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연재기획

연돌효과 저감 종합대책 ‘TCSS’

건축·설비적 방안 병행적용


지난 연재를 통해 건축적 방안 및 설비적 방안으로 구분되는 연돌효과 저감대책과 관련한 기술적 특징, 각각의 방안에 대한 일반적인 오해개선을 설명했다. 또한 연돌효과 및 문제 저감효과에 대한 각각의 방안이 가지는 기술적 한계성에 대해서도 설명했다.

[건축적 방안 적용 한계성]
• 과도한 수직적 및 수평적 공간 분절로 인해 빌딩의 디자인 의도가 구현되기 어려움
• 공간 분절(구획 및 도어의 증가)에 의한 동선 상의 문제가 발생할 수 있음
• 동선 상의 문제는 비상 시, 피난흐름의 장애요인으로 작용할 수 있음
• 과도한 공간 분절(구획 및 도어의 증가)로 인한 초기투자비의 증가가 초래될 수 있음
• 빌딩의 노후화에 따른 문제개선에 관련한 기능이 저하됨
• 빌딩을 폐쇄적으로 만들 수 있음

[엘리베이터샤프트 냉각장치 적용 한계성]
• 냉각에 따른 결로발생 방지를 위해 샤프트로의 유입공기를 기준으로 한 노점온도를 냉각의 위한 목표냉각온도를 설정해야 하며 따라서 냉각장치 적용에 따른 연돌효과 저감효과는 약 30∼40%로 제한됨

[공조가감압 장치 적용 한계성]
• 공조를 위한 급기 및 배기 간의 차이를 인위적으로 설정해 가압 및 감압을 실시하게 되므로 극 초고층 빌딩의 경우 실내 온열환경 제어 등에 관련한 설비적 한계가 발생할 수 있음

이에 따라 한 가지의 대책방안만을 가지고 고층빌딩의 연돌효과 및 문제에 효과적 대응은 현실적으로 어려우며 이러한 문제는 빌딩의 고층화와 더불어 더욱 분명해질 것이다.

어떻게 하면 고층빌딩의 연돌효과 및 문제에 효과적으로 대응할 수 있을까? 답은 의외로 간단하다. 건축적 방안 및 설비적 방안을 대상빌딩 특성을 고려, 적절하게 병행해 적용하는 것이다.

이 같은 방법에 의해 도출되는 연돌효과 저감대책을 종합적 연돌효과대책이라고 명명되며 종합적 연돌효과대책 도출을 위한 일련의 검토프로세스를 종합적 연돌효과대책 구축방안, 일명 TCSS(Total Countermeasure Solution on Stackeffect)라고 명명된다.

TCSS란 대상빌딩의 연돌효과 저감대책으로 건축적 방안 및 설비적 방안(E/Vshaft 냉각장치, 공조가감압 장치)을 병행 적용하는 방법을 의미한다. 이들의 병행적용을 통해 연돌효과 및 문제 개선효과를 극대화하고 대책방안의 개별적용 시 발생할 수 있는 2차적 문제발생을 최소화하며 개별적인 대책방안 적용 시의 한계를 극복하는 것이 목적이다.

대책방안의 병행적용이란 각 대책방안을 단순하게 동시 적용한다는 의미가 아니고 대상빌딩의 각종 조건(건축계획적 특성, 설비계획 및 운용 특성, 빌딩용도, 기후조건, 계획비용, 기타 건물운용특성 등)을 고려해 적절한 각각의 대책방안 별 적용방법 및 범위를 검토한다는 의미다.

대상건물의 조건에 따라 유사한 규모건물일 경우 각 대책방안의 적용내용이 달라질 수 있다. 따라서 TCSS란 대상빌딩 조건을 고려한 최적의 연돌효과 저감대책 맞춤서비스를 제공하는 것이다.

TCSS의 적용 프로세스 및 검토 방법은 <표1>, <표2>로 정리된다. 


