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문제 정의
- 본 연구에서는 기존 대공간의 난방 시에 발생될수 있는 분포상의 문제점을 실측실험을 통해 확인하여, 궁극적으로는 대공간의 열환경 개선과 효율적인 난방설계를 위한 기초데이터를 제시하고자 하였다. 본 연구에서는 동절기 대공간의 실내 온열 환경 실측 실험을 비난방시와 난방 시로 구분하여 실시하였으며, 공간 내 수평 및 상하온도분포특성, 취출 기류의 거동특성, 실내쾌적온열환경 특성, 환기량 평가 등 대공간의 실내열환경을 포괄적으로 검토하였다.
제안 방법
- 본 연구에서는 동절기 대공간의 실내 온열 환경 실측 실험을 비난방시와 난방 시로 구분하여 실시하였으며, 공간 내 수평 및 상하온도분포특성, 취출 기류의 거동특성, 실내쾌적온열환경 특성, 환기량 평가 등 대공간의 실내열환경을 포괄적으로 검토하였다. 또한 대공간에서 나타나는 분포상의 문제점을 완화하기 위한 대안으로서 실내 기류유인팬 작동에 따른 실내 열환경 개선효과를 확인하기 위한 비교실험도 함께 실시하였다.
- 본 연구에서는 동절기 대공간의 실내 온열 환경 실측 실험을 비난방시와 난방 시로 구분하여 실시하였으며, 공간 내 수평 및 상하온도분포특성, 취출 기류의 거동특성, 실내쾌적온열환경 특성, 환기량 평가 등 대공간의 실내열환경을 포괄적으로 검토하였다. 또한 대공간에서 나타나는 분포상의 문제점을 완화하기 위한 대안으로서 실내 기류유인팬 작동에 따른 실내 열환경 개선효과를 확인하기 위한 비교실험도 함께 실시하였다. 이번 대공간의 동계 온열 환경 실측조사를 통하여 수집된 정량화된 실험데이터는 대 공간 난방설계지침 마련을 위한 기초데이터로서 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
- 실험대상 건물의 열원설비는 경기장 존에는 공원 내 중앙공급실(Power Plant) 에서 증기를, 사무실 존에는 지역난방공사에서 공급된 중온수를 지하공동구를 통해 실측대상건물내 공조기로 공급되고 있다. 공조시스템은 경기장 존에 냉난방용 1대와 환기용 1대, 사무실 존에 냉난방용 1대와 환기용 1대가 각각 설치되어 이들이 경기장 존(189, 000Kcal) 과 사무실 존(128, 700Kcal) 에 정풍량 방식으로 온풍을 공급한다. 실험은 공간의 대칭성을 고려하여 전체 실내면적의 1/2을 실측대상영역으로 선정하여 실측하였다.
- 대공간의 온열환경 특성을 평가하기 위하여 외부기상, 온열환경지표(MRT, PMV), 풍속, 기류 가시화, 환기량을 측정하였다. 또한 체육관 외부에는 외부기상 계측을 위한 풍향풍속계, 일사량계, 상대 습도계 등의 기상계측 장비를 설치하여 시시각각 변화하는 외부기상 데이터를 실시간으로 파악할 수 있도록 하였다.
- 대공간의 온열환경 특성을 평가하기 위하여 외부기상, 온열환경지표(MRT, PMV), 풍속, 기류 가시화, 환기량을 측정하였다. 또한 체육관 외부에는 외부기상 계측을 위한 풍향풍속계, 일사량계, 상대 습도계 등의 기상계측 장비를 설치하여 시시각각 변화하는 외부기상 데이터를 실시간으로 파악할 수 있도록 하였다. 측정점은 계측대상영역을 7등분하여 각 영역 부의 중심에 등 간격으로 측정점을 배치하였다.
- 측정점은 계측대상영역을 7등분하여 각 영역 부의 중심에 등 간격으로 측정점을 배치하였다. 본 논문에서는 경기장 내에 다수의 Thermistor센서를 설치하여 높이별, 위치별 온도를 계측하였으며, 본 논문에서는 각 부분의 기준점, 기준 높이의 측정값 위주로 나타내었다. 모든 온도데이터는 Data logger를 통해 컴퓨터에 자동적으로 저장되도록 하였다.
