KR20170040412A

KR20170040412A - 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템

Info

Publication number: KR20170040412A
Application number: KR1020150138946A
Authority: KR
Inventors: 김정엽; 안찬솔; 이수각
Original assignee: 한국건설기술연구원
Priority date: 2015-10-02
Filing date: 2015-10-02
Publication date: 2017-04-13

Abstract

급기노즐 및 배기후드로 이루어진 차단기류 생성장치를 설치하여 차단기류(Throttling Flow)를 생성함으로써 고층건물에 형성된 설비용 수직 샤프트, 엘리베이터 샤프트 및 계단실과 같은 수직통로에서 발생하는 상승기류 자체를 직접 차단하여 수직통로의 연돌효과(Stack Effect)를 능동적으로 저감시킬 수 있고, 또한, 고층건물의 연돌효과를 발생시키는 상승기류를 차단하기 위해서 차단기류 생성장치를 고층건물의 중성대(Neutral Pressure Level)에 간편하게 설치하여 차단기류를 생성할 수 있으며, 또한, 고층건물에 형성된 설비용 수직 샤프트, 엘리베이터 샤프트 및 계단실과 같은 수직통로 각각에 차단기류 생성장치를 설치하여 수직통로 각각의 연돌효과를 효율적으로 저감시킬 수 있는, 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템이 제공된다.

Description

차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템 {SYSTEM FOR REDUCING STACK EFFECT OF HIGH-RISE BUILDING USING THROTTLING FLOW}

본 발명은 연돌효과 저감 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 고층건물에 형성된 전기·공조·제연 설비용 수직 샤프트, 계단실 및 엘리베이터 샤프트와 같은 수직통로에서 발생하는 연돌효과(Stack Effect)를 저감시키기 위해 상승기류를 직접 차단하는 차단기류(Throttling Flow)를 이용하는 고층건물의 연돌효과 저감 시스템에 관한 것이다.

최근 도시가 고도화 및 집적화되면서 건물의 고층화, 대형화 및 복합화가 급격히 진행됨에 따라 고층건물이 증가하고 있다. 국내의 경우, 이러한 추세가 반영되고 있고, 최근에는 매년 800~1,000동의 고층건물이 건설되고 있으며, 이에 따라 고층건물의 에너지 분야, 거주환경 분야 및 방재 분야의 성능을 확보하기 위한 대책이 요구되고 있다.

한편, 도 1은 일반적인 연돌효과의 개념을 예시하는 도면으로서, 연돌효과(Stack Effect)란 건물의 내부 및 외부 공기의 온도차이로 밀도차가 생기면 이로 인해 발생하는 부력에 의해 생성된 압력차를 의미한다. 이러한 압력차는 외부 공기의 온도가 낮아질수록, 건물의 높이가 높아져서 건물 내의 공기 기둥의 높이가 높아질수록 커지게 된다. 예를 들면, 고층건물의 경우, 동절기에 실내와 실외의 온도차로 인하여 설비용 수직 샤프트, 계단실 및 엘리베이터 샤프트에서 공기가 상승하는 연돌효과가 발생하며, 이에 따라 고층건물의 하부층에서는 외부 공기가 실내로 침입하고, 상부층에서는 실내 공기가 외부로 유출된다.

또한, 각 층에서는 실외와 실내 사이 및 실내의 구획실 간에 압력차가 발생하게 된다. 이와 같이 연돌효과로 인해서 유동이 발생하고 구획실간 압력차가 형성되면, 고층건물의 거주환경과 에너지 및 방재 측면에서 악영향이 발생하게 된다. 예를 들면, 이러한 연돌효과로 인해 고층건물의 난방 에너지가 5~10% 정도 손실되는 것으로 평가되고 있다.

또한, 거주환경 측면에서는 출입문의 개폐가 곤란하거나 승강기의 오작동이 발생할 수 있으며, 피난문이나 승강기 도어의 틈새로 고주파의 소음이 발생하여 심야시간대에 심각한 문제를 야기하기도 한다. 예를 들면, 표 1은 연돌효과로 인해 발생하는 고층건물의 에너지, 거주환경 및 방재 분야의 문제점을 각각 나타낸다.

따라서 고층건물에서 에너지 분야와 거주환경 분야의 성능의 개선을 위해서는 전술한 연돌효과에 대한 제어기술의 개발 및 저감 방안의 도출이 매우 필요한 실정이다.

한편, 도 2a 및 도 2b는 각각 종래의 기술에 따른 수동적 연돌효과 제어 방안으로서, 방풍실 및 이중문을 사용하는 것을 나타내는 사진이다.

