[논문]초고층 공동주택의 입상덕트 환기시스템에서 외기조건과 작동조건에 따른 환기성능평가

김영배; 김재홍; 성재용; 이명호

doi:10.6110/kjacr.2011.23.2.139

초고층 공동주택의 입상덕트 환기시스템에서 외기조건과 작동조건에 따른 환기성능평가
Ventilation Performance According to Outdoor and Operating Conditions of the Vertical Exhaust Duct System in High Riser Public Houses 원문보기

설비공학논문집 = Korean journal of air-conditioning and refrigeration engineering, v.23 no.2, 2011년, pp.139 - 146

김영배 (서울과학기술대학교 에너지환경대학원) , 김재홍 (서울과학기술대학교 기계공학과) , 성재용 (서울과학기술대학교 기계공학과) , 이명호 (서울과학기술대학교 기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The ventilation performance of a vertical exhaust duct system in the high riser public house has been evaluated by a commercial software, Fluid Flow, which solves pressure losses through the duct system including bathroom fans and a hybrid roof fan. During the numerical simulations, outdoor wind condition and stack effects in summer and winter were considered as well as the operating conditions of a basement damper and the roof fan. The results show that the bathroom ventilation in summer is the most unsatisfactory. The opening of the basement damper has a problem that the polluted air in the lower floors is exhausted to the underground parking lot, not to the rooftop. If the basement damper is closed, the exhaust flow rate in the lower floors is not sufficient due to the strong flow resistance in the long vertical duct even though the roof fan is under operating.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 루프팬 입상덕트시스템을 적용한 초고층 공동주택에 대하여 실제 사용되는 세대 욕실팬 및 루프팬의 성능곡선을 이용하여 시스템 전체의 유동현상을 고찰하고자 한다. 덕트 유동해석은 배관시스템의 압력손실을 해석하기 위한 상용 S/W인 Fluid Flow⁽⁸⁾를 사용한다.
본 연구에서는 Fig. 1에서 보는 것과 같이 상용 S/W인 Fluid Flow를 이용하여 지하주차장이 있는 30층 고층 아파트에서 세대 욕실팬의 가동에 따른 입상덕트 환기시스템의 성능을 해석하였다. Fig.
본 연구에서는 작동조건으로 세대 가동 조건, 지하 댐퍼 조건, 루프팬 조건을 변화시키면서 환기 성능을 평가하였다. 세대 가동 조건으로 3층 간격 균등배치, 저층부 9개층, 고층부 9개층의 욕실팬이 동시 작동하는 경우에 따른 특성을 해석하였으며, 지하 댐퍼나 루프팬은 ON/OFF 조건에 따른 영향을 파악하였다.

가설 설정

본 연구에서는 여름과 겨울의 외기 온도를 각각 31. 1℃, -11.9℃로 설정하였으며, 실내 온도는 여름과 겨울 모두 26℃로 가정하였다. 본 연구의 대상인 입상덕트시스템의 유출입구는 각 층의 욕실과 옥상 배출구이므로 h는 옥상과 각 층의 높이차가 된다.

