Co2배출 줄이는 그린빌딩(Green Building)설계(23)냉방 : 증기냉각탑

어릴적 외가집이 목욕탕이어서 보일러실(?)에서 나무를 불태우곤 했습니다. 불타는 나무를 보고 있노라면 차분해지는 기분을 느끼기도하고, 마냥 재미도 있었습니다.

근데, 불을 피우기전에 굴뚝으로부터 매케하지만 시원한 공기의 냄새를 맡을수도 있었습니다. 이것이 증기냉각탑이라는 것을 이번 내용을 쓰면서 다시한번 생각하게 되었습니다. 물론 물을 이용하는 원리와는 다르지만.

실외의 공기를 건물 내부로 순환시키는 증기냉각 및 하강기류의 원리인것입니다.

탑 꼭대기의 물에 노출된 고온건조한 공기가 물이 증발하면서 온도가 떨어지고 수분함량이 높아지면서 탑 아래로 내려와 바닥의 개구부로 시원한 바람이 빠져나오게 되는 것입니다.

습기패드를 통해 탑 바닥을 통해 실내로 시원한 공기가 들어오게 되는 원리를 나타낸 그림은 다음과 같습니다.

증기냉각탑을 이용하기 위해 필요한 에너지는 물을 순환시키는 펌프를 돌리는 것입니다. 하지만 냉각탑에 물을 소비한다는 것이 건조한 기후에서는 매우 소비적일수 있습니다.

증기탑의 성능은 외부공기의 습구강하(Wet Bulv Depression, 습구온도와 건구온도간의 차이)에 좌우됩니다. 습구강하가 클수록 주변의 실외 공기온도와 탑을 빠져나오는 냉각된 공기온도 사이의 잠재적 차이가 더욱 커질 것입니다. 특히 탑 높이와 탑 꼭대기에 있는 습기패드의 면적도 중요합니다.

냉갑탑은 건축적인 디자인에서도 매우 흥미있는 형태를 만들어내기도 합니다. 유타주 시온국립공원방문객센터의 냉각탑은 공원을 가로지르는 강을 따라 그림처러 우뚝 솟은 협곡을 모방하여 설계되었습니다.

 

증기냉각탑은 냉각된 공기가 벽이나 구획벽에 의해 방해받지 않고 실내를 순환할 수 있는 개방형 평면에 적용될 때 효과적입니다. 냉각탑의 습기패드를 축축하게 유지하도록 하면(상대습도를 높임) 공기의 흐름이 원활해집니다.

하지만 냉각탑 습기패드의 축축한 환경이 세균번식(곰팡이 등) 문제가 생길수 있습니다. 이에 대한 관리가 필요하며, 이중기능탑을 적용하는 방식도 개선된 방안입니다. 다시 말해 주간에는 증기냉각탑으로, 야간에는 굴뚝환기장치로 기능하도록 하는 것입니다.

증기냉각탑은 고온건조한 기후에 적합합니다. 이러한 조건하에서는 습구강하가 심하므로 냉방효과가 극대화됩니다. 냉각탑의 효과는 바람에 좌우되는 것이 아니라 습도 차에 의해 대류가 일어나게 됩니다.

아래 사례는 이란의 Qeshm Island 윈드 캐처와 Semnan의 윈드캐처입니다.

 

 

설계절차는 다음과 같습니다. 

1. 설계조건을 수립한다. 그 지역의 건구온도와 습구온도를 조사한다.

2. 실행 가능성을 결정하기 위해 개략적인 배출공기온도를 조사한다.

   아래 그림은 증기냉각탑 배출공기 온도는 습구강하와 실외 건구온도의 함수이다.

3. 필요한 공기흐름율을 결정한다.

  ** 공기흐름율 = 설계감지냉방부하 / 공급공기의 전환온도

4. 습기패드에 설치된 지점의 탑높이와 면적을 결정한다. 이에 따른 습기패드면적을 결정한다.

 

사례입니다.

* 이란 Yazd의 Dolat Abad 정원에 있는 매우 높은 냉각탑(윈드캐쳐)

 * 이란 Yazd 의 역사건축물의 윈드캐처

  * 캘리포니아 Menlo Park 소재 스탠포드대학교 지구생태연구센터의 증기냉각탑

   * 지구생태연구센터 냉각탑 꼭대기에 있는 안개분사기(습기패드 대용)을 밑에서 올려다본 모습

   * 나미비아의 Windhoek에 위치한 주거환경 연구개발센터의 증기냉각탑.

   * 네바다주 라스베이거스에 위치한 Springs Preserve 냉각탑

   * Spring Preserve의 냉각탑 배출구입니다. 저기로 시원한 공기가 나오게 됩니다.

 

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