현재 건물에서의 연돌효과를 줄이기 위해 주로 적용되고 있는 기술은 주로 외벽의 기밀도를 향상시켜서 공기의 흐름을 억제하거나, 또는, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 방풍실(10) 또는 이중문(20)을 설치하여 실내 압력차를 분산시키는 등의 수동적인 연돌효과 제어 방안에 국한되고 있다.

이러한 수동적인 연돌효과 대책으로는 연돌효과에 대한 개선의 효율과 영향도가 제한적일 수 있으며, 역으로 건물의 다른 지역에서 연돌효과가 증대되기도 한다. 또한, 환기 및 냉난방 시스템과의 상충으로 인하여 각각 성능 저하의 원인이 되기도 한다.

구체적으로, 대표적인 건축적 연돌효과 저감 방안으로서, 로비층 주출입문에 회전문 적용, 엘리베이터 홀에 전실문 적용, 셔틀용 엘리베이터 적용, 외피의 기밀화 등이 이에 해당된다. 추가적인 연돌효과 저감 방안으로서, 주로 설비 시스템을 활용한 대책 방안이 이에 해당된다. 예를 들면, 외기 도입을 통한 엘리베이터 샤프트 냉각 시스템의 적용, 외기 도입을 통한 건물 고층부의 공조 가압의 적용, 건물의 고층부에서는 급기를 늘리고 배기를 줄여 가압을 수행하고 건물의 저층부 및 지하주차장에서는 급기는 줄이고 배기량을 늘려 감압을 수행하는 방안 등이 있다.

한편, 선행기술로서, 본 발명의 출원인에 의해 출원되어 등록된 대한민국 등록특허번호 제10-985894호에는 "수직통로 내 공기의 급기 및 배기를 통한 고층건물수직통로에서의 연돌효과 저감방법 및 장치"라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 3을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 3은 종래의 기술에 따른 수직통로 내 공기의 급기 및 배기를 통한 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감장치가 순환형 연돌효과 저감장치로 사용되는 상태를 나타내는 단면도이다.

도 3을 참조하면, 종래의 기술에 따른 수직통로 내 공기의 급기 및 배기를 통한 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감장치는, 수직풍도와 송풍기를 이용하여 계단실과 엘리베이터 샤프트와 같은 수직통로의 저층부와 고층부에서 공기를 급기하고 배기함으로써 고층건물에서 발생하는 연돌효과를 저감시킬 수 있다.

고층건물의 수직통로 저층부, 예를 들면, 1층에 공기를 급기하는 급기 그릴(41)을 구비한다. 이와 같은 급기 그릴(41)은 계단실 또는 엘리베이터 샤프트와 같은 수직통로(37)에 장착된다. 이때, 상기 고층건물은 급기가압 제연시스템(30)이 구비되며, 또한, 급기 댐퍼(31), 수직풍도(32), 제연용 송풍기(33), 부속실(34), 공동구(35) 및 거실(36) 등을 구비한다.

그리고 상기 수직통로(37)의 고층부로부터 공기를 배기시키는 배기 그릴(42)을 구비하는데, 상기 배기 그릴(42)은 고층건물의 수직통로 고층부, 예를 들면 31층의 천장에 공기를 장착되어 공기를 배기시킨다.

또한, 상기 급기 그릴(41)과 배기 그릴(42)을 연결하는 수직풍도 배관(43)을 구비하는데, 이와 같은 수직풍도(43)는 급기 그릴(41)과 배기 그릴(42)을 연결하게 되며, 그 중간에는 댐퍼(45)가 구비되어 수직풍도 배관(43)을 개폐시킨다. 또한, 상기 수직풍도 배관(43)은 건물의 공동구(35)를 통하여 31층과 1층으로 연결된다.

그리고 상기 수직풍도 배관(43)을 통하여 상기 급기 그릴(41)로 공기를 공급하는 송풍기(44)를 포함하는데, 상기 송풍기(44)는 옥상 또는 지하층 기계실에 설치되고, 수직풍도 배관(43) 상에서 배기 그릴(42)과 급기 그릴(41)을 연결한다.

따라서 종래의 기술에 따른 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감장치는 송풍기(44), 수직풍도 배관(43), 배기 그릴(42) 및 급기 그릴(41)로 구성되어, 계단실 또는 엘리베이터 샤프트와 같은 수직통로(37)의 저층부로 공기를 공급하고 고층부의 공기를 배기시키는 순환형 연돌효과 저감장치로서 작동한다.

종래의 기술에 따른 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감장치의 경우, 동절기와 같이 연돌효과가 발생하는 시기에 송풍기(44)를 가동하고 댐퍼(45)를 열어서 고층부의 배기 그릴(42) → 송풍기(44) → 수직풍도 배관(43) → 급기 그릴(41) → 수직통로(37) → 배기 그릴(42)로 이어지는 유로를 통해 공기가 순환되도록 함으로써 고층건물에서 발생하는 연돌효과를 저감시킬 수 있다.

