대공간의 건축물의 합리적인 설계를 위해서는 온도 및 기류분포의 정확한 예측이 필요하다. 예측 방법으로 정밀해석 모델(CFD)만을 최선의 방법으로 생각하는 경우가 대부분 이지만, 비용과 시간을 줄이기 위해서는 설계 단계별로 보다 적합한 예측 방법을 적용 할 필요가 있다. 이것은 다양한 예측 모델들의 장·단점 및 실용성에 대한 충분한 이해가 전제될 때 가능할 것이다. 본고에서는 열환경·설비 설계시, 설계 단계에 따른 적합한 예측 모델들을 소개한다. 더불어, 적절하고 타당한 예측 기술이 설계에 반영되어 대공간 건축물의 실내 열환경 개선 및 에너지 절약이 이루어지기를 기대한다.
축사나 환기시스템은 슬롯 환기시스템(slot-ventilation systems)으로 설치되어 있는 경우가 많으며, 이의 공기 유동(流動)을 2차원으로 해석할 수 있다. 직사각형 슬롯 환기 밀폐공간의 공기혼합 형태와 속도분포의 추정을 위해서 K-E 난류 전이모형을 기초로 한 TEACH-T 프로그램을 변형, 적용하였다. 이 모형을 이용하여 얻은 기류분포 형태는 실측한 기류분포 형태와 매우 잘 맞았으며 추정한 공기속도의 크기는 비교적 잘 맞는 편이었다. 그러므로 TEACH-T 프로그램을 변형해서 환기시스템 설계의 기초자료가 되는 여러 형태의 슬롯 밀폐공간의 공기분포와 공기속도의 크기를 추정하는데 TEACH-T 프로그램을 변형해서 적용시킬 수 있다.
본 연구는 한옥의 실내 온도 및 속도 분포 등에 대한 과학적 분석을 통해서 전통건축이 현대적 건축 부재의 채용 없이 전통적 건축 부재의 조화로운 배치 및 부재 간의 조합을 통해서 소기의 열 공학적 설계를 충실히 수행할 수 있는가를 확인하기 위한 것이다. 이를 위해, 한옥의 내부 기류의 분포 및 온도 분포, 그리고 한옥의 외부형상에 대한 기류분포를 전산 모사하여 한옥의 형태별, 계절별, 주요 기류 및 온도 특성을 제공하는데 있다. 전통 건축물의 주요부재에 관한 열역학적 물성치를 대표 값으로 설정하고 물성치의 변화를 실험 결과를 활용하여 보정하고 한옥 내부의 유동장과 온도분포를 예측하여 그 결과를 제시한다.
본 연구는 탈진 기류 분사 시스템의 최적화 설계에 관한 기초 연구의 일환으로 전산유체역학(CFD)을 이용하여 일반 블로우 튜브와 단순 벤츄리 조합의 충격 기류(Pulse air jet) 방식의 탈진 장치에 대한 탈진 성능과 벤츄리 입구에 기류 유도용 구조물을 설치한 경우의 탈진 성능을 비교하였다. 각 Case별로 벤츄리 내부로 유입되는 탈진 공기량을 예측한 결과, case 2의 벤츄리 형상 개조시 case 1 보다 벤츄리로 유입되는 탈진 공기량이 약 20% 증폭되는 것으로 나타났다. 또한 필터백 표면에서의 탈진 기류 전달 분포를 예측한 결과, 모든 case가 필터백의 국한된 영역으로 탈진 기류가 집중됨을 알 수 있었다. 또한, case 2의 경우가 case 1보다 오히려 탈진 기류의 전달 수준이 불량함을 알 수 있다. 이는 case 2의 경우 벤츄리 입구에 기류 유도용 구조물을 설치한 것이 탈진 공기량을 증폭시키는데에는 도움이 되나, 오히려 벤츄리 내부로 유입된 탈진 기류의 직진성을 보완하여 필터백 내부에서 탈진 기류의 확장을 방해하기 때문인 것으로 판단된다.
본 연구는 국내 고층건물 특별피난계단 부속실에 급기가압 제연시스템이 설치되어 있음에도 불구하고 화재 발생 시 피난을 위하여 출입문이 개방되었을 경우 형성되는 방연풍속의 기류가 거실 방향으로 정상적으로 형성되지 않고 부속실로 역류되는 사실을 설치 현장의 실측과 CFD기반 시뮬레이션을 통하여 확인하였다. 그 내용을 보면 방연풍속의 기류 특성은 부속실의 면적이 작을 경우 심하게 출입문 상부로 기류가 역류되었다. 시뮬레이션 결과 급기댐퍼의 날개각도가 45도 상향인 경우는 출입문 하단부에 일부 역기류 현상이 발생하였지만 상단부에서는 기류분포가 양호하였다. 부속실 면적이 $4m^2$인 경우는 출입문에서 거실방향으로 정상적인 기류 분포를 보였다. 이러한 상황에서 부속실 면적이 작게 설계될 경우 성능위주 설계를 실시하여야 한다.
바닥급기 공조시스템은 재실자에게 신선외기를 효과적으로 공급하고 온열환경을 효과적으로 제공하기 위한 새로운 수단으로 시도되고 있다. 그러나 급기구가 인체에 너무 가까이 위치할 경우, 부분적인 열구배에 의한 불쾌감을 유발할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 바닥급기 공조시스템이 설치된 공간내의 온도 및 기류분포 등의 온열환경을 측정하였고 적외선 카메라를 이용하여 급기구에 의한 인체 표면 온도를 측정하여 열적 쾌적성에 미치는 영향에 관하여 고찰하였다.
환기란 실내에 기류분포를 형성함으로써 발생된 오염물질을 제거하고 재실자에게 신선외기를 공급하기 위한 것이다. 실내의 오염농도는 오염 발생원의 특성과 실내의 환기상태에 의하여 결정되며 환기상태는 실내의 기류분포에 의하여 결정된다. 건축물에서 수행되고 있는 각종 오염물질에 대한 농도측정 실험은 환기의 결과로서 나타나는 실내오염의 정도를 파악하기 위한 것으로 환기의 성능 자체를 측정하기 위한 것이 아니다. 또한 실내의 기류속도 측정실험을 통하여 환기상태를 간접적으로 파악할 수 있으나 정량적인 환기 상태를 측정하지는 못한다. 단순히 기류속도가 크고 작음에 따라서 환기상태의 좋고 나쁨을 표현할 수 없기 때문이다. 그림 1은 이와 같은 환기실험에 관련된 3단계의 실험 종류와 이들 간의 상호 상관관계를 보이고 있다.
The purpose of this study is to observe the visualization of the flow field for air flow distributed in the car from the ventilation fan installed in the ceiling of the passenger elevator car through the numerical analysis using computational fluid dynamics. STAR-CCM+, which is a code used for the numerical analysis, was used to predict the airflow distribution inside the elevator car. The numerical analysis of the distribution of the air current in the elevator was carried out. As a result, the analysis results for each point and the visualization of the air current distribution and the temperature distribution in the elevator car and were obtained. It was found that heat transfer was actively occurring inside the car due to the influence of the flow field discharged from the ventilation vent installed in the ceiling in the elevator car, and especially the convection heat transfer of Model-2 was more active than that of Model-1. As a result, the temperature distribution inside the car was found to be relatively low. In addition, the temperature distribution at a cross-section of 1700mm height in the elevator car shows that Model-2 is the location of the ventilation vent which makes people feel more comfortable.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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