고층 건축물 연돌효과 저감 방법에 대한 연구

김진수,Kim,Jin Soo 한국방재학회 2011 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.2011 No.1

중위도 이북의 건물에서 고층건물의 혹한기 연돌효과는 건물의 여러 가지 기능에 큰 영향을 미치며, 승강기 승강로는 화재시 차압 때문에 연기의 주된 전파통로가 된다. 외피의 밀폐성능을 높여 건물 내부의 연도효과를 줄일 수 있으나, 외피의 밀폐기능은 비상시 피난을 위해 피난경로를 개방하는 순간 일시에 무력화된다. 또한 건물 외피의 밀폐성능이 우수할수록 연돌효과 그 자체로써 건물외피에 미치는 구조적 영향이 커진다. 고층부의 연돌효과는 외피를 밖으로 밀어내는 작용이므로 풍하측에서는 마이너스 풍압에 더하여 건물 외피에 부담을 증가시킨다. 그러므로 고층건물에 발생하는 혹한기 연돌효과의 영향을 정리하자면 다음과 같다. <TEX>${\bullet}$</TEX> 건물 외벽 및 창문에 미치는 구조적 영향 <TEX>${\bullet}$</TEX> 제연 시스템의 기능 저해 <TEX>${\bullet}$</TEX> 승강기 문 개폐 장애와 소음 등 설비 기능의 부정적 영향 <TEX>${\bullet}$</TEX> 공조기능 장애 <TEX>${\bullet}$</TEX> 화재시 승강기 승강로 등 수직 샤프트를 통한 연기 전파 혹한기 건물 안팎의 온도차가 40K일 때 높이 600m인 초고층 건물 최상층에 발생하는 연돌효과에 의한 차압은 풍속으로 환산할 때 32m/s에 달한다. 그러므로 초고층 건물 설계시에는 최상층의 풍하측에 설계상의 예상 최대풍속에다 이러한 환산풍속을 더한 고속 풍력이 창문을 밖으로 밀어내는 것으로 보아야 한다. 또한 공조 및 환기시스템에서는 이러한 차압을 고려하지 않으면 고층부에서 환기 성능이 무력화될 수 있다. 다음과 같은 방법들을 이용하여 고층건물의 연돌효과를 효과적으로 줄일 수 있다. 1) 계단실의 연돌효과 저감 방법 계단실에 발생하는 연돌효과에 의한 차압은 계단실에 상승기류를 발생시킨다. 이러한 차압과 상승기류는 계단실 상하부를 개방하면 자연적으로 평형을 이루게 되므로 별도의 제어가 필요 없게 된다. 또한 화재감지기와 연동하여 상하부 외벽의 개구부를 열어두게 되면 피난상황에 따라 문이 여닫힘으로써 발생하는 압력상태의 변화를 고려할 필요가 없게 된다. 2) 승강기 승강로의 연돌효과 승강로의 상하부에 대규모 개구를 두면 대규모의 외기가 도입되어 상승 유동 후 배출되므로 승강로 내부 온도 저하로 연돌효과가 저감되고, 승강로로 유입된 연기는 대규모의 외기에 희석되어 농도가 낮아지고 대부분 외부로 배출된다. 3) 샤프트 복합효과를 이용하는 방법 거실 평면적에 비해 승강기나 계단이 아주 많고 누설틈새 등 개구의 면적 합계가 크면 샤프트들이 서로 복합효과를 이루어 연돌효과에 의한 차압이 줄어든다. 연돌효과 제어용 샤프트를 하나 더 보조적으로 설치함으로써, 보조샤프트에 의해 발생하는 차압으로 거실을 가압 혹은 감압하여 문제가 되는 차압을 어느 정도 상쇄할 수 있다.

