에서 불리한 것으로 나타났다. 즉, 동일한 부하를 제거하는 경우 바닥취출 공조시스템에서 냉방 용량은 16.8% 감소하지만, 전체 풍량은 32.0%, 냉방에너지는 2.7%, 최대 냉방부하는 3.2% 증가하는 것으로 나타났다. 2) 풍량이 20% 감소된 바닥취출 공조시스템을 천장취출 공조시스템과 비교해보면, 전체 풍량은 10.8% 증가하지만, 냉방 용량은 28.7%, 냉방 에너지는 3.4%, 최대 냉방부하는 2.4% 감소하여 에너지 절약측면에서 유리한 것으로 나타났다. 본 연구의 결과를 종합해 볼 때, 중규모 공연장의 공조시스템 설계시 바닥취출 공조시스템을 적용한다면 건물 냉방부하에 의해 계산된 설계 풍량보다 20% 정도 감소시켜 취출하더라도 거주영역에서의 쾌적도를 유지할 수 있으며, 기존의 천장취출 공조시스템보다 에너지 절약적일 수 있음을 알 수 있었다.
국민의 생활수준이 향상됨에 따라 연극, 영화, 콘서트 등 문화생활을 위한 공간의 하나로 중규모 공연장의 건설이 증가하고 있다. 공연장은 건물의 특성상 실내가 대공간으로 구성되고, 천장이 높아 상하 온도 편차가 크기 때문에 거주영역에 균일한 온도와 적정한 기류분포를 유지시키는데 어려움이 있다. 공조방식에 있어서 일반적으로 천장취출 공조시스템이 널리 사용되고 있으나 드래프트(draft)현상과 불균일한 온도분포가 나타나는 경우가 많기 때문에, 최근에 바닥 또는 좌석 하부에 취출구를 설치하여 공간 전체영역이 아닌 바닥 부근의 거주영역만을 공조하는 바닥취출 공조시스템의 사용이 늘어나고 있다. 본 연구에서는 약 500석 규모의 관객석을 지닌 중규모 공연장의 한 사례를 대상으로 공조시스템에 대한 특성과 문제점을 고찰하고, CFD(Computational Fluid Dynamics) 프로그램과 에너지 해석 프로그램을 이용하여 공조방식과 풍량 변화에 따른 실내 열환경과 냉방에너지 소비량을 비교, 분석하였다. 본 연구의 결과는 중규모 공연장의 냉방시 거주영역에서의 쾌적도를 향상시킴과 동시에 에너지 절약을 도모할 수 있는 적정 공조시스템의 선택과 바닥취출 공조시스템 계획시 적정 풍량 산정을 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다. 본 연구의 결과는 크게 공조시스템별 실내 열환경 부분과 냉방에너지 소비량 부분으로 나뉘어지며 각 부분별 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 공조시스템별 실내 열환경 분석 1) 전체 기류 분포를 살펴보면, 객석부분의 경우 천장취출 공조시스템에서는 천장에서 취출된 공조 공기가 거주영역을 공조한 후 무대 전방의 흡입구로 환기되고, 바닥취출 공조시스템에서는 바닥에서 취출된 공조 공기가 거주영역을 공조한 후 상승하여 천장의 흡입구로 환기되는 패턴을 보이며, 무대부분의 경우 상부 덕트에서 취출된 공기가 하강하여 양단부의 흡입구로 환기되는 패턴을 보인다. 2) 기류 속도를 살펴보면, 천장취출 공조시스템에서는 바닥면에서 1m 높이의 거주영역에서 드래프트(draft)가 발생할 수 있는 0.3?2.1m/s의 속도를 보여 재실자에게 불쾌감을 유발할 가능성이 매우 큰 반면에, 바닥취출 공조시스템에서는 거주영역에서 0.1?0.35m/s의 속도를 보여 열환경 측면에서 불쾌감이 줄어드는 것으로 나타났다. 3) 실내 온도분포를 살펴보면, 천장취출 공조시스템에서는 23.4℃의 거주영역 평균 온도를 보이고, 바닥취출 공조시스템에서는 23.2℃의 평균 온도를 나타냄으로써 큰 차이를 보이지 않고 있었다. 한편, 바닥취출 공조시스템에서 풍량을 20%, 30% 감소시킨 경우 거주영역 평균 온도가 각각 25.2℃, 26.9℃로 나타남으로써 풍량을 20% 정도 감소시켜도 거주영역은 쾌적범위 내에 들 수 있음을 알 수 있었다. 노즐을 사용한 천장취출 공조시스템의 경우 취출구의 위치에 따라 거주영역의 온도분포가 불균일하게 나타났지만, 바닥취출 공조시스템의 경우에는 균일한 온도분포를 나타내었다. 2. 공조시스템별 냉방에너지 소비량 분석 1) 천장취출 공조시스템과 바닥취출 공조시스템의 적용에 있어서 동일한 방법으로의 부하 계산에 의한 풍량은 바닥취출 공조시스템의 적용이 에너지 절약 측면에서 불리한 것으로 나타났다. 즉, 동일한 부하를 제거하는 경우 바닥취출 공조시스템에서 냉방 용량은 16.8% 감소하지만, 전체 풍량은 32.0%, 냉방에너지는 2.7%, 최대 냉방부하는 3.2% 증가하는 것으로 나타났다. 2) 풍량이 20% 감소된 바닥취출 공조시스템을 천장취출 공조시스템과 비교해보면, 전체 풍량은 10.8% 증가하지만, 냉방 용량은 28.7%, 냉방 에너지는 3.4%, 최대 냉방부하는 2.4% 감소하여 에너지 절약측면에서 유리한 것으로 나타났다. 본 연구의 결과를 종합해 볼 때, 중규모 공연장의 공조시스템 설계시 바닥취출 공조시스템을 적용한다면 건물 냉방부하에 의해 계산된 설계 풍량보다 20% 정도 감소시켜 취출하더라도 거주영역에서의 쾌적도를 유지할 수 있으며, 기존의 천장취출 공조시스템보다 에너지 절약적일 수 있음을 알 수 있었다.
