KR100987971B1

KR100987971B1 - 복층건물의 국소 배기 입상덕트에 적용되는 배기 효율최적화 제어장치

Info

Publication number: KR100987971B1
Application number: KR1020080058391A
Authority: KR
Inventors: 성재용; 안정헌
Original assignee: 서울과학기술대학교산학협력단
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2010-10-18
Also published as: KR20090132227A

Abstract

본 발명은 초 고층으로 건축된 복층건물의 세대에서 오염물질의 체류시간을 감소시키며, 인접세대로의 역류현상이 발생되지 않고 원활한 배기가 이루어지도록 한 복층건물의 국소 배기 입상덕트에 적용되는 배기 효율 최적화 제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실내 공기를 외부로 자연, 강제 배출하는 환풍기, 외부의 공기가 유입되는 댐퍼, 환풍기 및 댐퍼의 작동을 제어하는 구동부, 각 세대의 실내와 굴뚝을 개/폐하는 세대 팬, 세대 팬의 작동 여부를 감지하는 디지털 입력부, 굴뚝에 연결되는 각 세대의 압력을 체크하는 압력센서, 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 A/D변환기, 정보의 저장, 체크된 압력의 차압을 판단, 계산하는 마이콤으로 구성되는 것을 특징으로 하여; 오염된 실내 공기의 원활한 배출을 위하여 각 세대 마다 배기압력을 체크하여 압력차에 의해 배기가 이루어지지 않거나, 역류현상이 발생되지 않도록 하는 효과가 있다.

초 고층, 덕트, 팬, 압력 센서, 댐퍼, 환기, 배기, 환풍기

Description

복층건물의 국소 배기 입상덕트에 적용되는 배기 효율 최적화 제어장치{Controlling divice for elevating an exhaust efficiency of waste gas in chimney}

본 발명은 복층건물의 국소 배기 입상덕트에 적용되는 배기 효율 최적화 제어장치에 관한 것으로, 특히 35층 이상의 초 고층으로 건축된 복층건물의 세대에서 오염물질의 체류시간을 감소시키며, 인접세대로의 역류현상이 발생되지 않고 원활한 배기가 이루어지도록 한 복층건물의 국소 배기 입상덕트에 적용되는 배기 효율 최적화 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로, 아파트와 같은 공중 주택이나 많은 사무실을 갖춘 고층빌딩의 건물에는 각 층에서 발생되는 오염공기를 외부로 배출시키기 위한 가지관(배기덕트 라고도 함)과 외부의 깨끗한 공기를 실내로 공급하는 흡기덕트가 설치되어 있다.

이러한, 가지관은 각 층의 천장속에 메인 굴뚝과 연결되어 실내의 오염공기를 굴뚝 밖으로 배출시킬 수 있게 설계되는데, 굴뚝에는 내부의 오염공기를 밖으로 신속히 배출시키기 위해 전원에 의해 작동하는 환풍기 혹은 자연풍에 의해 회전하 는 무동력 환풍기를 상단에 설치하여 환풍기의 회전시 굴뚝 내부에 압력차를 유발시킴으로써 굴뚝 내의 오염공기를 외부로 배기시킨다.

이때, 굴뚝의 배기성능은 자연적인 조건인 하절기에는 굴뚝의 배기효율이 낮고, 동절기에는 배기효율이 우수한 특징이 있다. 이러한 현상은 굴뚝의 내부압력이 계절에 따라 다르게 나타나기 때문으로 이는 대기압의 변화에 기인한다.

상기한 바와 같이, 계절별 굴뚝의 배기효율의 차이를 해결하기 위해 굴뚝에 전원 혹은 자연풍에 의해 회전되는 무동력 환풍기를 설치하여 자연풍이 약한 경우 전원을 공급하여 강제로 환풍기를 회전시켜 굴뚝내에 압력차를 유발시켜 오염공기를 외부로 배출되도록 설계하고 있다.

그러나, 환풍기를 굴뚝에 설치하더라도 굴뚝내의 압력 즉, 각 세대층의 가지관에서 굴뚝 측으로 배기되는 배기량의 증감에 따라 굴뚝의 상/하부의 압력이 변하는 경우, 특히 굴뚝의 하부 압력이 상부보다 낮아지는 경우 굴뚝의 배기효율이 급격히 저하되는 문제가 발생된다.