- 본 논문에서는 경기장 내에 다수의 Thermistor센서를 설치하여 높이별, 위치별 온도를 계측하였으며, 본 논문에서는 각 부분의 기준점, 기준 높이의 측정값 위주로 나타내었다. 모든 온도데이터는 Data logger를 통해 컴퓨터에 자동적으로 저장되도록 하였다. 또한 급기구, 배기구의 온도와 상대습도는 휴대형 디지털 온습도계 (SK-L200II a)를 해당위치에 설치하여 계측하였다.
- 모든 온도데이터는 Data logger를 통해 컴퓨터에 자동적으로 저장되도록 하였다. 또한 급기구, 배기구의 온도와 상대습도는 휴대형 디지털 온습도계 (SK-L200II a)를 해당위치에 설치하여 계측하였다.
- 난방설정조건을<표 3>에 나타내었다. 인체발열부하 미고려시의 동계 대공간 온열환경을 평가하기 위하여 비난방시와 난방시로 구분하여 실측하였으며, 실측은 2007년 2월 7일과 8일 양일간에 걸쳐 실시되었다. 실측대상공간의 모든 출입구는 실험 기간 중 항상 닫힌 상태를 유지함으로서 외기유입에 의한 영향을 최소화하였으며, 조명부하에 의한 영향을 해소하기 위하여 실측 중에는 최소한의 실내조명만을 점등하였다.
- 실측대상공간의 모든 출입구는 실험 기간 중 항상 닫힌 상태를 유지함으로서 외기유입에 의한 영향을 최소화하였으며, 조명부하에 의한 영향을 해소하기 위하여 실측 중에는 최소한의 실내조명만을 점등하였다. 또한 1층 객석부의 중앙지점인 B4지점을 기준점으로 설정하여 기준점온도가 1차 난방에서 20℃ On, 21笆 Off로 설정 하였으나, 중앙공급 실에서 실측대상경기장으로 공급되는 열원(증기)의 시간지연에 따른 응답성 문제로 2, 3차 난방공급 시에는 실내난방 설정온도 폭을 크게 하여 2 ir On, 24笆 Off로 설정하여 실험을 실시하였다.
대상 데이터
- 1>에 나타내었다. 수도권 소재 체육공원 내에 위치한 실내체육관을 실측대상 건물로 선정하였다. 실측대상 건물은 1986년 준공된 지하1층, 지상3충(높이 22.
- 수도권 소재 체육공원 내에 위치한 실내체육관을 실측대상 건물로 선정하였다. 실측대상 건물은 1986년 준공된 지하1층, 지상3충(높이 22.4m, 직경: 97m)의 철근콘크리트 구조로서 건축면적 8, 658m2, 연면적 16, 35811? 규모이다. 1, 2층 객석 5, 223석, 가변형 객석 1, 635석을 갖추고 있으며, 지하층은 기계실, 전기실, 1층은 경기장 아레나, 가변형 객석, 사무실, 2층은 객석, \IP실, 3층은 객석으로 배치되었다.
- 4m, 직경: 97m)의 철근콘크리트 구조로서 건축면적 8, 658m2, 연면적 16, 35811? 규모이다. 1, 2층 객석 5, 223석, 가변형 객석 1, 635석을 갖추고 있으며, 지하층은 기계실, 전기실, 1층은 경기장 아레나, 가변형 객석, 사무실, 2층은 객석, \IP실, 3층은 객석으로 배치되었다. 지붕구조는 케이블 돔 구조로서 실리콘 코팅 유리섬유로 마감되었다.
- 지붕구조는 케이블 돔 구조로서 실리콘 코팅 유리섬유로 마감되었다. 실험대상 건물의 열원설비는 경기장 존에는 공원 내 중앙공급실(Power Plant) 에서 증기를, 사무실 존에는 지역난방공사에서 공급된 중온수를 지하공동구를 통해 실측대상건물내 공조기로 공급되고 있다. 공조시스템은 경기장 존에 냉난방용 1대와 환기용 1대, 사무실 존에 냉난방용 1대와 환기용 1대가 각각 설치되어 이들이 경기장 존(189, 000Kcal) 과 사무실 존(128, 700Kcal) 에 정풍량 방식으로 온풍을 공급한다.
이론/모형
- 실측대상 대공간의 환기량 산출실험은 아레나 중앙부에서 실시되었다. 비난방시와난방시 모두 Step-down법으로 진행되었으며, 공간 내 이산화탄소 농도의 감쇄속도를 실시간 모니터링하여 실측대상 공간의 침기 량을 산출하였다. 비난방시의 환기회수는 1.
