[논문]독립코어형 오피스 빌딩의 연돌효과 발생특성에 관한 연구

송차원; 정광섭; 장현문; 윤정은; 임태섭

doi:10.6110/kjacr.2016.28.4.145

독립코어형 오피스 빌딩의 연돌효과 발생특성에 관한 연구
A Study on the Characteristics of the Stack Effect Occurs in Independent Core Type's Office Building 원문보기

설비공학논문집 = Korean journal of air-conditioning and refrigeration engineering, v.28 no.4, 2016년, pp.145 - 152

송차원 ((주)이투씨테크 기업부설연구소) , 정광섭 (서울과학기술대학교 건축학부) , 장현문 ((주)이투씨테크 기업부설연구소) , 윤정은 ((주)이투씨테크 기업부설연구소) , 임태섭 (서일대학교 건축과)

Abstract ▼ AI-Helper

For a general office building having a center core, the distinction between the outer wall and the compartment should be clear, and it should be set at a stack effect pressure distribution acting on the respective compartment by a relative area ratio of the respective leak compartment. In the case of office buildings with an independent core for core there, some blocks of shares and exterior pressure distribution in buildings and office buildings typically have different characteristics. Therefore, if the stack effect reduction measures, designed on the basis of a general office building are applied to a stand-alone building, the core of the building should reflect the unique pressure distribution characteristics. This study, performed as part of the object corresponding to the flat plan of the building in the diversification trend, analyzed the stack effect that actually occurs in an office building having the properties intended for stand-core construction, and thus on the basis of and tested by the method of using a conventional stack effect reduction measures. Reviewed in the study, an independent cored office building that does not have the air flow path through the specific space with respect to the center core type office building has a feature, and the variation in characteristics of the pressure distribution inside the building according to this air flow path stack effect was reduced by a variety of measures that should be applied to determine the application.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 독립코어형 오피스빌딩에 대한 연돌 효과 발생특성(압력분포 특성)을 분석하고 이에 근거하여 기존에 개발 적용되고 있는 연돌효과 저감대책에 대한 효과적인 활용방법에 대해서 검토를 실시하였다. 본 연구는 다양화되고 있는 빌딩의 설계방식에 대한 연돌효과 측면에서의 대응방안을 모색한다는 목적의 일환으로 실시되었으며, 본 연구를 통한 주요 성과를 아래에 정리한다.

가설 설정

3℃로 설정하였다. 지하 주차장 또한 외기로 가정하여 외기와 동일한 온도로 설정하였다. 연돌효과에 의한 영향을 중심으로 분석하기 위하여 외기의 풍향 및 풍속 조건은 배제하였으며, 대상건물의 외벽창호 및 내부도어는 비 개방상태로 모델링하였다.

