고층 오피스를 비롯해 고층주거 건물들이 도심을 중심으로 많이 건설되고 있다. 고층건물은 저층건물에서 경험하지 못했던 많은 문제들을 유발하고 있는데 연돌효과(stack effect)는 그 중 하나다. 방윤시 성균관대대학원 학생은 설비공학회 ‘2016년 하계 학술발표대회’에서 ‘고층건물의 연돌효과 저감방안과 그 의미’를 주제발표 해 눈길을 끌었다.
연돌효과는 건물 내외부의 온도차가 많이 발생하는 겨울철에 주로 문제를 일으키는 현상으로 온도차가 클수록, 건물의 높이가 높을수록 커지는 특징을 가진다. 물론 여름철에도 역연돌이라고 고층부에서 유입된 공기가 건물 내 수직보이드 공간(엘리베이터 샤프트, 계단실 등)을 통해 역류하는 현상이 발생하지만 겨울철보다 그 현상이 현저하지 않아서 문제 시 되지 않고 있다.
연돌효과로 인한 압력차는 건물의 외부와 실내의 공기밀도에 의해 나타나는 것으로 건물 내 수직보이드 공간(샤프트, 계단실 등)에서도 나타난다.
이 압력(밀도)은 특정 지점의 높이에 따라 달라진다. 온도와 기압이 특정 높이에서 일정하다고 가정했을 때 특정 높이에서의 절대압력은 지점의 높이가 높아질수록 일정하게 감소한다.
건물높이의 증가에 따른 실내 공기밀도 감소 및 실내외 온도를 고려했을 때 연돌효과로 인한 또는 연돌효과를 유발하는 압력차가 ‘0’가 되는 중성대로부터의 거리와 실내외 온도차에 비례한다는 것을 알 수 있으며 건물의 높이가 높고 실내외 온도차가 큰 겨울철에 현저하다.
연돌효과 저감방안으로는 건물 기밀성 향상과 압력차 분산 방안으로 나뉜다.
건물의 기밀성 향상은 연돌효과로 인한 문제에 대해 가장 기본적인 가장 효과적인 해결책이다. 주로 건물외피의 기밀성을 향상시켜 건물 외부에서 내부로의 외기유입(침기 또는 누기)를 최소화하는 방안이다. 아울러 건물 내부 구획간의 기밀성을 향상시켜 건물 내부에서의 공기유동을 최소화하는 방안도 여기에 해당된다.
압력차 분산 방안은 연돌효과를 일으키는 공기유동경로에 구획을 추가해 연돌효과 작용압력을 분산시키는 방법이다. 이러한 압력분포 변동은 수평적 압력분포 변동과 수직적 압력분포 변동으로 구분할 수 있다. 수평적 압력분포 변동이란 구획간의 상대적인 누기면적 비율이 변동할 때 발생하게 되는 것으로 상대적으로 기밀한 구획에는 높은 압력이 상대적으로 기밀하지 못한 구획에는 낮은 압력이 작용하게 되는 것을 뜻한다.
서울 공평동에 위치한 A동 22층, B동 26층 2개동으로 구성된 모 오피스를 분석, △건물외피 기밀성 향상 △엘리베이터문 기밀성 향상 △구획추가 등을 시뮬레이션 했을 때 연돌효과에 따른 압력차가 크게 감소한 것을 알 수 있었다.
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