제안 방법

따라서 총 30개 층 중 9개 층의 욕실팬이 가동되며 균등배치(3개층 간격), 저층 9개 층(1～9층), 고층 9개 층(22～30층)이 사용될 때를 작동 조건으로 선정하여, 이 3가지 작동 조건에서 루프팬의 가동 여부와 지하 주차장과 연결된 댐퍼의 개 · 폐 여부가 환기에 어떤 영향을 미치는지 살펴보았다.
각 배관의 팬은 주어진 성능곡선 상에서 부하에 따라 압력 및 유량이 결정된다. 따라서 팬의 압력 또는 유량을 고정하면 실제 작동조건과 맞지 않으므로 본 연구에서는 각각의 팬에 대한 성능곡선을 직접 입력하여 배관망 시스템의 작동조건에 의해 압력 및 유량이 자동적으로 결정되도록 하였다.
본 연구에서는 30층 규모의 초고층 공동주택의 입상덕트 환기시스템에 실제로 적용되고 있는 욕실팬, 루프팬의 성능곡선을 이용하여 외기 조건, 작동 조건에 따라 수치 해석을 수행하여 환기 성능을 평가하였다.
초고층 공동주택에서 외기 조건에 따른 욕실 환기 성능을 정량적으로 평가하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 외기 조건으로 기본조건, 외풍조건, 여름조건, 겨울조건의 4가지 경우에 대한 수치해석을 수행하였고, 그 결과로서 욕실팬을 통해 환기되는 세대유량과 입상덕트 내 각 층별 분기관에서의 정압을 도식화 하였다. 작동조건으로는 루프팬에 의한 영향을 배제하기 위해 루프팬은 정지 상태로 설정하였고, 지하주차장 댐퍼는 열려 있는 것으로 설정하였다.
는 실외의 공기 밀도이다. 본 연구에서는 외부 풍속의 크기를 우리나라 년평균 풍속인 V = 3 m/s로 지정하였다. 실외 공기 밀도는 평균 기온 20℃를 기준으로 하여 ρ₀ = 1.
본 연구에서는 작동조건으로 세대 가동 조건, 지하 댐퍼 조건, 루프팬 조건을 변화시키면서 환기 성능을 평가하였다. 세대 가동 조건으로 3층 간격 균등배치, 저층부 9개층, 고층부 9개층의 욕실팬이 동시 작동하는 경우에 따른 특성을 해석하였으며, 지하 댐퍼나 루프팬은 ON/OFF 조건에 따른 영향을 파악하였다. 외기 조건은 환기량이 가장 적은 여름철을 기준으로 하였다.
덕트 유동해석은 배관시스템의 압력손실을 해석하기 위한 상용 S/W인 Fluid Flow⁽⁸⁾를 사용한다. 이 프로그램을 이용하여 덕트 내 욕실 배기 유량과 입상덕트 층별 압력분포를 구하여 입상덕트 환기시스템의 성능을 평가한다. 이를 바탕으로 굴뚝효과, 외풍 등 외기 조건과 세대 동시 사용율, 지하 주차장 댐퍼의 개폐여부, 루프팬의 작동여부 등 작동조건에 따른 영향을 논의한다.
이 프로그램을 이용하여 덕트 내 욕실 배기 유량과 입상덕트 층별 압력분포를 구하여 입상덕트 환기시스템의 성능을 평가한다. 이를 바탕으로 굴뚝효과, 외풍 등 외기 조건과 세대 동시 사용율, 지하 주차장 댐퍼의 개폐여부, 루프팬의 작동여부 등 작동조건에 따른 영향을 논의한다. 세대 주방팬의 작동 여부도 중요한 변수 중의 하나이지만 본 연구에서는 논의하지 않았다.
환기 성능을 평가하기 위해서는 몇 세대 욕실팬이 어떤 조합을 가지고 작동하는지 그리고 지하댐퍼의 개 · 폐 여부, 루프팬의 작동 여부 등 많은 경우의 수를 고려해야 한다. 하지만 모든 경우를 다 고려할 수 없으므로 구역별로 나누어 수치해석을 하였다. Table 1은 수치해석 조건을 나타낸다.

대상 데이터

Table 1은 수치해석 조건을 나타낸다. 수치해석 조건은 30층 규모의 초고층 공동주택에서 설계 조건인 동시 사용률 30%를 설정하였다. 따라서 총 30개 층 중 9개 층의 욕실팬이 가동되며 균등배치(3개층 간격), 저층 9개 층(1～9층), 고층 9개 층(22～30층)이 사용될 때를 작동 조건으로 선정하여, 이 3가지 작동 조건에서 루프팬의 가동 여부와 지하 주차장과 연결된 댐퍼의 개 · 폐 여부가 환기에 어떤 영향을 미치는지 살펴보았다.
1 m, 욕실 팬에서 입상덕트까지 1 m, 입상덕트관 층고 높이는 3 m로 설정하였다. 입상덕트 직경은 250 mm이며, 입상덕트로 연결되는 세대 배관의 직경은 100 mm이다.