성능/효과
- 인체발열부하 미고려시의 동계 대공간 온열환경을 평가하기 위하여 비난방시와 난방시로 구분하여 실측하였으며, 실측은 2007년 2월 7일과 8일 양일간에 걸쳐 실시되었다. 실측대상공간의 모든 출입구는 실험 기간 중 항상 닫힌 상태를 유지함으로서 외기유입에 의한 영향을 최소화하였으며, 조명부하에 의한 영향을 해소하기 위하여 실측 중에는 최소한의 실내조명만을 점등하였다. 또한 1층 객석부의 중앙지점인 B4지점을 기준점으로 설정하여 기준점온도가 1차 난방에서 20℃ On, 21笆 Off로 설정 하였으나, 중앙공급 실에서 실측대상경기장으로 공급되는 열원(증기)의 시간지연에 따른 응답성 문제로 2, 3차 난방공급 시에는 실내난방 설정온도 폭을 크게 하여 2 ir On, 24笆 Off로 설정하여 실험을 실시하였다.
- 비난방 실험일인 2월 7일의 외기온도는 최고 13.5C, 최저 1笆 로서 겨울철로서는 비교적 높은 외기온도를 나타내었으며, 상대습도는 33~87%를 나타내었다. 한편 난방실험이 진행된 2월 8일의 외기온도와 상대습도는 각각 1.
- 실측대상건물에의 열원공급은 지 역내 중앙공급 실에서 생산된 증기를 지하공동구를 통해 원격지인 실측대상 건물 내 공조기로 공급받아 난방하므로 공조 제어의 빠른 응답성은 기대하기 어려웠다. 2개소에서 측정한 급기온도는 최고 급기온도기준 7笆 전후의 온도 차가 관측되었으며, 급기온도는 공조가동 중에는 5 0笆이상의 급기온도를 유지하였다. 한편 배기 온도는 배기구 위치에 따라 50전후의 온도차가 확인되었다.
- 비난방시의 실내온도는 외기온도에 연동되어 일출직후에 일중 최저치를, 16시를 전후하여 일 중 최고치를 나타내었다<;그림 5>. 비난방시에 각 높이별 기온은 천장 조명부하의 영향을 간접적으로 받는 아레나와 가변형 객석 최상부를 제외하면 상하 온도 차는 아레나, 객석부 모두 VC 전후의 작은 온도차만이 관측되었다.
- 특히 아레나에서는 부력에 편승하여 상승한 취출기류가 공간 상부에 위치함에 따라 급속한 온도상승곡선을 나타낸 반면, 상대적으로 높이가 낮은 지상 Im높이에서는 완만한 온도상승곡선과 함께 저온을 나타내었으며, 일중 온도변화폭도 공간상부보다 상대적으로 적은 것으로 나타났다, 아레나보다 상대적으로 높은 위치인 객석부 기온은 모든 높이에서 거의 동일한 온도를 나타내고 있음을 확인할 수 있었다.
- 나타내었다. 먼저, 비난방시의 높이별 상하 온도 차는 측정한 5곳 모든 지점에서 최대 2笆 이하의 작은 상하 온도 차만을 관찰할 수 있었다. 실내조명이 설치된 아레나 및 가변형 객석 최상부에서는 조명 부하의 간접적 영향으로 상대적으로 고온을 나타내었다.
- 비난 방 조건에서는 아레나 바닥상부 9m 이하의 하부공간에서는 높이별 온도변화가 거의 관찰되지 않았으나, 그 상부공간에서는 위로 향할수록 뚜렷한 온도상승 경향을 나타내었다<그림7>. 한편, 난방실험에서는 시간대에 따라 난방조건이 각각 상이하여 온 도성 층의 발생정도와 형성범위에 차이가 있음을 확인할 수 있었다. 난방개시후 약 2시간이 경과된 11시와 난방 중지 후 난방이 재개된 13:30의 수직온도분포는 두 측정 시점 모두 유사한 분포특성을 나타내었다<그림8(a), (c)>.
- 0笆, 5. 2笆로서 비교적 크게 형성되었으나, 1층 객석과 2층 객석에서는 상대적으로 낮은 층고의 영향으로 상하 온도 차는 크게 축소된 반면, 평균기온은 높이가 높은 만큼 상대적으로 고온을 나타내었다. 난방시의 아레나 중앙의 수직온도프로파일에 의하면 바닥상부 1.
