연돌 효과 (stack effect)

 

 

   건축물 내부의 온도가 바깥보다 높고 밀도가 낮을 때

     건물 내의 공기는 부력을 받아 이동하는데,

     이를 '굴뚝효과' 또는 '연돌효과'라고 한다.

    수직 공간 내에서 공기가 움직이는 방향은 온도에 따라 달라지는데,

     내부온도가 외부온도보다 높으면 아래쪽에서 위쪽으로 흐르고

    그와 반대가 되면 위쪽에서 아래쪽으로 흐른다.

    건축물 바깥 공기가 실내의 공기보다 높을 때는

    건물 내에서 공기가 위에서 아래쪽으로 이동하게 되는데 

    이러한 하향 공기흐름을 '역굴뚝효과'라고 한다.

 

 

 2. 고층빌딩의 연돌효과

 

    고층빌딩에서 특히 난방시에 내외부 온도차가 크게 되어,

 

    연돌효과에 의한 외벽 및 내부간막이, 바닥에 작용하는 압력차가 생긴다.

 

일반적으로 외벽의 기밀도가 높기 때문에 압력차는 크며,

아래층에서는 극간으로부터 유입,

윗층에서는 유출이 증가하여 아래층에서 상층으로의 기류가 생긴다.

이 연돌효과에 의한 영향은 풍압에 의한 영향과 함께

공조설비 설계에 대한 외란의 하나로 그 성상을 예측할 필요가 있다.

 

  1) 하나의 室(Room)로 간주할 수 있는 경우

 

     내부 격벽의 저항을 무시할 수 있는 건물, 가령 백화점 등에서는 건물을 하나의  室로 볼 수 있다.

    단 마찰에 의한 압력 손실은 무시할 수 있다.

    이 경우 부력은 전부 외벽의 압력차로 작용하기 때문에 높이 H=30m,

     내외부 온도차 =20℃인 경우에도 약 1.3mmAq, 개구부의 유속은 4.6m/s에 달함 

  

   2) 틈새의 분포가 균일한 경우

 

     계단실에 문을 설치한 경우에도 그 틈새는 외벽의 틈새보다 크고,

     내부 격벽의 틈새도 크기 때문에 부력에 의한 압력차의 약 80%는

     외벽에 작용하고 있음이 실측되고 있다.

     개구부의 틈새가 건물 전체적으로 균일하게 분포하고 있다면

     중성대는 1/2H 근처에 위치하므로 1층 출입구에는 약 40%의 압력차가 작용

     나머지 10%의 압력차는 수직 샤프트

     (ELEV 샤프트,계단실,배관/덕트 샤프트)의 1층 부분에 작용한다고 한다.

 

      입구 문에서 걸리는 압력차를 줄이기 위하여 방풍실을 설치하고

      2중문으로 하면, 각 문에 걸리는 압력차는 1/2이 된다.

      회전문을 설치하면 더욱더 좋은 대책이 될 수 있다.

      미닫이 문 1.8㎡의 면적에 15mmAq 이상의 압력차가 있으면

      성인의 힘으로도 열 수가 없다.

      엘리베이터의 문이나 계단실문의 조작은 5mmAq 이하의 압력차에서는

      별 문제가 없지만, 틈새를 통하는 기류에 의한 소음 발생은

      이 이하의 압력차에서도 문제가 된다.

 

3) 1층에 큰 개구부가 있는 경우

 

    1층에 점포 등이 있는 고층빌딩에서는 1층 외벽에 작용하는 압력차는

   「0」에 가깝게 되어 그층의 수직 샤프트 및 천정 슬라브에는

    큰 압력차가 작용한다    

    1층 이외층의 기밀도가 균일하면 각층 바닥에 작용하는 압력차는 상부로 갈수록 감소되지만 상부에서는 수직 샤프트로부터 실내로 유입,

    외벽으로부터 유출은 증가한다.

    최상층의 천정속이나 상부 외벽의 중공층(中空層)에

    실내의 절대습도가 높은 공기가 침입하면

    옥상 슬라브 혹은 외벽구조의 내부에 결로발생의 우려가 있다.

 

     4) 환기장치에 의한 가압,감압

 

    환기장치로 각 층을 균일하게 가압하면 하부에서의 압력차는 저하되지만

    상부의 압력차는증가하며, 건물 내부에서 발생하는 상승기류는 가압이 없는 경우와 동일하다    

    가압에 필요한 과잉 공기량은 가압이 없는 경우

    침입 공기량의 약 3배가 필요하게 되므로

    외기부하의 증가를 초래한다.

    1층에만 가압하면 출입구의 압력차는 극복할 수 다    

    1층에 요구되는 과잉 공기량은 가압하지 않는 경우의

    그 층의 침입량과 거의 같으며,

    다른 층의 침입은 가압하지 않는 경우의 약 1/3이 되므로

    전체 가압보다 경제적이다.

    단 1층의 수직 샤프트에 걸리는 압력차는 크게 되기 때문에 전실 등을 설치하여 압력차를 분담시킬 필요가 있다.

    상부에서는 감압하고,하부에서는 가압하면

    외벽에 발생하는 부력에 의한 압력차를 극복할 수 있으며,

    게다가 상부의 배기를 하부로 유도 급기하면 유리하지만,

    부력에 의한 압력차는 전부 각층의 바닥 및 수직 샤프트에 작용하여

    그 곳의 기밀도를 높이지 않는 한 건물 내를 상승하는 기류는 매우 크게 된다.

 

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