예를 들어, 굴뚝 하측의 가지관에서 배출되는 오염공기의 양이 많은 경우, 굴뚝 하부의 압력이 상부의 압력보다 높은 경우 오염공기가 굴뚝의 상부로 원활하게 상승하지 못한다. 이 경우 굴뚝에 설치된 환풍기는 굴뚝내의 압력변화와는 무관하게 작동되므로 환풍기의 불필요한 작동으로 전력을 낭비하는 문제가 생긴다.

반대로, 가지관에서 배출되는 공기량이 적은 경우, 굴뚝의 상부 압력이 하부압력 보다 낮은 경우 기류의 흐름이 하부에서 상부로 자연스럽게 형성되기 때문에 환풍기와 같은 보조장치 없이도 자체적으로 원활히 배출될 수 있다.

따라서, 대기환경 변화에 대응하여 작동되는 환풍기를 채용한 종래의 굴뚝 배기 시스템에서는 굴뚝내의 압력변화와는 무관하게 환풍기가 작동되므로 전기 에너지가 낭비되는 요인이 있으므로, 굴뚝내의 오염공기를 신속하게 배출시키기 위해서는 배기에 따른 기류가 상측으로 항시 흐르도록 제어하는 굴뚝의 배기시스템의 개발이 요구되었다.

이러한, 문제를 해결하기 위하여 본 발명자에 의해 개발된 등록실용신안 제 20-435724호 "복층건물의 국소 배기 입상덕트에 적용되는 배기효율 최적화 제어시스템"(이하, '배기효율 최적화 시스템'이라 한다.)을 제안한 바 있다.

상기한 바와 같은, 종래의 배기효율 최적화 시스템은 건물내부를 수직방향으로 통과하며 각 세대에서 발생되는 오염공기를 외부로 배기할 수 있는 굴뚝(1)의 상부에는 자연풍이나 동력을 이용하여 강제적으로 작동되는 환풍기(2)가 설치되고, 굴뚝(1)의 하부에는 건물 외부의 외기가 유동되는 외기덕트를 개/폐하는 댐퍼(3)가 설치되며, 굴뚝(1)의 상/하부에는 압력을 측정하는 정압센서(P1,P2)가 설치되어 구성된다.

이러한, 종래의 배기효율 최적화 시스템은 각 세대에서 발생되는 오염공기가 굴뚝(1)을 통해 배기되는데 자연풍이 강할 경우 자연풍에 의해 환풍기(2)가 회전하면서 오염공기를 배출하게 되며, 자연풍이 소멸될 경우에는 환풍기(2)에 동력을 공급, 강제 회전시켜 굴뚝(1) 내부에 존재하는 오염공기를 강제배기하게 된다.

아울러, 정압센서(P1,P2)는 굴뚝(1)의 상부와 하부의 압력을 체크하여 환풍기(2)를 강제회전시켜 오염공기를 배기할 것인지를 판단하기 위해 작동한다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 배기효율 최적화 시스템은 도1에 도시된 바와 같이 10층 이하의 저층 건물에 채용할 수 있으나 대략 15층 이상의 고층건물에는 사실상 설치하기 어려운 단점을 지니고 있다.

이와 같은, 이유를 보다 구체적으로 살펴보면, 종래의 배기효율 최적화 시스템은 굴뚝(1)의 내부압력을 감지하기 위하여 굴뚝의 상부와 하부에 각각 정압센서(P1)(P2)를 설치하여 각각의 정압센서(P1)(P2)를 통해 굴뚝의 상하부 압력을 검출하게 되는데 압력을 검출하기 위한 센싱동작이 물리적인 센싱튜브(고무호스)에 의해 압력을 검출하므로 압력 센싱튜브의 길이가 길어질수록 센싱능력이 현저히 저하되는 문제로 고층건물에 채용할 수 없는 문제점이 있었다.

또, 다른 이유로는 센싱튜브를 굴뚝의 상부와 하부에 설치되므로 그 중간의 가지관으로부터 굴뚝으로 배출되는 오염원이 증가할 때 높이에 따른 굴뚝내부의 압력차를 정확하고 신속하게 검출하기 어려워 신속한 배기작용을 제어하기 어려운 점이 있었으며, 부수적으로 센싱튜브를 기존 건물에 설치할 경우 설치에 따른 작업성이 매우 불편할 뿐만 아니라 많은 시공비용이 요구되고, 시공기간이 상당한 시일이 소요되는 점도 종래의 배기효율 최적화 시스템을 채용하기 어려운 요인으로 작용하고 있다.

