The Feasibility of Natural Ventilation in Radioactive Waste Repository Using Rock Cavern Disposal Method

Jin Kim,Sang-Ki Kwon 한국방사성폐기물학회 2005 방사성폐기물학회지 Vol.3 No.3

자연환기는 처분장의 작업 환경 및 위생, 부유 방사성 핵종의 노출 등과 같은 안전문제에 있어 자연환기 자체만으로는 기계적 강제 환기에 비해서 덜 효과적이지만 처분장 내의 수분제거, 작업 환경 조성과 관련하여 라돈 (Rn) 가스의 희석과 같은 향후 처분장의 장기적 환경을 위해서는 중요한 역할을 할 수 있고, 환풍기와 같은 환기 설비를 이용해야하는 기계환기에 비해 경제적으로 매우 효과적 일수 있다. 본 논문에서는 지하 처분장의 건설 및 운영 기간동안 자연환경 조건에 따라 처분장에 스스로 생기는 자연 환기의 타당성에 대하여 기술하였다. 자연 동굴을 통한 자연환기 유사에 의해 밝혀진 증거들과, 수직갱을 갖는 산악 도로터널에서의 자연 환기 측정, 그리고 주어진 자연환기 압력에 의한 공기 발생량 계산 등을 통해서 자연 환기는 한국형 지하 방사성 폐기물 처분장에 잠재적으로 매우 유익함을 알 수 있다. 효과적으로 유도된 자연 환기는 방사성 폐기물 처분장 내에 발생하는 열과 습도, 그리고 라돈 가스를 제어하기에 경제적으로 좋은 방법이 될 수 있다. 자연환기를 통해 처분장의 전반적 열적 특성은 개선될 수 있고, 수분으로 포화된 공기는 효과적으로 건조되고 그 건조상태 유지 기간은 확장 될 수 있을 것이다. Natural ventilation in radioactive waste repositories is considered to be less efficient than mechanically forced ventilation for the repository working environment and hygiene & safety of the public at large, for example, controlling the exposure of airborne radioactive particulate matter. It is, however, considered to play an important role and may be fairly efficient for maintaining environmental conditions of the repository over the duration of its lifetime, for example, moisture content and radon (Rn) gas elimination in repository. This paper describes the feasibility of using natural ventilation which can be generated in the repository itself, depending on the conditions of the natural environment during the periods of repository construction and operation. Evidences from natural cave analogues, actual measurements of natural ventilation pressures in mountain traffic tunnels with vertical shafts, and calculations of airflow rates with given natural ventilation pressures indicate possible benefits from passive ventilation for the prospective Korean radioactive waste repository. Natural ventilation may provide engineers with a cost-efficient method for heat and moisture transfer, and radon (Rn) gas elimination in a radioactive waste repository. The overall thermal performance of the repository may be improved. The dry-out period may be extended, and the seepage flux likely would be decreased.

