초고층 사무소 건물에서 공조가압을 이용한 연돌효과 저감 빌딩 커미셔닝 프로세스 개발

Abstract

동절기 초고층 건물에서 연돌효과는 엘리베이터 문의 오작동, 엘리베이터 홀에서의 휘파람 소리, 주출입문을 통한 침기 증가, 난방부하 증가, 화재 발생시 화염과 연기의 빠른 확산 등 다양한 문제를 야기시킨다. 이에 초고층 건물에서 연돌효과 저감을 위해 건축적, 설비적 방안을 도출하기 위한 많은 연구가 수행되어 왔다. 한국에서는 1980년대 초부터 주거용 및 상업용 고층 건물이 많이 건설되어 왔고 2000년대 초까지 많은 고층 건물들이 연돌효과 저감을 위한 적절한 방안들이 적용되지 않은 채 설계되었다. 그 결과, 대부분의 건물에서 연돌효과와 관련된 문제를 해결하기 위해 현장조사 및 리모델링을 수행하게 되었고, 연돌효과는 고층 건물 설계시 중요한 문제로 대두되게 되었다. 기존 연구에 따르면, 연돌효과를 저감시키기 위한 효과적인 건축적 방안은 건물 외피의 기밀성능을 강화하고 수직 엘리베이터 샤프트 사이에 구획 수를 늘리는 것이다. 그러나, 대부분의 상업용 건물은 오피스 공간으로 사용되는 기준층에서 오픈된 공간을 필요로 하여 이와 같은 방안의 적용이 어렵다. 이에 상업용 건물에서는 주로 저층부에서 외피의 침기 등의 문제를 해결하기 위하여 HVAC 시스템을 이용하여 건물 내부를 가압하는 방법을 적용한다. 본 연구에서도 공조가압을 이용하여 초고층 건축물의 연돌효과를 저감코자 한다. 제안된 가압방안은 실제 초고층 건축물에서 연돌효과로 인한 차압 및 소음의 저감 여부를 통해 평가될 필요가 있다. 신축 건축물에서는 건물 운영 전 공조시스템의 커미셔닝을 수행한다. 공조가압을 이용하여 연돌효과를 저감하기 위해서는 이를 위한 별도의 커미셔닝이 필요하고 이와 같은 연돌효과 저감 커미셔닝 과정을 프로세스를 다른 건축물에 적용하기 위해서는 표준화 된 커미셔닝 프로세스의 정립이 필요하다. 이에 본 연구의 목적은 추운 기후에 위치한 초고층 오피스 건물에서 공조가압을 이용하여 연돌효과를 저감하기 위한 효과적인 HVAC 시스템 운전방법을 도출하고 이를 통해 연돌효과 저감 건물 커미셔닝 프로세스를 개발하는 것이다. 본 연구는 총 6개의 장으로 구성되어 있으며 각 장의 개요와 내용 및 연구 결과를 요약하면 다음과 같다. 제 1 장 서론 본 장에서는 연구의 배경 및 필요성, 연구의 목적, 연구의 내용 및 방법을 기술함으로써 본 연구의 방향을 설정하였다. 제 2 장 이론 고찰 및 기존 연구 검토 본 장에서는 연돌효과 및 빌딩 커미셔닝 관련 이론 고찰 및 기존 연구 검토를 통하여 연돌효과로 인한 문제를 해결하기 위한 상층부 공조가압 방안 및 연돌효과 저감 빌딩 커미셔닝 프로세스를 구축하였다. 제 3 장 공조가압 이용 연돌효과 저감방안의 제안 및 현장평가 본 장에서는 상층부 공조가압 이용 연돌효과 저감방안을 제안하고 실제 초고층 건축물을 대상으로 본 방안을 시뮬레이션을 통해 검증하고 도출된 최적안을 실제 초고층 건물에서 현장 평가하였다. 동절기 난방설계외기온도에서 상층부 공조가압 전·후의 연돌효과로 인한 엘리베이터 문의 차압변화를 측정하였으며 엘리베이터 문의 오작동이 발생하지 않는 최적 가압량을 도출하였다. 