또한, 고층건물에서의 화재시 급기가압 제연시스템(30)이 가동되는 경우, 상기 급기가압 제연시스템(30)과 동시에 작동하여 계단실과 엘리베이터 샤프트 등과 같은 수직통로(37)에서의 연돌 효과를 효과적으로 감소시킴으로써 제연 공간으로의 연기 유입을 효과적으로 방지할 수 있다.

그러나 종래의 기술에 따른 수직통로 내 공기의 급기 및 배기를 통한 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감장치의 경우, 고층건물에서 발생하는 연돌효과를 저감시키기 위해 저층부와 고층부에서 공기를 급기하고 배기하여 공기를 순환시키는 방식이므로 연돌효과를 저감시키는데 한계가 있다는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허번호 제10-1035869호(출원일: 2009년 10월 30일), 발명의 명칭: "수직통로내 공기의 급기 및 배기를 통한 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감을 위한 설계방법" 대한민국 등록특허번호 제10-985894호(출원일: 2008년 6월 24일), 발명의 명칭: "수직통로 내 공기의 급기 및 배기를 통한 고층건물수직통로에서의 연돌효과 저감방법 및 장치" 대한민국 등록특허번호 제10-992186호(출원일: 2008년 7월 1일), 발명의 명칭: "연돌효과문제 저감을 위한 실내 가압방법 및 가압장치" 대한민국 등록특허번호 제10-930331호(출원일: 2007년 11월 12일), 발명의 명칭: "연돌효과 저감을 위한 건물의 샤프트 최적냉각방법" 대한민국 등록특허번호 제10-798454호(출원일: 2007년 5월 14일), 발명의 명칭: "회전문을 이용한 정량적 연돌효과 문제점 저감 방법" 대한민국 등록특허번호 제10-659329호(출원일: 2006년 3월 22일), 발명의 명칭: "적정 티디시법을 이용한 고층건물의 연돌효과 문제점 저감 방법" 대한민국 공개특허번호 제2015-61469호(공개일: 2015년 6월 4일), 발명의 명칭: "연돌효과 문제 저감을 위한 공조가압 방법 및 그 시스템" 대한민국 공개특허번호 제2006-69785호(공개일: 2006년 6월 22일), 발명의 명칭: "고층건물 연돌현상 방지장치 및 방법"

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 급기노즐 및 배기후드로 이루어진 차단기류 생성장치를 설치하여 차단기류(Throttling Flow)를 생성함으로써 고층건물에 형성된 설비용 수직 샤프트, 엘리베이터 샤프트 및 계단실과 같은 수직통로에서 발생하는 상승기류 자체를 직접 차단하여 수직통로의 연돌효과(Stack Effect)를 능동적으로 저감시킬 수 있는, 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 고층건물의 연돌효과를 발생시키는 상승기류를 차단하기 위해서 차단기류 생성장치를 고층건물의 중성대(Neutral Pressure Level)에 간편하게 설치하여 차단기류를 생성할 수 있는, 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템을 제공하기 위한 것이다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템은, 고층건물의 설비용 수직 샤프트 내에서 발생하는 연돌효과를 저감시키기 위한 시스템에 있어서, 고층건물에 형성된 수직공간으로서, 동절기에 상승기류가 고층건물의 저층부에서 고층부로 이동함으로써 연돌효과를 발생시키는 전기·공조·제연 설비용 수직 샤프트; 및 상기 설비용 수직 샤프트에서 발생하는 상승기류를 수직 방향으로 차단하는 차단기류를 생성하도록 고층건물의 중성대에 설치되는 차단기류 생성장치를 포함하며, 상기 차단기류 생성장치는, 급기를 위해 설치되는 송풍기; 상기 설비용 수직 샤프트의 일측에 설치되고, 상기 송풍기로부터 급기된 공기를 상기 설비용 수직 샤프트 내부로 강제로 토출함으로써, 상기 설비용 수직 샤프트의 하부에서 생성된 상승기류를 수직하는 방향으로 차단하여 고층건물의 연돌효과를 저감시키는 차단기류를 생성하는 급기노즐; 및 상기 설비용 수직 샤프트의 타측에 설치되고, 상기 차단기류를 수집하여 상기 설비용 수직 샤프트 외부로 배출하는 배기후드를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 급기노즐 및 상기 배기후드는 고층건물의 중성대(Neutral Pressure Level)에 서로 마주보도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 송풍기는 급기를 위해 상기 급기노즐 근처에 설치되거나, 옥상이나 기계실에 설치되어 급기배관을 통해 상기 급기노즐에 급기하는 것을 특징으로 한다.

