KR20130049494A

KR20130049494A - 댐퍼를 구비한 건물의 이중외피 구조

Info

Publication number: KR20130049494A
Application number: KR1020110114569A
Authority: KR
Inventors: 조태용
Original assignee: 조태용
Priority date: 2011-11-04
Filing date: 2011-11-04
Publication date: 2013-05-14
Also published as: KR101383400B1

Abstract

본 발명은 건물의 개구부에 설치되되 채광 내지 통풍이 가능하도록 마련된 건물의 이중외피 구조에 있어서, 외기와 접하며 하나 이상의 통기구가 마련된 외측외피, 상기 외측외피로부터 이격되어 건물의 내기와 접하며 하나 이상의 통기구가 마련된 내측외피, 상기 외측외피와 상기 내측외피 사이에 빈 공간으로 형성된 중공층 및 상기 중공층에 마련되되 상기 외측외피와 내측외피 사이를 수평방향으로 연결하여 상기 중공층 내 공기의 상하방향 흐름을 차단 내지 통과시키는 댐퍼를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

댐퍼를 구비한 건물의 이중외피 구조 {DOUBLE SKIN FACADE OF BUILDING WITH DAMPER}

본 발명은 건물의 이중외피 구조에 관한 것으로 더욱 상세하게는 외기(外氣)와 접하는 외측외피와 내기(內氣)와 접하는 내측외피 사이의 중공층에 댐퍼를 마련하여, 중공층 내 상하방향으로의 공기의 흐름을 제어할 수 있는 건물의 이중외피 구조에 관한 것이다.

일반적으로 건물의 외면 내지 개구부는 건물 내부와 외부 사이의 공기순환을 위해 통기구가 마련되고, 자연채광을 위하여 유리재질로 마련된다.

유리는 광 투과성을 가진 건축재료로서 수많은 건물의 외관을 형성하며 건물내의 거주자에게 자연채광과 조망을 제공한다. 그러나, 유리는 다른 건축재료에 비해 두께가 얇아 열 관류율이 높으므로, 냉난방 부하를 증가시키는 단점을 가지고 있으며, 일사 투과량이 높아 눈부심 현상을 일으키기도 한다.

또한, 재실자의 건강과 예방차원에서 실내 공기질의 중요성이 인식되면서 실내 공기에 대한 각종 오염원의 종류와 특성, 오염원의 제어방안과 환경오염 방지대책에 대한 관심이 증가하여 실내환경의 규제방법과 개선방안을 위한 노력이 이루어지고 있다.

종래에는 실내 환기를 위해 개구부에 설치된 창호의 개방을 통한 자연환기 방식이나 주방과 화장실에 설치된 국소적인 강제배기방식을 이용하였다. 그러나, 이러한 방법만으로는 필요 환기량을 확보하기 어려운 문제가 있다. 특히, 초고층 건물에서 고층부의 경우에는 풍압 때문에 자연환기가 곤란하고 또한 악천후 속에서는 창호개방이 어려워 자연환기를 기대하기 어렵다.

이러한, 환기부족의 문제를 해결하기 위해 실내 공간 전체에 기계식 환기시스템을 도입하기도 하였으나, 이러한 기계식 환기시스템은 자연환기에 비해 재실자가 느끼는 쾌적함을 떨어뜨리는 문제점이 있다.

이에 따라, 건물의 에너지소비를 절약하며, 효율적으로 환기를 하기 위해 다양한 형태의 차양장치와 파사드가 개발되었으며, 특히, 이중외피 구조가 도입되었는데, 이러한 이중외피는 외기(外氣)와 접하는 외측외피, 내기(內氣)와 접하는 내측외피 및 외측외피와 내측외피 사이에 형성되는 중공층으로 구성되는 것이다.

이중외피 구조란, 기존의 건물 외피 앞에 어느 정도의 간격을 두고 또 다른 외피를 덧붙인 개념으로 외측외피는 건물 외부의 풍우를 막아주는 역할을 하고 실내와 접한 내측외피는 창문의 개폐를 통해 실내로의 외기 유입을 가능케 하는 구조를 말한다.