As the standard of living has improved in Korea, the number of auditoriums such as theaters, assembly halls, and concert halls is increasing. Auditoriums are generally large, and usually have a high density of occupancy per unit floor area, compared to other buildings, and thus have a
As the standard of living has improved in Korea, the number of auditoriums such as theaters, assembly halls, and concert halls is increasing. Auditoriums are generally large, and usually have a high density of occupancy per unit floor area, compared to other buildings, and thus have a relatively low design sensible heat ratio. Since they have relatively high ceilings, some heat may stratify above the occupied zone. Recently, under floor air conditioning system, which is set under seats, is frequently selected in an auditorium, because typical air conditioning system where air is supplied from ceilings often causes drafts and unequal temperature distribution. Features and problems of air conditioning system of an auditorium which has about 500 seats are investigated as a case study. In addition, indoor thermal comfort and cooling energy consumption are analyzed with a CFD program and an energy analysis program. The result of this study can be summarized as follows. 1. Indoor thermal environment analysis 1) In case of a typical air conditioning system, conditioned air supplied from a ceiling passes the occupied zone and returns through grilles set in front of a stage. On the other hand, for an under-floor air conditioning system, conditioned air supplied from under-floor passes the occupied zone and returns to a ceiling. 2) For the existing ceiling supply system, it was found that air velocities were 0.3∼2.1m/s in the occupied zone, which may cause offensive drafts. For the under-floor supply system, air velocities were 0.1∼0.35m/s, which is in the comfortable range for occupants. 3) The average temperature was 23.4℃ in the occupied zone for the existing ceiling supply system, while it was 23.2℃ for the under-floor supply system. When the air flow was decreased by 20% the under-floor supply system, the average temperature was 25.2℃ in the occupied zone. Therefore, it was possible to reduce the volume of the conditioned air by 20%. For the ceiling supply system, the downward flow through nozzles may cause unequal temperature distribution. 2. Cooling energy analysis 1) When the under-floor system was compared to the typical ceiling system, the cooling capacity was decreased by 16.8%. However, total air flow was increased by 32.0%, and cooling energy was increased by 2.7%. 2) When the under-floor system for which the air flow was decreased by 20% was compared to the typical ceiling system, cooling capacity was decreased by 28.7%, and cooling energy was decreased by 3.4%. In conclusion, it is possible to maintain thermal comfort in the occupied zone and to save energy, if the under-floor air conditioning system for which the air flow is decreased by 20% is used in a middle-sized auditorium.
As the standard of living has improved in Korea, the number of auditoriums such as theaters, assembly halls, and concert halls is increasing. Auditoriums are generally large, and usually have a high density of occupancy per unit floor area, compared to other buildings, and thus have a relatively low design sensible heat ratio. Since they have relatively high ceilings, some heat may stratify above the occupied zone. Recently, under floor air conditioning system, which is set under seats, is frequently selected in an auditorium, because typical air conditioning system where air is supplied from ceilings often causes drafts and unequal temperature distribution. Features and problems of air conditioning system of an auditorium which has about 500 seats are investigated as a case study. In addition, indoor thermal comfort and cooling energy consumption are analyzed with a CFD program and an energy analysis program. The result of this study can be summarized as follows. 1. Indoor thermal environment analysis 1) In case of a typical air conditioning system, conditioned air supplied from a ceiling passes the occupied zone and returns through grilles set in front of a stage. On the other hand, for an under-floor air conditioning system, conditioned air supplied from under-floor passes the occupied zone and returns to a ceiling. 2) For the existing ceiling supply system, it was found that air velocities were 0.3∼2.1m/s in the occupied zone, which may cause offensive drafts. For the under-floor supply system, air velocities were 0.1∼0.35m/s, which is in the comfortable range for occupants. 3) The average temperature was 23.4℃ in the occupied zone for the existing ceiling supply system, while it was 23.2℃ for the under-floor supply system. When the air flow was decreased by 20% the under-floor supply system, the average temperature was 25.2℃ in the occupied zone. Therefore, it was possible to reduce the volume of the conditioned air by 20%. For the ceiling supply system, the downward flow through nozzles may cause unequal temperature distribution. 2. Cooling energy analysis 1) When the under-floor system was compared to the typical ceiling system, the cooling capacity was decreased by 16.8%. However, total air flow was increased by 32.0%, and cooling energy was increased by 2.7%. 2) When the under-floor system for which the air flow was decreased by 20% was compared to the typical ceiling system, cooling capacity was decreased by 28.7%, and cooling energy was decreased by 3.4%. In conclusion, it is possible to maintain thermal comfort in the occupied zone and to save energy, if the under-floor air conditioning system for which the air flow is decreased by 20% is used in a middle-sized auditorium.
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