KR20110047741A - Detailed design scheme for reduction method of stack effect at vertical shaft in high-rise building by supply and exhaust of air in vertical shaft - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A design scheme for reducing stack effect at a vertical path in a high-rise building is provided to minimize stack effect at a vertical path in the winter season. CONSTITUTION: Air is supplied to the lower layer of a vertical path(82) and is discharged from its upper layer. Air discharged from the exhaust grill(70) of the upper layer is supplied to the supply grill(80) of the lower layer through a ventilator(55) and a duct(72), and thus stack effect in a high-rise building is reduced through the air circulation between the lower and upper layers. Pressure of the highest staircase(10) of the high-rise building is quantitatively designed using inner temperature, outer temperature, and the air volume and coefficient of the ventilator.

Description

수직 통로내 공기의 급기 및 배기를 통한 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감을 위한 설계방법{DETAILED DESIGN SCHEME FOR REDUCTION METHOD OF STACK EFFECT AT VERTICAL SHAFT IN HIGH-RISE BUILDING BY SUPPLY AND EXHAUST OF AIR IN VERTICAL SHAFT}DESIGNED DESIGN SCHEME FOR REDUCTION METHOD OF STACK EFFECT AT VERTICAL SHAFT IN HIGH-RISE BUILDING BY SUPPLY AND EXHAUST OF AIR IN VERTICAL SHAFT }

본 발명은 고층건물의 수직통로에서 동절기의 실내외 온도차이에 의해 발생되는 연돌효과를 저감시키기 위한 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 고층건물의 최상층 계단실에서의 압력을 실내온도, 실외온도, 송풍기 풍량 및 계수를 이용하여 시뮬레이션하고 정량적으로 설계하며, 설계 압력에 일치하도록 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감장치를 통해 건물내에서 공기를 순환시킴으로써 동절기의 실내환경 악화를 방지하고, 화재시 제연과 피난이 용이하며, 출입문 또는 엘리베이터 오작동 및 에너지 손실 등을 효과적으로 방지하여 고층 건축물을 효과적으로 관리할 수 있도록 된 수직 통로내 공기의 급기 및 배기를 통한 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감을 위한 설계방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for reducing the stack effect caused by the indoor and outdoor temperature difference of the winter in the vertical passage of the high-rise building, more specifically, the pressure in the stairs of the upper floor of the high-rise building, the indoor temperature, the outdoor temperature, the blower air volume and Simulation using coefficients and quantitative design, and by circulating the air in the building through the stack effect reduction device in the vertical passage of the high-rise building to match the design pressure to prevent the deterioration of the indoor environment during the winter season, The present invention relates to a design method for reducing stack effect in a vertical passage of a high-rise building by supplying and exhausting air in a vertical aisle to effectively manage a high-rise building by effectively preventing door or elevator malfunction and energy loss. .

일반적으로 도시가 고도화 또는 집적화되면서 건물의 고층화가 급속히 진행되고 있다. 건물이 고층화되면서 계단실과 엘리베이터 샤프트 등의 수직통로를 중 심으로 연돌효과가 발생하여 실내환경 악화, 화재시 제연과 피난, 출입문 또는 엘리베이터 오작동 및 에너지 손실 등 고층건물내 많은 현상에 영향을 미치는 것으로 판단되고 있다. In general, as the city is being advanced or integrated, the height of buildings is rapidly increasing. As the building becomes taller, the stack effect is generated centering on vertical passages such as staircases and elevator shafts, which affects many phenomena in high-rise buildings such as deterioration of indoor environment, smoke and evacuation in case of fire, malfunction of door or elevator, and energy loss. It is becoming.

특히 실외기온이 낮은 겨울철에 굴뚝과 같은 수직통로 형상의 계단실과 엘리베이터 샤프트에서는 실외와 실내의 온도차에 의한 연돌효과에 의해서 수직통로의 하부에서 상부로 상승기류가 형성된다. 즉 실외보다 온도가 높은 수직통로내 공기가 윗쪽으로 상승하면서 수직통로 저층부의 압력은 감소하고 수직통로 고층부의 압력은 상승하게 된다. Especially, in the winter, when the outdoor temperature is low, in the staircases and elevator shafts having vertical path shapes such as chimneys, rising air flows from the lower part of the vertical path to the upper part due to the stack effect caused by the temperature difference between the outdoor and the indoor. That is, as the air in the vertical passage, which is higher in temperature than the outdoor air, rises upward, the pressure in the vertical passage lower part decreases and the pressure in the vertical passage high rise part increases.

따라서 저층부에서는 계단실과 접한 부속실 및 거실에서 계단실쪽으로 공기가 침투하고 고층부에서는 계단실에서 거실쪽으로 공기가 누기된다. 이러한 현상으로 인해 첫째, 저층부에서 원하지 않는 외기의 도입과 고층부에서 실내공기의 누출에 의한 에너지 손실 발생, 둘째, 외기의 유입에 따른 불쾌감 유발, 세째, 출입문 및 엘리베이터 틈새의 누기시 발생하는 소음, 넷째, 피난문 양단의 압력차 증가로 인한 피난문 개방의 어려움 등 구체적인 문제점이 발생한다.Therefore, air penetrates from the lower part of the living room to the staircase and the living room. Due to these phenomena, first, the introduction of unwanted outdoor air in the lower floor and the loss of energy due to the leakage of indoor air in the upper floor, second, causing discomfort caused by the inflow of outdoor air, third, noise generated when the door and elevator are leaking, In particular, problems such as difficulty in opening the evacuation door due to an increase in pressure difference between the evacuation doors occur.

본 발명의 제안자는 이를 위하여 연돌효과가 크게 발생하는 겨울철에 국내 31층 규모의 고층건물(1)에서 연돌효과에 의해 형성되는 압력장을 측정하였으며, 거실(30), 부속실(20) 및 계단실(10)에서의 실내압력을 측정하고 분석하였다. 도 1a와 같이 31층의 고층건물(1)을 대상으로 피난 계단실(Stair)(10)의 저층에서 고층까지 일정간격으로 압력센서(12)를 설치하였으며, 저층인 3층과 고층인 30층은 피난 계단실(10)과 연결된 부속실(Lobby)(20), 거실(Accommodation)(30)에서도 압 력을 동시에 계측할 수 있도록 하였다.For this purpose, the proposer of the present invention measured the pressure field formed by the stack effect in the high-rise building (1) of the 31st floor in Korea during the winter when the stack effect is large, the living room (30), the attached room (20) and the staircase ( The room pressure in 10) was measured and analyzed. As shown in FIG. 1A, the pressure sensor 12 was installed at a predetermined interval from the lower floor to the higher floor of the evacuation stair 10 for the high-rise building 1 of the 31st floor. Pressure was also measured at the same time in the attached room (Lobby) (20) and living room (Accommodation) (30) connected to the evacuation stairs (10).

실험조건은 표 1과 같이 전층의 피난문을 닫은 상태(케이스1), 1층의 피난 계단실(10)과 부속실(20)의 피난문을 개방한 상태(케이스2), 및 1층과 31층의 피난 계단실(10), 부속실(20) 피난문을 개방한 상태(케이스3)에서 각 측정위치의 압력변화를 계측하였다.Experimental conditions are as follows: the evacuation doors of the entire floor are closed (case 1), the evacuation doors of the first floor evacuation staircase 10 and the accessory room 20 are open (case 2), and the first and 31st floors. The pressure change at each measurement position was measured in the evacuation staircase 10 and the accessory room 20 in the evacuation stairs (opened in the case 3).

실험조건Experimental conditions 케이스case 피난문 개폐 조건Evacuation door opening and shutting condition 케이스1Case 1 - 모든층의 피난문을 닫음 -Close all evacuation doors 케이스2Case 2 - 1층의 피난문을 열음.
- 1층외 모든층의 피난문을 닫음.
-Open the evacuation door on the first floor.
-Evacuation doors on all floors except the first floor are closed.
케이스3Case 3 - 1층과 31층의 피난문을 열음.
- 1층과 31층외 모든층의 피난문을
닫음.
Opened evacuation doors on the 1st and 31st floors.
-Evacuation doors on all floors except the 1st and 31st floors
close.

이러한 케이스2와 케이스3과 같이 피난 계단실(10)과 부속실(20)의 피난문을 개방하면 계단실(10)과 계단실(10) 외부사이에 공기가 흐르는 유로가 형성되고 각 층의 실간 압력조건에 따라 계단실(10)쪽으로 공기가 흐르거나 계단실(10)에서 계단실(10) 외부로 공기가 배출된다. When the evacuation doors of the evacuation stair chamber 10 and the accessory chamber 20 are opened as in the case 2 and the case 3, an air flow path is formed between the stair chamber 10 and the exterior of the stair chamber 10, Accordingly, the air flows toward the stairs 10 or the air is discharged from the stairs 10 to the outside of the stairs 10.