탑상형 고층 주거건물의 연돌효과 분석 및 저감대책 적용에 관한 Case study

이정재,김용경,이중훈 대한건축학회지회연합회 2013 대한건축학회연합논문집 Vol.15 No.4

보편화된 연돌효과 저감대책의 단순적용과 같이, 대상건물의 연돌효과 발생특성을 고려하여 않고 대책을 적용하는 경우에는 대책방안 적용에 따른 연돌효과문제의 개선효과가 경감될 수 있으며, 또한 대책방안이 과하게 적용될 수도 있다. 따라서 효과적인 연돌효과 저감대책의 수립을 위해서는 대상건물의 연돌효과 발생특성 즉 압력분포특성을 명확히 분석하는 것이 선결조건이라고 할 수 있다. 본 연구에서는 시뮬레이션 해석기법을 활용하여 탑상형 고층 주거건물의 연돌효과 발생에 관한 일반적 특성을 분석하고 있으며, 이에 근거하여 수립된 연돌효과문제 개선방안의 적용효과를 검토하고 있다. 탑상형 고층 주거건물에서는 메인 출입구 및 지하주차장 등의 영향으로 중성대가 건물의 하층부에 위치하고 있으며, 방화도어로써 기밀성능이 우수한 세대 현관도어의 압력분담율이 큰 것으로 분석되었다. 따라서 탑상형 고층 주거건물에서는 고층부의 세대 현관도어를 중심으로 각종의 연돌효과문제가 발생할 것으로 예측되었다. 따라서 이러한 연돌효과 발생특성에 근거하여, 본 연구에서는 고층부 세대 현관도어에 작용하는 압력차를 저감하는 방법으로 건물의 중성대를 상승시키는 방법 및 세대 현관도어의 압력을 분산하는 방법이 제시되었다. 또한, 개별대책방안 적용에 따른 문제의 개선한계 및 2차적 문제발생을 고려하여 대책방안을 종합적으로 적용하였으며, 이를 통하여 문제를 발생시키고 있던 전체 층의 세대현관도어의 압력차가 저감되었다.

화재 시 고층건축물의 연돌효과에 따른 압력차 분석에 관한 연구

김혜원(Kim,HyeWon),구인혁(Koo,InHyuk),김윤성(Kim,YunSeong),이병흔(Lee,ByeongHeun),진승현(Jin,SeungHyeon),권영진(Kwon,YoungJin) 한국방재학회 2021 한국방재학회논문집 Vol.21 No.1

국내의 고층건축물이 지속적으로 증가되어 감에 따라 연돌효과와 관련한 관심이 대두되고 있다. 특히 화재 시에는 실내의 온도가 높아지면서 연돌효과가 커지는 문제가 발생하고 있다. 이에 따라 화재 시 온도변화에 따른 연돌효과의 영향을 분석해야할 필요가 있다고 판단된다. 본 연구에서는 CONTAMW시뮬레이션을 이용하여 개구부의 개폐여부와 화재가 발생하여 화재실의 온도가 성장기의 온도로 상승한 경우를 설정하여 화재 시 온도상승에 따른 건축물 내의 압력차를 확인하였다. 그 결과 개구부의 개폐여부에 따라서는 개방 시에는 0~100 Pa 정도로 각 층마다 균일한 압력차를 보였다. 하지만 화재실을 가정하였을 때는 화재층의 압력이 250 Pa 정도로 높아지며;각 층마다 압력차의 변동이 큰 것으로 확인되었다. As the number of high-rise buildings in Korea continues to increase;interest in the stack effect is increasing. In particular;in the event of a fire;as the indoor temperature increases;there is the problem that the stack effect increases. Accordingly;it is necessary to analyze the stack effect resulting from temperature change during a fire. In this study;by using CONTAMW simulation;the opening was opened or closed. In the case where the temperature of the fire room rises to the temperature of the growth period caused by a fire;the pressure difference in the building according to the temperature increase during a fire was confirmed. As a result;depending on whether the opening was opened or closed;the pressure difference was uniform for each layer;ranging from 0 to 100 Pa when opened. However;assuming a fire room;the pressure in the fire layer increased to approximately 250 Pa;and it was confirmed that the pressure difference varied greatly for each floor.

초고층 건축물 수직조닝별 연돌효과의 원인 및 해결 방안 분석

신상욱 ( Shin¸ Sang Wook ),류종우 ( Ryu¸ Jong Woo ),정희웅 ( Jeong¸ Hee Woong ),김대영 ( Kim¸ Dae Young ) 한국건축시공학회 2021 한국건축시공학회지 Vol.21 No.5