제안 방법

건축적 저감대책의 경우에는, 시뮬레이션 분석결과에 의거하여 대상건물의 주요 문제발생 가능부위를 중심으로 각 부위가 어느 공기유동경로 상에 속하는 가를 정리하였으며, 문제발생 층의 해당 공기유동경로 각각에 대한 대안을 검토하였다. 선정된 건축적 주요대안은 오피스 공간, 공용부 홀 및 엘리베이터 홀 사이에 출입구를 추가(Fig.
그리고 설비적 저감대책 중 엘리베이터 샤프트 냉각장치의 경우에는 코어형식에 좌우되지 않고 적용이 가능하다는 점을 고려할 때, 공기유동경로에 대한 특성검토를 생략하고 적용하는 것이 가능하나, 우선 건축적 저감대책과 공조가압에 따른 개선효과를 분석한 후에 추가적인 개선이 필요한 경우에 적용을 검토하는 것으로 하였다.
연돌효과에 의한 영향을 중심으로 분석하기 위하여 외기의 풍향 및 풍속 조건은 배제하였으며, 대상건물의 외벽창호 및 내부도어는 비 개방상태로 모델링하였다. 그리고 승객용 엘리베이터 등으로 구성되는 독립코어가 외기에 직접적으로 면한 구조이기는 하나, 외기직접면한 단열 조치 및 연돌효과 저감대책시의 안전율을 고려한다는 측면에서 실내와 동일한 온도 20℃로 설정하였다.
대상건물에 대한 기본적인 연돌효과 발생특성(압력 분포 특성) 분석결과와 비교함으로써 저감대책 적용에 따른 연돌효과문제 발생가능성에 대한 개선효과를 확 인하기 위하여, 건축적 저감대책을 적용하는 경우, 오피스공간 공조가압을 실시하는 경우, 건축적 저감대책 및 오피스공간 공조가압을 병행 실시하는 경우에 대한 시뮬레이션을 실시하였다. 아래 Fig.
대상건물의 연돌효과 저감대책은 건축계획적 저감 대책과 설비계획적 저감대책을 병행하는 종합적 연돌 효과대책 구축방안⁽⁹⁾에 의거하여 검토하였다.
본 연구에서는 다양화 추세에 있는 빌딩의 평면계획에 대응한다는 목적의 일환으로, 실제로 건축되고 있는 센터코어 및 독립코어를 가지는 오피스빌딩의 연돌효과 발생특성을 분석하고, 이에 근거하여 기존의 연돌효과 저감대책을 효과적으로 적용하는 방법에 대하여 시뮬레이션 해석기법을 이용하여 진행하였다.
선정된 건축적 주요대안은 오피스 공간, 공용부 홀 및 엘리베이터 홀 사이에 출입구를 추가(Fig. 5 참조)로 설치하는 방안이며, 이를 통하여 [외기-오피스 공간- 공용부 홀 - 엘리베이터 샤프트] 로 구성되는 공기유동경로에 대해서는 추가구획 설치에 따른 압력분담을 유도하여 고층부용 엘리베이터 홀 도어에 작용하는 압력차를 저감할 수 있게 된다.
설비적 저감대책 중 공조가압장치의 적용에 대해서는, 고층부(고층부용 엘리베이터 샤프트의 중성대 상부, 11~25층)의 오피스공간을 가압하기로 결정하였다. 해당 오피스공간을 가압함으로써 공용부 홀의 절대압력이 상승하여 공용부 홀과 외기간의 압력차이가 커지기는 하지만, 연돌효과문제가 내부구획 중심으로 발생한다는 측면을 고려할 때 해당 부분은 외벽으로 구성되어 있다는 점, 그리고 해당 외벽에 문제발생이 가 능한 개방형 창호가 설치되어 있지 않다는 점 등을 고려하여, 가압에 따른 2차적인 문제는 발생하지 않을 것이라고 판단하였다.
지하 주차장 또한 외기로 가정하여 외기와 동일한 온도로 설정하였다. 연돌효과에 의한 영향을 중심으로 분석하기 위하여 외기의 풍향 및 풍속 조건은 배제하였으며, 대상건물의 외벽창호 및 내부도어는 비 개방상태로 모델링하였다. 그리고 승객용 엘리베이터 등으로 구성되는 독립코어가 외기에 직접적으로 면한 구조이기는 하나, 외기직접면한 단열 조치 및 연돌효과 저감대책시의 안전율을 고려한다는 측면에서 실내와 동일한 온도 20℃로 설정하였다.
이외의 공기유동경로 상에는 설치 공간상의 이유로 인하여 추가적인 구획의 설치는 실시하지 않는 것으로 결정하였으며, 추가개선은 설비적 저감대책을 병행하여 실시하는 것으로 하였다.
Table 5에 공조가압 대상층 및 층 별 가압풍량을 나타낸다. 층 별 가압풍 량에 대해서는 연돌효과에 따른 수직적 압력분포 및 가압대상 층의 계획상의 특징을 고려하여 수직조닝을 실시한 후에 조닝 별로 상이한 값으로 설정하였다.

대상 데이터

대상건물은 서울시에 위치한 지하 6층/지상 25층 규모의 고층 오피스빌딩이며, 공용부 홀을 중심으로 서측에는 오피스공간이 그리고 동측에는 승객용 엘리베이터 등으로 구성되는 독립코어가 계획되어 있다. 서측의 오피스 공간에는 공용부 홀에 면한 부분에 비상 계단실, 비상용 엘리베이터, 화장실 등으로 구성되는 별도의 코어가 계획되어 있다.

데이터처리

대상건물의 연돌효과 발생특성을 검토하기 위하여 CONTAMW 3.0.1을 활용한 해석을 실시하였다.

성능/효과

(1) 코어형식과 같은 빌딩 설계방식의 다양화는 빌딩에 있어서의 연돌효과 발생특성(압력발생 특성)의 다양화를 유도하게 되며, 이에 따른 연돌효과 대응 방식의 변화가 필요하다는 것을 확인할 수 있었다.
(2) 구체적으로, 빌딩 설계방식의 다양화에 따른 효과적인 연돌효과 대응을 위해서는 건물이 가지는 주요 공기유동 경로의 분석 및 공기유동 경로 간의 영향 및 특성에 대한 검토가 선행되어야 한다는 것을 확인할 수 있었다.
(3) 빌딩의 공기유동경로 특성 및 연돌효과 저감대책 별 문제개선원리에 대한 검토를 통하여, 센터코어형 오피스빌딩을 대상으로 개발된 기존의 연돌효과 저감대책을 충분히 효과적으로 활용할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
다음으로, 오피스공간 공조가압에 따른 효과를 보면, 공조가압에 의하여 당초 문제발생이 예상되었던 모든 부위에 있어서의 압력차이가 크게 감소하고 있는 것으로 나타났다. 특히, 공조가압을 실시함으로써 오피스 공간과 공용부 홀에서의 절대압력이 상승하고 각각의 수직샤프트로부터 유출되는 공기유동이 저감되어 각 수직샤프트의 중성대가 하강하는 것으로 나타났으며, 이에 따라서 가압을 실시하지 않는 건물의 저층부 문제발생 가능부분에 대한 개선효과 또한 크게 나타나고 있다는 것을 알 수 있다.
한편, 추가적으로 설치되는 오피스 공간과 공용부 홀 간의 도어에 작용하는 압력의 증가 및 이에 따른 2차적 문제 발생을 고려하여, 전술한 바와 같이 외벽에 접하여 있지만 공용부 홀에 대한 직접적인 가압은 실시하지 않는 것으로 하였다. 오피스공간의 가압으로 인하여 오피스공간과 공용부 홀 간의 도어, 엘리베이터 도어, 비상 계단실 도어 등에 작용하는 압력차는 저감될 것으로 기대되었다. Table 5에 공조가압 대상층 및 층 별 가압풍량을 나타낸다.
이상의 결과들로부터, 대상건물의 조건(규모, 기후, 설계 조건 등)에서는 오피스공간에 대한 공조가압만으로도 충분한 연돌효과문제 개선효과를 확보할 수 있는 것으로 분석되어, 건축적 저감대책(오피스 공간 및 공용부 홀 간의 추가구획 설치)은 적용하지 않는 것으로 결정하였다.
특히, 공조가압을 실시함으로써 오피스 공간과 공용부 홀에서의 절대압력이 상승하고 각각의 수직샤프트로부터 유출되는 공기유동이 저감되어 각 수직샤프트의 중성대가 하강하는 것으로 나타났으며, 이에 따라서 가압을 실시하지 않는 건물의 저층부 문제발생 가능부분에 대한 개선효과 또한 크게 나타나고 있다는 것을 알 수 있다.