도 1b는 케이스3의 경우에 대하여 피난문 개방에 따른 공기흐름을 도시하고 있다. 실험은 1월말에 수행하였으며, 실험수행시간에 외기온도는 7℃로 측정되었다. FIG. 1B shows the air flow according to the opening of the evacuation door for the case 3. The experiment was carried out at the end of January, and the outside air temperature was measured at 7 ℃ at the time of the experiment.

도 2a는 케이스1의 실험조건 즉, 모든 피난문이 닫혀져 있을 때의 실험결과로서 X축은 계측시간을 나타내고 있으며, Y축은 계측시간에 따른 각 압력센서(12) 위치에서의 실내압력 변동값을 나타내고 있다. FIG. 2A is a test result of case 1, i.e., when all evacuation doors are closed, X-axis represents measurement time, and Y-axis represents room pressure fluctuation value at each pressure sensor 12 position according to measurement time. have.

도 2a에서와 같이 각 위치에서의 압력값은 큰 변동이 없이 일정한 수준을 유지하고 있으며 저층에서 고층으로 올라갈수록 피난 계단실(10)에서의 대기압이 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 케이스1의 경우 저층인 3층에서는 "피난 계단실(10) 압력 < 부속실(20) 압력 < 거실(30) 압력"의 순으로 압력이 형성되고, 고층인 30층에서는 "피난 계단실(10) 압력 > 부속실(20) 압력 > 거실(30) 압력"의 크기로 실내압력이 형성된다. As shown in FIG. 2A, the pressure value at each position is maintained at a constant level without large fluctuations, and as the pressure rises from the lower floor to the higher floor, the atmospheric pressure in the evacuation stairs 10 may be lowered. In case 1, the pressure is formed in the order of "evacuation stair chamber 10 pressure <accessory room 20 pressure <living room 30 pressure" in the lower floor on the third floor, and "evacuation stair chamber 10 pressure> in the high floor 30 floor. The room pressure is formed in the size of the attached room 20 pressure> the living room 30 pressure.

이러한 측정결과로부터 피난 계단실(10) 내 연돌효과의 영향으로 저층에서는 거실(30)로부터 피난 계단실(10)으로 공기흐름이 형성되고, 이러한 공기가 고층으로 상승하여 고층에서는 피난 계단실(10)에서 부속실(20)로, 그리고 부속실(20)에서 거실(30)로 유동이 형성되는 것을 알 수 있다. From the measurement result, the air flow is formed from the living room 30 to the evacuation staircase 10 at the lower floor under the influence of the stack effect in the evacuation staircase 10, and the air rises to the higher floor and is attached to the evacuation stairs 10 at the high floor. It can be seen that the flow is formed in (20) and in the living room (30) from the attached room (20).

대상 건물(1)에서는 피난문이 전부 닫혀져 있는 상태에서 연돌효과로 인해 30층에서는 피난 계단실(10)과 부속실(20)의 피난문에 약 23Pa의 압력이 작용되고 있다. In the target building 1, a pressure of about 23 Pa is applied to the evacuation doors of the evacuation stairs 10 and the accessory room 20 on the 30th floor due to the stack effect while the evacuation doors are completely closed.

도 2b는 케이스1에서 케이스2의 실험조건으로 변경하면서 시간에 따른 압력분포를 보여주고 있다. 즉 약 1,350초에서 1층의 거실(30)과 피난 계단실(10)을 연결하는 2개의 피난문을 개방하면서 각 위치에서의 변화되는 압력이 도시되었다. 도 2b에서와 같이 피난 계단실(10)의 각 층에서 압력이 문을 개방하면서 상승하고 있음을 알 수 있다.Figure 2b shows the pressure distribution over time while changing from the case 1 to the experimental conditions of the case 2. That is, at about 1,350 seconds, the pressure changes at each position are shown while opening two evacuation doors connecting the living room 30 and the evacuation stairs 10 on the first floor. As shown in Figure 2b it can be seen that the pressure in each floor of the evacuation staircase 10 is rising while opening the door.

이는 1층의 피난문이 개방되면서 거실(30)의 공기가 피난 계단실(10)으로 유입되고 유입된 공기가 상승하면서 피난 계단실(10)내 압력을 상승시키는 것으로 판단된다. 이로인해 고층인 30층에서는 피난 계단실(10)과 부속실(20)을 연결하는 피난문에 작용하는 압력이 크게 상승하여 피난문의 개방이 더 힘들어지는 현상을 유발한다. This is determined to increase the pressure in the evacuation staircase 10 as the air in the living room 30 enters the evacuation staircase 10 as the evacuation door of the first floor is opened and the introduced air rises. As a result, the pressure on the evacuation door connecting the evacuation stairs 10 and the accessory room 20 is greatly increased in the thirty-high floor, causing the phenomenon that the opening of the evacuation door becomes more difficult.

도 2c는 케이스2에서 케이스3으로 실험조건이 바뀌면서 각 위치에서의 압력변화를 보여주고 있다. 1층의 피난문이 개방된 상태에서 31층의 피난문을 추가로 개방하면서 변화하는 압력값의 추이를 살펴보면 다음과 같다. 피난 계단실(10)의 압력이 31층의 피난문을 개방하면서 낮아지며 고층으로 올라갈수록 하강폭이 커진다. 그로인해 30층 피난 계단실(10)에서의 압력은 케이스1의 실험조건, 즉 전층의 피난문을 닫았을 때보다 더 낮아지고 31층의 피난 계단실(10)과 부속실(20)간 압력차도 더 작아진다. 즉, 1층에서 유입된 공기가 31층으로 유출되면서 피난 계단실(10)내 압력이 하강하는 것이다.Figure 2c shows the pressure change at each position as the experimental conditions change from case 2 to case 3. When the evacuation door on the 1st floor is opened, the trend of the pressure value changing while additionally opening the evacuation door on the 31st floor is as follows. The pressure of the evacuation staircase 10 is lowered by opening the evacuation door on the 31st floor, and the descending width increases as the upper floor is raised. As a result, the pressure in the evacuation staircase 10 on the 30th floor is lower than that of the case 1, that is, when the evacuation doors on the entire floor are closed, and the pressure difference between the evacuation stairs 10 and the accessory room 20 on the 31st floor is also smaller. Lose. That is, as the air introduced from the first floor flows out into the 31st floor, the pressure in the evacuation stairs 10 decreases.

도 2d는 케이스1, 케이스2 및 케이스3로 실험조건이 변하면서 3층과 30층의 피난 계단실(10)과 부속실(20), 부속실(20)과 거실(30)간 압력차의 변동치를 나타내고 있다. 앞에서 설명한 바와 같이 모든 층의 피난문이 닫혀져 있을 때 연돌효과의 영향으로 3층에서는 부속실(20)에서 피난 계단실(10)방향으로 피난문에 약 21Pa의 압력이 작용하고 30층에서는 피난 계단실(10)에서 부속실(20)방향으로 약 23Pa, 부속실(20)에서 거실(30)방향으로 약 27Pa의 압력이 작용이 작용한다. 그리고 1층의 피난문만 개방되면 고층부에는 연돌효과가 커져서 30층의 피난 계단실(10)에서 부속실(20) 방향으로 작용하는 압력이 약 23Pa에서 약38Pa로 상승하고 있다. FIG. 2D shows fluctuation values of the pressure difference between the evacuation stairs 10 and the accessory room 20, the accessory room 20, and the living room 30 on the 3rd and 30th floors while the experimental conditions are changed to the case 1, the case 2, and the case 3. have. As described above, when the evacuation doors of all floors are closed, a pressure of about 21 Pa is applied to the evacuation doors in the direction of the evacuation stairs 10 from the attached room 20 on the third floor and the evacuation stairs room 10 on the 30th floor. The pressure of about 23 Pa in the direction of the accessory room 20, and about 27 Pa in the direction of the living room 30 in the accessory room 20 acts. And when only the evacuation door on the first floor is opened, the stack effect is increased in the upper floor, and the pressure acting in the direction of the accessory chamber 20 in the evacuation staircase 10 on the 30th floor is rising from about 23 Pa to about 38 Pa.

한편 1층의 피난문 개방에 더하여 31층 피난문이 함께 개방되면서 연돌효과가 줄어들면서 30층의 피난 계단실(10)에서 부속실(20)방향으로 작용하는 압력이 약38Pa에서 약 7Pa로 크게 하강하고, 3층에서도 부속실(20)에서 피난 계단실(10) 방향으로 피난문에 약 12Pa의 압력이 작용하고 있다.On the other hand, in addition to opening the evacuation door on the first floor, the effect of the stack decreases as the evacuation door is opened on the 31st floor, and the pressure acting in the direction of the attached room 20 from the evacuation staircase 10 on the 30th floor drops greatly from about 38 Pa to about 7 Pa. On the third floor, a pressure of about 12 Pa acts on the evacuation door in the direction of the evacuation stairs 10 from the attached room 20.