한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템은, 고층건물의 엘리베이터 샤프트 내에서 발생하는 연돌효과를 저감시키기 위한 시스템에 있어서, 고층건물의 승강기가 승강하는 수직방향의 공간으로서, 동절기에 상승기류가 고층건물의 저층부에서 고층부로 이동함으로써 연돌효과를 발생시키는 엘리베이터 샤프트; 및 상기 엘리베이터 샤프트에서 발생하는 상승기류를 수직 방향으로 차단하는 차단기류를 생성하도록 고층건물의 중성대에 설치되는 차단기류 생성장치를 포함하며, 상기 차단기류 생성장치는, 급기를 위해 설치되는 송풍기; 상기 엘리베이터 샤프트의 일측에 설치되고 상기 송풍기로부터 급기된 공기를 상기 엘리베이터 샤프트 내부로 강제로 토출함으로써 상기 엘리베이터 샤프트 내부의 상승기류를 수직하는 방향으로 차단하여 연돌효과를 저감시키는 차단기류를 생성하는 급기노즐; 및 상기 엘리베이터 샤프트의 타측에 설치되고 상기 급기노즐에 의해 생성된 차단기류를 수집하여 상기 엘리베이터 샤프트 외부로 배출하는 배기후드를 포함하여 구성된다.

한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 또 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템은, 고층건물의 계단실에서 발생하는 연돌효과를 저감시키기 위한 시스템에 있어서, 계단을 위한 전용공간으로서 상향 계단과 하향 계단을 포함하며, 동절기에 상승기류가 고층건물의 저층부에서 고층부로 이동함으로써 연돌효과를 발생시키는 계단실; 및 상기 계단실에서 발생하는 상승기류를 수직 방향으로 차단하는 차단기류를 생성하도록 고층건물의 중성대에 설치되는 차단기류 생성장치를 포함하며, 상기 차단기류 생성장치는, 상향 계단과 하향 계단의 수평적 중간에 설치되고 상향 계단과 하향 계단의 수직적 중간공간을 막음으로써, 상기 계단실 내의 상승기류가 상향 계단과 하향 계단 사이의 공간을 통해 흐르는 것을 방지하는 계단실 차단막; 급기를 위해 설치되는 송풍기; 상기 계단실 차단막의 일측에 설치되고 상기 송풍기로부터 급기된 공기를 상기 계단실 내부로 강제로 토출함으로써 상기 계단실 내의 상승기류를 수직하는 방향으로 차단하여 연돌효과를 저감시키는 차단기류를 생성하는 급기노즐; 및 상기 계단실의 일측에 상기 급기노즐과 마주보도록 설치되고 상기 차단기류를 수집하여 상기 계단실 외부로 배출하는 배기후드를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따르면, 급기노즐 및 배기후드로 이루어진 차단기류 생성장치를 설치하여 차단기류를 생성함으로써 고층건물에 형성된 설비용 수직 샤프트, 엘리베이터 샤프트 및 계단실과 같은 수직통로에서 발생하는 상승기류 자체를 직접 차단하여 수직통로의 연돌효과를 능동적으로 저감시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 고층건물의 연돌효과를 발생시키는 상승기류를 차단하기 위해서 차단기류 생성장치를 고층건물의 중성대(Neutral Pressure Level)에 간편하게 설치하여 차단기류를 생성할 수 있다.

본 발명에 따르면, 고층건물에 형성된 설비용 수직 샤프트, 엘리베이터 샤프트 및 계단실과 같은 수직통로 각각에 차단기류 생성장치를 설치하여 수직통로 각각의 연돌효과를 효율적으로 저감시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 연돌효과의 개념을 예시하는 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 각각 종래의 기술에 따른 수동적 연돌효과 제어 방안으로서, 방풍실 및 이중문을 사용하는 것을 나타내는 사진이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 수직통로 내 공기의 급기 및 배기를 통한 고층건물 수직통로에서의 연돌효과 저감장치가 순환형 연돌효과 저감장치로 사용되는 상태를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템이 설비용 수직 샤프트에 적용되는 경우를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템의 개념에서 성능 분석을 위해 구성한 수직통로의 개요를 나타내는 도면이다.
도 6은 기존의 연돌효과가 발생하는 수직통로만을 포함한 경우에 대한 수치해석 모델과 수치해석 결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템에서 연돌효과가 발생하는 수직통로와 함께 차단기류를 생성하는 급기와 배기 기능을 포함하는 경우에 대한 수치해석 모델과 수치해석 결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템이 엘리베이터 샤프트에 적용되는 경우를 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템이 엘리베이터 샤프트에 적용되는 경우를 나타내는 평면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템이 계단실에 적용되는 경우를 나타내는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템이 계단실에 적용되는 경우를 나타내는 평면도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명의 실시예에 따른 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템은 고층건물의 연돌효과를 능동적으로 저감하기 위해서, 동절기에 고층건물의 수직통로에서 발생하는 상승기류를 차단함으로써 연돌효과를 저감시킬 수 있으며, 구체적으로, 급기노즐과 배기후드를 수직통로 내에 마주보게 설치하고 상승기류에 수직하는 방향으로 차단기류를 생성함으로서 연돌효과를 저감시킬 수 있다.

