[논문]초고층공동주택 국소배기용 입상덕트시스템의 제어성능평가에 관한 연구

권용일; 안정헌

문제 정의

초고층 공동주택에 설치되는 국소배기시스템의 배기효율을 향상시키고 청정도 높은 실내공간을 구현하기 위해, 세대별로 설치된 가지관과 체결된 수직건식덕트의 압력을 부압으로유지시킴으로써 저층에서 배출되는 오염물질을 효과적으로 배출하도록 덕트 말단인 옥탑층에 루프팬(roof fan)을 설치함으로써 세대별로 배출되는오염물질을 효과적으로 수직덕트말단으로 이송할수 있는 방식으로 인식하고 있으며 국외에서는 초고층 건물의 국소배 기시스템에 많이 적 용하고 있다. 본 연구는 50개층 규모의 건식덕트의말단인 최상부에 루프팬을 설치하여 동력에 의해강제 구동될 경우, 향상되는 배기효율 특성을 연구하여 자연/강제겸용 루프팬의 설치 필요성을 제안하고 이러한 목적을 달성하기 위해 개발된 제어시스템을 소개하기 위해 수행되었다.

제안 방법

5과 같이 설치된 오리피스를 통하여 구하였다. 각 층별로 오염물질의 배출능력을 실험하기 위해, 화장실 배기팬의 운전현황은 Table 2와 같으며 저층부(1F ~4F)의 화장실 배기팬을 1000s이하동안 운전하고일정시간이 경과하면 상층부 4개층씩 배기팬의 운전층수를 증가시켰다. Fig.
수직입상덕트 최상부에 설치된 차압센서에서 측정된 압력이 설정압력보다 높게 유지되어 세대에서 오염물질을 배출한다고 인식하여도 태풍과 같이 자연풍이 존재하면 수직입상덕트 내의 압력은부압으로 형성되기 때문에 덕트내의 부압이 설정 압력 이하가 되면 루프팬에 공급되는 전원을 차단하여 에너지절약을 도모하도록 Table 1과 같이 ON/OFF제어를 수행하는 제어시스템을 구성하였다. 초고층 공동주택의 화장실 및 주방의 배기를 위해, 설치되는 국소배기장치의 오염물 배출성능을 평가하기 위한 실험장치는 수직으로 설치하기 어려움이 있어 Fig.
5와 같이 원형관의 한쪽 외벽에 차압측정이 가능한 오리피스를 설치하였다. 오리피스에서 발생되는 압력손실을 최소화하기 위해, 유동방향으로 일정한 각도를 갖도록 구성하였으며 오리 피 스의 각도(a)는 60°로 고정 하였다. 오리피스의 무차원높이(H/D)를 변수로 하여 풍속을 변화시켜 차압을 측정한 결과는 Fig.
초고층 공동주택에 설치될 화장실 배기용 입상덕트의 오염물질 배출현상과 차압센서를 이용하여 루프팬을 자동 운전하는 제어시스템의 운전성능을 평가한 결론은 다음과 같다.
9에 나타내고 있다. 평균풍속을 측정하기 위해, 설치된 풍속계는 Fig. 4 와 같이 8층과 9층 사이와 50층 상부 2개소 설치하였으며 차압은 50층 상부에 Fig. 5과 같이 설치된 오리피스를 통하여 구하였다. 각 층별로 오염물질의 배출능력을 실험하기 위해, 화장실 배기팬의 운전현황은 Table 2와 같으며 저층부(1F ~4F)의 화장실 배기팬을 1000s이하동안 운전하고일정시간이 경과하면 상층부 4개층씩 배기팬의 운전층수를 증가시켰다.

대상 데이터

오리피스에서 발생되는 압력손실을 최소화하기 위해, 유동방향으로 일정한 각도를 갖도록 구성하였으며 오리 피 스의 각도(a)는 60°로 고정 하였다. 오리피스의 무차원높이(H/D)를 변수로 하여 풍속을 변화시켜 차압을 측정한 결과는 Fig. 6과 같으며 차압측정은 검교정된 KAN0MAX사의 model 6112를 사용하였다.