상기 실험결과에서 주목할 점은 피난문이 모두 닫혀있는 경우에 비해서 1층과 31층의 피난문이 개방되어 있을 때 피난 계단실(10)에서의 연돌효과가 크게 감소하고 있다는 점이다. 즉, 피난문이 모두 닫혀있는 경우에 비해서 1층과 31층의 피난문이 개방되면 고층부인 30층에서 "계단실(10) 압력과 부속실(20) 압력의 차이(s7-s8)"가 23Pa에서 7Pa로 감소하였고 저층부인 3층에서도 "계단실(10) 압력과 부속실(20) 압력의 차이(s1-s2)"가 -21Pa에서 -12Pa로 차이가 줄어든 것이다. It should be noted that the above experiment results show that the stack effect in the evacuation staircase 10 is greatly reduced when the evacuation doors of the first floor and the 31st floor are open compared to the case where the evacuation doors are all closed. That is, when the evacuation doors on the 1st and 31st floors are opened, when the evacuation doors are all closed, the difference between the stairs room 10 pressure and the accessory room 20 pressure (s7-s8) at 23 Pa is 23 Pa. In the lower floor, the third floor was reduced to 7 Pa, and the difference between the pressure of the stair chamber 10 and the accessory room 20 (s1-s2) was reduced from -21 Pa to -12 Pa.

이와같이 피난 계단실(10)의 저층부와 고층부에서 외부와 공기의 흐름을 생성하여 저층부에서 공기가 급기되고 고층부에서 공기가 배기되도록 해준다면 고층건물(1)에서의 연돌효과가 크게 해소될 것으로 예측할 수 있다. In this way, if the air flows from the lower part and the air is exhausted from the lower part by generating the flow of air from the lower part and the higher part of the evacuation staircase 10, the stack effect in the high-rise building 1 can be expected to be greatly resolved. .

이와 같이 고층건물(1)에서의 연돌효과에 의해 형성되는 압력장에 대한 측정실험으로부터 다음과 같은 검토가 이루어졌다. 겨울철 연돌효과의 영향으로 건물(1)의 저층은 "피난 계단실(10) 압력 < 부속실(20) 압력 < 거실(30) 압력"의 순으로 압력이 형성되고, 고층은 "피난 계단실(10) 압력 > 부속실(20) 압력 > 거실(30) 압력"의 크기로 실내압력이 형성된다. 실험조건에서 30층의 경우 연돌효과로 인해 피난 계단실(10)에서 부속실(20) 방향으로 약 23Pa의 압력이 작용하고 있다. Thus, the following examination was made from the measurement experiment about the pressure field formed by the stack effect in the high-rise building (1). Due to the effect of the stack effect in winter, the lower floor of the building 1 is formed with the pressure of "evacuation stairs 10 pressure <accessory room 20 pressure <living room 30 pressure", and the high floor is "evacuation stairs 10 pressure". > Room pressure is formed in the size of the attached room 20 pressure> the living room 30 pressure ". In the experimental condition, the pressure of about 23 Pa is applied from the evacuation stair chamber 10 toward the accessory chamber 20 in the case of the 30th floor due to the stack effect.

이때 1층과 31층의 피난문을 개방하여 계단실(10)의 저층에서 공기가 유입되고 고층에서 공기가 유출되면 연돌효과가 크게 저감되어 실험조건에서 30층에서의 피난 계단실(10)과 부속실(20)간 압력차가 약 7Pa로 감소된다. At this time, when the evacuation doors on the first floor and the 31st floor are opened and air is introduced from the lower floor of the staircase room 10 and the air flows out from the high floor, the stack effect is greatly reduced. 20) the pressure difference is reduced to about 7 Pa.

따라서 고층건물(1)의 계단실(10)과 엘리베이터 샤프트 등과 같은 수직통로(82)에 대하여 저층부에서 공기를 급기하고 고층부에서 공기를 배기하는 시스템이 설치되어 겨울철에 가동되면 고층건물(1)에서 연돌효과에 의해 발생하는 실간 압력차가 크게 감소될 것이다. 이를 위해 실외공기를 수직통로(82)의 저층부에 공급하고 수직통로(82)의 고층부 공기를 실외로 배출시키는 방안이 사용될 수 있다. Therefore, a system is provided for supplying air from the lower floor and exhausting air from the upper floor with respect to the vertical passage 82 such as the staircase 10 of the high-rise building 1 and the elevator shaft. The real pressure difference caused by the effect will be greatly reduced. To this end, a method of supplying outdoor air to the lower floor of the vertical passage 82 and discharging the high-level air of the vertical passage 82 to the outside may be used.

그러나 이러한 방안은 온도가 낮은 외부공기가 건물(1)내로 유입되고, 난방시스템에 의해 공조가 되어진 실내공기가 외부로 배출되므로 건물(1)의 에너지가 손실되며 또한 겨울철에 계단실(10) 온도가 기준치 이하로 떨어질 수 있다. However, in this method, low temperature outside air flows into the building 1, and indoor air that is air-conditioned by the heating system is discharged to the outside, so energy of the building 1 is lost. Can fall below the baseline.

따라서 고층부에서 배기되는 공기가 저층부에서 공급되는 순환형 시스템이 대안으로 제시될 수 있다. Thus, a circulating system in which the air exhausted from the upper part is supplied from the lower part may alternatively be presented.

본 발명의 제안자에 의해서 출원된 종래의 특허출원 제10-2008-0059487호의 "수직 통로내 공기의 급기 및 배기를 통한 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감방법 및 장치"에서는 상기의 개념을 바탕으로 고층건물(1)에서 연돌효과를 저감시키기 위해 계단실(10), 엘리베이터 샤프트와 같은 수직통로(82)의 저층부에서 공기를 급기하고 고층부에서 공기를 배기시키는 방법을 제안하였다. 그 중 순환형 연돌효과 저감방법 및 장치는 다음과 같다.In the conventional patent application No. 10-2008-0059487 filed by the proposer of the present invention "method and apparatus for reducing the stack effect in the vertical passage of the high-rise building through the air supply and exhaust of air in the vertical passage" based on the above concept In order to reduce the stack effect in the high-rise building (1), a method of supplying air from the lower floor of the vertical passage 82, such as the staircase 10 and the elevator shaft, has been proposed. Among them, the method and apparatus for reducing the circulating stack effect are as follows.

즉 도 3에 도시된 바와 같이, 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감장치(50)는 송풍기(55), 수직풍도(60), 배기그릴(70) 및 급기그릴(80)로 구성되어 계단실(10), 엘리베이터 샤프트와 같은 수직통로(82)의 저층부로 공기를 공급하고 고층부의 공기를 배기시키는 구조로 되어 있다.That is, as shown in Figure 3, the stack effect reduction device 50 in the vertical passage of the high-rise building is composed of a blower 55, vertical wind 60, exhaust grill 70 and the air supply grill 80 is a staircase ( 10) It is structured to supply air to the lower floor of the vertical passage 82 such as an elevator shaft and to exhaust the air of the higher floor.

즉 특허출원 제10-2008-0059487호의 "수직 통로내 공기의 급기 및 배기를 통한 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감방법 및 장치"는 계단실(10)과 엘리베이터 샤프트 등의 수직통로(82) 고층부에 설치되는 배기그릴(70), 수직통로(82)의 저층부에 설치되는 급기그릴(80), 옥상 또는 지하층의 기계실에 설치되는 연돌효과 저감용 송풍기(55) 및 고층부와 저층부를 연결하는 연돌효과 저감용 수직풍도(60)로 구성된다.In other words, Patent Application No. 10-2008-0059487 "Method and device for reducing stack effect in vertical passage of high-rise building through air supply and exhaust of air in vertical passage" refers to the stairs of the staircase 10 and the vertical passage 82 of the elevator shaft. Exhaust grill 70 installed in the air supply, an air supply grill 80 installed in the lower floor of the vertical passage 82, a blower 55 for reducing the stack effect installed in the machine room of the roof or basement floor, and the stack effect connecting the high floor and the lower floor. It is composed of a vertical wind-up 60 for reduction.

이와 같은 종래의 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감장치(50)에서는 겨울철과 같이 연돌효과가 발생하는 시기에 송풍기(55)를 가동하고 댐퍼(미 도시)를 열어서 "고층부의 배기그릴(70) → 덕트(72) → 송풍기(55) → 수직풍도(60) → 급기그릴(80) → 수직통로(82) → 배기그릴(70)"의 유로로 공기가 순환되도록 함으로써 고층건물(1)에서 발생하는 연돌효과를 저감하도록 한다. In the conventional stack effect reduction device 50 in the vertical passage of the high-rise building, the blower 55 is operated at the time when the stack effect occurs, such as winter, and the damper (not shown) is opened to open the exhaust grill 70 of the high-rise section. → air duct 72 → blower 55 → vertical air blast 60 → air supply grill 80 → vertical passage 82 → exhaust grill 70 to allow air to circulate in the high-rise building 1 To reduce the stack effect.