여기서, 고층건물의 수직통로는 설비용 수직 샤프트, 엘리베이터 샤프트 및 계단실일 수 있고, 도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템이 설비용 수직 샤프트에 적용되는 경우를 설명하고, 도 8 및 도 9를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템이 엘리베이터 샤프트에 적용되는 경우를 설명하며, 도 10 및 도 11을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템이 계단실에 적용되는 경우를 구체적으로 설명하기로 한다.

[제1 실시예: 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템(수직 샤프트)]

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템이 설비용 수직 샤프트에 적용되는 경우를 나타내는 단면도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템은, 고층건물(100)의 설비용 수직 샤프트(110) 내에서 발생하는 연돌효과를 저감시키기 위한 시스템으로서, 설비용 수직 샤프트(110)의 중성대에 설치되는 차단기류 생성장치(200)를 포함하며, 상기 차단기류 생성장치(200)는 송풍기(210), 급기노즐(220) 및 배기후드(230)를 포함한다.

설비용 수직 샤프트(110)는 전기·공조·제연 설비용 수직 샤프트로서, 예를 들면, 고층건물(100)에 형성된 수직공간인 수직풍도일 수 있다. 동절기에 상기 설비용 수직 샤프트(110)를 통해 상승기류가 고층건물(100)의 저층부에서 고층부로 이동함으로써 연돌효과를 발생시킨다.

송풍기(210)는 급기를 위해 급기노즐(220) 근처에 설치되는 것이 바람직하며, 옥상이나 기계실에 설치되어 급기배관(도시되지 않음)을 통해 급기노즐(220)에 급기할 수도 있다.

급기노즐(220)은 상기 설비용 수직 샤프트(110)의 하부에서 생성된 상승기류를 수직하는 방향으로 차단하여 고층건물(100)의 연돌효과를 저감시키는 차단기류(300)를 생성할 수 있도록 상기 설비용 수직 샤프트(110)의 일측에 설치되고, 상기 설비용 수직 샤프트(110) 내부로 공기를 강제로 토출한다.

배기후드(230)는 상기 설비용 수직 샤프트(110)의 타측에 상기 급기노즐(220)과 마주보도록 설치되고, 상기 차단기류를 수집하여 상기 설비용 수직 샤프트(110) 외부로 배출한다. 이때, 상기 배기후드(230)는 배기배관(240)에 연결될 수 있고, 상기 배기후드(230)에 의해 수집된 차단기류를 외부로 배출할 수도 있다.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템이 설비용 수직 샤프트에 적용되는 경우, 고층건물의 연돌효과를 정량적으로 직접 제어하여 능동적으로 저감시킬 수 있다.

한편, 동절기 고층건물(100) 저층부의 내부는 외부보다 상대적으로 낮은 압력이 형성되므로 고층건물(100) 외부로부터 고층건물(100) 내부로 공기가 유입되게 된다. 이때, 유입된 공기는 고층건물(100) 내의 수직 이동이 가능한 전기·공조·제연 설비용 수직 샤프트, 계단실 및 엘리베이터 샤프트 등과 같은 수직통로를 통해 고층건물(100)의 상부로 이동하여 외부로 빠져나가게 된다. 이와 같이 압력차에 의해 생성된 공기의 흐름이 마치 굴뚝의 흐름과 유사하다하여 연돌효과 또는 굴뚝효과라고 정의한다.

고층건물(100)에서 연돌효과 발생 시 고층건물(100)에 압력차가 작용하게 된다. 이때, 작용하는 압력의 방향은 고층건물(100)의 저층부는 외부에서 내부로 향하게 되고, 상층부에서는 내부에서 외부로 향하게 된다.

이러한 압력분포에서 외피에 작용하는 압력이 0에 가까워지는 수직적 위치가 생기며 이러한 위치를 고층건물(100)의 중성대(Neutral Pressure Level: NPL)라 정의한다. 이러한 중성대는 고층건물(100) 내의 저층부 및 고층부에 기류의 흐름이 생길 수 있는 개구부와 틈새의 분포가 균일하다면 정확하게 건물의 수직적으로 중간에 위치하게 되지만, 만약 고층건물(100)의 개구부가 저층부나 고층부의 한 쪽으로 치우치게 되면 조금 더 개구부의 크기가 큰 쪽으로 중성대가 이동하게 된다.

이와 같이 중성대의 위치는 고층건물(100)의 저층부나 고층부에서 외피를 통한 공기의 침투 정도와 환기 및 배기에 따른 공조량에 따라서 달라질 수 있다.