학교 교실의 창호 배치 및 개방면적비에 따른 중간기 자연환기량 및 쾌적성 평가에 관한 연구

김여진,최정민 대한건축학회 2019 大韓建築學會論文集 : 構造系 Vol.35 No.9

Natural ventilation through openings such as windows in school buildings is an efficient resource for natural cooling during the intermediateseason of the year. Because the natural ventilation uses the wind outside the building, the amount of ventilation will depend not only on thewind speed and wind direction but also on the window layout and open window ratio. Therefore, in this study, the natural ventilation plansof school classroom windows are divided into 4 types and 8 cases as shown in Table 1. The characteristics of cooling effect by naturalventilation are simulated by applying Energyplus's Airflow Network Model and the comfort of the occupants is evaluated by the number ofhours included in the 80% acceptability range of the ASHRAE Standard 55-2010 adaptive comfort model for the weekdays (Monday-Friday)and the class hours (08: 00-19: 00). Based on the analysis results of the above, this study presents basic data related to classroom coolingplan using intermediate season natural ventilation. 연중 봄, 가을의 중간기에 학교 교실과 같이 내부발열이 많이 발생하는 곳은 시원한 외기를 자연환기에 의해 교실내부로 도입하여 냉방을 도모하는 패시브적 기법의 적용을 고려해 볼 수 있다. 자연환기의 냉방기법 적용시 가장 중요한 점은 건물이 위치하는 지역의 바람과 교실 창호 특성을 잘 고려하여 건물 개구부를 계획하는 것이 요구된다. 즉 시시각각 변하는 외부의 풍속, 풍향만이 아니라 교실 창호 등 개구부 위치 및 설치개소 수에 따라 자연환기에 의한 도입풍량 및 교실 실내의 냉방 효과와 함께 열적 쾌적성에 미치는 영향은 크게 달라지기 때문이다. 학교 교실의 자연환기에 의한 냉방효과와 관련한 기존의 연구로는 Jang(2018)의 연구에서 단위교실의 냉난방공조시의 기계환기와 자연환기를 이용한 하이브리드 환기 전략에 관련한 최적화 연구를 진행한 바 있으며, 이효석등의 Lee(2018)에서는 중간기의 자연환기를 이용하기 위해 교실 창호의 개방을 상시개방, 실내외 온도차 또는 엔탈피차를 고려한 개방, 상시폐쇄의 4가지 자연환기조절모드를 적용하여 냉방효과 및 재실자 쾌적도에 미치는 효과를 분석한 바 있으나, 학교 교실에서의 자연환기가 이루어지는 창호 배치 및 개방면적비등에 대한 관련 연구는 아직 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 학교 교실의 중간기 자연환기에 의한 냉방효과에 초점을 맞추어 창호 배치 및 개방면적비가 교실의 실온 및 재실자의 쾌적성에 미치는 영향을 검토하여 학교 교실의 중간기 자연환기 활용시 냉방효과를 도모할 수 있는 관련 기초자료를 제시하고자 한다.

지하처분장내 고준위 방사성 폐기물 발열량에 따른 자연환기력 연구

노장훈(Jang-hoon Roh),최희주(Heui-joo Choi),유영석(Yeong-seok Yu),윤찬훈(Chan-hoon Yoon),김진(Jin Kim) 한국암반공학회 2011 터널과지하공간 Vol.21 No.6

본 연구에서는 고준위 방사성 폐기물 처분장의 특징인 높은 고도 차이와 폐기물에서 발생하는 발열량에 따른 자연 환기력을 계산하고 이를 바탕으로 자연 환기량을 계산하였다. 고준위 방사성 폐기물 처분장은 열엔진과 유사한 폐쇄 싸이클의 열역학적인 과정을 따른다고 볼 수 있다. 지하처분장내 고준위 폐기물의 발열에 의한 열이 공기에 추가되고 이로 인해 공기가 upcast 수직갱을 통해 위로 올라가는 동안 팽창됨에 따라 주위에 일을 하고, 이때 한 일에 의해 첨가된 열의 일부분은 임시로 기계적 에너지로 변함으로서 공기의 흐름을 촉진할 수 있다. 이는 처분장 내에서 지속적이고 강력한 열원이 존재한다면 자연 지속적인 공기의 싸이클적 흐름을 가능하게 할 것이다. 이를 바탕으로 고준위 방사성 폐기물의 심지층 처분시 발생되는 자연 환기량을 수학적 방법으로 계산한 결과 굴뚝효과에 의하여 폐기물 발열량에 따라 74~183Pa의 자연 환기력이 계산되고 이에 따른 자연 환기량은 92.5~147.7㎥/s이 계산되었다. 또한 CFD의 자연환기량 해석결과는 82~143㎥/s로서 수학적인 방법과 비교하여 매우 비슷한 결과를 나타내었다. In this study, the natural ventilation pressure resulting from the large altitude difference which is a characteristic of high radioactive waste repository and the caloric value of the heat emitted by wastes was calculated and based on the results, natural ventilation quantities were calculated. A high radioactive waste repository can be considered as being operated through closed cycle thermodynamic processes similar to those of thermal engines. The heat produced by the heating of high radioactive wastes in the underground repository is added to the surrounding air, and the air goes up through the upcast vertical shaft due to the added heat while working on its surroundings. Part of the heat added by the work done by the air can be temporarily changed into mechanical energy to promote the air flow. Therefore, if a sustained and powerful heat source exists in the repository, the heat source will naturally enable continued cyclic flows of air. Based on this assumption, the quantity of natural ventilation made during the disposal of high radioactive wastes in a deep geological layer was mathematically calculated and based on the results, natural ventilation pressure of 73~173Pa made by the stack effect was identified along with the resultant natural ventilation quantity of 92~143㎥/s. The result of an analysis by CFD was 82~143㎥/s which was very similar to the results obtained by the mathematical method.

