초고층 건축물의 연돌효과 저감방안 관련 국내외 연구동향 
 
1. 연돌효과의 문제

연돌효과는 실내외의 심한 온도차에서 발생한 부력으로 인하여 건축물 저층부로 유입한 차가운 외기가 엘리베이터 샤프트나 계단실을 타고 상승하여 상층부를 통해 외부로 유출되는 현상을 말한다.
연돌효과로 인한 기류이동은 난방부하 증가, 화재시 연기의 급속한 상승·확산, 엘리베이터 문의 오작동 및 불쾌 소음 유발 등 심각한 문제들을 야기시킨다.
최근들어 국내에서 초고층 건축물 건설이 증가하고 있는데 연돌효과로 인해 예상치 못한 부분에서 커다란 문제점을 노출하고 있어서 이를 효율적으로 저감할 수 있는 방안의 마련이 매우 필요한 시점이다.

2. 관련 연구동향

북미에서는 이미 1960년대부터 관련 연구가 활발하게 진행되었다. Tamura(1967)는 다수의 고층건물 실측결과를 바탕으로 연돌효과의 저감방안 중 가장 주요한 수단인 초고층 건축물에서 외피의 기밀성 확보를 제안하였으며 이와 더불어 건축물 내부의 구획, 엘리베이터 홀의 전실문 설치 등 다양한 건축적 방안과 가압 및 급배기 시스템 분배 등 설비적 방안을 제시하였다.

이러한 학문적 바탕위에서 Tamblyn(1991)은 초고층 건축물의 수직영역에 있는 공조시스템을 이용하여 실내공간을 가압하거나 감압하여 연돌현상을 저감시키는 방법을 제안한바 있다.
국내에서는 고층 주상복합 건물이 건축되기 시작한 2000년대 초부터 초고층 건축물 연돌효과에 대한 연구가 본격적으로 진행되었다. 한국건설기술연구원에서는 ‘초고층 건축물 건설기술개발(2008)’을 통하여 연돌효과를 저감하는 설계지침으로 엘리베이터 샤프트 조닝, 로비층 및 지하층의 수평적 구획, 기준층의 수평적 구획 등 3가지의 저감방안을 제시하였다.

이러한 연구결과는 초고층 주거용 및 사무소 건물에서 발생하는 연돌효과를 해결하기 위한 건축적인 해결방안이다. 그러나 공조시스템을 기반으로 냉난방을 하는 초고층 사무소 건물의 경우 건축적 해결방안만으로는 수직존(Zone)에서의 난방 불균형 문제나 엘리베이터 문의 오작동, 과도한 유출기류 등의 문제를 해결하기 어렵다. 따라서 최근에는 엘리베이터 샤프트 냉각이나 공조가압 등 설비적 저감방안을 통해 연돌현상을 해결하고자는 하는 연구가 국내에서도 추진되고 있다.

이가운데서 엘리베이터 샤프트 냉각방법은 샤프트의 내부온도가 낮아지게 되면 엘리베이터 문 전후의 압력차가 줄어들게 되어 엘리베이터 문의 오작동 및 기류 유출입을 감소시키는 효과를 갖고 있다. 이러한 방법은 국내에 건설된 39층규모의 S빌딩에서 엘리베이터 샤프트에 차가운 공기를 유입시켜 샤프트 내 공기온도를 낮추는 방법으로 연돌의 저감효과를 입중한바 있다. 또한 일본 롯본기 힐즈에 위치한 53층 규모의 M빌딩에 적용된 엘리베이터 샤프트 냉각방법도 공조시스템을 통해 차가운 공기를 엘리베이터 샤프트 하부에 유입시킴으로써 괄목할 만한 저감효과를 보여주었다.

3. 향후 연구 진행 방향

최근 신축되는 많은 초고층 건축물들은 초기설계단계에서부터 연돌효과에 대한 영향평가를 통해 연돌효과를 저감하기 위한 기술들이 반영되고 있다. 그러나 기존 건축물에서 연돌현상이 심각하게 발생하는 경우 대규모의 리모델링이 필요하다. 50층 이상의 초고층 건물의 경우 건축적 방안만으로는 연돌현상을 해결하기 어려운 것이 현실이다. 이 때문에 최근에는 엘리베이터 샤프트의 냉각, 존별 공조가압, 상층부 배기 저감, 주방 및 식당의 3종 환기 등의 설비적인 저감방안들이 초고층 사무소 건축물에 적용되고 있으며 관련 연구도 활발하게 진행되고 있다.

출처 :
1. 한국건설교통기술평가원. 대한건축학회, 2008, 초고층 건축물 건설기술 개발 보고서
2. Tamblyn, R. T., 1991, Copying with Air Pressure Problems in Tall Buildings, ASHRAE Transactions, Vol 97, Part1




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