이하, 도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템의 효과를 검토하기 위해서 3차원 수치해석적 방법을 사용하였다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템의 개념에서 성능 분석을 위해 구성한 수직통로의 개요를 나타내는 도면이다.

도 5의 a)는 기존의 연돌효과가 발생하는 수직통로만을 포함하는 경우를 나타내며, 도 5의 b)는 수직통로와 함께 차단기류를 생성하는 급기와 배기 기능이 포함하는 경우를 나타낸다.

도 5의 a) 및 b)에 도시된 바와 같이, 설비용 수직 샤프트(110)의 높이는 33m이고, 최상부와 최하부에 설비용 수직 샤프트(110)와 연결되는 부속실(130) 및 출입문(140)을 설치하였으며, 외부와 접하는 부속실(130)의 한 면 전체를 개구부로 처리하였다. 실내외 온도에 대해서는 실내온도(Ti)를 20℃, 실외온도(To)를 -20℃로 설정하고 수치해석을 수행하였다.

도 6은 기존의 연돌효과가 발생하는 수직통로만을 포함한 경우에 대한 수치해석 모델과 수치해석 결과를 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템에서 연돌효과가 발생하는 수직통로와 함께 차단기류를 생성하는 급기와 배기 기능을 포함하는 경우에 대한 수치해석 모델과 수치해석 결과를 나타내는 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 기존의 연돌효과가 발생하는 수직통로만을 포함한 경우, 수치해석 결과에 따르면 연돌효과로 인하여 수직통로의 하부에서는 부압이 형성되고 있으며, 최대 -25Pa 이하의 부압이 최하부 근처에서 형성되고 있다. 한편, 수직통로의 상부에서는 양압이 형성되고 있으며, 최대 +25Pa 이상의 부압이 최상부에서 형성되고 있다.

이에 반해, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템에서 연돌효과가 발생하는 수직통로와 함께 차단기류를 생성하는 급기와 배기 기능을 포함하는 경우, 수치해석 결과에 따르면, 수직통로 중간부의 차단기류로 인하여 수직통로에서 발생하는 연돌효과가 저감되고, 이에 따라 수직통로 상부와 하부에서 외부와의 압력차가 거의 발생하지 않게 되고, 상기 수직통로 내의 압력이 전체적으로 일정해지게 된다. 이러한 결과로부터 수직통로 내에서 연돌효과로 인해 발생하는 상승기류를 차단하는 차단기류를 만들어 주면 수직통로 내의 연돌효과가 저감된다는 것을 알 수 있다.

[제2 실시예: 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템(엘리베이터 샤프트)]

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템이 엘리베이터 샤프트에 적용되는 경우를 나타내는 단면도이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템이 엘리베이터 샤프트에 적용되는 경우를 나타내는 평면도이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템(200)은, 고층건물(100)의 엘리베이터 샤프트(160)에서의 연돌효과를 저감하기 위한 시스템으로서, 승강기(170) 및 승강기 출입문(180)이 설치되는 엘리베이터 샤프트(160)의 중성대에 설치되는 차단기류 생성장치(200)를 포함하며, 상기 차단기류 생성장치(200)는 송풍기(210), 급기노즐(220) 및 배기후드(230)를 포함한다.

엘리베이터 샤프트(160)는 고층건물(100)의 수직방향의 공간으로서 승강기(170)가 승강하는 통로이다. 동절기에 상기 엘리베이터 샤프트(160)를 통해 상승기류가 고층건물(100)의 저층부에서 고층부로 이동함으로써 연돌효과를 발생시킨다.

급기노즐(220)은 상기 엘리베이터 샤프트(160)의 일측에 설치되고 상기 송풍기(210)로부터 급기된 공기를 상기 엘리베이터 샤프트(160) 내부로 강제로 토출함으로써 상기 엘리베이터 샤프트(160) 내부의 상승기류를 수직하는 방향으로 차단하여 연돌효과를 저감시키는 차단기류(300)를 생성한다.

배기후드(230)는 상기 엘리베이터 샤프트(160)의 타측에 상기 급기노즐(220)과 마주보도록 설치되고 상기 급기노즐(220)에 의해 생성된 차단기류(300)를 수집하여 상기 엘리베이터 샤프트(160) 외부로 배출한다.

이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템이 엘리베이터 샤프트에 적용되는 경우, 고층건물의 연돌효과를 정량적으로 직접 제어하여 능동적으로 저감시킬 수 있다.

[제3 실시예: 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템(계단실)]

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템이 계단실에 적용되는 경우를 나타내는 단면도이고, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템이 계단실에 적용되는 경우를 나타내는 평면도이다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템은, 고층건물(100)의 계단실(190)에서의 연돌효과를 저감하기 위한 시스템으로서, 계단실(190), 송풍기(210), 급기노즐(220), 배기후드(230) 및 계단실 차단막(250)을 포함한다.

