스택효과(stack effect, 굴뚝효과)
출처: http://rwdi.com/assets/factsheets/Stack-Effect.pdf
[건물 내부 온도 차이에 대한 영향의 이해, 완화 및 활용]
스택효과(stack effect, 굴뚝효과)는 건물 내부와 외부의 온도가 다를 때 발생하는 현상입니다.
때때로 스택효과(stack effect, 굴뚝효과)가 유용할 수 있습니다. 그것은 자연 환기에 한 원인입니다.
그러나 건물 내에 거주자 경험의 질을 저하시키는 부작용이 종종 있습니다. 제대로 관리되지 않으면, 스택 효과
가 문, 파티션 및 표면에 강한 압력을 가할 수 있습니다.
이 압력은 자극적이며, 손실이 크고 위험한 상황을 일으킵니다. 휘파람 소리, 문을 열기 어렵고 닫을 때 소리로
안전 문제가 발생, 악취의 이동, 조절된 공기를 통한 관리되지 않은 에너지 손실, 엘리베이터 문이 방해로 걸리
는 경향이 있습니다.
이 문제는 건물 외장이 밀폐되지 않은 설계, 특히 고층 건물에서 명백하게 나타납니다.
1. 서론
새로운 건축물에서 스택 효과의 문제나 기존 건물에서 문제를 완화하는 “설계 시도”를 이해하는 데 도움이
됩니다. 신중하게 고려하면 대부분의 악영향을 피하거나 완화시킬 수 있습니다. 또한 스택 효과 환기가
건물의 에너지 성능에 도움이 되는지, 방해하는지 결정하는 데 도움을 줄 수 있습니다.
우리는 모든 기후에서 모든 유형과 높이의 모든 건물에 대한 스택 효과에 대한 연구를 모든 방식으로 수행
했습니다. 우리는 연구를 통해 이 경험을 사용하고 있으며, 문제 원인의 전체 범위를 알고 있습니다.
건물에 대한 일련의 계획을 검토하여 스택 효과 문제가 발생할 수 있는 위험이 있는지 즉시 알 수 있습니다.
2. 스택 효과(stack effect, 굴뚝효과)
스택 효과(stack effect, 굴뚝효과)는 제어되지 않은 공기 흐름을 유발하는 압력 차이입니다.
스택 효과는 건물 외부에서 내부로 다를 때 발생합니다. 공기 흐름의 방향은 건물이 가열되거나 냉각되느니
여부에 따라 다릅니다. 가열된 기후에서, 공기는 건물의 바닥에서 끌어들이고 상부에서 배출됩니다.
공기는 엘리베이터 통로, 계단 통로, 아트리움, 바닥 슬래브의 균열 및 다른 개구부와 같이 수직 흐름 통로
를 통해 건물 내에서 상승합니다. 이 공기 이동은 “뜨거운 공기 상승”의 결과가 아닙니다.
오히려 이것은 내부에서 외부와의 온도 차이로 내부에서 외부의 밀도 차이를 초래하기 때문에 발생합니다.
이 밀도 차이는 공기 무게가 건물 내부보다 건물 외부가 더 무겁다는 것을 의미합니다. 따라서 건물의 바닥
에서 기압은 내부보다 외부가 더 높습니다. 이 차이로 인해 “공기 침투”가 발생합니다.
즉, 건물 외관의 어떤 입구를 통해 건물 안으로 공기를 끌어 들여 압력을 만듭니다. 차가운 환경에서는 그
반대가 발생합니다.
스택 효과 압력은 외부 문, 내부 현관 문, 엘리베이터 문 및 공기 흐름이 연결된 다른 개구부의 조합에 의해
처리되어야합니다. 엘리베이터 문에서 바람 소리가 발생하는 것은 이러한 압력이 원인입니다. 온도 차이가
클수록 압력이 커집니다. 또한 압력은 건물 높이와 직접적으로 관련이 있습니다. 따라서 강한 압력은 매우
덥거나 추운 기후에 고층 건물에서 더 많이 발생할 수 있습니다. 그러나 건물은 불리한 결과를 초래할 만큼
높을 필요가 없습니다. 이러한 결과의 일부는 아래와 같습니다.
① 공간 유형에서(주거지, 학교 등) 권장 소음 수준을 초과하는 지점까지 문은 바람 소리를 냅니다.
② 문이 ‘쾅’ 닫힘
③ 찬 공기의 침투가 압도할 때, 1층 로비 추움
④ 고온 다습한 공기의 침투가 에어컨을 압도할 때, 건물 꼭대기에 불쾌한 더운 공기
⑤ 닫거나 열기 어려운 문, 때로는 문을 여는 데 필요한 힘이 비상구의 기준 허용치보다 높을 수 있음
⑥ 조절된 공기가 침투하는 공기에 의해 밀려 나올 때 제어되지 않은 에너지 손실
⑦ 옥외 또는 아파트 건물 장치 간에 냄새 이동
⑧ 엘리베이터 작동에 문제 발생(걸린 문)
3. 분석 및 설계
건물의 스택 효과 분석은 상호 작용과 병렬 흐름 경로를 평가해야하기 때문에 복잡합니다.
스택 효과를 진단하고 완화하는 것은 새는 댐을 수리하는 것과 비교됩니다. 구멍 하나를 막으면, 다른 구멍
이 더 중요합니다. 건물의 흐름 연결은 매우 복잡하며, 건물의 한 부분에서 약점이 해결되면 새로운 영역이
문제의 주 원인이 될 수 있습니다. 사실 바닥에 있는 모든 영역을 다루지 않는 한, 하나의 문제 영역을 완화
하는 것이 유용하지 않은 경우가 있습니다. 이러한 경우, 한 가지 문제를 해결하는 데 드는 비용과 노력이
건물의 다른 부분에서 완화되지 않습니다.
우리는 많은 기후에서 많은 유형의 건물에 대한 광범위한 경험을 가지고 있습니다.
우리는 이 경험으로 독창적인 도구를 개발하였으며, 건물의 복잡한 모델을 매우 빠르게 건축하고, 다른
상황을 신속하게 실행할 수 있습니다. 이 모델링 도구를 사용하여 문의 균열 및 통로(엘리베이터, 계단 및
HVAC 수직 경로 포함)를 포함한 모든 흐름 경로를 나타낼 수 있습니다.
또한 지역별로 풍력 및 HVAC 가압의 영향을 나타낼 수 있습니다. 시험 상황을 통해, 건물의 다양한 측면을
조사하여 효과적인 구제 수단을 찾을 수 있습니다. 과거의 연구에서 다음과 같은 권장 사항을 만들었습니다.
① 추가의 문
② 불필요한 내부 문의 제거
③ 바람 소리를 줄이기 위해 통풍구의 추가
④ HVAC 가압 조정
⑤ 외장 및 문의 성능 사양 변경
스택 효과의 연구는 지속 가능한 건축 설계를 지원할 수 있습니다. 최근 스택 효과 진단 도구를 확장하여
전체 년 간 기상을 실행할 수 있습니다. 이것은 스택 효과와 관련된 연간 에너지 손실을 평가할 수 있음을
의미합니다. 그런 다음 이러한 손실 완화 상황을 비교하여 예상되는 에너지절감을 입증할 수 있습니다.