KR100719858B1

KR100719858B1 - 연돌효과를 이용한 초고층 건물의 하이브리드 환기시스템

Info

Publication number: KR100719858B1
Application number: KR1020060044926A
Authority: KR
Inventors: 유형규; 조재훈; 원종서
Original assignee: 대림산업 주식회사
Priority date: 2006-05-19
Filing date: 2006-05-19
Publication date: 2007-05-18

Abstract

본 발명은 하이브리드 환기시스템(hybrid vantilation system)에 관한 것으로, 자세하게는 연돌효과(draft effect)와 솔라 침니효과(solar chimneys effect) 를 이용한 자연환기와 세대내 기계환기 방식을 병용한 초고층 건물의 하이브리드 환기시스템에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명은 건물의 하이브리드 환기시스템에 있어서, 태양열을 집열할 수 있는 외피를 건물 외벽으로부터 소정간격씩 이격되게 설치하여 제1 및 제2의 공기통로를 형성하되, 상기 제1 공기통로는 상단부는 폐쇄되고 하단부는 외부로 개방된 공기 유입구가 형성되어 내부에 세대간 급기 덕트가 연결되고, 상기 제2 공기통로는 하단부는 폐쇄되고 상단부는 외부로 개방된 공기 배출구가 형성되어 내부에 세대간 배기 덕트가 연결되는 것을 특징으로 하여, 상기 제1 공기통로로는 상기 공기 유입구로 유입된 공기가 태양열에 의해 가열되어 연돌효과에 의해 상기 세대간 급기 덕트로 급기되고, 상기 제2 공기통로로는 상기 세대간 배기 덕트를 통해 배출된 공기가 태양열에 의해 가열되어 연돌효과에 의해 상기 공기 배출구로 배기되도록 한다.

이에 따라 본 발명은 자연환기방식과 강제환기방식을 병용하는 새로운 개념의 하이브리드 환기시스템을 제시하고, 급기와 배기 모두에 자연환기방식을 적용함으로써 기계환기에 따른 동력비를 절감하여 에너지 절약효과를 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.

하이브리드, 환기, 연돌효과, 솔라 침니효과

Description

연돌효과를 이용한 초고층 건물의 하이브리드 환기시스템{Hybrid ventilation system using draft effect in high-rise buiding}

도1은 본 발명에 따른 건물의 하이브리드 환기시스템을 도시한 사시도이다.

도2는 도1의 A-A' 단면도이다.

도3은 본 발명에 따른 하이브리드 환기시스템을 적용한 설계 예시도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1, 2 : 유리면 3 : 제1 공기통로

4 : 제2 공기통로 5 : 급기 덕트

6 : 배기 덕트 7 : 공기 유입구

8 : 공기 배출구 9 : 검정색 표면처리

10 : 개구부 11 : 흡음판

12 : 열교환기 13 : 댐퍼

14 : 팬

본 발명은 하이브리드 환기시스템(hybrid vantilation system)에 관한 것으로, 자세하게는 연돌효과(draft effect)와 솔라 침니효과(solar chimneys effect)를 이용한 자연환기와 세대내 기계환기 방식을 병용한 초고층 건물의 하이브리드 환기시스템에 관한 것이다.

환기는 실내의 환경을 쾌적하게 유지하기 위한 수단으로서 공동주택에서 이용하는 환기방식은 급배기방식의 조합에 따라 자연환기, 강제환기 및 하이브리드 환기의 3가지로 구분될 수 있다.

자연 환기(Passive ventilation)는 급배기가 압력과 온도 차에 의해 자연적으로 이루어지도록 하는 방식으로 별도의 동력이 필요치 않아 유지관리비가 저렴하다는 장점을 가지나, 외풍, 온도차 등 주위환경 요인에 따라서 환기량이 변하는 문제점이 있으며, 최근 건물의 기밀화가 점점 강하게 진행되면서부터 자연환기 만으로는 환기부하를 충족하기 힘들어 강제환기를 채용하는 주택이 증가하고 있다.

강제 환기(Active ventilation)는 급배기를 송풍기를 이용하여 강제적으로 급배기시키는 가장 적극적인 방법으로, 이같은 방식은 안정되게 일정하고 확실하게 환기할 수 있다는 장점을 가지고 있는 반면, 초기투자비와 사후 관리비가 과다하다는 단점이 있어 강제환기를 얼마나 효율적으로 하느냐가 에너지절약을 위해 대단히 중요한 문제로 대두되고 있다.