더불어, 종래의 배기효율 최적화 시스템은 굴뚝으로 연통되어진 가지관은 실내공기를 강제적으로 배출시키는 배기팬을 이용하여 외부와 거주공간인 실내를 차단하게 되는데, 이러한 배기팬이 작동되지 않을 때에 건물 외부와의 압력차나 온도차로 인하여 외부의 공기가 굴뚝으로 유입되어 실내로 침투됨으로써 냉/난방의 효 율이 저하 될 뿐만 아니라 굴뚝에 존재하는 오염 공기가 재 유입되어 악취를 발생시키는 문제점이 있었다.

이로 인하여, 굴뚝으로 연결되는 가지관에 실내공간에서 오염된 오염공기를 배기하는 기능과 비 작동시 굴뚝과 건물의 내부공간을 완벽하게 차단하여 외부의 공기의 유입 및 오염공기가 실내로 역류되어 유입되는 것을 차단하며, 무선통신을 이용하여 설치가 간단하고 고장 및 이상 여부를 쉽게 판단할 수 있도록 개선된 환기 시스템이 절실히 요구되는 실정이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로 초 고층내에서 수직 방향으로 적층 시공된 세대의 오염된 실내공기를 효율적으로 배기할 수 있도록 한 복층건물의 국소 배기 입상덕트에 적용되는 배기 효율 최적화 제어장치를 제공하는데 목적이 있다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 오염된 실내 공기의 원활한 배출을 위하여 각 세대 마다 배기압력을 체크하여 압력차에 의해 배기가 이루어지지 않거나, 역류현상이 발생되지 않도록 하는 데 있다.

더불어, 본 발명의 또 다른 목적은 계절 변화에 따른 건물 외부와 내부의 온도차로 인하여 외부의 공기가 내부로 유입되는 것을 차단, 조절하여 외부 공기의 유입으로 인한 배기 효율의 감소 및 배기 역류 현상이 발생되지 않도록 하는 데 있다.

아울러, 본 발명의 다른 목적은 각 세대의 압력을 체크하여 계절별, 년, 월, 일, 시간대 별로 저장함으로써 건물 외부의 압력과 실내의 압력차를 판단, 비교하여 원활한 배기 효율이 되도록 조정할 수 있도록 하는 데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 각 세대 내에 존재하는 오염된 실내 공기를 강제 배기할 수 있는 세대 팬을 설치하여 외부로 연결되는 배기구와 원거리에 위치되더라도 원활한 배기가 이루어지도록 하는 데 있다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 세대 마다 설치되어 실내 공기를 강제 배기 가능한 세대 팬은 외부 공기나 다른 세대의 오염공기가 역류되어 유입되는 것을 방지하도록 개/폐 작동으로 가지관를 개방, 폐쇄할 수 있도록 하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 굴뚝의 최상부에 부착되어 자연풍이나 전원에 의해 작동하는 환풍기와, 굴뚝의 최하부에 설치되어 외기 유도덕트를 개폐시키는 댐퍼와, 환풍기 및 댐퍼의 작동을 제어하는 구동부와, 굴뚝으로 실내공기를 배출하기 위하여 각 세대와 연결된 가지관을 개/폐하도록 설치된 여러 개의 세대 팬과, 세대 팬의 ON/OFF 여부를 판단하는 디지털 입력부와, 굴뚝에 연결된 각 세대의 가지관에 설치되어 배기압력을 체크하는 여러 개의 압력센서와, 압력센서의 신호를 아날로그 방식에서 디지털 방식으로 변환하는 A/D변환기와, 구동부의 작동제어, 디지털 입력부로부터 세대 팬의 ON/OFF 상태 정보 및 A/D변환기로부터 압력센서에 의해 체크된 배기압력정보를 전달받으며, 모든 세대 팬이 OFF상태 일 경우에는 세대 팬의 ON/OFF 상태와 압력센서의 압력을 지속적으로 체크하고, 체크 과정에서 한 세대 이상에서의 세대 팬이 ON상태 일 경우에는 최저층의 압력은 낮고 최고층의 압력이 높은 상태를 나타내는 배기압력역전을 체크하여, 배기압력역전이 발생 될 경우 원활한 배기를 위해 환풍기를 작동시키며, 역전차압(예를 들어, 세대 팬이 구동중인 세대의 배기 압력은(Pm), 세대 팬이 구동중인 세대보다 한층 윗 세대의 배기 압력은(Pm+1), 세대 팬이 구동중인 세대보다 한층 아랫 세대의 배기 압력은(Pm-1)라고 할 때, Pm>Pm-1 또는 Pm<Pm+1 경우가 발생하여 그 차이의 절대값)이 설정값2보다 크면 댐퍼를 폐쇄하여 외부의 공기가 유도덕트를 통해 굴뚝의 하부로 유입되는 것을 방지하고, 역전차압이 설정값2보다 작으면 댐퍼를 개방시켜 외부의 공기가 굴뚝의 하부로 유입되도록 하므로 굴뚝 내부의 공기가 환풍기 측으로 원활히 순환되도록 하며,