이러한 이중외피 구조는 외측외피와 내측외피에 개구부(통기구)를 두어 외기와 내기가 순환할 수 있도록 하는데, 난방기에는 외측외피와 내측외피의 모든 개구부를 닫고, 외측외피로부터 입사한 일사에너지가 중공층의 온도를 증가시켜 실내에서 실외로의 열 손실을 감소시킨다.

또한, 냉방기에는 외측외피의 상부 및 하부의 개구부를 개방하여 중공층 내의 더운 공기가 상부 개구부로 배출되고 하부 개구부에서는 상대적으로 시원한 실외 공기가 유입되도록 한다. 즉, 두 외피 사이의 공간인 중공층에서의 일사에 의한 온실효과 또는 외기와의 압력차이가 일어나도록 함으로써 자연적인 실내환기가 유도되는 것이다.

다시 말해, 이중외피 구조는 기존의 건물 외피 앞에 어느 정도의 간격을 두고 또 다른 외피를 덧붙인 개념으로 외측 외피는 건물외부의 풍우를 막아주는 역할을 하고 실내와 접한 내측외피는 창문의 개폐를 통해 실내로의 외기 유입을 가능케 하는 구조로 구성되는데, 두 외피 사이의 간격을 20cm 내지 140cm로 하고 외피 사이의 공간에 차양장치 및 흡기구와 배기구를 장착하여 두 외피 사이공간에서 일사에 의한 온실효과 또는 외기와의 압력차이가 일어나도록 함으로써 자연적인 실내환기가 유도되는 것이다.

그러나, 종래의 이중외피 구조는 외측외피와 내측외피 사이의 공간 즉, 중공층에서 overheating에 의한 문제점이 발생할 수 있으며, 건물의 각 층별로 중공층이 폐쇄되어 있어 중공층 내부에서 상하로의 공기 순환이 제한되어 왔다.

이처럼, 중공층 내부에서 상하방향으로의 공기의 순환이 제한되면, 중공층 내의 공기의 과열현상이 더욱 심화될 수 있으며, 냉방을 위한 효율적인 공기조화기능을 얻을 수 없게 된다.

또한, 종래의 이중외피 구조는 건물의 각 층마다 중공층 내에 그레이팅 구조를 가질 수 있는데, 그레이팅을 통해 공기가 차단되지 않고 상하로 연통된다. 따라서, 중공층 내의 하부 공기는 계속 상승하여 빠져나가게 되므로 겨울철 난방을 하기 위한 태양의 복사열을 각 층마다 저장할 수 없게 된다.

이처럼, 종래의 이중외피 구조는 외기 내지 내기의 온도변화 또는 건물 내 거주자의 선택 및 필요에 따라 중공층 내의 상하방향 공기흐름을 선택적으로 제어 할 수 없는 문제점이 있다.

공개번호 제10-2006-0036177 (2006년 4월 28일 공개) 등록번호 10-0770969호(2007년 10월 30일 공고)

이에, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 이중외피 구조 내의 중공층에 댐퍼를 마련하는 것이다. 이를 통해 상하방향으로의 공기순환을 선택하여 제어할 수 있음으로써 효율적인 공기조화 기능을 수행할 수 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 외기와 접하며 하나 이상의 통기구가 마련된 외측외피, 상기 외측외피로부터 이격되어 건물의 내기와 접하며 하나 이상의 통기구가 마련된 내측외피, 상기 외측외피와 상기 내측외피 사이에 빈 공간으로 형성된 중공층 및 상기 중공층에 마련되되 상기 외측외피와 내측외피 사이를 수평방향으로 연결하여 상기 중공층 내 공기의 상하방향 흐름을 차단 내지 통과시키는 댐퍼를 포함한다.