또한, 기존 강제 환기방식은 각 세대마다 급배기구가 외부로 노출되게 설계 할 수밖에 없어 건물 외관을 해치게 되고, 강제 배기를 위해서는 항시 송풍기를 가동하게 되어 누진세율에 따른 팬 동력비가 증가되는 문제점이 있었으며, 상기 자연 급기구로 과다한 풍량이 유입될 경우 좁은 통로 내에서 발생되는 소음이 실내로 전달되는 문제점이 있다.

상기와 같은 이유로 최근에는 상기 자연환기와 강제환기를 조합한 하이브리드 환기(Hybrid ventilation)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 지금까지 연구되고 있는 하이브리드 환기방식은 대부분이 송풍기를 이용하여 강제적으로 배기하고 압력차에 의해 자연 급기하는 방식에 한정되어 있는 한계가 있었다.

따라서 본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 개발된 것으로, 본 발명의 목적은 자연환기방식과 강제환기방식을 병용하는 새로운 개념의 하이브리드 환기시스템을 제시하여 에너지 절약효과를 향상시키도록 한 건물의 하이브리드 환기시스템을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 목적은 급배기구가 완전히 분리되어 급배기의 혼합이 일어나지 않으며, 급배기구를 모두 건물 내부에 배치하여 입면 디자인이 우수한 건물의 하이브리드 환기시스템을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 목적은 급기와 배기 모두에 자연환기방식을 적용하여 기계환기에 따른 동력비를 절감하고, 공기의 흐름 과정에서 발생되는 소음은 세대 내로 전달되지 않도록 하는 건물의 하이브리드 환기시스템을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 건물의 하이브리드 환기시스템에 있어서, 태양열을 집열할 수 있는 외피를 건물 외벽으로부터 소정간격씩 이격되게 설치하여 제1 및 제2의 공기통로를 형성하되, 상기 제1 공기통로는 상단부는 폐쇄되고 하단부는 외부로 개방된 공기 유입구가 형성되어 내부에 세대간 급기 덕트가 연결되고, 상기 제2 공기통로는 하단부는 폐쇄되고 상단부는 외부로 개방된 공기 배출구가 형성되어 내부에 세대간 배기 덕트가 연결되는 것을 특징으로 하여, 상기 제1 공기통로로는 상기 공기 유입구로 유입된 공기가 태양열에 의해 가열되어 연돌효과에 의해 상기 세대간 급기 덕트로 급기되고, 상기 제2 공기통로로는 상기 세대간 배기 덕트를 통해 배출된 공기가 태양열에 의해 가열되어 연돌효과에 의해 상기 공기 배출구로 배기되도록 한다.

이하, 상기와 같은 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명에 따른 건물의 하이브리드 환기시스템을 도시한 사시도이고, 도2는 도1의 A-A' 단면도이며, 도3은 본 발명에 따른 하이브리드 환기시스템을 적용한 설계 예시도이다.

본 발명은 태양열을 집열할 수 있는 외피, 구체적으로는 유리면(1, 2)을 건물 외벽으로부터 소정간격씩 이격되게 설치하여 2개소의 공기통로(3, 4)를 형성하고, 상기 2개소의 공기통로(3, 4)에 세대 내의 급기 덕트(5) 및 배기 덕트(6)를 각 기 연결하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 2개소의 공기통로 중 세대간 급기 덕트(5)가 연결되는 제1 공기통로(3)는 상단부는 폐쇄되고 하단부는 외부로 개방된 공기 유입구(7)가 형성된다. 이에 따라, 상기 공기 유입구(7)로 유입된 공기는 태양열에 의해 가열되어 부력에 의한 압력차가 발생하게 되고 상기 제1 공기통로(3)의 수직공간을 따라 상승(연돌효과)하면서 상기 세대간 급기 덕트(5)로 급기된다. 이때, 상기 제1 공기통로(3)에 연결되는 급기 덕트(5)의 말단은 개구부가 아래로 향하게 하여 하부에서 각 세대로 유입되는 유입공기를 잘 받아들일 수 있게 한다.

상기 2개소의 공기통로 중 세대간 배기 덕트(6)가 연결되는 제2 공기통로(4)는 하단부는 폐쇄되고 상단부는 외부로 개방된 공기 배출구(8)가 형성된다. 이에 따라, 상기 배기 덕트(6)를 통해 배출된 공기는 태양열에 의해 가열되어 부력에 의한 압력차가 발생하게 되고 상기 제2 공기통로(4)의 수직공간을 따라 상승(연돌효과)하면서 상기 공기 배출구(8)로 배기된다. 이때, 상기 제2 공기통로(4)에 연결되는 배기 덕트(6)의 말단은 개구부가 위로 향하게 하여 각 세대에서 상부로 배출되는 공기가 잘 배기될 수 있게 한다.

