KR20200140452A - 지하 주차장용 환기 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 지하 주차장용 환기 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 구현예에 따른 지하 주차장용 환기 장치는, 일면이 지하 주차장의 지면과 연결되고, 이면은 빌딩의 옥상부를 관통하여 위치하는 수직관체, 상기 수직관체의 최상부에 연결된 벤츄리 구조물, 상기 벤츄리 구조물과 상기 수직관체를 연결하는 배기 루버 및 상기 배기 루버 하부의 상기 수직관체에 삽입된 열 교환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

지하 주차장용 환기 장치{PASSIVE VENTILATION DEVICE FOR UNDERGROUND PARKING LOT}
본 발명은 지하 주차장용 환기 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양굴뚝시스템, 베르누이 원리 및 연돌효과를 이용하여 지하 주차장의 실내 공기 환경 개선과 건축물 이용자의 쾌적함을 유지하고, 비용 효율적인 측면에서 패시브적인 지하 주차장의 환기 장치에 관한 것이다.
지상 공간의 효율적인 활용을 위해 건축물 계획 시 주차장은 대부분 지하 공간에 계획되고 있다.
지하 주차장의 경우 구조적인 단점으로 인해 실내 공기 환경 개선에 대한 건축물 이용자의 요구가 항상 수반되어 많은 건축물에서 주요 쟁점이 되고 있으며, 이에 국가 및 지자체에서는 관리 중점 대상을 정해 지속적인 관리를 하고 있다. 이는 지하 주차장의 적극적인 관리를 통해 실내 공기 환경 개선이 필요하다는 것을 국가 및 지자체에서도 인식하고 있음을 의미한다.
지하 주차장의 경우 실내 공기 환경 개선 및 이에 대한 법적기준을 만족시키기 위해 급기팬 및 배기팬을 상시 가동하여야 하나, 실상은 유지관리비용의 상승으로 인해 가동률은 저조하다.
단시간 체류하는 일반적인 지하 주차장뿐만 아니라 백화점과 대형쇼핑몰 지하 주차장 역시 일산화탄소 및 라돈 등의 다양한 오염물질에 방문자 및 장시간 체류하는 종사자들이 노출되어 있다.
이에, 지하 주차장의 실내 공기 환경 개선과 건축물 이용자의 쾌적함을 유지하고, 비용 효율적인 측면에서 패시브(Passive)적인 지하 주차장용 환기 장치 개발이 요구된다.
대한민국등록특허 제10-0719858호(연돌효과를 이용한 초고층 건물의 하이브리드 환기시스템)(2007.05.18. 공고)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 태양굴뚝시스템, 베르누이 원리 및 연돌효과를 이용하여 지하 주차장의 실내 공기 환경 개선과 건축물 이용자의 쾌적함을 유지하고, 비용 효율적인 측면에서 패시브적인 지하 주차장의 환기 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 구현예에 따른 지하 주차장용 환기 장치는, 일면은 지하 주차장의 지면과 연결되고, 이면은 빌딩의 옥상부를 관통하여 위치하는 수직관체, 상기 수직관체의 최상부에 연결된 벤츄리 구조물, 상기 벤츄리 구조물과 상기 수직관체를 연결하는 배기 루버 및 상기 배기 루버 하부의 상기 수직관체에 삽입된 열 교환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 열 교환부는 유리, 콘크리트, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 열 교환부는 상기 수직관체의 동측, 서측 및 남측면은 유리로 이루어지고, 상기 수직관체의 북면은 콘크리트로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 벤츄리 구조물은, 상기 벤츄리 구조물의 수평방향 일측에서 타측으로 바람이 흐르는 유로가 좁아졌다가 다시 넓어지는 형상일 수 있다.
구체적으로, 상기 벤츄리 구조물의 수평방향 일측에서 타측으로 흐르는 바람은 북서풍 또는 남동풍일 수 있다. 이에, 계절 및 풍향의 간섭을 최소화하여 언제라도 자연 환기가 용이할 수 있다.
상기 배기 루버는 상기 수직관체의 4개 꼭지점에 위치하여 상기 벤츄리 구조물과 상기 수직관체를 연결할 수 있다.
상기 수직관체는 지하 주차장의 모든 층(floor)와 연결될 수 있다.
