선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구의 목적은 실내공기질을 유지하고 쾌적한 실내기류를 조성할 수 있는 자연환기 시스템의 대안을 제안하는 것이다.
- 이러한 맥락에서 상시 적절한 공기를 실내로 도입하여 쾌적한 실내공기환경을 제공할 수 있는 자연환기 시스템 개발의 필요성은 계속 증대하고 있다. 환기의 목적은 실내공기질의 확보, 배열을 통한 냉방, 쾌적한 실내기류 조성의 세 가지로 나눌 수 있으나, 본 연구에서는 자연환기 시스템의 가장 기본적인 역할을 실내공기질의 확보와 쾌적한 실내기류를 조성하는 것으로 정의하고 이를 만족시킬 수 있는 자연환기 시스템의 대안을 제안하고자 한다.
제안 방법
- 건물의 높이에 따른 층별 표면압력차를 해석하기 위하여 CFD(Computational Fluid Dynamics)시뮬레이션을 사용하였다. STAR-DESIGN으로 대상건물을 모델링 하였으며 STAR-CD를 이용하여 해석하였다. 난류 모델은 k-ε/High Reynolds를 사용하여 남쪽을 기준으로 0°, 45°, 90°에서 바람이 부는 경우에 대해 남·북쪽 파사드의 압력차를 구하였다.
- 각 환기장치 단면별 압력차에 의한 통과유량을 해석하기 위하여 CFD 시뮬레이션을 진행하였다. 각 단면은 2D로 모델링 하였으며 STAR-CD를 이용하여 해석하였다. 난류모델은 k-ε/High Reynolds를 사용하였다.
- 각 환기장치 단면별 압력차에 의한 통과유량을 해석하기 위하여 CFD 시뮬레이션을 진행하였다. 각 단면은 2D로 모델링 하였으며 STAR-CD를 이용하여 해석하였다.
- 자연환기 설치시 실내 기류의 쾌적 여부를 평가하기 위하여 CFD 시뮬레이션을 이용해 거주역의 실내기류에 의해 불쾌감을 느끼게 되는 실내·외 표면압력차를 장치단면별로 구하고 TRNFLOW 시뮬레이션을 이용하여 분석한 모드별 각 실 표면의 연중 압력차 데이터와 비교하였다. 거주역의 범위는 바닥면에서 2.1m 높이로 정의하고 내측환기장치를 설치한 표면에서 0.2m부터 2m사이의 풍속을 측정하였다. 실내기류에 의한 불쾌감을 느끼게 되는 표면압력차를 구하기 위해 모드1에서는 Step1, 모드2에서는 Step3의 단면에서 압력차에 따른 실내풍속의 정규분포의 98%가 계절별 기준1.
- STAR-DESIGN으로 대상건물을 모델링 하였으며 STAR-CD를 이용하여 해석하였다. 난류 모델은 k-ε/High Reynolds를 사용하여 남쪽을 기준으로 0°, 45°, 90°에서 바람이 부는 경우에 대해 남·북쪽 파사드의 압력차를 구하였다. 그림4는 높이에 따른 대상 건물의 남·북 각 파사드의 표면 압력차와 풍압과의 관계를 나타낸 것이다.
- 건물로 불어오는 바람은 건물 주변에 복잡한 기류를 만들며 정압부위는 대기보다 높은 기압을 부압부위는 대기압보다 낮은 압력을 가지게 되어 실내 개구를 통한 환기의 원인이 된다. 본 연구의 대상인 자연환기 장치의 프로토타입은 개구부 세로 길이가 매우 짧고 본 연구는 건물 전체가 아닌 일정 높이의 단일 주호만을 고려하므로 온도차에 의한 압력은 환기의 원인으로 크게 작용하지 않을 것으로 사료되어 연구의 편의를 위하여 풍압에 의한 환기만을 자연환기의 원인으로 고려하였다.
- 자연환기설비의 설치면적은 TRNFLOW시뮬레이션 상에서 설치면적을 조정하면서 포름알데히드(HCHO) 연평균 농도가 기계환기시 보다 낮은 농도를 나타내는 면적으로 산정하였다. 설치면적은 표1의 환기율에 따른 설치면적비에 따라 설치하였으며 환기량이 적은 모드2에서 연평균 포름알데히드(HCHO) 농도를 측정하여 산정하였다.
