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배우는 도시이야기

Co2배출 줄이는 그린빌딩(Green Building)설계(24)냉방 : 축열재 야간환기

by urbandesign 2012. 6. 29.

건물 안 또는 외피에 축열재를 이용한 냉방방식도 있습니다. 축열재 야간환기를 통해 공기온도를 조절하는 것으로, 낮 동안에 건물 축열재에 열을 흡수,저장한 다음 야간에 시원해진 실외 공기를 건물에 순환시키는 방식입니다.

즉 낮동안에 축열재에 흡수된 열이 공간을 통해 순환하는 시원한 공기속으로 실외로 방출되는 것입니다. 추운 계절에는 공간을 수동을 가열하는데 동일한 축열재가 이용될 수 있습니다.

다음 그림은 IBN-DLO 삼림자연연구소의 개념도로, 낮동안에 열이 실내 축열재에 흡수되며, 밤에 공간을 통해 순환하는 실외 공기 속을 방출되는 개념도입니다.

 

이 냉방방식을 해당지역의 기후에 매우 의존도가 높습니다. 일교차가 11도C이상이여야 높은 주간의 온도가 냉방부하를 발생시킨다는 것입니다. 또한 낮은 야간온도가 냉방의 효과를 가져올 수 있습니다. 우리 나라 기후로 말하면, 봄, 가을 처럼 일교차가 큰 계절에 효과적인 것입니다.

대부분의 기후에서 여름철은 풍속이 대체로 낮아지는 경향이 있는데, 이는 충분한 야간 통풍을 제공하기 어려우므로, 공기흐름을 촉진시키기 위해서는 굴뚝환기를 사용하는 것이 권장됩니다.

여름철에 축열재를 통해 열획득의 시간이 냉각이 필요한 시간보다 오래되므로, 개구부의 계획시 많은 공기를 이동시킬수 있도록 크게 설치하여야 합니다. 이 전략으로 낮동안에 건물을 폐쇄시키고 밤에 개방시키는 방식으로 작동하며 되는데, 이는 보안(방범)에 문제가 될 수 있습니다. 또한 주간에 공기의 질을 개선하기 위해 주간환기를 필요로 합니다.

냉방을 위해 실외공기를 건물 내부로 끌어들일때 공기중에 각종 이물질이 함께 유입되므로 유입구 위치와 주변 공기질에 대한 세심한 고려가 중요합니다. 또한 개구부로 소음이 많이 들게 되므로 소음원에 대한 주의가 요구됩니다.

설계절차는 다음과 같습니다. 

1. 주어진 지점에서 축열재의 야간환기 가능성을 결정한다. 일교차가 큰 기후는 이상적인 조건입니다.

2. 당해 지역의 기후자료를 획득하고 가능한 최저 실내온도를 도출한다. 가장 무더운 여름철 설계 건구온도와 프로젝트 부지상의 평균 1일 온도범위를 조사하여 최저 설계온도를 도출합니다.

3. 최저 축열재 오도를 개략적으로 도출한다. 목표는 야간에 축열재를 내악시켜 최저에 가까운 온도를 유지시키는 것으로 이는 매우 중요한 근거가 됩니다.

4. 축열재의 저장용량을 계산한다.

높은 수준의 축열건물에서 추정된 저장용량을 나타낸 그래프.  축열재 면적 대 바닥면적 비율을(5mm 두께의 콘크리트 슬래브) 2:1로 가정함.

5. 야간에 제거될 수 있는 저장열의 백분비를 결정한다.

대부분의 열은 t, 축열재 온도와 실외 온도간의 차이가 최대가 될 때 축열재로 부터 빠져나간다. 아래 그림은 평균 1일 범위와 여름철 실외 설계온도를 이용해 제거될 수 있는 열획득의 백분비를 결정한다.

6. 축열재를 야간냉각시키는데 필요한 환기율을 결정한다. 완전한 수동식 건물이라면 맞통풍 및 굴뚝환기 전략을 참조하여 환기가구 최대 냉각시간대에 저장된 열을 제거하는데 충분한지 결정한다. 야간 평균풍속은 주간 평균풍속에 훨씬 못미치므로 맞통풍은 효과성이 제한받을 수 있늠을 유념해야 한다. 만약 강제환기가 사용된다면 최대 냉각시간동안의 요구된 환기율은 다음 식으로부터 추정할 수 있다.

Q = q/(1.1) x (t)    [Q=요구된 공기흐름율, q=감지할만한 수준의 냉방부하, F=전환계수, t=온도차이]

 

7. 환기 요구사항을 다른 설계필요와 비교한다. 선택된 환기전략에 따라서는 요구된 유입구/배출구가 다른 건물 필요를 충족시키지 못할지도 모른다. 제안된 냉방 시스템이 다른 건물 요구사항(보안, 순환, 공기질, 화재안전성)과 양립할 수 있는지를 재차 확일하는 것이 중요하다.

 

** 사례

오레곤 Eugene에 위치한 Emerald People's Utility District 사옥은 과가열기간 동안 건물을 냉각시키기 위해 바닥, 지붕/천정 및 구획벽에 축열재와 바람 및 기계환기를 같이 사용한 사례입니다.

다음 사진은 축열재로 그리고 야간환기 시스템에서 공기순환통로로 사용된 중공 콘크리트 슬래브입니다.

 

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