이론/모형

따라서 본 연구에서는 루프팬 입상덕트시스템을 적용한 초고층 공동주택에 대하여 실제 사용되는 세대 욕실팬 및 루프팬의 성능곡선을 이용하여 시스템 전체의 유동현상을 고찰하고자 한다. 덕트 유동해석은 배관시스템의 압력손실을 해석하기 위한 상용 S/W인 Fluid Flow⁽⁸⁾를 사용한다. 이 프로그램을 이용하여 덕트 내 욕실 배기 유량과 입상덕트 층별 압력분포를 구하여 입상덕트 환기시스템의 성능을 평가한다.

성능/효과

Fig. 7(a)와 같이 루프팬을 정지한 상태에서 지하 댐퍼의 개폐에 따른 영향을 살펴보면, 댐퍼가 열린 경우에는 욕실 배기 유량은 모두 욕실 필요 환기량 100 m³/h를 만족하였다. 그러나 지하주차장의 댐퍼가 닫힌 경우에는 20층 이하 세대부터 필요 환기량을 만족하지 못하였다.
Fig. 8(a)와 같이 루프팬을 정지한 상태에서 지하 댐퍼의 개폐에 따른 영향을 살펴보면, 댐퍼가 열린 경우에는 욕실 배기 유량은 욕실 필요 환기량 100 m³/h를 만족하였다. 그러나 지하주차장의 댐퍼가 닫힌 경우에는 저층부 모든 층이 필요 환기량을 만족하지 못하였다.
다음으로 욕실팬이 3개층 간격으로 균등 가동되는 경우이며, 고층부 세대가 가동될 경우가 변화폭이 가장 작게 나타났다. 결론적으로 저층부 세대의 환기가 굴뚝효과나 역굴뚝효과의 영향을 가장 많이 받는다고 할 수 있다. 특히 여름철의 경우 저층 세대의 환기유량이 감소할 뿐만 아니라 지하주차장으로 배출되는 세대 수도 증가하기 때문에 입상덕트를 통한 환기시스템을 설계함에 있어 외기 조건으로는 여름조건을 설정하는 것이 중요하다.
여름과 겨울의 외기 온도 변화에 따른 총 환기 유량은 저층부 세대의 욕실팬이 가동될 경우 가장 많은 변화를 보였다. 다음으로 욕실팬이 3개층 간격으로 균등 가동되는 경우이며, 고층부 세대가 가동될 경우가 변화폭이 가장 작게 나타났다. 결론적으로 저층부 세대의 환기가 굴뚝효과나 역굴뚝효과의 영향을 가장 많이 받는다고 할 수 있다.
9는 고층부 9개 층의 욕실팬이 작동할 경우로서 댐퍼나 루프팬의 작동여부에 따른 세대 환기유량 및 입상 덕트 압력 분포를 보여주고 있다. 루프팬의 가동 여부와 댐퍼의 개폐여부에 상관없이 모든 경우의 욕실 필요 환기량 100 m³/h를 만족하였다. 이것은 고층부로 갈수록 증가하는 음압이 세대유량에 반영되어 루프팬을 정지하고 댐퍼를 닫아두어도 고층부 세대의 필요 환기유량을 만족하게 되기 때문이다.
이러한 저층부의 환기 유동이 옥상부로 원활히 배출하기 위해서 루프팬을 가동하는 것이 필요하다. 루프팬이 가동되면 고층부에 큰 음압이 형성되므로 지하 댐퍼가 닫히더라도 저층부 환기 유량이 확실히 증가하는 것을 볼 수 있었고 모든 층에서 욕실 필요 환기량 100 m³/h를 만족하였다.