- 실내공기질 유지를 위한 자연환기장치의 적정설치면적비와 적정설치면적을 산출하기위해 먼저 CFD 시뮬레이션을 이용하여 해석대상건물의 풍압계수와 프로토타입 장치단면의 유량계수를 계산하였으며 이를 TRNFLOW 시뮬레이션에 적용하여 적정설치면적비와 적정설치면적을 계산하였다.
- 2m부터 2m사이의 풍속을 측정하였다. 실내기류에 의한 불쾌감을 느끼게 되는 표면압력차를 구하기 위해 모드1에서는 Step1, 모드2에서는 Step3의 단면에서 압력차에 따른 실내풍속의 정규분포의 98%가 계절별 기준1.5m/s와 0.5m/s를 초과하는 범위를 구하였다. 분석결과 Step1에서는 실내·외 표면압력차 250pa에서 실내풍속 정규분포의 98%가 1.
- 7회 이상의 환기율을 보이는 경우가 많아 기계환기를 하는 경우에 상응하는 오염물질 제거성능을 보일 것으로 예상된다. 이에 본 연구에서는 해석 대상 건물에서 0.7회의 기계환기를 지속적으로 할 경우의 포름알데히드(HCHO) 제거능력을 기준으로 자연환기 시스템의 설치면적을 산정하였으며 포름알데히드(HCHO) 방출량은 한국공기 청정협회의 친환경 건축자재 인증등급의 우수자재의 방출량 기준에 따라 0.02mg/m2h로 하였다. 실내 포름알데히드(HCHO) 농도를 해석하기 위하여 TRNFLOW 시뮬레이션을 사용하였다.
- 자연환기 설치시 실내 기류의 쾌적 여부를 평가하기 위하여 CFD 시뮬레이션을 이용해 거주역의 실내기류에 의해 불쾌감을 느끼게 되는 실내·외 표면압력차를 장치단면별로 구하고 TRNFLOW 시뮬레이션을 이용하여 분석한 모드별 각 실 표면의 연중 압력차 데이터와 비교하였다. 거주역의 범위는 바닥면에서 2.
- 1755 mg/m3으로 나타났으며 시간에 따른 변화 없이 일정한 값을 보였다. 자연환기설비의 설치면적은 TRNFLOW시뮬레이션 상에서 설치면적을 조정하면서 포름알데히드(HCHO) 연평균 농도가 기계환기시 보다 낮은 농도를 나타내는 면적으로 산정하였다. 설치면적은 표1의 환기율에 따른 설치면적비에 따라 설치하였으며 환기량이 적은 모드2에서 연평균 포름알데히드(HCHO) 농도를 측정하여 산정하였다.
- 적정설치면적 산정을 위해 본 연구에서는 0.7회의 기계환기시의 포름알데히드 제거능력에 상응하는 자연환기 시스템의 설치면적을 적정설치면적으로 정의하였다. 그 결과 0.
대상 데이터
- 자연환기시스템을 대상주호에 설치하였을 경우의 각 실의 표면압력차와 환기량을 해석하기 위하여 TRNFLOW 시뮬레이션을 사용하였다. 대상 건물의 풍압계수(Cp)와 자연환기장치의 조작 단면별 유량계수(Cd), 서울 평균기후데이터를 경계조건으로 사용하였다.
- 프로토타입의 설계와 실적용에 따른 성능평가를 위해 P아파트 전용면적이 약160m2 인 30층의 주호를 해석대상으로 선정하였다. 주동의 형태는 탑상형(4호병렬)에 남향이며 주동은 4bay로 주방을 제외한 거실과 방 1,2,3,4와 식당부분의 발코니를 확장한 형태이다.
이론/모형
- )에 의해 정의 할 수 있으며 풍압계수를 이용하여 식(1)과 (2)에 의해 측정 풍속에 따른 풍압분포와 건물 각 표면의 압력차를 계산할 수 있다. 건물의 높이에 따른 층별 표면압력차를 해석하기 위하여 CFD(Computational Fluid Dynamics)시뮬레이션을 사용하였다. STAR-DESIGN으로 대상건물을 모델링 하였으며 STAR-CD를 이용하여 해석하였다.
- 각 단면은 2D로 모델링 하였으며 STAR-CD를 이용하여 해석하였다. 난류모델은 k-ε/High Reynolds를 사용하였다. 내측 환기 장치의 조작에 따른 각 단면별 압력차에 대한 통과유량은 그림5의 각 점으로 표시한 값과 같았으며 식(3)에 따라 유량계수(Cd)를 계산한 결과 내측장치의 1단계에서는 0.