상기 수직관체의 이면은 전면 또는 일부 개방된 형태일 수 있다. 이로써, 상기 수직관체의 일면으로부터 상승한 공기가 배출되어 지하 주차장의 공기를 환기시킬 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 태양굴뚝시스템, 베르누이 원리 및 연돌효과를 이용하여 지하 주차장의 실내 공기 환경 개선과 건축물 이용자의 쾌적함을 유지하고, 비용 효율적인 측면에서 패시브적인 지하 주차장의 환기 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 베르누이 원리를 응용한 벤츄리 효과를 이용하여 외부 풍속을 활용한 자연 환기가 가능한 지하 주차장의 환기 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 일사가 강한 미기후의 경우를 대비한 태양굴뚝시스템 방식의 적용하여, 여름철에 발생하는 역 연돌 현상을 극복할 수 있는 지하 주차장의 환기 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 연돌효과, 일사 및 풍속이 동시에 발생된 미기후 상태에서 자연 환기가 가능한지하 주차장의 환기 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 지하 주차장용 환기 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 지하 주차장용 환기 장치의 종단면도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 지하 주차장용 환기 장치에서 벤츄리 구조물의 형상에 따라 바람이 흐르는 방향을 나타낸 것이다.
도 4는 빌딩에 본 발명의 일 구현예에 따른 지하 주차장용 환기 장치를 설치하는 경우를 모델링하여 나타낸 것이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
또한, 장치 또는 요소 방향(예를 들어, “전(front)”,“후(back)”,“위(up)”,“아래(down)”,“상(top)”,“하(bottom)”,“좌(left)”,“우(right)”,“횡(lateral)”)등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.
본 발명은 지하 주차장용 환기 장치를 제공하기 위하여 안출되었다.
보다 구체적으로, 이하에서 본 발명의 실시예에 의한 지하 주차장용 환기 장치를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 지하 주차장용 환기 장치를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 지하 주차장용 환기 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 지하 주차장용 환기 장치의 종단면도를 나타낸 것이다.
구체적으로, 본 발명의 일 구현예에 따른 지하 주차장용 환기 장치는, 일면은 지하 주차장의 지면과 연결되고, 이면은 빌딩의 옥상부를 관통하여 위치하는 수직관체(200), 상기 수직관체의 최상부에 연결된 벤츄리 구조물(300), 상기 벤츄리 구조물과 상기 수직관체를 연결하는 배기 루버(400) 및 상기 배기 루버 하부의 상기 수직관체에 삽입된 열 교환부(100)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 빌딩은 지하 주차장을 포함하는 건물일 수 있다.
또한, 상기 수직관체(200)는 도 2에 도시한 바와 같이, 일면이 지하 주차장의 지면과 연결되어 지면열에 따른 연돌 효과(Stack Effect)를 이용하여 공기를 환기할 수 있다.
연돌 효과란 부력을 이용한 환기라고도 하며, 온도 성층화 현상을 활용하는 방식이다. 구체적으로, 공기 온도가 올라가면 밀도가 줄어들어 수직으로 상승한다. 이때주변 공기가 그 자리를 채운다. 이러한 자연대류 시스템에 의해 따뜻해진 공기는 높은 지점으로 배출되고, 보다 시원한 실외 공기가 낮은 지점으로 유입됨으로써 고유한 공기 흐름이 창출될 수 있는 것이다. 이에 따라, 연돌 효과에 의한 환기는 실외 공기 온도가 요구된 실내온도보다 더 시원할 때 효과적으로 환기시킬 수 있다.
또한, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 수직관체(200)의 이면은 빌딩의 옥상부를 관통하여 위치할 수 있다. 즉, 본 명세서에 상기 수직관체의 이면부는 빌딩의 옥상부를 관통하며, 지하 주차장의 지면과 연결되는 일면과는 대면하는 부분을 의미한다.
구체적으로, 상기 수직관체(200)의 이면부는 전면 또는 일부 개방된 형태일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 수직관체(200)의 이면부의 측면 하부에 공기 배출구를 더 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한하는 것은 아니며, 공기를 배출할 수 있는 형태라면 모두 가능하다.
또한, 상기 수직관체(200)는 지하 주차장의 모든 층(floor)와 연결될 수 있다. 구체적으로, 수직관체(200)의 측면에 지하 주차장의 모든 층(floor)와 연결되어 공기가 배출되며 자동 환기가 가능할 수 있다.