바람직하게는 상기 댐퍼는 날개가 동일방향으로 회전하는 평행형 댐퍼 내지 날개가 서로 반대 방향으로 회전하는 대향형 댐퍼인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 댐퍼의 개폐는 전동식으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 중공층에는 블라인드가 마련되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 댐퍼 또는 개구부의 개폐를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 외측외피의 외부에는 외기 온도를 측정하는 온도센서가 장착되며, 상기 제어부는 상기 온도센서에서 측정된 외기온도를 인식하여 인식된 외기온도에 따라 자동적으로 상기 댐퍼 또는 개구부를 개폐하는 것을 특징으로 한다,

또한, 상기 내측외피의 내부에는 내기 온도를 측정하는 온도센서가 장착되며, 상기 제어부는 상기 온도센서에서 측정된 내기온도를 인식하여 인식된 내기 온도에 따라 자동적으로 상기 댐퍼 또는 개구부를 개폐하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 이중외피 구조 내의 중공층에 댐퍼를 마련함으로써, 선택적으로 중공층 내 공기의 흐름을 제어하는 것이다.

이를 통해, 본 발명의 효과는 공기의 흐름을 제어함으로써 건물 내의 거주자에게 쾌적한 환경을 제공할 수 있다.

본 발명의 또 다른 효과는 건물의 냉방 및 난방에 소요되는 에너지를 절감할 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 종래기술에 따른 이중외피 구조에 관한 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 이중외피 구조에 관한 단면도,
도 3a, 3b, 3c는 본 발명에 따른 이중외피 구조에 관하여 각각 1개 층, 2개 층, 3개 층을 연통한 상태를 보여주는 설명도,
도 4a, 4b는 각각 1개 층, 3개 층을 통과하는 풍량을 보여주는 설명도,
도 5a, 5b는 종래의 이중외피 구조에 따른 여름철 상층부 온도 및 속도를 보여주는 설명도,
도 5c, 5d는 종래의 이중외피 구조에 따른 여름철 하층부 온도 및 속도를 보여주는 설명도,
도 6a, 6b는 본 발명에 따른 이중외피 구조의 여름철 상층부 온도 및 속도를 보여주는 설명도,
도 6c, 6d는 본 발명에 따른 이중외피 구조의 여름철 하층부 온도 및 속도를 보여주는 설명도,
도 7a는 종래의 이중외피 구조에 따른 1개 층의 속도 분포를 보여주는 설명도,
도 7b는 본 발명에 따른 이중외피 구조의 1개 층의 속도 분포를 보여주는 설명도,
도 8은 본 발명에 따른 이중외피 구조의 급기와 배기를 교차적으로 마련하는 것을 보여주는 설명도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 따른 건물의 이중외피 구조에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시 할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않으며, 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙이도록 한다.

도 1a, 1b는 종래의 이중외피 구조에 관한 단면을 나타낸다.

도 2는 본 발명에 따른 건물의 이중외피 구조에 관한 단면도이다. 본 발명에 따른 건물의 이중외피 구조는 외기(外氣)와 접하는 외측외피(100), 상기 외측외피(100)와 일정 간격 이격되어 내기(內氣)와 접하는 내측외피(300) 및 상기 외측외피(100)와 내측외피(300) 사이에 공간으로 마련되는 중공층(500)으로 구성된다.

상기 외측외피(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 통기구(110)가 마련될 수 있다. 상기 통기구(110)는 건물의 외기와 상기 중공층 사이 공기를 순환시키기 위한 것이다.

또한, 상기 외측외피(100)는 모두가 개폐 가능한 싱글유리의 상, 중, 하단창의 3단으로 구획될 수 있어, 계절과 기후에 따라 개방전략을 달리하여 자연환기를 극대화 할 수 있다. 특히, 냉방기에 상기 내측외피(300)와 외측외피(100) 사이의 상기 중공층(500)에서의 과열현상을 억제할 수 있어 냉방에너지 소비를 절감시킬 수 있다.

상기 외측외피(100)와 내측외피(300)는 통상적인 창호소재인 알루미늄창호, 목재창호 또는 PVC창호로 마련될 수 있다. 따라서, 상기 외측외피(100)와 내측외피(300)는 유리재질의 창문과 상기 창문을 지지하는 프레임을 포함할 수 있다.