그러나 상기와 같은 종래의 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감장치(50)가 실제로 고층건물(1)에 적용되기 위해서는 실내외 온도차, 건물(1) 높이, 송풍기(55) 풍량 등 설계인자를 고려하면서 수직통로(82)에서의 연돌효과 저감효과에 대한 정량적인 설계방안의 제시가 필요하다.However, in order to apply the stack effect reduction device 50 in the conventional vertical high-rise building passage as described above, the design factors such as the indoor and outdoor temperature difference, the height of the building (1), and the air blower (55) are considered. It is necessary to present a quantitative design method for the stack effect reduction effect in the vertical passage 82.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은 고층건물에서 동절기에 발생하는 연돌효과를 최소화시킴으로써 동절기에 고층건물의 실내환경 악화를 방지하고, 화재시 제연과 피난이 용이하며, 출입문 또는 엘리베이터 오작동 및 에너지 손실 등을 효과적으로 방지하여 고층 건축물을 효과적으로 관리할 수 있도록 된 수직 통로내 공기의 급기 및 배기를 통한 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감을 위한 설계방법을 제공함에 있다.The present invention is to solve the conventional problems as described above, the purpose is to prevent the deterioration of the indoor environment of the high-rise buildings in the winter by minimizing the stack effect in the high-rise building in winter, easy to smoke and evacuate in case of fire It provides a design method for reducing the stack effect in the vertical passage of the high-rise building through the air supply and exhaust of the air in the vertical passage to effectively manage the high-rise buildings by effectively preventing malfunctions, doors or elevator malfunction and energy loss.

그리고 본 발명의 다른 목적은 특허출원 제10-2008-0059487호에서 제안된 "수직 통로내 공기의 급기 및 배기를 통한 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감방법 및 장치"가 실제로 고층건물에 적용되어 사용되도록 연돌효과가 발생하는 고층 건축물내의 수직통로에 대하여 공기의 급기와 배기를 통한 연돌효과 저감방법을 정량적이고 정확하게 설계할 수 있도록 된 수직 통로내 공기의 급기 및 배기를 통한 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감을 위한 설계방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to propose a method and apparatus for reducing stack effect in a vertical passage of a high-rise building through air supply and exhaust of air in a vertical passage, which is proposed in Patent Application No. 10-2008-0059487. In the vertical passage of the high-rise building through the air supply and exhaust in the vertical passage to quantitatively and accurately design the method of reducing the stack effect through the air supply and exhaust for the vertical passage in the high-rise building where the stack effect occurs. It is to provide a design method for reducing the stack effect.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 고층건물의 수직통로 저층부에 공기를 급기하고, 고층부에서 공기를 배기시키되, 상기 고층부의 배기 그릴로부터 배기된 공기를 송풍기와 덕트를 통하여 저층부의 급기 그릴로 공급하여 저층부와 고층부간의 공기 순환을 통하여 고층건물 내의 연돌효과를 감소시키기 위하여 고층건물의 최상층 계단실에서의 압력을 실내온도, 실외온도, 송풍기 풍량 및 계수 를 이용하여 아래의 식(8)과 같이 정량적으로 설계하는 수직 통로내 공기의 급기 및 배기를 통한 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감을 위한 설계방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, the air supply to the lower floor of the vertical passage of the high-rise building, the air is exhausted from the high-rise portion, the air exhausted from the exhaust grill of the high-rise portion of the lower floor air supply grill through the blower and the duct In order to reduce the stack effect in the high-rise building through the air circulation between the low-rise and the high-rise, the pressure in the upper staircase room of the high-rise building is expressed by the following equation (8) using the indoor temperature, outdoor temperature, blower air volume and coefficient. It provides a design method for reducing the stack effect in the vertical passage of high-rise building through the air supply and exhaust in the vertical passage to quantitatively design.

Figure 112009066990047-PAT00002
식(8)
Figure 112009066990047-PAT00002
Formula (8)

여기서, Ph는 최상층 계단실에서의 압력, g는 중력가속도(9.81m/s2), hh는 최상층의 높이(m), hnpl는 중성대의 높이(m), ρi는 실내공기 밀도(kg/m3), Ti는 실내온도(K), To는 실외온도(K), Qf는 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감장치의 송풍기 풍량(m3/s), C₁은 계수이다.Where P h is the pressure in the staircase of the top floor, g is the acceleration of gravity (9.81 m / s 2 ), h h is the height of the top floor (m), h npl is the height of the neutral zone (m), and ρ i is the indoor air density ( kg / m 3 ), T i is the indoor temperature (K), T o is the outdoor temperature (K), Q f is the blower air flow rate (m 3 / s), and C to be.

그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 식(8)에서 일정하게 주어진 실내온도(Ti)에 대하여 계수 C₁은 실외온도(To)와 이차원적 함수의 대응관계를 가지며 아래의 식(9)와 같이 설계하는 수직 통로내 공기의 급기 및 배기를 통한 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감을 위한 설계방법을 제공한다.In the present invention, the coefficient C₁ has a correspondence relationship between the outdoor temperature T o and the two-dimensional function with respect to the room temperature T i given constant in Equation (8), as shown in Equation (9) below. It provides a design method for reducing the stack effect in the vertical passage of high-rise building through the air supply and exhaust in the vertical passage to design.

Figure 112009066990047-PAT00003
식(9)
Figure 112009066990047-PAT00003
Formula (9)

여기서, A0, A1, A2는 각각 상수이다.Here, A 0 , A 1 , and A 2 are constants, respectively.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 고층건물의 연돌효과를 결정하는 인 자(factors)들인 최상층의 높이(hh), 중성대의 높이(hnpl), 실내온도(Ti), 실외온도(To)가 일정하게 주어지면 식(8)에서 계수 C₁은 상수(Constant)가 되며, 이러한 조건에서 아래 식(10)와 같이 최상층 계단실에서의 압력(Ph)을 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감장치의 송풍기 풍량(Qf)의 변화로 조절하도록 설계하는 수직 통로내 공기의 급기 및 배기를 통한 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감을 위한 설계방법을 제공한다.In addition, the present invention is preferably the height (h h ) of the top layer, the height of the neutral zone (h npl ), the room temperature (T i ), the outdoor temperature (T o ) that factors factors that determine the stack effect of the high-rise building If constant) is given, the coefficient C₁ becomes constant in Equation (8), and under these conditions, the pressure (P h ) in the upper staircase room as shown in Equation (10) below is reduced. It provides a design method for reducing the stack effect in the vertical passage of the high-rise building through the air supply and exhaust of the air in the vertical passage that is designed to adjust to the change in the blower air volume (Q f ) of the device.

Figure 112009066990047-PAT00004
식(10)
Figure 112009066990047-PAT00004
Equation (10)

단, 여기서, 최상층의 높이(hh), 중성대의 높이(hnpl), 실내온도(Ti), 실외온도(To)는 일정하게 주어진 조건이다. However, where the height (h h), one neutral height (h npl), room temperature (T i), outside temperature (T o) of the uppermost layer is a constant given conditions.

본 발명에 의하면 동절기에 연돌효과가 발생하는 고층건물에 대하여 건물 최상층 계단실에서의 압력을 중력가속도, 최상층의 높이, 중성대의 높이, 실내공기 밀도, 실내온도, 실외온도, 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감장치의 송풍기 풍량 및 계수를 이용하여 정량적으로 정확하게 설계하고, 특허출원 제10-2008-0059487호에서 제안된 "수직 통로내 공기의 급기 및 배기를 통한 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감방법 및 장치"를 이용하여 고층건물내에 공기를 순환시킴으로써 동절기에 수직통로에서 연돌효과를 최소화시킬 수 있다.According to the present invention, the pressure in the stairwell of the top floor of the building is applied to gravity acceleration, the height of the top floor, the height of the neutral zone, the indoor air density, the indoor temperature, the outdoor temperature, and the stack in the vertical passage of the high-rise building. A method of reducing the stack effect in a vertical passage of a high-rise building by supplying and exhausting air in a vertical passage is proposed in Patent Application No. 10-2008-0059487. And device "to minimize air stack effect in vertical passages in winter by circulating air in high rise buildings.

따라서 본 발명은 동절기에 고층건물의 실내환경 악화를 방지하고, 화재시 제연과 피난이 용이하며, 출입문 또는 엘리베이터 오작동 및 에너지 손실 등을 효과적으로 방지하여 고층 건축물을 효과적으로 관리할 수 있는 우수한 효과가 얻어진다.Therefore, the present invention prevents the deterioration of the indoor environment of the high-rise building in winter, it is easy to smoke and evacuate in case of fire, and effectively prevent the door or elevator malfunction and energy loss, it is possible to effectively manage the high-rise building is obtained. .