또한, 상기 수직관체(200)는 열 교환부(100)가 삽입될 수 있다.
상기 열 교환부(100)는 유리, 콘크리트, 또는 이들의 조합을 포함하는 물질로 이루어질 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 열 교환부(100)는 상기 수직관체(200)의 동측, 서측 및 남측면은 유리로 이루어지고, 상기 수직관체(200)의 북측면은 콘크리트로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 상기와 같이 열 교환부(100)는 빌딩의 옥상부를 관통하여 위치하는 수직관체(200)의 동측, 서측 및 남측면에는 유리로 삽입함으로써, 온실 효과 등을 이용하여 열 흡수를 증대시킬 수 있다. 표면적이 넓을수록 열 교환에 유리할 수 있다. 다만, 이에 제한하는 것은 아니며, 열 교환 및 흡수가 용이한 물질이라면 모두 가능하다.
한편, 상기 수직관체(200)의 북측면은 콘트리트로 삽입할 수 있다. 구체적으로, 상기 콘크리트로 이루어진 열 교환부는 상기 유리로 이루어진 열 교환부로부터 흡수된 열을 저장하는 집열체 역할을 할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 콘크리트로 이루어진 열 교환부는 검정색일 수 있다. 상기와 같이 검정색일 경우, 열 저장에 더 유리할 수 있다. 이에 따라, 일몰 후에도 저장된 열을 이용하여 환기를 발생할 수 있다.
이에 따라, 태양열에 의해 상부층에 해당하는 유리면 내부의 중공층 공기가 뜨거워지면서 상하부 온도차로 인해 대류가 발생할 수 있다. 이로써, 외부로의 기류 발생을 유도하여 자연 환기를 유발할 수 있다. 또한, 실내 온도보다 실외 온도가 높은 여름철에 역 연돌 현상을 방지하여, 기온의 영향을 받지 않고 자연 환기가 가능할 수 있다.
이와 같은 열 교환부에 의한 공기의 대류를 본 명세서에는 "태양굴뚝시스템"으로 정의한다.
또한, 상기 수직관체(200)의 최상부에 연결된 벤츄리 구조물(300)과 상기 수직관체(200)를 연결하는 배기 루버(400)를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 배기 루버(400)는 상기 수직관체(200)의 4개 꼭지점에 위치하여 상기 벤츄리 구조물(300)과 상기 수직관체(200)를 연결할 수 있다. 이로써, 풍향의 간섭을 최소화하며 상기 수직관체(200)로부터 배출된 공기를 자연 환기시킬 수 있다.
상기 벤츄리 구조물(300)에 관한 설명은 도 3을 통해 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 지하 주차장용 환기 장치에서 벤츄리 구조물의 형상에 따라 바람이 흐르는 방향을 나타낸 것이다.
구체적으로, 상기 수직관체(200)의 최상부에 연결된 벤츄리 구조물(300)은 상기 벤츄리 구조물(300)의 수평방향 일측에서 타측으로 바람이 흐르는 유로가 좁아졌다가 다시 넓어지는 형상일 수 있다.
이때, 상기 벤츄리 구조물(300)의 수평방향 일측에서 타측으로 흐르는 바람은 북서풍 또는 남동풍일 수 있다. 즉, 북서풍 또는 남동풍은 벤츄리 구조물(300)의 수평방향 일측으로 투입된 후 좁은 유로를 거쳐 배출될 수 있다.
구체적으로, 베르누이 방정식에 의하면 상기 벤츄리 구조물(300)의 유로가 좁아지는 부분에서의 유속이 유로가 넓은 부분에서의 유속보다 빠를 수 있다. 이에 따라, 유로가 좁은 부분에서의 압력보다 유로가 넓은 부분에서의 압력이 더 클 수 있다. 또한, 유로가 넓은 부분에서의 압력이 대기압과 같다면, 유로가 좁은 부분에서의 압력은 대기압보다 작게 된다. 이에 따라, 유로가 좁은 부분에서의 압력이 대기압 이하로 낮아져, 상기 수직관체(200) 이면에 개방된 부분으로부터 공기가 빨려 올라와 배출될 수 있다.
이와 같은 원리로, 본 발명의 일 구현예에 의한 지하 주차장용 환기 장치는 연돌 효과, 열 교환부에 의한 태양굴뚝시스템 및 벤츄리 구조물에 의한 베르누이 원리의 조합에 의해 자연 환기가 가능할 수 있다.