상기 외측외피(100)에 마련되는 창문은 기밀하게 닫힐 수 있는 강화유리 형태의 8mm 이상의 싱글 유리창을 적용할 수 있으며, 이 경우 닫힌 상태에서 상기 내측외피(300)과 함께 삼중유리의 효과가 발생하게 되므로 단열유리를 적용하는 기존 싱글창에 비하여 단열성능이 개선될 수 있다.

상기 외측외피(100)는 전체 면을 유리로 마감함으로써 고정된 상태로, 유리의 투명성을 건물의 외관디자인으로 이용할 수 있으며, 높은 일사획득을 얻을 수 있다.

상기 외측외피(100)와 일정간격 이격되어 건물 안쪽으로 내측외피(300)가 마련된다. 상기 외측외피(100)와 내측외피(300) 사이는 20cm 내지 140cm 로 이격될 수 있다. 또한, 상기 외측외피(100)와 내측외피(300) 사이의 간격은 건물의 위치, 환경, 기후에 따라 선택적으로 변경 실시될 수 있다.

상기 외측외피(100)와 내측외피(300) 사이에는 중공층(500)이 형성된다. 상기 중공층(500)은 건물의 외기와 내기의 순환을 위한 완충작용을 하는 공간으로서, 태양열에 의한 복사열을 실내로 공급하거나, 내부의 공기를 외부로 배출하기 위한 장소이다.

상기 내측외피(300)는 실내와 접하며, 유리 또는 불투명 건자재를 같이 사용하여 만들 수 있다. 또한, 창문의 개폐기능을 위하여 별도의 개폐장치를 포함할 수 있다.

상기 외측외피(100)와 내측외피(300)는 각각 하나 이상의 개구부 내지 통기구(110, 310)을 가질 수 있으며, 상기 통기구(110, 310)는 사용자의 작동에 의해 개폐될 수 있으며, 경우에 따라서, 제어부에 의해 자동으로 제어될 수 있다.

상기 제어부는 건물의 외기 내지 내기의 온도를 센싱하는 센서부와 상기 센서부에 의해 센싱된 온도에 따라, 상기 통기구(110, 310)을 전동제어하는 구동부를 더 포함할 수있다.

상기 중공층(500)에는 그레이팅(600)이 마련될 수 있다. 상기 그레이팅(600)은 각 층의 경계부분에 마련되는데, 금속재질의 그릴 형상으로 마련될 수 있으며, 상기 중공층(500) 내의 이물질이나 물체의 낙하를 방지하고, 상하방향으로의 공기순환을 가능케 하는 것이다.

상기 중공층(500)에는 브라인드(미도시)가 마련될 수 있다. 즉, 상기 브라인드는 상기 중공층(500) 내에 마련되어 차양효과를 얻거나, 건물 내의 거주자의 모습을 외부로 보이지 않도록 가려주는 효과를 얻을 수 있다.

상기 브라인드는 건물 내의 거주자에 의해 수동적으로 개폐될 수 있으며, 경우에 따라서는 전동식 제어에 의해 개폐될 수 있다. 또한, 상기 외측외피(100) 또는 내측외피(300)에 마련된 통기구(110, 310)와 함께 개폐될 수 있다. 이를 위해 외기와 내기의 온도를 센싱하는 센싱부, 상기 센싱부에서 센싱한 온도에 따라 동력을 전달하는 구동부를 더 포함할 수 있다. 이러한 센싱부와 구동부는 상기 브라인드와 상기 외측외피(100), 내측외피(300)에 마련된 통기구(110, 310)와 동시에 제어할 수 있다.

상기 중공층(500)에는 상기 그레이팅(600)과 함께 마련되거나 또는 상기 그레이팅(600)을 대체하여 하나 이상의 댐퍼(700)가 마련된다. 상기 댐퍼(700)는 상기 그레이팅(600)과 연결되어 마련되거나, 일정간격을 두고 이격되어 마련될 수 있으며, 상기 댐퍼는 상기 그레이팅(600)의 상부 내지 하부에 위치하는데, 상기 댐퍼(700)만이 독립적으로 마련될 수도 있다.