뿐만 아니라 본 발명자에 의해서 제안된 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감방법 및 장치가 실제로 고층건물에 적용되고, 효과적으로 사용되어 고층 건축물내의 수직통로에 대하여 공기의 급기와 배기를 통한 연돌효과의 저감을 효과적으로 얻을 수 있는 것이다.In addition, the method and apparatus for reducing the stack effect in the vertical passage of the high-rise building proposed by the present inventors are actually applied to the high-rise building, and are effectively used to reduce the stack effect through the air supply and exhaust for the vertical passage in the high-rise building. It can be effectively obtained.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

고층건물(1)에서 연돌효과로 인한 이론적인 압력차는 다음의 식(1)에 의해 계산될 수 있다. The theoretical pressure difference due to the stack effect in the high-rise building (1) can be calculated by the following equation (1).

Figure 112009066990047-PAT00005
식(1)
Figure 112009066990047-PAT00005
Formula (1)

상기 식 (1)에서 δPS는 연돌효과로 인한 동일높이에서의 실내외 압력차(Pa), h는 대상층의 높이(m), hnpl는 중성대(N)의 높이(m),ρi는 실내공기 밀도(kg/m3),Ti는 실내온도(K),To는 실외온도(K)를 각각 나타낸다.In Equation (1), δP S is the indoor and outdoor pressure difference (Pa) at the same height due to the stack effect, h is the height of the target layer (m), h npl is the height (m) of the neutral zone (N), ρ i Indoor air density (kg / m 3 ), T i represents the room temperature (K), and T o represents the outdoor temperature (K).

이러한 고층건물(1)에서 연돌효과에 대한 가장 간단한 모델은 도4a와 같이, 건물(1)의 내부에 구획이 없고, 최상층(5a)과 최하층(5b)에 동일한 면적의 개구부가 존재하는 형식이다. 도4a에서 Pi는 실내의 압력을 나타내며, Po는 실외의 압력을 나타낸다. The simplest model of the stack effect in such a high-rise building (1) is a form in which there is no compartment in the interior of the building (1), and openings of the same area exist on the uppermost floor (5a) and the lowermost floor (5b), as shown in FIG. . In FIG. 4A, P i represents the pressure in the room and P o indicates the pressure in the outside.

겨울철과 같이 내부의 공기가 외부보다 온도가 높을 경우 내부공기의 밀도가 외기보다 낮아 가벼워져서 건물(1) 내에서 상승하여 최상층(5a) 개구부를 통해 외부로 흘러 나간다. 한편 차가운 외부공기는 최하층(5b)의 개구부를 통해 실내로 유입된다. When the air inside is hotter than the outside, such as in winter, the density of the inside air is lower than the outside air, making it lighter and rising in the building 1 to flow out through the opening of the top floor 5a. On the other hand, cold external air is introduced into the room through the opening of the lowest layer (5b).

이와 같이 개구부를 통한 유동을 발생시키는 압력차의 원인이 바로 연돌효과이다. 기류는 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르므로 최하층(5b)에서는 외부의 압력이 내부의 압력보다 높고 최상층(5a)에서는 그 반대가 된다. Thus, the stack effect is the cause of the pressure difference that generates the flow through the opening. Since the airflow flows from a high place to a low place, the external pressure is higher than the internal pressure in the lowermost layer 5b and vice versa in the uppermost layer 5a.

도4a에 도시된 건물(1)에서는 상하층 개구부의 크기가 같아 마찰저항이 동일하므로 최상층(5a)과 최하층(5b)의 압력차의 절대값은 같아진다. 도4a에서 실선은 절대압이며, 중성대(N)에서는 압력차가 발생하지 않는다. 각층의 외부와 내부의 압력차가 외벽에 작용한다. In the building 1 shown in Fig. 4A, since the upper and lower openings have the same size and the frictional resistance is the same, the absolute value of the pressure difference between the uppermost floor 5a and the lowermost floor 5b is the same. In FIG. 4A, the solid line is absolute pressure, and no pressure difference occurs in the neutral zone N. FIG. The pressure difference between the outside and inside of each layer acts on the outer wall.

그러나 실제 건물(1)에는 도4b와 같이, 각층의 내부에 거실(30)과 부속실(20) 및 수직통로(82) 등의 구획이 존재하고 또한 각층의 외벽에는 창문이 설치된다. 이와 같은 환경에서는 외기공기가 저층의 창문과 같은 외벽 개구부를 통해 유입되어 구획실간 및 층간 틈새를 통해 이동하거나 수직통로(82)를 통해 상부기류를 형성한다. However, in the actual building 1, as shown in Figure 4b, there are partitions such as living room 30, annex 20, and vertical passage 82 inside each floor, and windows are provided on the outer walls of each floor. In such an environment, outside air flows through an opening of an outer wall such as a window of a lower floor, and moves through a gap between compartments and an interlayer, or forms an upper air flow through a vertical passage 82.

건물(1)의 고층에서는 저층에서 이동한 공기가 동일하게 구획실간 틈새와 외벽의 개구부를 통해 외부로 유출된다. In the high floor of the building 1, the air moved from the lower floor flows out through the gap between the compartments and the opening of the outer wall.

도4b에서는 각층과 층내 구획실에서의 압력장 형성 개념도를 보여주고 있다. 4B shows a conceptual diagram of the pressure field formation in each layer and the intra-bed compartment.

도4b에서 Po는 실외의 압력, Paccommodation은 거실(30)의 압력,Plobby는 부속실(20)의 압력, Pshaft는 수직통로(82)의 압력을 각각 나타낸다. 각 층에서 연돌효과에 의해 생성되는 전체 압력차(δPS)는 도4a의 경우와 동일하다. In FIG. 4B, P o denotes the outdoor pressure, P accommodation denotes the pressure of the living room 30, P lobby denotes the pressure of the auxiliary room 20, and P shaft denotes the pressure of the vertical passage 82, respectively. The total pressure difference δP S generated by the stack effect in each layer is the same as that in FIG. 4A.

단지, 전체 압력차가 외벽, 구획실간 경계 및 수직통로(82) 벽에 분산되어 형성된다. 따라서 건물(1) 안에 구획이 없어서 공기흐름에 저항이 없는 경우에 비해 구획실이 존재하면 건물(1) 외벽에 작용하는 압력차가 줄어들게 된다. However, the total pressure difference is formed by being distributed on the outer wall, the partition boundary and the wall of the vertical passageway 82. Therefore, compared to the case where there is no compartment in the building 1 and there is no resistance to air flow, the presence of the compartment reduces the pressure difference acting on the exterior wall of the building 1.

본 발명에서는 도 5와 같이 수직통로(82)인 계단실(10), 부속실(20) 및 거실(30)로 구성되는 20층의 고층건물(1)을 대상으로 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감장치(50)를 가동하였을 경우, 실내외 온도와 송풍기 풍량 등의 인자에 따라 계단실(10)에 형성되는 압력의 변화를 고찰하였다.In the present invention, as shown in FIG. 5, the stack effect is reduced in the vertical passage of the high-rise building targeting the 20-story high-rise building 1 composed of the staircase chamber 10, the accessory room 20, and the living room 30, which are vertical passages 82. When the apparatus 50 was operated, the change of the pressure formed in the staircase chamber 10 was considered according to factors, such as an indoor / outdoor temperature and a blower air volume.

본 발명자에 의해서 제안되고, 도 5에 도시된 특허출원 제10-2008-0059487호의 "수직통로내 공기의 급기 및 배기를 통한 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감방법 및 장치"는 고층건물(1)의 수직통로(82) 저층부에 공기를 급기하는 급기 그릴(80)을 구비하고, 상기 수직통로(82)의 고층부로부터 공기를 배기시키는 배기 그릴(70)을 구비한다. 그리고 상기 급기 그릴(80)과 배기 그릴(70)을 연결하도록 공동구(25)에 설치된 수직 풍도(60) 및 상기 수직 풍도(60)를 통하여 상기 배기 그 릴(70)로부터 급기 그릴(80)로 공기를 공급하는 송풍기(55)를 포함하는 구조이다.The patent application 10-2008-0059487, which is proposed by the present inventor and shown in Fig. 5, "Method and apparatus for reducing stack effect in vertical passage of high-rise building through the air supply and exhaust of air in the vertical passage" is a high-rise building (1 And an air supply grill 80 for supplying air to a lower portion of the vertical passage 82 of the vertical passage 82, and an exhaust grill 70 for exhausting air from the upper portion of the vertical passage 82. Then, from the exhaust grill 70 to the supply grill 80 through the vertical wind 60 and the vertical wind 60 installed in the cavity 25 so as to connect the air supply grill 80 and the exhaust grill 70. It is a structure including a blower 55 for supplying air.