계단실(190)은 계단을 위한 전용공간으로서 상향 계단과 하향 계단을 포함한다. 동절기에 상기 계단실(190)을 통해 상승기류가 고층건물(100)의 저층부에서 고층부로 이동함으로써 연돌효과를 발생시킨다.

계단실 차단막(250)은 상향 계단과 하향 계단의 수평적 중간에 설치되고 상향 계단과 하향 계단의 수직적 중간공간을 막음으로써, 상기 계단실(190) 내의 상승기류가 상향 계단과 하향 계단 사이의 공간을 통해 흐르는 것을 방지한다. 예를 들면, 상기 계단실 차단막(250)은 섬유 재질의 커튼이거나 강재 플레이트일 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.

급기노즐(220)은 상기 차단막(250)의 일측에 설치되고 상기 송풍기(210)로부터 급기된 공기를 상기 계단실(190) 내부로 강제로 토출함으로써 상기 계단실(190) 내의 상승기류를 수직하는 방향으로 차단하여 연돌효과를 저감시키는 차단기류(300)를 생성한다.

배기후드(230)는 상기 계단실(190)의 일측에 상기 급기노즐(220)과 마주보도록 설치되고 상기 차단기류(300)를 수집하여 상기 계단실(190) 외부로 배출한다.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템이 계단실에 적용되는 경우에 고층건물의 연돌효과를 정량적으로 직접 제어하여 능동적으로 저감시킬 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템이 각각 설비용 수직 샤프트, 엘리베이터 샤프트 및 계단실에 적용되는 경우에 대해 설명하였지만, 상기 설비용 수직 샤프트, 엘리베이터 샤프트 및 계단실과 같은 수직통로 각각에 차단기류 생성장치(200)를 설치하여 수직통로 각각의 연돌효과를 저감시킬 수 있다는 점은 당업자에게 자명하다.

결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 급기노즐 및 배기후드로 이루어진 차단기류 생성장치를 설치하여 차단기류를 생성함으로써 고층건물에 형성된 설비용 수직 샤프트, 엘리베이터 샤프트 및 계단실과 같은 수직통로에서 발생하는 상승기류 자체를 직접 차단하여 수직통로의 연돌효과를 능동적으로 저감시킬 수 있다. 또한, 고층건물의 연돌효과를 발생시키는 상승기류를 차단하기 위해서 차단기류 생성장치를 고층건물의 중성대에 간편하게 설치하여 차단기류를 생성할 수 있다. 또한, 고층건물에 형성된 설비용 수직 샤프트, 엘리베이터 샤프트 및 계단실과 같은 수직통로 각각에 차단기류 생성장치를 설치하여 수직통로 각각의 연돌효과를 효율적으로 저감시킬 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 고층건물
110: 설비용 수직 샤프트(수직통로)
120: 거실
130: 부속실
140: 출입문
150: 틈
160: 엘리베이터 샤프트(수직통로)
170: 승강기
180: 승강기 도어
190: 계단실(수직통로)
200: 차단기류 생성장치
210: 송풍기
220: 급기노즐
230: 배기후드
240: 배기배관
250: 계단실 차단막
300: 차단기류