상기 댐퍼(700)는 공기의 흐름을 제어할 수 있는 다양한 형태의 댐퍼가 사용될 수 있다. 상기 댐퍼(700)는 상기 중공층(500)의 상하 방향으로의 공기흐름을 제어하기 위해 건물의 슬라브 방향 즉 지면과 나란한 방향으로 상기 중공층에 마련될 수 있다.

상기 댐퍼가 상기 중공층에 마련됨으로서, 상기 중공층 내의 공기흐름을 제어하되, 한 개 층, 또는 복수 층으로의 공기흐름을 선택적으로 제어할 수 있다.

상기 댐퍼(700)는 평행형 댐퍼와 대향형 댐퍼가 사용될 수 있는데, 평행형 댐퍼는 동일한 규격의 대향형 댐퍼에 비하여 작은 개도에서 상대적으로 많은 풍량을 통과할 수 있다. 또한, 평행형 댐퍼에서도 사이즈가 클수록 초기의 작은 개도에서 상대적으로 많은 풍량이 통과할 수 있음이다.

이러한, 댐퍼는 댐퍼 단면적이 동일한 경우에는 날개 간격이 작을수록 개도에 따른 통과 풍량의 비율이 비례에 가까운 정밀한 특성을 가지고 있는데, 예컨대 70mm 의 날개는 150mm의 날개보다 좋은 비례특성을 가지고 있다.

상기 댐퍼(700)는 압력강하 및 소음을 줄이기 위하여 항공기 날개 형상의 압출 알루미늄을 사용하여 마련될 수 있다. 또한, 강도 및 내구성을 증가시키기 위하여 산화피막처리 즉, 아노다이징(anodizing)을 할 수 있다.

상기 댐퍼(700)는 경우에 따라서 전동식으로 개폐될 수 있다. 따라서, 상기 댐퍼(700)의 개폐를 이한 구동부 또는 제어부가 더 마련될 수 있다. 상기 댐퍼의 개폐제어는 앞서 설명한 상기 외측외피와 내측외피의 통기구의 개폐와 함께 제어될 수 있다. 따라서, 상기 외기와 내기의 온도를 센싱하는 센싱부에 의해 상기 제어부와 함께 제어될 수 있다.

도 3a 내지 3c는 사계절에 따라 운영되는 이중외피 구조의 단면을 설명한다.

도 3a는 겨울철에 적용되는 이중외피 구조를 보여주는데, 실외온도가 18도 이하가 되면 상기 댐퍼(700)를 차단하여 1개 층으로 공기순환을 일으키는 것이다. 즉, 본 발명에 따른 댐퍼(700)가 각각의 층을 연통하는 상하방향으로의 공기순환을 차단하여 상기 외측외피(100)와 내측외피(300) 사이의 중공층(500)에 복사열로 데워진 공기를 실내로 공급하게 하는 것이다.

도 3b는 봄, 가을에 적용되는 이중외피 구조를 보여주는데 공조기 운전이 중단되는 시기에 열 덕트와 연계하여 2개 층은 연통하여 공기순환을 일으키는 것이다. 즉, 2개 층을 연통하도록 상기 댐퍼(700)를 하나 건너 하나씩 차단 하여, 여름과 겨울의 중간 정도의 공기조화 효과를 얻을 수 있게 하는 것이다.

도 3c는 여름철에 적용되는 이중외피 구조를 보여주는데, 실외온도가 28도 이상이 되면, 전동댐퍼와 중앙제어로 3개 층으로 공기순환을 일으키는 것이다. 즉, 여름철의 실외온도가 높아지면, 상기 외측외피(100)와 내측외피(300) 사이의 중공층(500)이 과열되는 것을 방지하기 위해, 각 층에 마련된 댐퍼(700)를 두 개층에 걸쳐 개방함으로써 3개 층의 공기순환효과를 얻게 하는 것이다.

이를 통해, 가열된 공기는 상부 통기구(110)로 빠져나가게 하고, 외부의 상대적으로 냉각된 공기가 하부 통기구(110)로 들어오게 하는 것이다.