이와 같은 수직통로내 공기의 급기 및 배기를 통한 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감장치(50)는 고층건물(1)의 수직통로(82) 저층부에 공기를 급기하고, 고층부에서 공기를 배기시키되, 상기 고층부로부터 배기된 공기를 송풍기(55)와 덕트(72)를 통하여 저층부로 공급하여 저층부와 고층부간의 공기 순환을 통하여 고층건물(1) 내의 연돌효과를 감소시키도록 된 것이다.The stack effect reduction device 50 in the vertical passage of the high-rise building through the air supply and exhaust of the air in the vertical passage is to supply air to the lower floor of the vertical passage 82 of the high-rise building 1, and to exhaust the air from the high-rise part. In addition, the air discharged from the high-rise portion is supplied to the low-rise portion through the blower 55 and the duct 72 to reduce the stack effect in the high-rise building 1 through the air circulation between the low-rise portion and the high-rise portion.

도5에서 Ti는 실내온도, To는 실외온도, Qf는 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감장치(50)의 송풍기 풍량을 각각 나타낸다. In FIG. 5, T i denotes an indoor temperature, T o denotes an outdoor temperature, and Q f denotes a blower air volume of the stack effect reducing device 50 in the vertical passage of a high-rise building.

분석방법은 미국의 NIST(National Institute of Standards and Technology)에서 개발한 CONTAMW2.4 프로그램을 이용하였으며, CONTAMW 프로그램은 network model을 기반으로 하는 건물환기 해석프로그램이다.The analysis method used the CONTAMW2.4 program developed by the National Institute of Standards and Technology (NIST) in the US, which is a building ventilation analysis program based on the network model.

분석조건으로는 실내온도(Ti)를 20℃로 설정하고 실외온도(To)를 -20℃(253 K), -10℃(263 K), 0℃(273 K), 10℃(283 K)로 하여 실내외 온도차를 변하게 하였다. 각각의 실내외 온도차에 대하여 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감장치(50)의 송풍기 풍량(Qf)을 0.0 m3/s에서 5.0 m3/s 까지 달리해 가며, 20층 계단실(10)에서 생성되는 압력을 도출하였다. 20층 계단실(10)에서의 압력(P20F)은 동일높이에서의 실외압력에 대한 압력차를 의미한다.Analytical conditions set the room temperature (T i ) to 20 ° C and the outdoor temperature (T o ) to -20 ° C (253 K), -10 ° C (263 K), 0 ° C (273 K), and 10 ° C (283). K) to change the indoor and outdoor temperature difference. For each indoor / outdoor temperature difference, the blower air flow rate (Q f ) of the stack effect reduction device (50) in the vertical passage of the high-rise building varies from 0.0 m 3 / s to 5.0 m 3 / s. The resulting pressure was derived. The pressure P 20F in the 20-story staircase 10 means the pressure difference with respect to the outdoor pressure at the same height.

아래 표 2는 그 해석결과를 보여주고 있으며 이를 그래프로 나타내면 도 6과 같다. Table 2 below shows the results of the analysis and the graphs are as shown in FIG. 6.

분석대상 건물에 대한 시뮬레이션 결과Simulation results for the building under analysis 실외온도
(To, K)
Outdoor temperature
(T o , K)
실내온도
(Ti, K)
Room temperature
(T i , K)
풍량
(Of , m3/s)
Air flow
(O f , m 3 / s)
20층 계단실에서의
압력
(P20F, Pa)
20th floor staircase
pressure
(P 20F , Pa)
비고Remarks
253253











293




















293








00 52.9752.97
253253 1One 50.5450.54 253253 22 45.1545.15 253253 33 36.8936.89 253253 44 25.8925.89 253253 55 12.3812.38 263263 00 37.7837.78 263263 1One 35.5335.53 263263 22 30.3630.36 263263 33 22.3922.39 263263 44 11.8111.81 263263 55 -0.68-0.68 273273 00 23.9423.94 273273 1One 21.8821.88 273273 22 16.9616.96 273273 33 9.369.36 273273 44 -0.38-0.38 273273 55 -11.03-11.03 283283 00 11.3911.39 283283 1One 9.559.55 283283 22 4.954.95 283283 33 -1.53-1.53 283283 44 -10.52-10.52 283283 55 -22.28-22.28

도 6에서 알 수 있듯이 실내외 온도차가 적을수록 20층 계단실(10)에서의 압력이 감소하며 송풍기 풍량이 증가할수록 역시 20층 계단실(10)에서의 압력(P20F)이 낮아진다.As can be seen in FIG. 6, the smaller the indoor / outdoor temperature difference is, the lower the pressure in the 20-floor staircase 10 is, and as the blower air volume increases, the pressure P 20F in the 20-floor staircase 10 also decreases.

즉 실내외 온도가 적을수록 건물(1)내 작용하는 연돌효과가 줄어들며 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감장치(50)의 송풍기 풍량이 증가할수록 연돌효과에 대한 저감능력이 커지는 것을 알 수 있다.That is, as the indoor and outdoor temperature decreases, the stack effect in the building 1 decreases, and as the blower air volume of the stack effect reduction device 50 increases in the vertical passage of the high-rise building, the reduction ability for the stack effect increases.

도6에서 20층 계단실(10)에서의 압력(P20F)은 송풍기 풍량의 증가에 따라 2차원 곡선의 형태로 감소하고 있으며, 실내외 온도차의 증가에 영향을 받고 있는 것을 알 수 있으며, 이를 바탕으로 20층 계단실(10)에서의 압력(P20F)는 다음의 식(2)와 같이 계산되어질 수 있다. In FIG. 6, the pressure P 20F in the 20-story staircase 10 decreases in the form of a two-dimensional curve with the increase in the blower air volume, and it can be seen that it is influenced by the increase in the indoor and outdoor temperature differences. The pressure P 20F in the 20-story staircase 10 can be calculated by the following equation (2).

Figure 112009066990047-PAT00006
식(2)
Figure 112009066990047-PAT00006
Equation (2)

상기 식(2)에서 δPS는 연돌효과에 의해 발생하는 압력차(Pa)로서 식(1)과 같으며, Qf는 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감장치(50)의 송풍기 풍량(m3/s), Ti와To는 각각 실내온도(K)와 실외온도(K)이다. 또한 C₁은 계수이다.ΔP S in Equation (2) is the pressure difference (Pa) generated by the stack effect as shown in Formula (1), Q f is the blower air volume (m) of the stack effect reduction device 50 in the vertical passage of the high-rise building (m) 3 / s), T i and T o are the room temperature (K) and the outdoor temperature (K), respectively. Is the coefficient.

또한 상기 식(2)의 우변 두 번째 항에서 C₁을 제외한 나머지 수식을 식(3)과 같이 Pf라 한다. In addition, in the second term on the right side of Equation (2), the remaining equation except for C₁ is referred to as P f as in Equation (3).

Figure 112009066990047-PAT00007
식(3)
Figure 112009066990047-PAT00007
Equation (3)

그러면 상기 식(2)는 식(4)와 같이 정리할 수 있고 식(5)와 식(6)으로 더욱 간략화할 수 있다.Then Equation (2) can be summarized as Equation (4) and can be further simplified by Equations (5) and (6).

Figure 112009066990047-PAT00008
식(4)
Figure 112009066990047-PAT00008
Formula (4)

Figure 112009066990047-PAT00009
식(5)
Figure 112009066990047-PAT00009
Formula (5)

Figure 112009066990047-PAT00010
식(6)
Figure 112009066990047-PAT00010
Formula (6)

상기 식(6)의 관계를 표 2에서 구한 값들을 이용해서 그래프로 도시하면 도7과 같다. 도7에서와 같이 Py와 Pf는 선형적으로 대응하고 있으므로 C₁은 상수(Constant)로 판단할 수 있다. 도7에서 곡선 피팅(curve fitting)에 의해 실외온도(To)에 대응하는 C₁을 구하면 아래 표 3과 같다.The relationship of Equation (6) is shown as a graph using the values obtained in Table 2 as shown in FIG. As shown in FIG. 7, since P y and P f correspond linearly, C ₁ can be determined as a constant. In FIG. 7, C₁ corresponding to the outdoor temperature T o is obtained by curve fitting as shown in Table 3 below.