국화 ‘백마’의 시설재배에서 야간 환기와 난방에 의한 상대습도 조절에 따른 흰녹병 발생과 생육

유용권(Yong Kweon Yoo),노용승(Yong Seung Roh),남병철(Byung Cheol Nam) 한국원예학회 2016 원예과학기술지 Vol.34 No.6

본 연구는 스탠다드 국화 ‘백마’의 시설재배에 있어서 야간 환기 방법과 난방처리 조건에 따른 온습도의 변화, 흰녹병 발생 및 절화의 생육에 미치는지 영향을 알아보고자 수행되었다. 환기 방법에 관한 실험에서 측창을 밀폐시킨 대조구의 평균 상대습도 94.5%에 비해 자연환기는 74.3%, 자연+Fan환기 처리구에서는 72.8%로 낮았다. 흰녹병 발생률은 대조구 100%, Fan환기 98.3%, 자연환기 75.6%, 자연+Fan환기 처리구에서 43.4%로 나타났다. 또한 발병엽수와 동포자퇴수도 다른 처리들보다 자연+Fan환기 처리는 가장 적었다. 대조구에서는 과습과 흰녹병 발생으로 절화의 생육이 크게 억제되었는데, 자연+Fan환기 처리구는 초장, 엽수, 줄기직경, 절화의 생체중 등 절화의 생육이 양호하였다. 난방 조건에 따른 시설 내의 야간 평균 온도는 대조구인 RH 95% 난방처리에서 18.4℃ 인데 반하여 RH 70% 난방처리에서 25.8℃ 로 나타나 7.4℃ 상승하였다. RH 70% 난방처리에서도 흰녹병 발생률 34.4%, 주당 발병엽수 0.9개, 발병엽당 동포자퇴수 1.0개로 대조구보다 흰녹병 발생이 크게 억제되었다. 또한 RH 70% 난방 처리구에서 습도가 높은 대조구보다 초장, 엽수, 줄기직경, 생체중 등 절화의 생육이 양호하였다. 따라서 시설 내에서 국화 ‘백마’를 재배시 자연+Fan환기와 난방처리는 흰녹병을 크게 억제할 수 있을 뿐만 아니라 절화의 생육에도 효과적이었다. This study was conducted to examine the effect of nighttime ventilation and heating on changes in temperature and humidity, the occurrence of white rust, and growth of standard chrysanthemum (Dendranthema grandiflorum) ‘Baekma’ in a greenhouse. For the ventilation treatments, the mean nighttime humidity in the control greenhouse, which had a closed side window, was higher (94.5%), but the humidity in the natural and natural+fan ventilation treatments was lower (74.3% and 72.8%, respectively). The rate of occurrence of white rust at 34 days after treatment was 100, 98.3, 75.6, and 43.3% for the control, fan ventilation, natural ventilation, and natural+fan ventilation treatments, respectively. The number of infected leaves and telia were the lowest in the natural+fan ventilation treatment compared with the other treatments. The growth of the chrysanthemum ‘Baekma’ was significantly suppressed in the control because of the occurrence of white rust and high humidity, while plant height, number of leaves, stem diameter, and fresh weight were the greatest in the natural+fan ventilation treatment. For the heating treatments, the mean nighttime temperature of the control (RH 95% heating), which was heating and held at 95% humidity, was 18.4℃, while the temperature of the heating treatment, which was held at 70% relative humidity (RH 70% heating) was 25.8℃. The rate of occurrence of white rust (34.4%), number of infected leaves (0.9), and telia (1.0) were the lowest in the RH 70% heating treatment compared with the other heating conditions. Also, the RH 70% heating treatment showed the best growth in terms of plant height, stem diameter, number of leaves, and fresh weight. Therefore, the natural+fan ventilation and RH 70% heating treatments were effective for the control of white rust and the growth of standard chrysanthemum ‘Baekma’ in a greenhouse.