외기 조건으로 3 m/s의 외풍에 의한 영향, 여름철 역굴뚝효과, 겨울철 굴뚝효과를 비교 평가한 결과 외풍에 의한 환기 성능은 거의 변화가 없었으나 여름에는 총 환기량이 감소하고 겨울에는 증가하였다. 여름 및 겨울철의 환기량 증감은 저층부 세대의 가동율이 높을수록 증가 또는 감소폭이 크게 나타났다. 지하 댐퍼를 열면 입상덕트 내부에 최대 압력이 발생하는 분기층이 생기며, 이 분기층 이하 세대는 환기가 지하 주차장으로 빠져 나감을 확인하였다.
이 표에서 괄호 안의 숫자는 기본조건과 비교한 총 환기유량의 증감율을 나타낸다. 여름과 겨울의 외기 온도 변화에 따른 총 환기 유량은 저층부 세대의 욕실팬이 가동될 경우 가장 많은 변화를 보였다. 다음으로 욕실팬이 3개층 간격으로 균등 가동되는 경우이며, 고층부 세대가 가동될 경우가 변화폭이 가장 작게 나타났다.
외기 조건에 따른 환기 유량의 변화를 살펴보면 기본조건과 외풍조건의 값이 거의 차이가 없는 것으로 나타났다. 그러나 여름에는 역굴뚝 효과로 인해 기본조건보다 전체적으로 환기유량이 감소하며, 겨울에는 굴뚝효과로 인해 기본조건보다 환기유량이 증가하였다.
외기 조건으로 3 m/s의 외풍에 의한 영향, 여름철 역굴뚝효과, 겨울철 굴뚝효과를 비교 평가한 결과 외풍에 의한 환기 성능은 거의 변화가 없었으나 여름에는 총 환기량이 감소하고 겨울에는 증가하였다. 여름 및 겨울철의 환기량 증감은 저층부 세대의 가동율이 높을수록 증가 또는 감소폭이 크게 나타났다.
작동 조건에 따른 수치해석을 통해 초고층 공동주택의 저층부는 옥상까지의 유동저항이 커서 지하 댐퍼를 닫으면 세대 필요 환기량을 만족하지 못함을 확인하였다. 이에 반해 루프팬을 가동하거나 지하댐퍼를 열면 세대 필요 환기량을 모두 만족하였다.
지하 댐퍼를 열게 되면 루프팬이 작동하지 않아도 본 연구에서 고려한 3가지 작동조건에서 모두 필요 환기량을 만족하였다. 그러나 저층부 세대의 환기유동은 옥상으로 배출되지 않고 지하주차장으로 배출되는 문제가 있다.
이에 반해 루프팬을 가동하거나 지하댐퍼를 열면 세대 필요 환기량을 모두 만족하였다. 지하 댐퍼를 열고 루프팬을 작동하지 않으면 필요 환기량은 만족하나 지하 주차장으로 환기되는 문제가 있는 것으로 나타났다. 이 경우에는 루프팬을 작동시키면 분기층의 형성 위치가 낮아지고 지하 주차장으로 환기되는 유량은 감소하였다.
여름 및 겨울철의 환기량 증감은 저층부 세대의 가동율이 높을수록 증가 또는 감소폭이 크게 나타났다. 지하 댐퍼를 열면 입상덕트 내부에 최대 압력이 발생하는 분기층이 생기며, 이 분기층 이하 세대는 환기가 지하 주차장으로 빠져 나감을 확인하였다. 특히, 여름철의 경우 분기층이 높은 층수에서 형성되어 지하주차장으로 배출되는 세대수가 증가하였다.