도 4a와 4b는 도 3a와 도 3c에 따른 이중외피 구조의 1개 층과 3개 층을 통과하는 공기의 풍량을 나타낸 것이다. 도 4a 와 4b에 도시된 바와 같이, 3개 층의 댐퍼(700)를 개방하여 공기순환을 하는 경우의 풍량은, 각각의 댐퍼(700)를 폐쇄하여 1개 층만을 공기순환 시키는 경우보다 현저하게 많은 것을 알 수 있다.

이러한 이중외피 구조의 외측외피(100)는 외부에서 들어온 공기를 선택적으로 배출하기 위해, 통기구(110)가 하나 이상 마련되게 되는데, 일반적으로 하부의 통기구(110)로 외기가 들어오고, 상부의 통기구(110)로 다시 배출되게 된다.

또한, 상부의 통기구(110)로 배출된 오염된 공기가 다시 상부 층에 마련된 하부 통기구(110)로 들어가는 것을 방지하기 위해 도 8에 도시된 바와 같이 급기와 배기가 교차적으로 일어나도록 마련될 수 있다.

이러한 본 발명에 따른 이중외피 구조를 가짐으로써 다음과 같은 우수한 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 자연환기(natural ventilation)를 할 수 있다. 즉, 내측외피 설치로 건물 사용자는 비나 강한 바람과 같은 다양한 외부 기후 조건에도 내측 창을 열어 놓을 수 있다. 상기 외측외피는 건물 전체를 외부 영향으로부터 보호해 주며 내측외피와 외측외피 사이에 마련된 중공층은 공기 통로(air corridor)로 이용되어 자연환기가 가능하도록 한다.

둘째, 차음(遮音)성능이 향상된다. 즉, 이중외피 구조를 이용함으로써, 외부 소음에 대하여 일반적인 단일 층 창문을 닫은 것과 같은 우수한 차음효과를 얻을 수 있다.

셋째, 난방에너지를 절감할 수 있다. 즉, 이중외피 사이 공간의 공기를 이용하여 단열효과를 향상시킴과 동시에 건물로 조사되는 외부 태양열을 저장함으로써 겨울철 난방에너지를 효과적으로 절감할 수 있다.

넷째, 냉방에너지를 절감할 수 있다. 즉, 자연환기를 이용함으로써 야간의 비교적 서늘한 공기를 이용하는 night cooling 을 가능하며, 여름철 냉방부하를 절감할 수 있다.

다섯째, 태양에너지를 이용할 수 있다. 즉, 외측외피와 내측외피 사이의 공기의 열 저장뿐만 아니라 부가적인 병용시스템으로 태양전지를 적용하여 태양에너지 이용을 극대화 할 수 있으며, 에너지 소비를 줄일 수 있다.

본 발명에 따른 이중외피 구조의 해석을 위한 프로그램 및 해석이론은 다음과 같다. 먼저, 해석프로그램으로서 FLUENT 12는 비압축성영역에서 극 초음속영역 전반에 걸친 모든 영역에 적용할 수 있는 범용 CFD Solver이다. ANSYS사는 향상된 수렴성을 갖는 multi-grid method를 이용한 다양한 solver option들을 이용함으로써 광범위한 속도영역의 유동장 해석에 있어 최적의 효율과 정확성을 갖는 solver를 제공하고 있다. Fluent 12 에 들어있는 풍부한 물리적 모델은 난류유동, 비정상상태 해석, 다양한 열전달 해석, 화학반응 유동, 다상 유동 등 다음과 같은 다양한 물리적 현상의 해석을 가능케 하고 있다.

지배방정식으로 운동량 방정식(Momentum Equation)은 정상해를 얻기 위한 RANS 방정식(Reynolds- Averaged Navier-Stoke's Equation)과 비정상해를 얻기 위한 URANS 방정식(Unsteady Reynolds - Averaged Navier-Stoke's Equation)이 있으며 URANS방정식에서 비정상항(Unsteady term)을 제외하면 RANS방정식과 같다.

