플래넘 방식의 바닥급기시스템의 적정 설계에 관한 연구

Abstract

건축물 실내 공간의 쾌적성과 에너지 효율 향상을 위한 다양한 기술들이 적용되고 있는 가운데, 실내 거주역 공조 방식인 바닥급기 시스템의 관심이 증가되고 있다. 기존에는 전산실과 같은 특정 용도 공간에 한정되어 적용되어 왔지만, 점차 고층형 사무소 건물 전체 공조 공간에 바닥급기시스템을 설계에 반영하는 사례가 증가하고 있다. 바닥급기시스템의 설계 사례가 증가함에 따라 기존 국내외 연구에서도 바닥급기시스템에 대한 기초적인 특성을 파악하는 연구들이 꾸준히 수행되어 왔다. 기본적으로는 기존의 일반적인 천장급기시스템 공조 방식과의 차별성에 관한 연구 등과 추가적으로 바닥급기시스템 공조 방식의 특징인 냉방시 실내 온도 성층화 현상에 대하여 실험실 실험 연구와 시뮬레이션을 통한 다각적인 연구가 진행되어 왔다. 온도 성층화를 이용한 거주역 공조 방식은 에너지 절감 뿐만 아니라 실내 쾌적 환경을 높일 수 있지만, 바닥급기시스템의 특성을 정확히 검토하지 않을 경우, 일반적으로 실내 급기구 위치가 재실자와 가깝게 설치되는 특성상 오히려 실내 쾌적감을 떨어뜨리는 악영향을 가져올 수 있다. 따라서, 바닥급기시스템의 특성을 정확히 파악하고 실내 쾌적도를 높일 수 있는 방안이 필요한 상황이다. 본 연구에서는 바닥급기시스템의 일반적인 설계 자료에 대한 검토 및 분석을 통하여 바닥급기시스템의 전반적인 특징을 검토하고, 실내 온열 환경, 실내 환기 효율, 거주자 만족도, 실내 온도 성층화 등의 정량적인 분석을 통하여 조명 밀도와 같은 비거주역의 발열 부하 조건 변화와 바닥 급기 풍량의 변화에 따른 실내 재실자 만족도의 정량적인 지표를 산출하여 거주역 공조 방식의 설계 기초 자료를 제시하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 논문은 총 5장으로 구성되어 있으며, 각 장은 다음과 같이 요약된다.

제 1장에서는 바닥급기시스템 연구의 배경, 필요성, 방법 및 내용 등을 제시하였다.

제 2장에서는 바닥급기시스템 관련 문헌 조사를 통하여 일반적인 천장급기시스템과의 차이점을 분석하고 바닥급기시스템의 기본적인 구성과 국내 설계 기준에 대한 조사를 수행하였다.

제 3장에서는 바닥급기시스템이 적용된 실제 사무소 건물의 실내 환경 측정을 실시하였고, 실내 온도 성층화 분석을 위하여 실험실 챔버 실험과 CFD 시뮬레이션을 수행하였다.

제 4장에서는 바닥급기시스템의 효율적인 공조 설계를 위하여 거주역 공조 방식을 채택하여 비거주역의 조명밀도에 따른 영향 인자를 실험실 실험을 통하여 분석하였고, 단위 공간 모듈을 대상으로 평균복사온도와 급기 풍량에 따른 실내 쾌적도 변화를 예측하였다.

제 5장에서는 본 연구를 통하여 다음과 같이 바닥급기시스템의 기본적인 특성 및 거주역 설계에 대한 분석 결과를 도출하였다.

(1) 바닥급기시스템과 관련된 국내외 관련 문헌을 분석하고 바닥급기시스템의 종류 및 관련 항목들을 정리하였다. 바닥급기시스템은 사무실 레이아웃 변화에 대응성이 높지만, 실제 운영 관리를 소홀히 할 경우, 실내 재실자 불쾌감을 유발시킬 수 있는 단점도 나타났다.

(2) 바닥급기시스템이 천장급기시스템에 비하여 적용된 건물들이 적어 일반 설계자들에게 제공되는 설계자료 또한 제한된 실정이며, 바닥급기시스템의 주요 특성인 실내 온도 성층화에 대한 내용은 찾아보기 어려운 실정이다.

(3) 바닥급기시스템의 특징인 실내 온도 성층화 현상을 효율적으로 이용하기 위한 거주역 설계 방안을 도출하기 위하여 실험실 실험 및 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하여, 실내 온도 및 PPD, PMV 등의 지표를 분석하였다.

(4) 바닥급기시스템의 거주역 적정 설계 방안을 모색하기 위하여 설계 인자 변화에 따른 최소 PPD 값을 예측하는 모델링 식을 도출하였으며, 도출된 모델링 식과 실제 계산된 값과의 오차를 검증하여 도출된 모델링 식의 적정성을 검증하였다.

(5) 일반 설계자들의 경우 실내 평균 MRT를 모르는 경우가 대부분이어서 천장 조명밀도와 실내 평균 MRT 관계식을 도출하여 설계 자료로 활용할 수 있도록 제시하였다.