만일, 배기압력역전이 발생되지 않을 경우에는 최고층의 압력과 최저층의 압력차를 나타내는 최대차압이 설정값1보다 크면 각 세대에서 배기되는 배기용량의 증가로 인한 굴뚝 내부의 과부하를 방지하기 위하여 환풍기를 가동시켜 원활한 배기를 유도하며, 최대차압이 설정값1보다 작을 경우에는 환풍기의 작동을 중지하되 자연풍에 의해 회전되면서 자연배기를 할 수 있도록 제어하는 마이콤으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예로써, 상기 세대 팬은 디지털 입력부로 무선통신 방식, 유선통신 방식 중 하나로 정보를 발신할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 복층건물의 국소 배기 입상덕트에 적용되는 배기 효율 최적화 제어장치를 제공한다.

이상에서와 같이 본 발명은 초 고층내에서 수직 방향으로 적층 시공된 세대의 오염된 실내공기를 효율적으로 배기할 수 있도록 하는 효과가 있다.

그리고, 오염된 실내 공기의 원활한 배출을 위하여 각 세대 마다 배기압력을 체크하여 압력차에 의해 배기가 이루어지지 않거나, 역류현상이 발생되지 않도록 하는 효과가 있다.

더불어, 계절 변화에 따른 건물 외부와 내부의 온도차로 인하여 외부의 공기가 내부로 유입되는 것을 차단, 조절하여 외부 공기의 유입으로 인한 배기 효율의 감소 및 배기 역류 현상이 발생되지 않도록 하는 효과가 있다.

아울러, 각 세대의 압력을 체크하여 계절별, 년, 월, 일, 시간대 별로 저장함으로써 건물 외부의 압력과 실내의 압력차를 판단, 비교하여 원활한 배기 효율이 되도록 조정할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 각 세대 내에 존재하는 오염된 실내 공기를 강제 배기할 수 있는 세대 팬을 설치하여 외부로 연결되는 배기구와 원거리에 위치되더라도 원활한 배기가 이루어지도록 하는 효과가 있다.

그리고, 세대 마다 설치되어 실내 공기를 강제 배기할 수 있는 세대 팬은 외부 공기나 다른 세대의 오염공기가 역류되어 유입되는 것을 방지하도록 개/폐 작동으로 가지관를 개방, 폐쇄할 수 있도록 하는 효과가 있다.

이에 상기한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 복층건물의 국소 배기 입상덕트에 적용되는 배기 효율 최적화 제어장치는 실내 공기를 외부로 자연, 강제 배출하는 환풍기(10), 외부의 공기가 유입되는 댐퍼(20), 환풍기(10) 및 댐퍼(20)의 작동을 제어하는 구동부(30), 각 세대의 실내와 굴뚝(1)을 개/폐하는 세대 팬(F1~Fn), 세대 팬(F1~Fn)의 작동 여부를 감지하는 디지털 입력부(40), 굴뚝(1)에 연결되는 각 세대의 압력을 체크하는 압력센서(P1~Pn), 아날로그신호를 디지털신호 로 변환하는 A/D변환기(50), 정보의 저장, 체크된 압력의 차압을 판단, 계산하는 마이콤(60)으로 환기장치(100)가 구성된다.

상기 환풍기(10)는 굴뚝(1)의 최상부에 부착되어 자연풍이나 전원에 의해 작동하도록 구성된 것으로, 자연풍에 의해 회전하면서 굴뚝(1) 내부에 존재하는 오염 공기를 자연배기하며, 자연풍이 발생되지 않을 경우 환풍기(10)의 하부에 설치된 모터(11)에 전원을 공급하여 강제 회전시켜 오염 공기를 강제배기 시키도록 구성된 것이다.