후속연구

본 연구에서는 욕실팬의 동시 사용율 30%를 기준으로 환기가 가장 안되는 상황을 고려하여 실제 초고층 공동주택 환기시스템의 성능을 평가하였으며 구체적인 작동조건의 변화에 대응할 수 있는 루프팬, 지하댐퍼의 제어방법에 관해서는 추가적인 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	초고층 건물의 원활한 환기를 위해 고려해야하는 것은?	초고층 건물에서 원활한 환기를 위해서는 굴뚝효과(stack effect)와 건물 외벽에 부는 바람의 영향을 고려해야 한다. 굴뚝효과는 여름 또는 겨울철 실내외 온도차로 생기는 건물 내외부 압력차로 인해 실외 공기가 유입 또는 유출되는 현상으로 화장실, 엘리베이터, 계단부 등에 따라 다르게 나타난다.
	굴뚝효과는 어떤 현상인가?	초고층 건물에서 원활한 환기를 위해서는 굴뚝효과(stack effect)와 건물 외벽에 부는 바람의 영향을 고려해야 한다. 굴뚝효과는 여름 또는 겨울철 실내외 온도차로 생기는 건물 내외부 압력차로 인해 실외 공기가 유입 또는 유출되는 현상으로 화장실, 엘리베이터, 계단부 등에 따라 다르게 나타난다.(1-3) 건물 외풍에 의해서도 실외 공기의 유출입이 발생할 수 있으며, 건물의 기밀도, 풍속, 풍향 등에 따라 건물 내부에 다양한 압력분포 특성이 나타난다.
	덕트 내 욕실 배기 유량과 입상덕트 층별 압력분포를 구하기 위해 이용되는 프로그램은?	따라서 본 연구에서는 루프팬 입상덕트시스템을 적용한 초고층 공동주택에 대하여 실제 사용되는 세대 욕실팬 및 루프팬의 성능곡선을 이용하여 시스템 전체의 유동현상을 고찰하고자 한다. 덕트 유동해석은 배관시스템의 압력손실을 해석하기 위한 상용 S/W인 Fluid Flow(8)를 사용한다. 이 프로그램을 이용하여 덕트 내 욕실 배기 유량과 입상덕트 층별 압력분포를 구하여 입상덕트 환기시스템의 성능을 평가한다.

참고문헌 (9)

Tamura, G. T. and Wilson, A. G., 1967, Pressure differences caused by chimney effect in the three high buildings, ASHRAE Transactions. Vol. 73(II), pp. 1.1-1.10.
Tamblyn, R. T., 1991, Coping with air pressure problems in tall buildings, ASH-RAE Transactions. Vol. 97(I), pp. 824-827.
Jo, J. H., Yeo, M. S., Yang, I. H., and Kim, K. W., 2001, Field measurement and simulation of the stack effect in high-rise building, Proc. Architectural Institute of Korea, Vol. 21, No. 2, pp. 965-968.
Lee, J. H., Song, D. S., Lim, H. W., and Park, D. R., 2008, Study on stack effect characteristics by outdoor wind conditions in high-rise residential buildings, Proc. KIAEBS, pp. 106-109.
Lee, K. H., Kim, S. M., Park, Y. H., Moon, J. S., and Sohn, J. Y., 2005, A Study on the air tightness performance and stack effect characteristics in high-rise apartments, Proc. Architectural Institute of Korea, Vol. 21, No. 12, pp. 279-286.
Kwon, Y. I. and Ahn, J. H., 2009, Study on the control performance evaluation of the exhaust stack used in high-riser public house, Korean J. of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering, Vol. 21, No. 2, pp. 103-108.
Kim, Y. D. and Kim, K. W., 2003, Simulation of the kitchen and bathroom exhaust systems in high-rise apartment buildings, Korean J. of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering, Vol. 15, No. 12, pp. 996-1006.
Kim, J. K., 2009, Piping system fluid flow v.3, Journal of Fluid Machinery, Vol. 9, No 6, pp. 91-95.
Yeo, J. H., Hur, N., Won, C.-H., Kim, S. R., and Choi, C.-K., 2007, A numerical simulation of the pressure coefficient around a cubic building model, Proc. Autumn Symposium of KSCFE, pp. 162-166.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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