실외온도에 대응하는 C₁C₁ corresponding to outdoor temperature 실외온도
(To, K)
Outdoor temperature
(T o , K)
실내온도
(Ti, K)
Room temperature
(T i , K)
C₁C₁ 비고Remarks
253253
293


293

10.0210.02
263263 13.2013.20 273273 18.7118.71 283283 37.2037.20

한편 상기 표 3과 같이 실내온도가 주어졌을 경우, 실외온도(To)에 대하여 C₁의 대응관계를 그래프로 표현하면 도8과 같다. 도8에서와 같이 C₁과 실외온도(To)는 이차원적 관계를 가지며 이를 정량적으로 표현하면 식(7)와 같다.On the other hand, when the indoor temperature is given as shown in Table 3, the correspondence of C₁ with respect to the outdoor temperature (T o ) as shown in the graph as shown in FIG. As shown in FIG. 8, C₁ and the outdoor temperature (T o ) have a two-dimensional relationship, and when expressed quantitatively, Equation 7 is obtained.

C₁ = 20.305 + 1.253To + 0.038To 2 식(7)C₁ = 20.305 + 1.253T o + 0.038T o 2 Equation (7)

본 발명에서는 도 5와 같이 수직통로(82)인 계단실(10), 부속실(20) 및 거실(30)로 구성되는 고층건물(1)을 대상으로 실내외 온도차에 의해 연돌효과가 발생할 경우, 그 수직통로(82)에서의 연돌효과의 저감을 얻기 위한 실내외 온도차, 건물(1) 높이, 송풍기 풍량 등 설계인자는 아래와 같다.In the present invention, when the stack effect is caused by the indoor and outdoor temperature difference for the high-rise building 1 composed of the staircase room 10, the accessory room 20, and the living room 30, which are vertical passages 82, as shown in FIG. Design factors such as the indoor and outdoor temperature difference, the height of the building 1, and the air volume of the blower for reducing the stack effect in the passage 82 are as follows.

고층건물(1)에서의 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감장치(50)의 작동에 의해 저감되어 형성되는 최상층 계단실(10)에서의 압력을 실내온도, 실외온도, 송풍기 풍량 및 계수를 이용하여 시뮬레이션하고 정량적으로 표시하면 식(8)과 같이 얻어진다.The pressure in the uppermost staircase chamber 10, which is reduced and formed by the operation of the stack effect reduction device 50 in the vertical passage of the high-rise building 1, is determined by using the indoor temperature, the outdoor temperature, the blower air volume, and the coefficient. When simulated and quantitatively displayed, it is obtained as in Equation (8).

Figure 112009066990047-PAT00011
식(8)
Figure 112009066990047-PAT00011
Formula (8)

여기서, Ph는 최상층 계단실(10)에서의 압력, g는 중력가속도(9.81m/s2), hh는 최상층의 높이(m), hnpl는 중성대의 높이(m), ρi는 실내공기 밀도(kg/m3), Ti는 실내온도(K), To는 실외온도(K), Qf는 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감장치(50)의 송풍기 풍량(m3/s), C₁은 계수이다.Where P h is the pressure in the top staircase room 10, g is the acceleration of gravity (9.81 m / s 2 ), h h is the height of the top floor (m), h npl is the height of the neutral zone (m), and ρ i is the room Air density (kg / m 3 ), T i is the indoor temperature (K), T o is the outdoor temperature (K), and Q f is the blower air volume of the stack effect reduction device (50) in the vertical passage of the high-rise building (m 3 / s), C is the coefficient.

상기 식(8)에서 계수 C₁는 일정하게 주어진 실내온도(Ti)에 대하여 실외온도(To)와 이차원적 함수의 대응관계를 가지며 아래의 식(9)와 같이 표현된다.The equation coefficients C₁ (8) is with respect to the temperature (T i) having a given interior predetermined correspondence between the two-dimensional function, outdoor temperature (T o) and is expressed as equation (9) below.

Figure 112009066990047-PAT00012
식(9)
Figure 112009066990047-PAT00012
Formula (9)

여기서, A0, A1, A2는 각각 상수이다.Here, A 0 , A 1 , and A 2 are constants, respectively.

그리고 연돌효과를 결정하는 설계 인자들인 최상층의 높이(hh), 중성대의 높이(hnpl), 실내온도(Ti), 실외온도(To)가 일정하게 주어지면, 식(8)에서 계수 C₁은 상수(Constant)가 되며, 이러한 조건에서 아래 식(10)와 같이 최상층 계단실(10)에서의 압력(Ph)을 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감장치(50)의 송풍기 풍량(Qf)의 변화로 조절하는 것이 바람직하다. And given the design factors that determine the stack effect, the height of the top floor (h h ), the height of the neutral zone (h npl ), the room temperature (T i ), and the outdoor temperature (T o ) are constant, C₁ becomes a constant, and under such conditions, the pressure P h in the uppermost staircase room 10 as shown in the following equation (10) is applied to the blower air volume Q of the stack effect reduction device 50 in the vertical passage of the high-rise building. It is preferable to adjust by the change of f ).

Figure 112009066990047-PAT00013
식(10)
Figure 112009066990047-PAT00013
Equation (10)

단, 여기서, 최상층의 높이(hh), 중성대의 높이(hnpl), 실내온도(Ti), 실외온도(To)는 일정하게 주어진 조건이다.However, where the height (h h), one neutral height (h npl), room temperature (T i), outside temperature (T o) of the uppermost layer is a constant given conditions.

상기와 같이 본 발명은 동절기에 연돌효과가 발생하는 고층건물(1)에 대하여 건물(1) 최상층 계단실(10)에서의 압력을 중력가속도, 최상층의 높이, 중성대의 높이, 실내공기 밀도, 실내온도, 실외온도, 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감장치(50)의 송풍기 풍량 및 계수를 이용하여 정량적으로 정확하게 설계할 수 있다. 이때 상기에서 사용되는 계수 C₁는 일정하게 주어진 실내온도(Ti)에 대하여 이차원적 함수의 대응관계를 가지는 실외온도(To)로 표시되며, 최상층 계단실(10)에서의 압력(Ph)을 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감장치(50)의 송풍기 풍량(Qf)의 변화로 조절할 수 있게 된다.As described above, the present invention is the gravity acceleration, the height of the top floor, the height of the neutral zone, the indoor air density, the room temperature against the high-rise building (1) in which the stack effect occurs in winter. By using the blower air flow rate and the coefficient of the stack effect reduction device 50 in the outdoor passage, the vertical passage of the high-rise building can be quantitatively and accurately designed. In this case, the coefficient C₁ used above is represented by the outdoor temperature T o having a corresponding relation of two-dimensional function with respect to a given indoor temperature T i , and the pressure P h in the uppermost staircase room 10. It is possible to adjust the change in the blower air flow rate Q f of the stack effect reducing device 50 in the vertical passage of the high-rise building.

이와 같이 본 발명은 본 발명자에 의해서 제안된 특허출원 제10-2008-0059487호에서 제안된 "수직통로내 공기의 급기 및 배기를 통한 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감방법 및 장치"를 이용하여 고층건물(1)내에 공기를 적정량 순환시킴으로써 동절기에 수직통로(82)에서 연돌효과를 최소화시킬 수 있고, 결과적으로 동절기에 고층건물(1)의 실내환경 악화를 방지하며, 화재시 제연과 피난이 용이하고, 출입문 또는 엘리베이터 오작동 및 에너지 손실 등을 효과적으로 방지하여 고층건물(1)을 효과적으로 관리할 수 있게 된다. As described above, the present invention uses the method and apparatus for reducing the stack effect in the vertical passage of a high-rise building through the air supply and exhaust of the air in the vertical passage proposed in the patent application No. 10-2008-0059487 proposed by the present inventor. By circulating the appropriate amount of air in the high-rise building (1), it is possible to minimize the stack effect in the vertical passage (82) during the winter, and consequently to prevent the deterioration of the indoor environment of the high-rise building (1) during the winter, and to prevent smoke and evacuation in case of fire. It is easy to effectively prevent the door or elevator malfunction and energy loss, it is possible to effectively manage the high-rise building (1).

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.An embodiment of the present invention described above and shown in the drawings should not be construed as limiting the technical idea of the present invention. The protection scope of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art can change and change the technical idea of the present invention in various forms. Accordingly, such improvements and modifications are within the scope of the present invention as long as they are obvious to those skilled in the art.

도 1a는 본 발명에서 실시한 실험에서 대상 고층건물 및 압력센서 설치 개요도이다.Figure 1a is a schematic view of the target high-rise building and pressure sensor installation in the experiment conducted in the present invention.

도 1b는 본 발명에서 실시한 실험에서 피난문 개방시 공기흐름에 대한 개요도 이다.Figure 1b is a schematic diagram of the air flow when the evacuation door opening in the experiment carried out in the present invention.

도 2a는 본 발명에서 실시한 실험에서 CASE1의 실험조건에서의 압력 측정값을 도시한 그래프이다.Figure 2a is a graph showing the pressure measurement value under the experimental conditions of CASE1 in the experiment conducted in the present invention.