상기 댐퍼(20)는 굴뚝(1)의 최하부에 설치되어 외기 유도덕트(21)를 개폐시키도록 구성된 것이며, 외기 유도덕트(21)의 통로가 완전히 차단되도록 제어한다.

상기 구동부(30)는 환풍기(10) 및 댐퍼(20)의 작동을 제어하는 것으로, 환풍기(10)는 자연풍에 의해 자유회전과 모터(11)의 작동으로 강제회전되도록 구성되며, 댐퍼(20)는 외부와 연결된 공기 유통 통로를 개/폐하도록 구성된다.

상기 세대 팬(F1~Fn)은 굴뚝(1)으로 실내공기를 배출하기 위하여 각 세대와 연결된 가지관(1a)을 개/폐하도록 구성된 것이며, 이때 가지관(1a)은 각 세대의 실내에 위치된 화장실의 배기통로나 주방의 배기통로를 말한다.

이때, 세대 팬(F1~Fn)은 세대의 실내에서 거주하는 거주자에 의해 제어, 작동되는 것으로, 각 세대의 화장실이나 주방의 환기팬을 나타내며, 공급되는 전원에 의해 팬의 작동방식으로 각 세대 내에 존재하는 오염공기를 강제로 굴뚝(1)을 통해 배기시킬 수 있도록 작동되며, 비 작동시에는 굴뚝(1)에 존재하는 오염공기 및 외부공기가 역류 되지 못하도록 차단하며, 작동시에는 개방되도록 구성된 것이다.

더불어, 세대 팬(F1~Fn)은 디지털 입력부(40)로 무선통신 방식, 유선통신 방식 중 하나로 정보를 발신할 수 있도록 구성된다.

상기 디지털 입력부(40)는 세대 팬(F1~Fn)의 ON/OFF 여부를 판단하는 것으로, 세대 팬(F1~Fn)의 작동으로 인하여 굴뚝(1)을 통해 세대의 오염된 실내공기가 배출되는 것을 파악할 수 있는 동시에 배출압력을 파악할 수 있도록 구성된 것이다.

상기 압력센서(P1~Pn)는 굴뚝(1)에 연결된 각 세대의 가지관(1a)에 설치되어 배기압력을 체크하도록 여러 개로 이루어진 것으로, 세대 팬(F1~Fn)의 작동으로 생성되는 배기압력을 개별적으로 체크하는 동시에 굴뚝(1)으로 배기되는 전체 압력을 파악할 수 있도록 구성된 것이다.

상기 A/D변환기(50)는 압력센서(P1~Pn)의 신호를 아날로그 방식에서 디지털 방식으로 변환하도록 구성된다.

상기 마이콤(60)은 구동부(30)의 작동제어, 디지털 입력부(40)로부터 세대 팬(F1~Fn)의 ON/OFF 상태 정보 및 A/D변환기(50)로부터 압력센서(P1~Pn)에 의해 체크된 배기압력정보를 전달받는 기능을 수행한다.

그리고, 모든 세대 팬(F1~Fn)이 OFF상태 일 경우에는 세대 팬(F1~Fn)의 ON/OFF 상태와 압력센서(P1~Pn)의 압력을 지속적으로 체크한다.

이때, 체크 과정에서 한 세대 이상에서의 세대 팬(F1~Fn)이 ON상태 일 경우에는 최저층의 압력은 낮고 최고층의 압력이 높은 상태를 나타내는 배기압력역전을 체크하여, 배기압력역전이 발생 될 경우 원활한 배기를 위해 환풍기(10)를 작동시키며, 역전차압(예를 들어, 세대 팬이 구동중인 세대의 배기 압력은(Pm), 세대 팬이 구동중인 세대보다 한층 윗 세대의 배기 압력은(Pm+1), 세대 팬이 구동중인 세대보다 한층 아랫 세대의 배기 압력은(Pm-1)라고 할 때, Pm>Pm-1 또는 Pm<Pm+1 경우가 발생하여 그 차이의 절대값)이 설정값2보다 크면 댐퍼(20)를 폐쇄하여 외부의 공기가 유도덕트(21)를 통해 굴뚝(1)의 하부로 유입되는 것을 방지한다.