성능/효과

(1) 대기가 2.65m/s로 이동할 때, 루프팬의 덕트 유인 평균풍속이 2.5 m/s로 유지되어 자연풍에의한 배기능력이 충분히 확보됨을 알 수 있다. (2) 루프 팬이 정지된 경우, 동시사용율을 고려하여 25개층의 화장실 배기팬이 균일하게 동시에운전되는 경우, 중, 고층부에서 발생하는 기류의유동저항에 의해, 저층부화장실의 오염물질의 배출능력이 급격히 감소되어 강제구동 루프팬의 설치필요성을 입증하였다.
5 m/s로 유지되어 자연풍에의한 배기능력이 충분히 확보됨을 알 수 있다. (2) 루프 팬이 정지된 경우, 동시사용율을 고려하여 25개층의 화장실 배기팬이 균일하게 동시에운전되는 경우, 중, 고층부에서 발생하는 기류의유동저항에 의해, 저층부화장실의 오염물질의 배출능력이 급격히 감소되어 강제구동 루프팬의 설치필요성을 입증하였다. 그러나 루프팬을 설치할경우, 건식입상 덕트가 전체적으로 부압이 형성되므로 배기팬이 운전되지 않는 층의 배기를 방지 하기 위 해, 개폐형 댐퍼 (motorized damper)> 설치해야 된다.
(3) 덕트말단의 차압을 측정하여 루프팬을 자동으로 운전하도록 구성된 제어시스템으로 세대별배출풍량을 변화시켜 자동제어운전을 검증한 결과, 덕트 평균풍속이 lm/s이상인 경우, 측정되는 차압이 루프팬운전설정압력(2Pa)보다 높게 유지되 어 제 어안정 성 은 확보를 입 증하였다.
오리 피 스의 무차원높이 (H/D)를 변화시킨 결과직경의 30%까지 높이(H)= 0.3)를 상승시키면 평균풍속이 lm/s에서도 차압이 5Pa범위에서 검출되어 제어에 용이한 차압이 검출되고 풍속이 3m/s 이상인 4m/s(동시사용율을 고려한 덕트 선정풍량) 에서는 차압이 70Pa 범위까지 급격히 증가하는 것으로 나타났다. 따라서 세대배기에 상태에 따라 루프팬의 구동여부를 판단할 수 있는 오리피스의 무차원높이는 0.
2m/s 범위의 평균풍속을 나타내고 있다. 이는 50개층의 세대에서 배출되는 오염물질을 하나의 수직덕트를 통하여 배출하기 때문에 저층부(1F~4F)만 오염물질을 배출하는 경우는 기류에 의해 발생하는 저항 없이 일정한 시간경과 후, 수직덕트 말단까지 오염물질이 배출되지만 저층부와 고층부의 세대가 동시에 오염물질을 배출하는 경우는 고층부에서 배출되는 오염물질에 의해 형성되는 기류저항 때문에 저층부의 오염물질 배출속도가 감소된 것으로 판단되며 이를 극복하기 위해, 수직덕트 말단에 루프팬을 설치해야 됨을 입증하였다. Fig.
13의속도분포와 같이 나타내고 있다. 전층에 대해 전술한 바와 같이 4개층에서 오염물질이 배출되면평균풍속이 1.2m/s로 유지되고 차압이 5Pa이상발생됨으로 인해 루프팬이 기동되고 있으며 운전시간이 300~ 550s범위와 1300s이상은 세대 배기 팬이 정지되거나 저층부 2개층만 가동하여 설정차압이 하로 압력이 유지됨을 알 수 있다. 이는 통과풍속이 lm/s이상으로 유지되면 설정 압력 이상으로 차압이 검출되어 루프팬이 기동됨을 입증하는 것이다.

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