도 2b는 본 발명에서 실시한 실험에서 CASE1에서 CASE2로 실험조건의 변동시 각 압력의 측정값을 도시한 그래프이다.Figure 2b is a graph showing the measured value of each pressure when the experimental conditions change from CASE1 to CASE2 in the experiment carried out in the present invention.

도 2c는 본 발명에서 실시한 실험에서 CASE2에서 CASE3로 실험조건의 변동시 각 압력의 측정값을 도시한 그래프이다.Figure 2c is a graph showing the measured value of each pressure when the experimental conditions change from CASE2 to CASE3 in the experiment carried out in the present invention.

도 2d는 본 발명에서 실시한 실험에서 실험조건에 따른 3층과 30층에서의 각 실간 압력차 변동을 도시한 그래프이다.Figure 2d is a graph showing the fluctuation of the pressure difference between the three floors and 30 floors according to the experimental conditions in the experiment carried out in the present invention.

도 3은 본 발명이 적용되는 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감장치 개요도이다.Figure 3 is a schematic diagram of the stack effect reduction device in a vertical passage of a high-rise building to which the present invention is applied.

도 4a는 내부에 구획실이 없는 건축물에서 연돌효과에 대한 압력형성 모델을 도시한 설명도이다.Figure 4a is an explanatory view showing a pressure forming model for the stack effect in a building without a compartment inside.

도 4b는 내부에 구획실이 있는 건축물에서 연돌효과에 대한 압력형성 모델을 도시한 설명도이다.Figure 4b is an explanatory diagram showing a pressure forming model for the stack effect in a building having a compartment therein.

도 5는 본 발명이 적용되는 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감장치가 장착된 분석대상 건물을 도시한 개요도이다.5 is a schematic diagram showing an analysis target building equipped with a stack effect reducing device in a vertical passage of a high-rise building to which the present invention is applied.

도 6은 본 발명에서 실시한 실험에서 분석대상 건물에 대한 시뮬레이션 결과, 실외온도와 송풍량에 따른 20층 계단에서의 압력변화을 도시한 그래프도이다.FIG. 6 is a graph illustrating a change in pressure in a 20-story staircase according to an outdoor temperature and an air blowing amount in a simulation result of an analysis target building in an experiment conducted in the present invention.

도 7은 본 발명에서 실시한 실험에서 분석대상 건물에 대한 시뮬레이션 결과, 실외온도와 송풍량에 따른 20층 계단에서의 압력변화을 간략화하여 직선으로 도시한 그래프도이다.7 is a graph showing a straight line by simplifying the pressure change in the 20-story staircase according to the simulation results for the building to be analyzed in the experiment conducted in the present invention according to the outdoor temperature and the blowing amount.

도 8은 본 발명에서 실시한 실험에서 실내온도가 주어졌을 경우 실외온도에 대하여 계수의 대응관계를 도시한 그래프도이다.8 is a graph showing the correspondence of coefficients with respect to the outdoor temperature when the indoor temperature is given in the experiment conducted in the present invention.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >Description of the Related Art

1...... 고층건물 5a..... 최상층 1 ...... Skyscrapers 5a ..... Top floor

5b...... 최하층 10...... 계단실5b ...... lowest floor 10 ...... stair room

12..... 압력센서 20..... 부속실(Lobby)12 ..... Pressure sensor 20 ..... Lobby

25..... 공동구 30..... 거실(Accommodation)25 ..... Common District 30 ..... Accommodation

50..... 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감장치50 ..... Reduction device for stack effect in vertical passage of high-rise building

55..... 송풍기 60...... 수직풍도55 ..... Blower 60 ...... Vertical Wind

70..... 배기그릴 72...... 덕트70 ..... Exhaust grill 72 ...... Duct

80..... 급기그릴 82..... 수직통로 80 ..... Air supply grill 82 ..... Vertical passage

N...... 중성대N ...... neutral

Claims (3)

고층건물의 수직통로에서 동절기의 실내외 온도차이에 의해 발생되는 연돌효과를 저감시키기 위한 방법에 있어서,In the method for reducing the stack effect caused by the indoor and outdoor temperature difference of the winter in the vertical passage of the high-rise building, 고층건물(1)의 수직통로(82) 저층부에 공기를 급기하고, 고층부에서 공기를 배기시키되, 상기 고층부의 배기 그릴(70)로부터 배기된 공기를 송풍기(55)와 덕트(72)를 통하여 저층부의 급기 그릴(80)로 공급하여 저층부와 고층부간의 공기 순환을 통하여 고층건물(1) 내의 연돌효과를 감소시키기 위하여 고층건물(1)의 최상층 계단실(10)에서의 압력(Ph)을 실내온도, 실외온도, 송풍기 풍량 및 계수를 이용하여 아래의 식(8)과 같이 정량적으로 설계하는 것임을 특징으로 하는 수직통로내 공기의 급기 및 배기를 통한 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감을 위한 설계방법Air is supplied to the lower floor of the vertical passage 82 of the high-rise building 1, and the air is exhausted from the high-rise part, and the air exhausted from the exhaust grill 70 of the high-rise part is blown through the blower 55 and the duct 72. In order to reduce the stacking effect in the high-rise building (1) through the air circulation between the low-rise and the high-rise section of the air supply grill 80 of the pressure (P h ) in the uppermost staircase chamber (10) of the high-rise building (1) Design method for reducing stack effect in vertical passage of high-rise building through air supply and exhaust in vertical passage, characterized in that it is designed quantitatively by using outdoor temperature, blower air flow and coefficient
Figure 112009066990047-PAT00014
식(8)
Figure 112009066990047-PAT00014
Formula (8)
여기서, Ph는 최상층 계단실(10)에서의 압력, g는 중력가속도(9.81m/s2), hh는 최상층의 높이(m), hnpl는 중성대의 높이(m), ρi는 실내공기 밀도(kg/m3), Ti는 실내온도(K), To는 실외온도(K), Qf는 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감장 치(50)의 송풍기 풍량(m3/s), C₁은 계수이다.Where P h is the pressure in the top staircase room 10, g is the acceleration of gravity (9.81 m / s 2 ), h h is the height of the top floor (m), h npl is the height of the neutral zone (m), and ρ i is the room Air density (kg / m 3 ), T i is the indoor temperature (K), T o is the outdoor temperature (K), and Q f is the blower air volume (m 3 ) of the stack effect reduction device (50) in the vertical passage of the high-rise building. / s), C is the coefficient.
제1항에 있어서, 상기 식(8)에서 일정하게 주어진 실내온도(Ti)에 대하여 계수 C₁은 실외온도(To)와 이차원적 함수의 대응관계를 가지며 아래의 식(9)와 같이 설계하는 것임을 특징으로 하는 수직통로내 공기의 급기 및 배기를 통한 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감을 위한 설계방법The coefficient C₁ has a relation between the outdoor temperature T o and the two-dimensional function with respect to the room temperature T i given constant in Equation (8), and is designed as in Equation (9) below. Design method for reducing stack effect in vertical passage of high-rise building through air supply and exhaust in vertical passage
Figure 112009066990047-PAT00015
식(9)
Figure 112009066990047-PAT00015
Formula (9)
여기서, A0, A1, A2는 각각 상수이다.Here, A 0 , A 1 , and A 2 are constants, respectively.
제2항에 있어서, 상기 고층건물(1)의 연돌효과를 결정하는 인자(factors)들인 최상층의 높이(hh), 중성대의 높이(hnpl), 실내온도(Ti), 실외온도(To)가 일정하게 주어지면 식(8)에서 계수 C₁은 상수(Constant)가 되며, 이러한 조건에서 아래 식(10)와 같이 최상층 계단실(10)에서의 압력(Ph)을 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감장치(50)의 송풍기 풍량(Qf)의 변화로 조절하도록 설계하는 것임을 특징으로 하는 수직통로내 공기의 급기 및 배기를 통한 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감을 위한 설계방법The method of claim 2, wherein the height (h h ) of the top floor, the height of the neutral zone (h npl ), the room temperature (T i ), the outdoor temperature (T) are factors that determine the stack effect of the high-rise building (1) If the constant is given, the coefficient C₁ becomes constant in Eq. (8). Under these conditions, the pressure P h in the upper staircase room 10 in the vertical passage of the high-rise building, as shown in Eq. Design method for reducing the stack effect in the vertical passage of the high-rise building through the air supply and exhaust of the air in the vertical passage, characterized in that it is designed to be adjusted to the change in the blower air volume (Q f ) of the stack effect reduction device 50 of the
Figure 112009066990047-PAT00016
식(10)
Figure 112009066990047-PAT00016
Equation (10)
단, 여기서, 최상층의 높이(hh), 중성대의 높이(hnpl), 실내온도(Ti), 실외온도(To)는 일정하게 주어진 조건이다.However, where the height (h h), one neutral height (h npl), room temperature (T i), outside temperature (T o) of the uppermost layer is a constant given conditions.
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