한편, 역전차압이 설정값2보다 작으면 댐퍼(20)를 개방시켜 외부의 공기가 굴뚝(1)의 하부로 유입되도록 하므로 굴뚝(1) 내부의 공기가 환풍기(10) 측으로 원활히 순환되도록 한다.

만일, 배기압력역전이 발생되지 않을 경우에는 최고층의 압력과 최저층의 압력차를 나타내는 최대차압이 설정값1보다 크면 각 세대에서 배기되는 배기용량의 증가로 인한 굴뚝(1) 내부의 과부하를 방지하기 위하여 환풍기(10)를 가동시켜 원활한 배기를 유도한다.

그러나, 최대차압이 설정값1보다 작을 경우에는 환풍기(10)의 작동을 중지하되 자연풍에 의해 회전되면서 자연배기를 할 수 있도록 제어하도록 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 환기장치(100)는 디지털 입력부(40)에서 각 세대마다 설치되어 있는 세대 팬(F1~Fn)의 ON/OFF 작동여부를 확인하여 감지한다.

이때, 세대 팬(F1~Fn)이 작동될 경우에는 무선통신 방식이나 유선통신 방식중 하나를 이용하여 디지털 입력부(40)에 세대 팬(F1~Fn)의 ON/OFF 상태를 발신하게 된다.

동시에, 압력센서(P1~Pn)를 이용하여 각 세대별의 가지관(1a) 내의 배기압력을 지속적으로 체크한다.

다음으로, 디지털 입력부(40)에서 세대 팬(F1~Fn)이 모두 OFF상태로 감지되면 세대 팬(F1~Fn)의 작동여부 및 압력센서(P1~Pn)를 이용하여 지속적으로 배기압력을 체크한다.

반면, 디지털 입력부(40)에서 세대 팬(F1~Fn)이 한 세대 이상 ON상태로 감지되면 세대 배기압력역전을 판단한다.

예를 들어, 3층의 세대에서 세대 팬(F3)을 작동시키게 되면 3층의 세대 상부(4층 이상)의 압력은 낮고, 3층의 세대 하부(2층 이하)의 압력은 높게 측정되어야 원활한 배기를 위한 배기압력이 정상인데 반해, 세대 배기압력 역전현상이란 3층의 세대 상부(4층 이상)의 압력은 높고, 3층의 세대 하부(2층 이하)의 압력은 낮아지는 현상으로 저층보다 고층 압력이 높아 굴뚝(1)내에 존재하는 오염공기가 배기되지 못하는 상태를 말한다.

이러한, 배기압력역전은 굴뚝(1) 내부에 존재하는 공기의 무게가 무거워 상부에서 하부로 이동하게 되는데 이러한 현상은 굴뚝(1)의 상부 압력은 높아지고 하부 압력은 낮아지게 되어 여름철의 뜨거운 대기가 세대로 유입되는 현상을 초래한다.

여기서, 세대 배기압력역전이 발생되지 않게 되면 최대차압이 임의로 설정하는 설정값1보다 큰지와 작은지를 판단하게 되는데, 이때 최대차압이란 압력센서(P1~Pn)에서 측정된 압력 값 중에 최대 압력과 최소압력의 차이를 말한다.

만약, 최대차압이 설정값1보다 클 경우 환풍기(10)를 구동부(30)를 이용하여 작동시켜 오염된 공기를 굴뚝(1)을 통해 강제로 배기시키고, 반대로 최대차압이 설정값1보다 작을 경우 환풍기(10)를 정지시켜 자연풍에 의해 회전되면서 자연배기가 이루어지도록 한다.

이때, 세대 배기압력역전이 발생되면 굴뚝(1) 상부의 압력이 하부의 압력보다 높기 때문에 배기가 되지 않고 굴뚝(1) 내의 오염공기가 하부로 하강하는 현상이 나타나게 되는데, 이때 환풍기(10)을 작동시켜 배기가 원활히 이루어지도록 하고, 역전차압이 임의로 설정한 설정값2보다 큰 경우에는 댐퍼(20)를 폐쇄시켜 건물 외부로부터 외부 공기가 유도덕트(21)를 통해 유입되는 것을 차단한다.