도시 인구의 과밀화로 고층 건물에 대한 폭발적인 수요와 공급이 발생하였다. 고층 빌딩은 각 도시의 구심점으로 도시 이미지를 제고하는데 기여하고 있으나 연돌효과로 인해 승강기 문의 오작동, 외벽의 문과 창문 개폐의 어려움, 상층부로 확산하는 연기와 악취, 소음, 에너지 손실, 화재 및 오염물질의 급속한 확산 등 예기치 못한 다양한 문제를 야기하고 있다. 본 연구에서는 초고층 건축물을 수직조닝별로 구분하여 연돌효과의 원인과 해결방안을 분석하고 설계와 시공 방안으로 도출하였다. 외기를 차단하는 초기 계획과 정밀한 시공을 통한 기밀성 확보를 통해 저층부에서 유입되는 기류를 능동적으로 차단하여 건물의 내ㆍ외부 기밀성을 확보하는 방안을 모색하였다. 설비적 해결대책은 연돌효과로 인한 특정 현상을 줄이기 위한 대책이 될 수 있으나 이에 따른 2차 피해의 가능성이 높기 때문에 최소한으로 적용해야 한다. 따라서 본 연구는 연돌효과의 원인과 대책방안을 수직 조닝별로 설계적, 시공적 대책을 제시함으로써 체계적인 연돌효과 관리의 필요성을 역설하였다. 또한 본 연구가 설계 및 시공뿐만 아니라 건물 유지관리에도 도움이 되기를 기대한다. Urban overcrowding has created an explosive supply and demand for high-rise buildings. High-rise buildings are contributing to enhancing the image of the city by serving as focal points, but due to the stack effect, malfunction of elevator doors, difficulties in opening and closing the doors and windows of the outer wall, smoke and odors spreading to the upper floors, noise, energy loss, fire and pollutants have been causing various unexpected problems such as rapid spread of fire. This study classified high-rise buildings according to their vertical zoning, analyzed the causes of and solutions to the stack effect, and derived design and construction methods. Through the initial plan to block the outside air and securing airtightness through precise construction, we sought ways to secure the airtightness inside and outside the building by actively blocking the airflow from the lower floors. In addition, the facility solution can be a measure to reduce the specific phenomena caused by the stack effect, but it should only be applied to the minimum extent because the potential for secondary damage is high. This study emphasized the need for systematic stack effect management by suggesting design and construction measures for each vertical zoning of the causes and countermeasures of the stack effect. It is expected that this study will be helpful not only for design and construction, but also for building maintenance.

고층 공동주택에서 주요 요소별 기밀성능에 따른 연돌효과 영향도 분석에 관한 연구

이준호(June Ho Lee),방윤시(Yinshi Pang),송두삼(Doo Sam Song) 대한설비공학회 2017 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2017 No.6

본 연구에서는 고층 주거건물에서 연돌효과 분석을 위해 사용되는 각 요소에 대한 기밀성능을 국내외 문헌조사를 통해 검토하고, 시뮬레이션 기법을 통해 각 요소가 건물 내 연돌효과에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. 이를 위해 건물 내 5가지 주요 요소에 대한 중성대의 위치 변화를 분석하였고, 그 결과 세대 현관문의 기밀 성능 변화에 따라 최대 10개 층의 중성대 위치 변화가 발생하였으며, 중성대 위치 변화에 약 53%의 영향도를 보이는 것으로 나타났다. 이처럼 고층 건물의 연돌효과 분석을 위해 제시되는 각 요소의 기밀성능에 따라 중성대의 위치가 달라 질 수 있으므로, 정량적인 연돌효과 해석을 위해서는 요소별 적정 기밀성능 값을 기준으로 시뮬레이션 할 필요가 있다.

초고층 건축물의 개구부 개폐여부에 따른 연기확산 예측 및 연돌효과 저감방안

서보열(Seo Bo-Youl),최준호(Choi Jun-Ho),홍원화(Hong Won-Hwa) 대한건축학회 2010 대한건축학회논문집 Vol.26 No.9

The purpose of this study is to analyze and identify the characteristics of stack effect according to the status of openings in high-rise buildings. Based on a survey that was occupants' awareness of the fire and management of fire doors, the patterns of opening was set. For the analysis of stack effect and airflow, using CONTAMW on airflow simulation program based on the network model was performed. Also, prediction of smoke movement and the risk were analyzed in building fires. Based on analysis, this study suggested some minimizing methods of stack effect through alternatives of architectural aspects and improvement with awareness of fire in order to improve safe evacuation of high-rise buildings' occupants.