Claims

고층건물(100)의 설비용 수직 샤프트(110) 내에서 발생하는 연돌효과를 저감시키기 위한 시스템에 있어서,
고층건물(100)에 형성된 수직공간으로서, 동절기에 상승기류가 고층건물(100)의 저층부에서 고층부로 이동함으로써 연돌효과를 발생시키는 전기·공조·제연 설비용 수직 샤프트(110); 및
상기 설비용 수직 샤프트(110)에서 발생하는 상승기류를 수직 방향으로 차단하는 차단기류를 생성하도록 고층건물(100)의 중성대에 설치되는 차단기류 생성장치(200)
를 포함하며, 상기 차단기류 생성장치(200)는,
급기를 위해 설치되는 송풍기(210);
상기 설비용 수직 샤프트(110)의 일측에 설치되고, 상기 송풍기(210)로부터 급기된 공기를 상기 설비용 수직 샤프트(110) 내부로 강제로 토출함으로써, 상기 설비용 수직 샤프트(110)의 하부에서 생성된 상승기류를 수직하는 방향으로 차단하여 고층건물(100)의 연돌효과를 저감시키는 차단기류(300)를 생성하는 급기노즐(220); 및
상기 설비용 수직 샤프트(110)의 타측에 설치되고, 상기 차단기류를 수집하여 상기 설비용 수직 샤프트(110) 외부로 배출하는 배기후드(230)
를 포함하는 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템.
제1항에 있어서,
상기 급기노즐(220) 및 상기 배기후드(230)는 고층건물(100)의 중성대(Neutral Pressure Level)에 서로 마주보도록 설치되는 것을 특징으로 하는 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템.
제1항에 있어서,
상기 송풍기(210)는 급기를 위해 상기 급기노즐(220) 근처에 설치되거나, 옥상이나 기계실에 설치되어 급기배관을 통해 상기 급기노즐(220)에 급기하는 것을 특징으로 하는 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템.
고층건물(100)의 엘리베이터 샤프트(160) 내에서 발생하는 연돌효과를 저감시키기 위한 시스템에 있어서,
고층건물(100)의 승강기(170)가 승강하는 수직방향의 공간으로서, 동절기에 상승기류가 고층건물(100)의 저층부에서 고층부로 이동함으로써 연돌효과를 발생시키는 엘리베이터 샤프트(160); 및
상기 엘리베이터 샤프트(160)에서 발생하는 상승기류를 수직 방향으로 차단하는 차단기류를 생성하도록 고층건물(100)의 중성대에 설치되는 차단기류 생성장치(200)
를 포함하며, 상기 차단기류 생성장치(200)는,
급기를 위해 설치되는 송풍기(210);
상기 엘리베이터 샤프트(160)의 일측에 설치되고 상기 송풍기(210)로부터 급기된 공기를 상기 엘리베이터 샤프트(160) 내부로 강제로 토출함으로써 상기 엘리베이터 샤프트(160) 내부의 상승기류를 수직하는 방향으로 차단하여 연돌효과를 저감시키는 차단기류(300)를 생성하는 급기노즐(220); 및
상기 엘리베이터 샤프트(160)의 타측에 설치되고 상기 급기노즐(220)에 의해 생성된 차단기류(300)를 수집하여 상기 엘리베이터 샤프트(160) 외부로 배출하는 배기후드(230)
를 포함하는 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템.
제4항에 있어서,
상기 급기노즐(220) 및 상기 배기후드(230)는 고층건물(100)의 중성대(Neutral Pressure Level)에 서로 마주보도록 설치되는 것을 특징으로 하는 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템.
제4항에 있어서,
상기 송풍기(210)는 급기를 위해 상기 급기노즐(220) 근처에 설치되거나, 옥상이나 기계실에 설치되어 급기배관을 통해 상기 급기노즐(220)에 급기하는 것을 특징으로 하는 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템.
고층건물(100)의 계단실(190)에서 발생하는 연돌효과를 저감시키기 위한 시스템에 있어서,
계단을 위한 전용공간으로서 상향 계단과 하향 계단을 포함하며, 동절기에 상승기류가 고층건물(100)의 저층부에서 고층부로 이동함으로써 연돌효과를 발생시키는 계단실(190); 및
상기 계단실(190)에서 발생하는 상승기류를 수직 방향으로 차단하는 차단기류를 생성하도록 고층건물(100)의 중성대에 설치되는 차단기류 생성장치(200)
를 포함하며, 상기 차단기류 생성장치(200)는,
상향 계단과 하향 계단의 수평적 중간에 설치되고 상향 계단과 하향 계단의 수직적 중간공간을 막음으로써, 상기 계단실(190) 내의 상승기류가 상향 계단과 하향 계단 사이의 공간을 통해 흐르는 것을 방지하는 계단실 차단막(250);
급기를 위해 설치되는 송풍기(210);
상기 계단실 차단막(250)의 일측에 설치되고 상기 송풍기(210)로부터 급기된 공기를 상기 계단실(190) 내부로 강제로 토출함으로써 상기 계단실(190) 내의 상승기류를 수직하는 방향으로 차단하여 연돌효과를 저감시키는 차단기류(300)를 생성하는 급기노즐(220); 및
상기 계단실(190)의 일측에 상기 급기노즐(220)과 마주보도록 설치되고 상기 차단기류(300)를 수집하여 상기 계단실(190) 외부로 배출하는 배기후드(230)
를 포함하는 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템.
제7항에 있어서,
상기 급기노즐(220) 및 상기 배기후드(230)는 고층건물(100)의 중성대(Neutral Pressure Level)에 서로 마주보도록 설치되는 것을 특징으로 하는 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템.
제7항에 있어서,
상기 송풍기(210)는 급기를 위해 상기 급기노즐(220) 근처에 설치되거나, 옥상이나 기계실에 설치되어 급기배관을 통해 상기 급기노즐(220)에 급기하는 것을 특징으로 하는 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템.
제7항에 있어서,
상기 계단실 차단막(250)은 섬유 재질의 커튼이거나 강재 플레이트인 것을 특징으로 하는 차단기류를 이용한 고층건물의 연돌효과 저감 시스템.