표 4단계 ‘저감대책 개별적용 및 병행적용에 따른 개선효과 및 저감대책간 관련성검토’는 TCSS 적용 프로세스의 핵심단계로써 당해 단계검토를 통해 저감대책 병행적용에 따른 문제 개선효과 극대화와 2차 문제발생 최소화를 목적으로 하는 연돌효과 저감대책 별 적용범위가 최종 도출된다.

빌딩의 준공이전 조건에 있어 대부분 검토단계에서 시뮬레이션에 의한 예측을 실시하며 특히 2단계 ‘대책 적용여부 및 정도 결정’을 위해서는 문제발생 여부 결정을 위한 기준값 선정이 매우 중요하다.

일반적으로 이용되는 기준값(일반도어 작용압력 50Pa 이하, 엘리베이터 도어 작용압력 25Pa 이하, 미국 ASHRAE 일반도어 및 엘리베이터 도어 개방압력 기준)은 실제유사건물에서 경험값을 활용하는 것도 하나의 방법이다.

준공 이후 조건이란 입주 후 실내 온열환경 및 거주패턴이 안정화된 상태를 의미하며 이 경우 문제발생 여부결정을 위한 기준값 선정은 실제로 건물에서 발생하고 있는 문제와 작용압력차 조건을 고려해 결정한다.

주요한 연돌효과 저감대책에 대한 효율적인 적용방법은 첫 번째로 설비적 방안으로 연돌효과 저감을 위한 핵심기술 중 하나인 엘리베이터샤프트 냉각장치를 적용하는 것이다.

엘리베이터샤프트 냉각장치는 연돌효과 그 자체를 저감시킬 수 있는 유일한 방법이며 장치적용에 따른 연돌효과 발생 최소화를 통해 건축적 방안의 적용범위를 최소화하고 기타 설비적방안(공조가감압 장치)에 대한 Down-spec이 가능하다.

두 번째로 건축적방안의 적용 검토는 연돌효과문제 발생에 관련한 핵심부위를 설정해 설계보완을 제시한다. 제시된 설계보완 항목에 대한 관련자 협의를 진행해 각 항목에 관한 적용여부를 결정한다. 각 항목에 대한 적용여부는 연돌효과문제 발생강도 및 설계자의 디자인 의도, 현장조건 등을 고려한 절충점으로 결정된다.

건축적 방안의 대표격인 빌딩외벽 기밀화를 통해 냉각장치 및 공조가감압 장치의 Down-spec이 가능하다. 

마지막으로 설비적 방안으로써 연돌효과 저감을 위한 핵심기술 중 하나인 공조가감압 장치를 적용한다. 공조가감압 장치는 엘리베이터샤프트 냉각장치 및 건축적방안의 적용을 통해 개선되지 않는 문제발생 부분에 대해 보완적으로 대응하는 역할을 수행하며 가압 및 감압 정도를 조정하는 방법으로 건축적방안의 적용범위 조정이 가능하다.

이와 같이 TCSS에 따른 대책방안의 적용은 우선 패시브적 방법으로 문제개선을 시도하고 부족한 부분에 대해 엑티브적 방법을 보조적으로 이용하는 개념으로 검토가 실시된다. 또한 TCSS에서 적용 검토되는 각각의 대책방안은 상호영향을 가지는 특성이 있기 때문에 단순 순차적 적용이 아니라 실질적으로는 동시적용조건을 전제로 검토가 수행될 필요가 있다.

현재까지 연재를 통해 간단하나마 고층빌딩에서 발생하는 연돌효과 및 연돌효과에 따른 문제에 효과적으로 대응할 수 있는 방법을 소개했다.

다음 호에서는 연돌효과를 새로운 에너지원으로 이용하는 방법 및 연돌효과를 응용해 기본의 관련산업분야 기술을 향상하는 방법에 대해 소개할 예정이다.

<자료 출처: ‘종합적 연돌효과대책 구축방안(TCSS) 적용에 관한 사례 연구(이중훈 박사, 2008)’>