로비에 적용된 공기분배시스템의 급기온도가 거주영역의 온도와 환기성능에 미치는 영향 평가 = Evaluation of Supply Air Temperature Effects on Occupied-Zone Temperature Stratification and Ventilation Efficiency in Lobby

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study was conducted to evaluate the performance of an air distribution system in a lobby during heating and cooling operations and to analyze indoor thermal environment and ventilation characteristics. The study area consists of the north lobby (two floors) and the south lobby (one floor), centered around two elevator halls, and features differences in floor height and spatial asymmetry. The study conducted a three-dimensional CFD (Computational FluidDynamics) analysis of the air distribution system, which includedceiling-mounted funnel louvers, line diffusers, and peripheral fan convectors,applying supply air temperature variations. Temperature field, velocity field, and pathline analyses were used to determine indoor air diffusion and flow characteristics. Ventilation performance for each space was assessed using local air age (LMA), ventilation efficiency, and supply and exhaust air contribution(SVE4) analyses.As a result of the cooling operation, the cool air discharged from the ceiling supply vents reached the lower occupant areas, ensuring overall temperature uniformity. Despite supply air temperature variations, the average lobby temperature remained close to the design standard. Furthermore, we confirmed- 60 that air was mixed between the north and south lobbies, centered around the elevator hall, forming a linked air circulation structure between the supply and exhaust vents. Ventilation performance analysis revealed relatively stable air exchange between the elevator hall and the north lobby, while differences inventilation efficiency were observed in some areas of the south lobby due to retention characteristics. During heating operation, the fan convector effectively suppressed cold drafts around the perimeter, maintaining stable average temperatures in the north and south lobbies near the design reference. Warm air discharged from the ceiling supply vents reached the lower occupant areas, while some air flow passed through the elevator hall, inducing mixing between the north and south lobbies. Although slight differences in the LMA and ventilation efficiency were observed across spaces due to air retention characteristics and thermal buoyancy caused by varying supply air temperature, overall, a uniform temperature distributionand thermal comfort were maintained throughout the lobby. In summary, the air distribution system applied to the lobby space studied in this study is evaluated to be able to maintain the design temperature, air diffusion, and ventilation performance during heating and cooling operations, despite differences in floor height and spatial asymmetry. In particular, during heating operation, the fan convector suppressed cold drafts around the perimeter,ensuring temperature uniformity at the respiratory line level. Furthermore, the elevator hall was confirmed to be a key space mediating air mixing between the north and south lobbies. The results of this study can be used as basicdata for evaluating the thermal environment and ventilation performance of air distribution systems in lobby spaces and for establishing rational heating and cooling operation strategies. Keywords: air distribution system, lobby space, heating and cooling operation,supply air temperature variation, thermal fluid analysis, ventilation performance,Local Mean Age (LMA), Supply Ventilation Effectiveness (SVE4), thermalcomfort, cold draft

국문 초록 (Abstract)

로비에 적용된 공기분배시스템의 급기온도가 거주영역 의 온도와 환기성능에 미치는 영향 평가 본 연구는 로비 공간을 대상으로 냉·난방 운전 시 공기분배시스템의 성능을 평가하고, 실내 열환경 및 환기 특성을 분석하고자 수행되었다. 연구 대상 공간 은 2개의 엘리베이터 홀을 중심으로 형성된 북측 로비(2개 층)와 남측 로비(1개 층)로 구성되며, 층고 차이와 공간 비대칭성을 갖는 특성을 지닌다. 연구에서는 천장 면에 설치된 펑커루버와 라인 디퓨저, 외주부 팬 컨벡터를 포함한 공기분배시스템을 대상으로, 급기 온도 변화를 적용한 3차원 열유동 해 석(CFD)을 수행하였다. 온도장, 속도장, 유적선 분석을 통해 실내 공기 확산 및 흐름 특성을 확인하였으며, 국소공기연령(LMA), 환기효율 및 급기·배기구 기여 도(SVE4) 분석을 통해 공간별 환기 성능을 평가하였다. 냉방 운전 결과, 천장 급기구에서 토출된 냉기류는 하부 거주 영역까지 도달 하여 전반적인 온도 균일도가 확보되었으며, 급기 온도 변화에도 로비 평균 온 도는 설계 기준과 유사하게 유지되었다. 또한 엘리베이터 홀을 중심으로 남·북 측 로비 간 공기가 교반되어 급·배기구 간 연계된 공기 순환 구조가 형성됨을 확인하였다. 환기성능 분석 결과, 엘리베이터 홀과 북측 로비에서 비교적 안정 적인 공기 교체가 이루어졌으며, 남측 로비는 일부 영역에서 체류 특성에 따른 환기 효율 차이가 관찰되었다. 난방 운전에서는 팬 컨벡터가 외주부 cold draft를 효과적으로 억제하여 북측 및 남측 로비의 평균 온도를 설계 기준 근처에서 안정적으로 유지하였다. 천장 급기구에서 토출된 온기류는 하부 거주 영역까지 도달하고, 일부 기류는 엘리베 이터 홀을 경유하여 남·북 로비 간 교반을 유도하였다. 급기 온도 변화에 따른 공기 체류 특성과 열부력 영향으로 공간별 LMA 및 환기효율에 미세한 차이가 관찰되었으나, 전체적으로 로비 전반에서 균일한 온도 분포와 열적 쾌적성이 확 보되었다. 종합하면, 본 연구 대상 로비 공간에 적용된 공기분배시스템은 층고 차이와 공간 비대칭성에도 불구하고, 냉·난방 운전 시 설계 온도 유지, 공기 확산 및 환 기 성능을 안정적으로 확보할 수 있는 것으로 평가된다. 특히 난방 운전에서는 팬 컨벡터가 외주부 cold draft를 억제하여 호흡선 높이의 온도 균일성을 확보 하였으며, 엘리베이터 홀은 남·북측 로비 간 공기 교반을 매개하는 핵심 공간임 을 확인하였다. 본 연구 결과는 로비 공간에서 공기분배시스템의 열환경 및 환 기 성능을 평가하고, 합리적인 냉·난방 운전 전략을 수립하기 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 주요어: 공기분배시스템, 로비 공간, 냉난방 운전, 급기 온도 변화, 열유동 해석, 환기 성능, 국부평균연령(LMA), 급기 배기구 기여도(SVE4), 열쾌적성, 콜드 드 래프트

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 1
• 1.1 연구배경 및 목적 1
• 1.2 연구 사례 2
• 제 2 장 연구방법 및 수치해석 5
• 2.1 연구방법 5
• 2.2 경계조건 8
• 2.3 전산유체역학(CFD, Computational fluid dynamics) 9
• 제 3 장 시뮬레이션 결과 14
• 3.1 냉방운전 해석결과 14
• 3.2 난방운전 해석결과 35
• 제 4 장 결론 56
• 참고문헌 58
• Abstract 60
• 감사의 글 62