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연재기획

연돌효과 대응 ‘공조가감압 장치’

친환경빌딩 구현 위한 근 미래 핵심기술

전 회에서는 건축적 대책방안대비 보다 적극적인 연돌효과 대책방안으로 설비적 방안이 가지는 의미와 대표 설비적 대책방안의 하나인 엘리베이터 샤프트 냉각장치에 대한 기술개요 및 현실적 측면에서의 장점을 소개했다.

 

이번에는 또 하나의 대표적 설비적 대책방안인 공조가감압 장치를 소개한다.

공조가감압 장치에 대한 몇 가지 오해들 연돌효과에 따른 각종 문제를 개선하는 방법으로 공조설비를 이용해 특정공간을 가압하거나 감압하는 방법은 추가적인 비용(에너지)투입이 수반돼야 하며 가압 및 감압에 따른 연돌효과문제 저감효과를 기대하기 어렵다는 오해가 일반화되는 경향이 있다.

 

이러한 오해는 연돌효과 발생 매커니즘 및 공조가감압 기술에 대한 충분한 이해로 재고될 것으로 보인다. 고층빌딩에서 발생하는 연돌효과 및 문제에 대한 측정사례가 종종 보고되는데 이러한 측정결과에 근거해 판단해보면 공조설비를 이용한 가압 및 감압 효과와 필요성에 대해 확실한 인지가 가능하다. 연돌효과 측정은 일반적으로 빌딩의 정상적 공조상태와 비 공조상태 각각에 대해 실시되고 있는데 각각의 조건에서 빌딩 각 부분의 압력분포가 확연히 상이하다는 것을 확인할 수 있다.

 

이는 공조설비의 운용조건에 의해 연돌효과에 따른 압력분포가 크게 영향을 받고 있다는 증거다. 이는 빌딩의 연돌효과 발생특성에 근거해 공조가압 및 감압을 적절하게 운용하는 방법으로 연돌효과에 따른 빌딩 각 부분의 압력분포를 조정함으로써 과압력 작용에 따른 연돌효과문제를 개선할 수 있다는 것을 의미한다. 또한 압력분포 조정은 압력차이에 따른 실간 공기유동량 조정이 함께 이뤄질 수 있다는 것이기 때문에 다량의 공기유동에 따른 빌딩 내부구획에서의 문제발생에도 유효하다는 것을 의미한다.

 

또한 연돌효과 대책방안으로써 공조설비의 운영에는 반드시 추가비용이 동반된다는 오해도 있다. 빌딩의 특정 공간을 무작위로 가압하거나 감압하는 경우에는 당연히 추가비용이 발생될 수 있다.

 

공조설비를 이용해 가압하는 경우 추가적인 외기도입이 필요하므로 이에 따른 난방에너지 비용이 증가하게 되며 감압을 실시하는 경우 빌딩 외벽을 통한 침기(Infiltration Air)가 증가해 난방에너지 비용이 증가될 수 있다.

 

하지만 공조가압 및 감압을 별개로 생각하지 않고 각 조건에서의 급·배기 특성을 고려해 양자간 관련성을 부여한다면 이야기는 달라진다. 감압하는 측에서 발생하는 버려지는 공기(Exhaust Air)를 가압하는 측에서 필요로 하는 추가 급기로 대용한다면 가압에 따른 추가비용발생은 더 이상 문제가 되지 않는다.

 

이때 버려지는 공기의 재순환에 따른 실내공기질 악화를 우려할 수도 있지만 문제가 되지 않는다. 실내 필요 환기를 고려해 공조제어에서는 신선한 외기의 공급이 일정 부분 이뤄지고 있으며 재순환 되는 공기는 단순하게 가압을 위한 역할만을 수행하기 때문이다.

 

공조가감압 장치는 단순하게 공조설비의 제어방법만을 한정하고 있지 않다. 공조가감압 장치에서는 장치의 필요용량 최소화와 공조가감압에 따른 연돌효과문제 개선효과 최대화를 위해 빌딩 외벽의 적정기밀성능을 함께 제시하고 있다.

 

외벽의 적정 기밀성능은 감압 시에 발생하는 외부로부터의 침기(Infiltration Air) 영향 및 공조가감압에 따른 연돌효과제어를 통한 빌딩 전체의 에너지절감량을 비교 분석해 에너지비용이 추가되지 않는 범위에서 제시된다. 공조설비를 활용한 연돌효과 대책방안에 따른 추가 에너지비용은 발생하지 않는다는 것을 의미한다.

 

외벽의 기밀성능이 높으면 높을수록 빌딩의 실내 온열환경제어에 필요한 공조설비 용량이 최소화될 수 있으며 적은 양의 가압 및 감압으로 연돌효과문제가 효과적으로 개선될 수 있다. 또한 공조설비용량의 최소화는 빌딩에 대한 초기투자비 및 운용비용이 절감될 수 있다.

 

수평적 압력전이 2차문제 없다


중성대 상부층에서 가압을 실시하고 중성대 하부층에서는 감압을 실시하는 이유는 가압 및 감압을 통해 빌딩의 내부구획에 작용하는 압력을 빌딩 외벽로 인위적으로 전이시키기 위함이다.


외벽으로 압력전이에 의해 내부구획에서 발생하는 연돌효과문제가 개선될 수 있다. 연돌효과에 따른 문제는 빌딩의 내부구획을 중심으로 발생하기 때문에 이와 같은 외벽으로 압력전이에 따른 2차적인 문제는 발생하지 않는다. 공조가감압 장치 구현을 위해서는 기존방식의 공조설비대비 약간의 조정이 필요하다.


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연돌효과 압력분포 제어를 위한 추가적 제어알고리즘은 연돌효과 대응운전 모드로 명명될 수 있으며 연돌효과문제가 발생하지 않는 조건에서는 통상운전을 실시하고 연돌효과문제 발생 시 연돌효과 대응운전 모드를 통해 공조설비를 운용하면 된다.


또한 공조가감압 장치 구현 시에는 빌딩의 공조조닝방법 및 공조실의 위치 등을 함께 고려할 필요가 있으며 이는 감압 측의 Exhaust Air 재순환을 위한 덕트설비 설치비용을 최소화할 수 있다.

 

이와 같이 공조가감압 장치는 장치적용시 빌딩의 내부구획간 압력전이(수평적 압력전이)에 따른 2차 문제가 발생하지 않는 것이 특징이다. 동시에 빌딩 전체를 대상으로 검토되므로 중성대의 이동에 의해 발생하는 수직적 압력전이 또한 최소화하는 것이 가능하므로 이에 따른 2차 문제도 발생하지 않는다.

 

하지만 이와 같은 공조가감압 장치에도 한계성은 존재한다. 일반적인 크기를 초월하는 연돌효과가 발생하는 극 초고층 빌딩의 경우에는 무한정으로 가압 및 감압을 실시할 수 없기 때문이다. 이전 회에서 설명한 바와 같이 연돌효과 및 문제 개선효과에 대한 한계성은 건축적 대책방안 및 엘리베이터 샤프트 냉각장치에도 존재한다.

 

따라서 이러한 측면을 반영한 효과적인 연돌효과 대책방안을 강구하기 위해서는 각각의 대책방안의 특징 및 상호보완성을 고려해 모든 대책방안을 대상건물의 특징에 따라 적절하게 병행, 적용하는 것이 필수적이다.