여기서, 세대 배기압력역전이 발생되는 이유는 굴뚝효과(Stack effect)를 이유로 들 수 있으며, 이 굴뚝효과는 계절별로 다른 현상으로 작용되는데 특히 여름에는 더운공기는 하부에 찬 공기는 상부에 존재하다가 굴뚝(1) 상부를 통해 외부의 더운공기가 유입되어 하부로 이동하며, 겨울에는 더운공기는 상부에 찬 공기는 하부에 존재하다가 굴뚝(1) 하부를 통해 외부의 찬공기가 유입되어 상부로 이동되는 반대 현상으로 나타난다.

도 5에 도시된 바와 같이, 실제조건하에서 측정되는 압력변화 및 여름철과 겨울철에 따른 압력변화를 나타낸 그래프로써, 기준선(무부하)일 경우에는 모든 세대의 세대 팬(F1~Fn)이 OFF상태이며, 굴뚝(1)내부의 압력과 건물 외부의 압력이 동일한 상태이며, 여름(역굴뚝효과: Reverse stack effect)일 경우에는 정압측의 압력보다 건물 외부의 압력이 높아 굴뚝(1)의 상부로 외부 공기가 유입되는 하강기류 가 발생되는 것을 나타내고, 겨울(굴뚝효과:Stack effect)에는 정압측의 압력보다 건물 외부의 압력이 낮아 굴뚝(1)의 하부로 외부 공기가 유입되는 상승기류가 발생되는 것을 나타내며, 실제조건(역전차압발생)은 여름에 역전차압이 발생될 때 측정한 실제압력변화를 나타낸 그래프이고, 실제조건(과부하발생)은 겨울에 유량증가와 압력저하로 인한 실제압력변화를 나타낸 그래프이다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 여름철에는 냉방을 하고 있는 건물 내부보다 기온이 높기 때문에 외기가 굴뚝(1)의 상부를 통해 역류현상이 발생되고 이로 인해 역전차압이 형성되는데 이는 냉방을 실시하는 건물 내부에 침투하여 건물의 냉방효율을 저하시키는 동시에 굴뚝(1) 내부에 존재하는 오염공기가 실내로 역류시킬 수 있는 것을 환풍기(10)를 작동시킴으로써 방지가능하다.

도 6b에 도시된 바와 같이, 겨울철에는 난방을 하고 있는 건물 내부보다 기온이 낮기 때문에 댐퍼(20)가 열려 있을 경우 지하 주차장을 통해 외부의 찬 공기가 유입되어 굴뚝(1)을 통해 상승하는 기류를 발생시키는데, 이 상승기류가 모두 환풍기(10)를 통해 배출되지 못하게 되면 일부가 세대 내부로 유입되고 난방을 실시하고 있는 건물 내부에 침투하여 건물의 난방효율을 저하시킨다.

이럴 경우, 상승기류가 유입되는 세대에서는 역전차압이 발생되며 환풍기(10)를 가동하여 역전차압을 제거하고 세대로 유입되는 차가운 기류의 유입을 방지한다.

이때, 도 6a 및 도 6b의 그래프는 45층의 세대를 기준으로 지상과의 압력차이를 측정한 것이며, AD압력은 굴뚝(1) 내부의 압력을 나타내며, 외기압력은 건물 밖의 압력을 나타내고, 기준압력은 저층과 고층간의 일정한 압력을 나타내며, 굴뚝효과(차압)은 45층 세대와 지상과의 차압을 나타내는 것이다.

한편, 역전차압이 임의로 설정하는 설정값2보다 작을 경우에는 댐퍼(20)를 개방시켜 건물 외부로부터 외부 공기가 유도덕트(21)를 통해 유입되도록 하여 외부 공기의 유입으로 굴뚝(1)내의 오염공기를 환풍기(10)를 통해 외부로 배기한다.

여기서, 역전차압이란 예를 들어 3층의 세대에서 세대 팬(F3)을 작동시킨 상태를 정압이라고 할 때 4층의 세대는 3층의 세대보다 압력이 높고, 2층의 세대에서는 3층의 세대보다 압력이 낮게 측정되는 데, 3층의 압력과 4층 또는 2층의 압력의 차이값 중 가장 큰 값을 나타낸다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

도 1은 종래의 복층건물의 국소 배기 입상덕트에 적용되는 배기효율 최적화 제어시스템의 일 예를 도시한 굴뚝의 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 복층건물의 국소 배기 입상덕트에 적용되는 배기 효율 최적화 제어장치의 일 예를 도시한 굴뚝의 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 복층건물의 국소 배기 입상덕트에 적용되는 배기 효율 최적화 제어장치의 구성도,