질량보존 방정식(Continuity Equation),

운동량 방정식(Momentum Equation),

화학성분 방정식(Species Concentraion Equation),

운동량 방정식의 우(右)항은 압력부분(Pressure term)과 점성부분(viscos term)으로 구성되어 있으며 유체 유동이 층류(laminar)인 경우는 이러한 점성부분은 오로지 벽 근처의 마찰계수에 상관 되는 식으로 표현되지만, 유동장이 일정한 레이놀즈 수(Reynolds number:

) 이 상이 되면, 층류는 난류로 변화되면서, 벽의 마찰계수와 비슷한 형태의 유동에 의한 점성계수 가 나타난다. 본 검토에서는 격자의 수와 계산시간을 고려하여 공학적으로 응용범위가 넓고 수렴성이 좋은

모형을 사용하였으며, 표준

방정식과 에너지 방정식은 다음과 같다.

에너지 방정식,

난류모델 방정식,

본 발명에 따른 이중외피구조의 시뮬레이션을 하기 위한 제원은,

(1) 실내 온습도 조건

구분	건구온도(℃)	상대습도(%)
냉방(여름철)	26	50
난방(겨울철)	20	40

(2) 외기 온습도 조건

구분	건구온도(℃)	상대습도(%)
냉방(여름철)	31.8	63.5
난방(겨울철)	-6.6	70

(3) 기준 층 홀 부하

난방부하

77,736W

(4) 적용 유리 물성치

구분			유리 성능			차폐계수 (SC)	열관류율 (W/㎡K)
구분			투과율	반사율	흡수율	차폐계수 (SC)	열관류율 (W/㎡K)
변경 전	외측창	CLEAR 8T	0.71	0.07	0.22	0.89	5.78
변경 전	내측창	6CL+2Ar+6PLA113	0.49	0.22	0.29	0.71	1.39
변경 후	외측창	CLEAR 8T	0.722	0.069	0.209	0.90	5.74
변경 후	내측창	6P1001+12AR+6CL	0.219	0.072	0.709	0.261	1.393

(5) 급, 배기구 계획

오염된 공기가 다시 실내로 유입되지 않도록 급기와 배기가 겹치지 않게 이중외피 계획 수립.

(6) 일사 유입량(기본 설계안)

시간	일사 유입량 (W/㎡)			태양고도 (°)	적용
시간	수직면 전 일사량	이중외피 일사량	실내측 일사량	태양고도 (°)	적용
05:30	16.45	1.288	0.334	1.8
06:30	180.338	11.225	3.116	6.5
07:30	399.109	29.493	8.268	18
08:30	514.009	47.030	13.228	30
09:30	595.052	62.834	17.426	42.2
10:30	633.625	72.962	18.078	4.4
11:30	639.323	84.982	18.252	66.3
12:30	643.236	92.328	19.095	76.1	◎
13:30	616.894	91.692	20.749	77.2
14:30	646.544	75.649	18.539	68.2
15:30	461.384	54.233	14.675	56.6
16:30	279.962	48.016	13.499	44.4
17:30	499.138	29.95	8.395	32.1
18:30	382.112	22.243	6.233	20.1
19:30	13.889	12.481	3.482	8.5

(7) 일사유입량(제안 설계안)

시간	일사 유입량 (W/㎡)			태양고도 (°)	적용
시간	수직면 전 일사량	이중외피 일사량	실내측 일사량	태양고도 (°)	적용
05:30	16.483	1.286	0.333	1.8
06:30	180.638	11.206	3.111	6.5
07:30	399.771	29.444	8.254	18
08:30	514.862	46.952	13.206	30
09:30	596.040	62.730	17.397	42.2
10:30	634.678	72.841	18.048	54.4
11:30	640.385	84.841	18.222	66.3
12:30	644.305	92.175	19.063	76.1	◎
13:30	617.918	91.540	20.714	77.2
14:30	647.618	75.524	18.508	68.2
15:30	462.150	54.143	14.651	56.6
16:30	280.427	47.937	13.476	44.4
17:30	499.967	29.905	8.381	32.1
18:30	382.747	22.206	6.222	20.1
19:30	13.912	12.460	3.476	8.5

이러한 해석결과에 따라 종래의 이중외피 구조에 의한 여름철 상층부와 하층부에 관한 온도분포와 속도분포는 도 5a 내지 5d에 나타나 있으며, 본 발명에 따른 이중외피구조의 여름철 상층부와 하층부에 관한 온도분포와 속도분포는 도 6a 내지 와 도 6d에 나타나 있다.