이하는 본 발명의 일 실시예에 따른 환기 결과를 나타낸 것이다.
실시예
Case 실내기류
(m/s) 		일산화탄소
(ppm) 		환기풍량
(㎥/h) 		환기횟수
( ACH )
Case1 하지 0.25 미만 1,166 394 0.12
Case2 하지 0.25 이내 1,117 411 0.12
Case3 하지 0.25 이내 1,080 425 0.13
Case4 하지 0.25 이내 1,064 431 0.13
상기 표 1에서 Case 1은 수직관체(200)만 포함하는 환기 장치를 이용한 경우이다. 상기 Case 2는 열 교환부(100)와 수직관체(200)를 포함하는 환기 장치를 이용한 경우이다. 상기 Case 3는 수직관체(200)와 벤츄리 구조물(300)을 포함하는 환기 장치를 이용한 경우이다. 상기 Case 4는 열 교환부(100)와 수직관체(200) 그리고 벤츄리 구조물(300)을 포함하는 환기 장치를 이용한 경우이다.
구체적으로, 상기 Case 4에 따른 환기 장치가 본 발명의 일 실시예이다.
더 구체적으로, 상기 Case 1 내지 4 모두 하지 기준으로 분석하였으며, 분석 시 미기후 조건은 풍속 및 풍향은 2.5m/s와 북서풍으로 설정하였다. 온도의 경우 실외 25℃, 지하 주차장 실내는 17℃로 설정하였다.
이를 바탕으로 나온 환기풍량과 환기횟수 및 그에 따른 일산화탄소 농도 순서로 분석하였다
그 결과, 본 발명의 일 실시예인 상기 Case 4와 같이 열 교환부(100), 수직관체(200) 및 벤츄리 구조물(300)을 모두 포함하는 환기 장치를 이용하여 지하 주차장을 환기하는 경우, 상기 구성을 모두 포함하지 않는 환기 장치를 이용하는 경우보다 적은 환기 횟수만으로도 일산화탄소의 농도를 가장 효과적으로 저감할 수 있었다. 이에, 지하 주차장용 환기 장치로 가장 적합할 수 있다.
도 4는 빌딩에 본 발명의 일 구현예에 따른 지하 주차장용 환기 장치를 설치한 경우를 모델링하여 나타낸 것이다.
구체적으로, 지하 주자창에서 발생된 배기 가스를 도 4에 도시된 바와 같이 빌딩의 옥상부에 설치된 본 발명의 일 구현예에 따른 지하 주차장용 환기 장치를 통해 자연 환기할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100: 열교환부
200: 수직관체
300: 벤츄리 구조물
400: 배기 루버

Claims (8)

  1. 지하 주차장용 환기 장치로서,
    일면은 지하 주차장의 지면과 연결되고, 이면은 빌딩의 옥상부를 관통하여 위치하는 수직관체;
    상기 수직관체의 최상부에 연결된 벤츄리 구조물;
    상기 벤츄리 구조물과 상기 수직관체를 연결하는 배기 루버; 및
    상기 배기 루버 하부의 상기 수직관체에 삽입된 열 교환부를 포함하는 지하 주차장용 환기 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 교환부는,
    유리, 콘크리트, 또는 이들의 조합을 포함하는 지하 주차장용 환기 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 열 교환부는,
    상기 수직관체의 동측, 서측 및 남측면은 유리로 이루어지고,
    상기 수직관체의 북측면은 콘크리트로 이루어진 지하 주차장용 환기 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 벤츄리 구조물은,
    상기 벤츄리 구조물의 수평방향 일측에서 타측으로 바람이 흐르는 유로가 좁아졌다가 다시 넓어지는 형상인 지하 주차장용 환기 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 벤츄리 구조물의 수평방향 일측에서 타측으로 흐르는 바람은 북서풍 또는 남동풍인 지하 주차장용 환기 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 배기 루버는,
    상기 수직관체의 4개 꼭지점에 위치하여 상기 벤츄리 구조물과 상기 수직관체를 연결하는 지하 주차장용 환기 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 수직관체는,
    지하 주차장의 모든 층(floor)와 연결되는 지하 주차장용 환기 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 수직관체의 이면은 전면 또는 일부 개방된 형태인 지하 주차장용 환기 장치.
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