또한, 상기 제2 공기통로(4)의 천정 상부 표면(9)은 검정색 표면처리하여 태양열을 더욱 많이 흡수할 수 있도록 하여 솔라 침니(solar chimneys)효과를 얻을 수 있도록 한다. 이처럼 태양열을 직접 받게되는 직상부를 검정색 표면처리할 경우 상기한 연돌효과를 배가시킬 수 있다.

그리고, 상기 제2 공기통로(4)의 하단부에는 개폐가능한 개구부(10)가 형성 된다. 이처럼 배기통로의 하부에 개폐가능한 개구부를 형성하게 되면, 배기통로에서의 연돌효과가 강하여 하부층의 배기속도가 소정치보다 클 경우 센서로부터의 압력신호에 따라 상기 개구부(10)를 자동으로 개방하여 배기속도를 저감시킬 수 있게 된다. 이를 위해 상기 제1 공기통로(3) 및 상기 제2 공기통로(4)의 소정 위치에는 급기 및 배기의 풍속 및 압력을 측정할 수 있는 풍속센서 및 압력센서(도면에 도시하지 않음)를 설치하는 것이 바람직하다.

상기 제1 공기통로(3)와 상기 제2 공기통로(4)의 세대간 상하부에는 다공질의 흡음판(11)이 설치된다. 상기 다공질 흡음판(11)은 층별 공기 유동량에 따라 흡음판의 구멍을 달리하여 설계되는 것으로, 하부에서 상부로 공기가 이동할 때 하부층의 좁은 통로 내에서 발생되는 소음이 상부로 전달되는 것을 줄여준다.

또한, 상기 제1 공기통로(3)의 공기 유입구(7)에는 스크린 또는 필터가 설치되어 외부로부터 유입되는 공기가 1차적으로 여과되어 공급된다. 이처럼 외부 공기를 1차적으로 여과하여 공급할 경우 세대 내 필터 및 열교환기의 교환 주기를 전체적으로 늦출 수 있게 된다.

한편, 미설명 도면 부호 12, 13, 14는 각기 열교환기, 댐퍼, 팬을 나타낸 것으로, 상기 열교환기(12), 댐퍼(13), 팬(14)은 각 세대 내에 설치되는 주거용 환기 시스템이다.

상기 열교환기(12)는 종래 일반적인 주거용 환기 시스템에 적용되는 것으로, 내부로 흡입된 실외공기와 실내공기가 서로 혼합됨이 없이 열을 교환한 뒤 각각 급기 덕트(5)와 배기 덕트(6)로 토출되도록 구성되며, 세대에서 사용한 열은 바로 그 세대에서 열교환하도록 구성된다.

상기 댐퍼(13)는 상기 급기 덕트(5) 및 배기 덕트(6)에 각기 설치되는 것으로, 상기 제1 공기통로(3)와 상기 제2 공기통로(4)에 설치된 풍속센서 및 압력센서(도면에 도시하지 않음)로부터 인가된 신호에 따라 세대 내의 급배기량을 제어한다.

상기 팬(14)은 상기 급기 덕트(5) 및 배기 덕트(6)에 각기 설치되어 상기한 센서들로부터 인가된 신호에 따라 작동되는 것으로, 특히 야간 또는 연돌효과가 크지 않을 경우에는 상기 센서로부터의 신호에 따라 자동 작동되도록 한다. 이때, 상기 팬(14)으로는 연돌 효과에 의한 자연 환기력으로 작동가능한 저압형 팬이 적당하다.

이같은 하이브리드 환기시스템은 도3에 도시된 설계 예시도에서와 같이 세대와 세대 사이 공간(B)을 활용하여 설치되는 것이 바람직하며, 특히 외관이 커튼월로 마감된 경우 커튼월 디자인과 연계하여 설계하는 것이 바람직하다.