후속연구

그리고 다음으로, 저감대책 별 연돌효과 및 연돌효과 문제의 저감원리를 고려하여 저감대책을 선정한 후, 각각의 저감대책 적용에 따른 연돌효과문제 개선효과 및 2차적인 문제의 발생여부를 고려하여 저감대책의 적용 적정성 여부를 판단할 필요가 있다.
11에서, 건축적 저감대책의 적용(오피스 공간 및 공용부 홀 간의 추가구획 설치)에 의하여 예상 했던 바와 마찬가지로 고층부용 엘리베이터 홀 도어, 전망대용 엘리베이터 홀 도어, 비상용 엘리베이터 전실도어 작용하는 압력차가 다소 저감하고 있는 것을 알 수 있다. 하지만 각 부위에 대한 개선효과가 충분하지 않아 설비적 대안 적용에 따른 보완이 필요할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	건물에서 연돌효과에 따른 압력분포를 결정짓는 요소로는 어떤 것들이 있는가?	건물에서 연돌효과에 따른 압력분포를 결정짓는 요소로는 수직샤프트의 개수, 수직샤프트의 수직 높이, 그리고 건물 각 구획의 기밀성능이다. 참고로 건물 내부(수직 샤프트)와 외기 간의 온도 차이는 연돌효과 전체압력의 크기를 결정하는 요소이기는 하나, 압력분 포를 결정하는 요인이 아님에 주의를 필요로 한다.
	건물의 수직적 압력분포는 무엇에 의해 결정되는가?	건물에서는 각각의 수직샤프트를 기준으로 연돌효과에 따른 중성대가 발생하며, 각 수직샤프트의 중성대 위치는 수직샤프트로 유입되는 공기량과 수직샤프트에서 유출되는 공기량이 동일해지는 지점에서 결정 된다. 즉 건물의 수직적 압력분포는 수직샤프트의 개수와 수직샤프트의 수직 높이에 의해서 결정된다는 것을 의미하며, 이를 통하여 건물 각 층에 작용하는 연돌효과 압력차가 결정된다고 할 수 있다.
	연돌효과 및 연돌효과 문제에 효과적으로 대응 하기 위한 연구개발의 필요성이 나날이 증가하는 이유는 무엇인가?	건물의 고층화와 더불어 연돌효과 및 연돌효과에 따 른 문제는 고층건물에서 해결되어야 하는 또 하나의 과 제로 부각되었다. 왜냐하면, 연돌효과에 의한 공기유동 및 압력작용으로 인해 고주파 풍음 및 강풍, 도어의 동 작이상과 같은 각종의 문제점들이 건물 내에서 발생하 고 있기 때문이다. 그 외 침기 및 누기의 증가는 건물 에 너지부하의 증가를 초래하고 있으며, 이와 같이 연돌 효과로 인해 건물의 친환경 및 에너지 절약 성능측면에 있어 마이너스 요소로도 작용하고 있다. 또한 화재 시 유독가스의 급속확산 및 공기전파성 바이러스의 건물 내 전파의 영향요인으로 작용하고 있으며, 고층빌딩 방 재성능에 있어서 핵심적인 기술아이템이기도 하다. 이에 따라 연돌효과 및 연돌효과 문제에 효과적으로 대응 하기 위한 연구개발의 필요성은 나날이 증가하고 있으며, 이러한 필요성에 의거하여 연돌효과에 관련한 각종의 연구가 진행되어 왔다.

참고문헌 (10)

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Lee, J. H. et al., 2008, Study on the measures for stack effect considering sustainable side, Magazine of the SAREK, Vol. 37 No. 11, pp. 35-40.
Song, D. et al., 2008, Summary and measures for the stack effect, Magazine of the SAREK, Vol. 37, No. 11, pp. 4-13.

저자의 다른 논문 :

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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