서울지역에 위치한 A 초고층 건물에 대해 제안된 연돌효과 저감 상층부 가압 방안에 대해 시뮬레이션 및 현장 평가를 수행한 결과, 난방설계외기온도 조건에서 대상 건물에서 발생하는 연돌효과로 인한 문제인 엘리베이터 문의 오작동을 저감하기 위해서는 엘리베이터 문의 차압을 100 Pa 이하로 낮추는 것이 요구되었으며 이를 위해서는 109,333 m3/h의 가압량이 필요하였다. 해당 가압방안의 적용시 연돌효과로 인한 엘리베이터 문의 오작동이 효과적으로 해결되어 본 방안이 입증되었다. 제 4 장 연돌효과 저감 빌딩 커미셔닝 프로세스 개발 및 현장평가 본 장에서는 초고층 건축물에 상층부 공조가압을 이용한 연돌효과 저감 빌딩 커미셔닝 프로세스를 제안하고 이것을 실제 초고층 건물에 적용하여 2년간 연돌효과로 인한 엘리베이터 홀의 소음 저감 효과를 평가하였으며 외기온 및 풍속 별 적정 가압량 도출하여 실제 건물 운영시 반영하였다. 또한, 공조가압시 외기도입량 증가로 인한 환기열손실 증가율 및 실내온열환경의 변화를 분석하였다. 공조가압 이용 연돌효과 저감 커미셔닝 프로세스를 서울지역에 위치한 B 초고층 건물에 현장 적용한 결과, 대상 건물의 가장 심각한 문제인 로비층 및 오피스존 최상층 엘리베이터 홀의 소음레벨이 기존에는 권고 소음기준인 57, 48 db(A)를 각각 크게 초과하였으나 최종 외기온 및 풍속별 가압방안의 적용 이후 권고기준 이하로 유지되었다. B 초고층 건물에서 추가적인 기밀화 작업 완료 후 기밀성능의 향상에 따라 필요 가압량이 줄어들어 외기도입량이 줄게 되므로 그로인한 환기부하도 줄일 수 있을 것으로 분석되었으며, 가압운전시 비가압운전시보다 외기도입량 증가로 인하여 환기열손실이 전체 난방기간 동안 약 8% 증가하는 것으로 산출되었다. 제 5 장 연돌효과 저감 빌딩 커미셔닝 프로세스의 현장적용 및 분석방법 제시 본 장에서는 본 연구를 통해 개발된 공조가압 이용 연돌효과 저감 공조가압 빌딩 커미셔닝 프로세스의 세부 수행 내용을 정리하여 문서화 하였다. 개발된 연돌효과 저감 빌딩 커미셔닝 프로세스는 총 7단계이다. 1단계에서는 연돌효과 저감 커미셔닝 프로젝트 팀을 구성하여 전체 계획을 수립한다. 2단계에서는 도면 검토, 시뮬레이션을 통한 사전 평가, 저감안의 도출 및 평가 기준을 수립한다. 3단계에서는 시공단계에서 저감안의 현장 적용시 현장 감리를 통해 기밀성능을 확보한다. 4단계에서는 준공 후 공조시스템 운영자 및 시설관리자를 기존 커미셔닝 팀에 추가로 포함시키고, 커미셔닝 방안 도출, 발주처 승인, 적용 및 평가를 받는다. 초기 측정 및 상시 측정을 수행한다. 5단계에서는 제안된 기밀화 방안 및 공조가압 방안을 현장 적용하고 측정을 통해 평가 한 후 문제가 해결되지 않으면 다시 3단계 또는 4단계로 돌아가 추가적인 방안을 도출하고 현장 적용한다. 6단계에서는 커미셔닝 결과인 소음 및 차압 문제의 해결 여부와 에너지 소비 증감 및 쾌적감 개선 등의 커미셔닝 결과를 문서화한다. 최종적으로 7단계에서는 지속적인 커미셔닝을 수행한다. 제 6 장 결론 본 연구를 통해 개발된 7단계 공조가압 이용 연돌효과 저감 빌딩 커미셔닝 프로세스는 신축 초고층 건축물뿐만 아니라 기존 초고층 건축물에 적용시 연돌효과로 인한 문제들을 확인하고 해결할 수 있을 것으로 사료된다.