이하, 상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 하이브리드 환기시스템의 배기 및 급기 방법에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 하이브리드 환기시스템에서의 배기방법을 설명하면, 태양에 의해 제2 공기통로(4)의 외측벽 유리면(2) 및 검정색 표면처리된 천정 상부 표면(9)이 가열되면 상기 제2 공기통로(4) 내의 공기는 가열에 의해 부력이 발생하게 되어 상승하게 된다. 이때, 상기 제2 공기통로(4)는 하단부의 개폐가능한 개구부(10)를 제외하고는 하단부가 막혀 있고, 상단부에는 외부로 개방된 공기 배출 구(8)가 형성되어 있어 각 세대 내 배기 덕트(6)로부터 배출된 공기가 상기 제2 공기통로(4) 내의 상승기류에 의해 상기 공기 배출구(8)로 자연적으로 배기된다.

본 발명에 따른 하이브리드 환기시스템에서의 급기방법을 설명하면, 태양에 의해 제1 공기통로(3)의 외측벽 유리면(1)이 가열되면 상기 제1 공기통로(3) 내의 공기는 가열에 의해 부력이 발생하게 되어 상승하게 된다. 이때, 상기 제1 공기통로(3)는 상단부가 막혀 있고, 하단부에는 외부로 개방된 공기 유입구(7)가 형성되어 있어 상기 공기 유입구(7)로부터 유입된 공기가 상기 제1 공기통로(3) 내의 상승기류에 의해 각 세대 내 급기 덕트(5)로 자연적으로 급기된다.

한편, 본 발명에 따른 연돌효과 및 솔라 침니효과가 적게 나타나게 되는 야간 또는 동절기 등에는 상기 제1 공기통로(3) 및 제2 공기통로(4)에 설치된 센서 신호에 따라 세대 환기유닛에 의한 기계환기로 자동 전환되도록 할 수 있다.

상술한 본 발명은 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 즉, 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 자연환기방식과 강제환기방식을 병용하는 새로운 개념의 하이브리드 환기시스템을 제시하여 에너지 절약효과를 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.

또한, 본 발명은 급배기구가 완전히 분리되어 급배기의 혼합이 일어나지 않으며, 급배기구를 모두 건물 내부에 배치하여 입면 디자인이 깔끔하고 유려한 효과를 가진다.

또한, 본 발명은 급기와 배기 모두에 자연환기방식을 적용하여 기계환기에 따른 동력비를 절감하고, 공기의 흐름 과정에서 발생되는 소음은 세대 내로 전달되지 않도록 하는 효과를 가진다.

이외에도, 본 발명은 외부로부터 공급되는 공기를 공기 유입구의 스크린을 통해 1차적으로 걸러주게 됨으로써 세대내 필터 교환주기가 짧아지게 되어 입주민들의 유지관리가 편리해지는 효과를 가진다.

Claims

건물의 하이브리드 환기시스템에 있어서,

태양열을 집열할 수 있는 외피를 건물 외벽으로부터 소정간격씩 이격되게 설치하여 제1 및 제2의 공기통로를 형성하되,

상기 제1 공기통로는 상단부는 폐쇄되고 하단부는 외부로 개방된 공기 유입구가 형성되어 내부에 세대간 급기 덕트가 연결되고,

상기 제2 공기통로는 하단부는 폐쇄되고 상단부는 외부로 개방된 공기 배출구가 형성되어 내부에 세대간 배기 덕트가 연결되는 것을 특징으로 하여,

상기 제1 공기통로로는 상기 공기 유입구로 유입된 공기가 태양열에 의해 가열되어 연돌효과에 의해 상기 세대간 급기 덕트로 급기되고, 상기 제2 공기통로로는 상기 세대간 배기 덕트를 통해 배출된 공기가 태양열에 의해 가열되어 연돌효과에 의해 상기 공기 배출구로 배기되도록 하는 건물의 하이브리드 환기시스템.
제1항에 있어서,

상기 제2 공기통로의 천정 상부 표면은 검정색 표면처리된 것을 특징으로 하는 건물의 하이브리드 환기시스템.
제1항에 있어서,

상기 제2 공기통로의 하단부에는 개폐가능한 개구부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건물의 하이브리드 환기시스템.
제1항에 있어서,

상기 제1 공기통로와 상기 제2 공기통로의 세대간 상하부에는 다공질의 흡음판이 설치되며, 상기 다공질 흡음판은 층별 공기 유동량에 따라 흡음판의 구멍을 달리하여 설계되는 것을 특징으로 하는 건물의 하이브리드 환기시스템.
제1항에 있어서,

상기 제1 공기통로의 공기 유입구에는 스크린 또는 필터를 설치하여 외부로부터 유입되는 공기를 1차적으로 여과하는 것을 특징으로 하는 건물의 하이브리드 환기시스템.