도 5a 내지 6d를 참고하면 본 발명에 따른 이중외피 구조가 종래의 이중 외피구조에 비하여 자연환기 효율이 증가되는 것을 알 수 있다.

이러한 결과를 도표로 나타내면 아래와 같다.

구분	실내온도	이중외피		내측유리
구분	실내온도	기류속도	기류량	내측유리
종래 이중외피	26.72	0.117	489.6	13.64
본발명(1개층)	26.46	0.159	799.2	10.74
본발명(3개층)	26.20	0.269	928.8	10.68

또한, 종래의 이중외피 구조에 의한 공기흐름 속도분포는 도 7a에, 본 발명에 따른 이중외피 구조의 공기흐름 속도분포는 도 7b에 나타나 있다.

이와 같이, 이중외피 구조의 해석을 위한 시뮬레이션결과를 보면, 종래의 이중외피 구조에 비해 본 발명에 따른 이중외피 구조는 냉방과 난방을 위한 공기조화 기능이 우수한 것을 알 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서의 단순 치환, 변형 및 변경은 당 분야에서의 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.

본 발명에 따른 이중외피 구조는 건물의 개구부에 마련되어 상하방향으로의 공기 흐름을 선택적으로 제어 할 수 있는 건물의 이중외피 구조에 적용될 수 있다.

100: 외측외피 110: 통기구(외측외피)
300: 내측외피 310: 통기구(내측외피)
500: 중공층 600: 그레이팅
700: 댐퍼

Claims

건물의 개구부에 설치되되 채광 내지 통풍이 가능하도록 마련된 건물의 이중외피 구조에 있어서,
외기와 접하며 하나 이상의 통기구(110)가 마련된 외측외피(100);
상기 외측외피(100)로부터 이격되어 건물의 내기와 접하며 하나 이상의 통기구(310)가 마련된 내측외피(300);
상기 외측외피(100)와 상기 내측외피(300) 사이에 빈 공간으로 형성된 중공층(500) 및
상기 중공층(500)에 마련되되 상기 외측외피(100)와 내측외피(300) 사이를 수평방향으로 연결하여 상기 중공층(500) 내 공기의 상하방향 흐름을 차단 내지 통과시키는 댐퍼(700)를 포함하는 것을 특징으로 하는 건물의 이중외피 구조.
제1항에 있어서,
상기 댐퍼(700)는 날개가 동일방향으로 회전하는 평행형 댐퍼인 것을 특징으로 하는 건물의 이중외피 구조.
제1항에 있어서,
상기 댐퍼(700)는 날개가 서로 반대 방향으로 회전하는 대향형 댐퍼인 것을 특징으로 하는 건물의 이중외피 구조.
제1항에 있어서,
상기 댐퍼(700)의 개폐는 전동식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 건물의 이중외피 구조.
제1항에 있어서,
상기 중공층(500)에는 블라인드가 마련되는 것을 특징으로 하는 건물의 이중외피 구조.
제1항에 있어서,
상기 댐퍼(700) 또는 통기구(110, 310)의 개폐를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건물의 이중외피 구조.
제6항에 있어서,
상기 외측외피(100)의 외부에는 외기 온도를 측정하는 온도센서가 장착되며, 상기 제어부는 상기 온도센서에서 측정된 외기온도를 인식하여 인식된 외기온도에 따라 자동적으로 상기 댐퍼(700) 또는 통기구(110, 310)를 개폐하는 것을 특징으로 하는 건물의 이중외피 구조
제6항에 있어서,
상기 내측외피(300)의 내부에는 내기 온도를 측정하는 온도센서가 장착되며, 상기 제어부는 상기 온도센서에서 측정된 내기온도를 인식하여 인식된 내기 온도에 따라 자동적으로 상기 댐퍼(700) 또는 통기구(110, 310)를 개폐하는 것을 특징으로 하는 건물의 이중외피 구조.