- 02mg/m2h로 하였다. 실내 포름알데히드(HCHO) 농도를 해석하기 위하여 TRNFLOW 시뮬레이션을 사용하였다.
- 자연환기시스템을 대상주호에 설치하였을 경우의 각 실의 표면압력차와 환기량을 해석하기 위하여 TRNFLOW 시뮬레이션을 사용하였다. 대상 건물의 풍압계수(Cp)와 자연환기장치의 조작 단면별 유량계수(Cd), 서울 평균기후데이터를 경계조건으로 사용하였다.
성능/효과
- 7회의 기계환기시의 포름알데히드 제거능력에 상응하는 자연환기 시스템의 설치면적을 적정설치면적으로 정의하였다. 그 결과 0.7회 기계환기시 연평균 포름알데히드 농도는 0.1755mg/m3로 나타났으며 자연환기 시스템을 적정설치면적 설치하고 운영모드에 따라 운영할 경우의 포름알데히드 농도는 0.1446mg/m3로 나타났다.
- 그림5의 점 그래프와 선 그래프의 오차는 이후 TRNFLOW시뮬레이션과 CFD시뮬레이션의 통과유량에 대한 오차를 의미한다. 그림7에서 볼 수 있듯이 대상건물의 남·북면의 풍압차는 97% 이상이 ±30pa 범위 안에서 나타나며 그림11에서 볼 수 있듯이 각 표면의 압력차 또한 97.5%이상이 ±30pa 범위 안에서 나타나므로 CFD시뮬레이션과 유량계수(Cd)를 이용한 TRNFLOW시뮬레이션의 통과유량에 대한 오차가 크지 않음을 예상할 수 있다.
- 본 연구에서 제안한 자연환기 시스템이 쾌적한 실내기류를 조성할 수 있는가를 평가하기위해 CFD 시뮬레이션을 이용하여 불쾌감을 조성하는 모드별 표면압력차를 산출하고 해석대상건물에서의 표면압력차와 비교한 결과 재실자가 실내기류에 의해 불쾌감을 느끼지 않음을 예상 할 수 있었다.
- 5m/s를 초과하는 범위를 구하였다. 분석결과 Step1에서는 실내·외 표면압력차 250pa에서 실내풍속 정규분포의 98%가 1.5m/s 조건을 초과하였으며 Step3에서는 실내·외 표면압력차 50pa에서 실내풍속 정규분포의 98%가 0.5m/s를 초과하였다.
- 해석 결과 자연환기설비 설치시 주호의 각 실이 유사한 환기성능을 가질 수 있게 하기 위해서는 실의 체적비를 고려하여 자연환기 설비를 설치할 수 있음을 알 수 있었다. 주호의 환기율은 정압 부위에 면한 실과 부압 부위에 면한 실의 개구부 면적 비에 의해 변화 한다.
- 해석결과 대상 주호에서 0.7회의 기계환기를 실시할 경우 실내 포름알데히드(HCHO)의 평균농도는 0.1755 mg/m3으로 나타났으며 시간에 따른 변화 없이 일정한 값을 보였다. 자연환기설비의 설치면적은 TRNFLOW시뮬레이션 상에서 설치면적을 조정하면서 포름알데히드(HCHO) 연평균 농도가 기계환기시 보다 낮은 농도를 나타내는 면적으로 산정하였다.
- 표1에 따라 장치를 설치할 경우 남·북면 풍압차에 대한 연중 각 실의 환기율 편차의 분포는 그림7과 같으며 연중 남쪽과 북쪽 파사드에 작용하는 풍압차의 도수분포(그림6)는 97% 이상이 ±30pa 범위 안에 나타났다. 환기율의 평균 편차는 표2와 같으며 환기율을 이용하여 조절한 경우가 더 낮았으나 향별 평균편차의 차는 0.0961과 0.0745로 낮게 나타나 체적비를 고려한 설치면적비 산정이 가능함을 알 수 있다.
후속연구
- 본 연구는 연구의 편의를 위해 풍압차에 의한 통풍환기만을 고려하였으므로 온도차에 의한 환기 및 연돌효과 등의 영향을 고려한 연구로 발전될 필요가 있으며 자연환기설비 설치시 냉난방 에너지 소비에 대한 연구와 복합적인 외피기능과 통합 운영하는 시스템으로 발전시킬 수 있는 추가적인 연구가 필요하다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.