판매시설 건물에서의 연돌효과로 인한 실내기류 문제점 및 해결 방안

조재훈(Jo Jae-Hun),김광우(Kim Kwang-Woo) 대한건축학회 2010 대한건축학회논문집 Vol.26 No.6

Recently, complex commercial buildings(ex, department store) experienced stack effect problems during the winter such as excessive indoor upward flow around escalator areas. The main objective of this paper is to investigate the problems of indoor airflow caused by stack effect in retail facility and to propose solutions for stack effect problems during the cold season. Building manager interview, drawings review, and walk-thru audits were conducted in existing department store. After several meeting, possible solutions and countermeasures in terms of architectural and mechanical views were proposed for reducing problems due to the stack effect. Air-tightness constructions and separation method such as installing an 'air-lock door' around the escalator area on the top floor where problems associated with airflow speed occur, are suggested and evaluated using network simulation program.

혹한기 연돌효과에 의한 초고층 피난문 개폐장애에 대한 연구

김진수,이의평 한국방재학회 2012 한국방재학회논문집 Vol.12 No.4

Super high-rise residential buildings are more subject to stack effect through the door gaps of elevators in cold season due to the more number of elevators than in low buildings, and to reduce those effects, air tightness of skin is essential, but that is released in case of fire because the exit doors on the 1st floor are to be fully open for egress of people and entrance of fire brigades. This paper offers the calculation model to estimate the inconvenience and difficulty of door usage in normal and emergency time, the method to solve the difficulty, and the validity of the method with simulation. 초고층 주거용 건물은 저층건물에 비해 승강기의 수가 많기 때문에 혹한기에 승강기 문틈을 통해 전달되는 연돌효과의 영향을 더 많이 받으며, 이러한 영향을 줄이기 위해 외피의 기밀도를 높여야 하지만, 화재 시에는 피난과 소방대의 진입을 위해 1층의 외피를 활짝 열어야 하기 때문에 외피기밀은 모두 해제된다. 이 논문에서는 연돌효과에 의한 평시사용상의 불편과 비상시피난 장애 정도를 예측하는 계산모델을 제시하고 피난문 개폐장애를 해소하는 방법을 제시하였으며, 시뮬레이션으로 그 타당성을 검증하였다.

고층 건축물 피난경로의 연돌효과 저감 방안

김진수(Kim, Jin-Soo) 한국화재소방학회 2010 한국화재소방학회 학술대회 논문집 Vol.2010 No.춘계

건물 높이에 비례하여 피난계단의 길이가 증가하면서 피난 인원부하도 함께 늘어나기 때문에 피난시간은 건물 높이에 제곱비례하는 것으로 볼 수 있다. 연기의 수직전파가 신속한데 비하여 피난 속도는 너무나 늦기 때문에 수직피난로의 안전을 위한 대책이 절실하다. 현존하는 수직피난경로의 급기가압식 제연시스템은 흑한기에 연돌효과에 의해 기능이 현저히 제한을 받게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 계단실을 외부로 개방하거나 계단실과 외부 사이의 공기 소통을 자유롭게 함으로써 혹한기 연돌효과를 극복할 수 있다. Length of staircase get longer and evacuation load get heavier in proportion to the building height. Therefore evacuation time could be considered proportional to square of building height. While smoke spreads vertically so rapidly, evacuation speed is too slow, therefore the reasonable measure for the safe of egress route is urgent. Existing pressurizing smoke control system of vertical exit route is seriously limited in function under the stack effect in winter. Stack effect in winter could be overcome with the methods of opening the staircase outward or letting airflow be free between staircase and outside.

초고층 건물의 제연시스템에 영향을 미치는 연돌효과 연구

최승혁(Choi Seung Hyuck),김옥(Kim Ok),김남규(Kim Nam Gyu),박진철(Park Jin Chul) 한국건축친환경설비학회 2008 한국건축친환경설비학회 학술발표대회 논문집 Vol.- No.-

Lately, there are various problems related to stack effect in high-rise buildings. Stack effect gives the bad influence to not only the function of the door opening and closing and the elevator's function, but also the pressurized smoke control system when firing. Therefore, it should be considered enough when the high-rise buildings are planned. This study tried to suggest the improvement method by analyzing the stack effect problems through the measuring on the spot and simulation, targeting C building in Gyunggi province. As a result, the integrated improvement method that all air passages are blocked at the same time was suggested. Namely, it was shown that improving the all doors' airtight + changing to the revolving door + installing the automatic door at the I underground elevator lobby + changing the velocity of the elevator for directors + installing the lobby at the elevatormachine room have the best effect in reducing the problems caused by the stack effect.