- 기류 유인 팬은 대공간 내부에 폭넓게 형성된 온도성층 완화에 효과적으로 작용하고 있음을 확인할 수 있었으며, 거 주역의 온도는 기류유인팬으로부터의 선회류 확산 성상에 영향을 받을 것으로 사료되므로 기류유인팬의 배치 및 선회류의 확산성상, 운전조건에 대한 추가적인 검토도 거주역의 온도균일화를 위해 필요할 것으로 추정된다. 이상의 수직온도분포 실험결과를 통해 난방운전조건별 경기장내 온도성층의 영향범위와 분포 특성을 파악할 수 있었다.
- 나타내었다. 먼저 비난방시 아레나의 1.1m높이 수평 온도 비교에서는 아레나 중심부가 아레나 가장자리보다 0.3笆 가량 낮은 온도를 나타내었으며, 1층 객석에서는 주변 출입구를 통해 기류가 유입됨으로서 위치에 따라서는 최대 0.8笆전후의 온도차를 확인할 수 있었다<;그림 9>. 난방실험에서 공조기가 가동되는 주간 시간 동안에는 2층 객석에서 최대 2笔 의 수평 온도분포가 확인된 것을 제외하고는 주목할 만한 수평 온도분포는 발생하지 않은 것으로 조사되었다<그림 10>.
- 11>에 나타내었다. 비난방시와 난방 시 모두 가변형 객석, 1, 2층 객석의 거주역 온도 비교에서는 2층 , 1층, 가변형 객석 순으로 온도가 높게 나타났으나, 그 차이는 극히 작은 것으로 파악되었다<;그림 11>.
- 동계 대공간 실측실험을 통해 난방시와 비난방시의 상하온도분포, 취출기류의 확산거동특성, 실내 온열환경과 분포상의 문제점을 파악할 수 있었다. 본연구를 통해 도출된 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 1) 실내 수직온도실측데이터를 분석함으로서 경기장 내 온도성층 발생정도와 영향범위를 효과적으로 파악할 수 있었다. 난방시의 상하 온도 차는 층고가 높은 아레 나의 경우 5笔이상의비교적 큰 폭의 온도차가 형성되었으나, 1, 2층 객석에서는 상대적으로 낮은 층고의 영향으로 상하 온도 차는 크게 줄어든 반면, 평균기온은 상대적으로 고온을 나타내었다.
- 2) 실내에 설치된 기류유인팬은 공간상부에 형성된 온도성층완화에 효과적으로 작용하였으며, 선회류가 도달되는 영역에서는 상하 온도 차가 크게 경감하였다.
- 3) 실측대상 대공간의 수평온도분포를 분석한 결과 경미한 수준의 온도차를 제외하고는 주목할 만한 수평온도분포는 발생하지 않은 것으로 파악되었다.
- 4) 기류가시화 실험결과, 급기기류는 취출직후 강한 부력에 편승하여 공간상부로 상승함으로서하부의 거주역 온열환경조성에는 효과적으로 작용하지 못한 것으로 파악되었다..
- 5) 1층 객석부 실내온열환경(MRT, PMV) 평가 결과, 열적중립온도에 도달하기까지는 난방개시 후 최소 2시간정도 소요되는 것으로 조사되었다.
후속연구
- 또한 대공간에서 나타나는 분포상의 문제점을 완화하기 위한 대안으로서 실내 기류유인팬 작동에 따른 실내 열환경 개선효과를 확인하기 위한 비교실험도 함께 실시하였다. 이번 대공간의 동계 온열 환경 실측조사를 통하여 수집된 정량화된 실험데이터는 대 공간 난방설계지침 마련을 위한 기초데이터로서 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
- 9C의 비교적 작은 온도차만이 관측되었으며, 선회류가 도달된 거주 역내의 공기온도는 주변의 동일높이의 기온보다 상대적으로 고온을 유지한 것으로 파악되었다. 기류 유인 팬은 대공간 내부에 폭넓게 형성된 온도성층 완화에 효과적으로 작용하고 있음을 확인할 수 있었으며, 거 주역의 온도는 기류유인팬으로부터의 선회류 확산 성상에 영향을 받을 것으로 사료되므로 기류유인팬의 배치 및 선회류의 확산성상, 운전조건에 대한 추가적인 검토도 거주역의 온도균일화를 위해 필요할 것으로 추정된다. 이상의 수직온도분포 실험결과를 통해 난방운전조건별 경기장내 온도성층의 영향범위와 분포 특성을 파악할 수 있었다.
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