도 4는 본 발명에 따른 복층건물의 국소 배기 입상덕트에 적용되는 배기 효율 최적화 제어장치의 작동을 나타낸 흐름도,

도 5는 도 4의 작동시의 상태를 실제적으로 체크하여 표현한 그래프,

도 6a 및 도 6b는 임의의 조건하에서 여름철과 겨울철의 굴뚝효과 및 이로 인한 차압을 측정한 그래프이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 굴뚝 1a : 가지관

10 : 환풍기 20 : 댐퍼

21 : 외기 유도덕트 30 : 구동부

40 : 디지털 입력부 50 : A/D변환기

60 : 마이콤 F1~Fn : 세대 팬

P1~Pn : 압력센서

Claims

굴뚝(1)의 최상부에 부착되어 자연풍이나 전원에 의해 작동하는 환풍기(10)와,

굴뚝(1)의 최하부에 설치되어 외기 유도덕트(21)를 개폐시키는 댐퍼(20)와,

환풍기(10) 및 댐퍼(20)의 작동을 제어하는 구동부(30)와,

굴뚝(1)으로 실내공기를 배출하기 위하여 각 세대와 연결된 가지관(1a)을 개/폐하도록 설치된 여러 개의 세대 팬(F1~Fn)과,

세대 팬(F1~Fn)의 ON/OFF 여부를 판단하는 디지털 입력부(40)와,

굴뚝(1)에 연결된 각 세대의 가지관(1a)에 설치되어 배기압력을 체크하는 여러 개의 압력센서(P1~Pn)와,

압력센서(P1~Pn)의 신호를 아날로그 방식에서 디지털 방식으로 변환하는 A/D변환기(50)와,

구동부(30)의 작동제어, 디지털 입력부(40)로부터 세대 팬(F1~Fn)의 ON/OFF 상태 정보 및 A/D변환기(50)로부터 압력센서(P1~Pn)에 의해 체크된 배기압력정보를 전달받으며, 모든 세대 팬(F1~Fn)이 OFF상태 일 경우에는 세대 팬(F1~Fn)의 ON/OFF 상태와 압력센서(P1~Pn)의 압력을 지속적으로 체크하고, 체크 과정에서 한 세대 이상에서의 세대 팬(F1~Fn)이 ON상태 일 경우에는 최저층의 압력은 낮고 최고층의 압력이 높은 상태를 나타내는 배기압력역전을 체크하여, 배기압력역전이 발생 될 경우 원활한 배기를 위해 환풍기(10)를 작동시키며, 역전차압(세대 팬이 구동중인 세대의 배기 압력은(Pm), 세대 팬이 구동중인 세대보다 한층 윗 세대의 배기 압력은(Pm+1), 세대 팬이 구동중인 세대보다 한층 아랫 세대의 배기 압력은(Pm-1)라고 할 때, Pm>Pm-1 또는 Pm<Pm+1 경우가 발생하여 그 차이의 절대값)이 설정값2보다 크면 댐퍼(20)를 폐쇄하여 외부의 공기가 유도덕트(21)를 통해 굴뚝(1)의 하부로 유입되는 것을 방지하고, 역전차압이 설정값2보다 작으면 댐퍼(20)를 개방시켜 외부의 공기가 굴뚝(1)의 하부로 유입되도록 하므로 굴뚝(1) 내부의 공기가 환풍기(10) 측으로 원활히 순환되도록 하며,

만일, 배기압력역전이 발생되지 않을 경우에는 최고층의 압력과 최저층의 압력차를 나타내는 최대차압이 설정값1보다 크면 각 세대에서 배기되는 배기용량의 증가로 인한 굴뚝(1) 내부의 과부하를 방지하기 위하여 환풍기(10)를 가동시켜 원활한 배기를 유도하며, 최대차압이 설정값1보다 작을 경우에는 환풍기(10)의 작동을 중지하되 자연풍에 의해 회전되면서 자연배기를 할 수 있도록 제어하는 마이콤(60)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 복층건물의 국소 배기 입상덕트에 적용되는 배기 효율 최적화 제어장치.
제 1항에 있어서, 상기 세대 팬(F1~Fn)은 디지털 입력부(40)로 무선통신 방식, 유선통신 방식 중 하나로 정보를 발신할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 복층건물의 국소 배기 입상덕트에 적용되는 배기 효율 최적화 제어장치.