국내 공동주택 자연환기설비의 설치 및 성능평가기준의 타당성 검토

이수미(Su-Mi Lee),진재훈(Jae-Hoon Jin),송두삼(Doo-Sam Song) 대한설비공학회 2010 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2010 No.11

The objective of this study is to evaluate natural ventilation rate for apartment buildings by using CFD. First, domestic natural ventilation design standard and performance evaluation methods were reviewed. Also, natural ventilation design standards of Europe were reviewed. And then, the natural ventilation system of the analyzed apartment unit in multi-residential building block was designed based on the domestic natural ventilation design standard. Finally, the natural ventilation performance of each apartment unit in building block was analyzed by CFD simulation. As the result of this study, even though the natural ventilation system is designed based on the standard, the natural ventilation performance of each apartment unit in building block couldn't clear the domestic ventilation standard.

터널형 지하공간내의 자연환기력 분석

이창우(Chang-Woo Lee),박홍채(Hong-Chae Park) 한국암반공학회 2009 터널과지하공간 Vol.19 No.3

터널내 자연환기력은 터널의 정상운영시 뿐만 아니라 터널내 화재와 같은 비상시에 기류 유동상의 심각한 문제를 야기할 수 있다. 따라서 자연환기력의 영향은 터널 환기 및 방재시스템 설계시에 반드시 고려하여야한다. 자연환기력의 결정에 영향을 미치는 변수에는 지형, 기상, 터널의 물리적 특성에 관련된 다양 변수들이 포함된다. 그러나 이들 변수간의 정량적인 관계의 이해가 복잡하여 현재 어떤 나라에서도 국가기준에 자연환기력의 예측방법을 제시하고 있지 않다. 본 논문에서는 국내 고속도로터널을 대상으로 자연환기력의 정량화 연구를 수행하였다. 정량화를 위하여 첫째, 양 갱구의 기압차 측정방법, 둘째, 피스톤효과에 의한 영향을 제거하는 방법, 셋째, 기압장벽고 방법을 적용하였다. Force induced by the natural ventilation in tunnel is likely to generate adverse influences on the airflow during the normal operation and create even more unfavorable circumstances during the tunnel fire. The influence of the natural ventilation is required to take into account in designing and operating the ventilation as well as safety systems. The magnitude of natural ventilation force depends on a variety of factors associated with the topographical, meteorological and physical features of tunnel. Unfortunately, at this moment those are difficult to quantify and none of the countries has suggested its estimation method in the design guideline. This study aims at quantifying the natural ventilation force at a local highway tunnel by three different methods. The first method employes direct measurement of the pressure at portals, while the second applies a stepwise approach to eliminate the piston effect ahead of deriving the natural ventilation force and the third method uses the concept of barometric barrier.

CFD 시뮬레이션을 활용한 원형 환기창의 자연환기 성능 평가

최하늘,나후승,가서사,김형근,김나리,김태연 대한건축학회 2020 대한건축학회논문집 Vol.36 No.10

The purpose of this study is to comprehensively evaluate the natural ventilation performance of the circular ventilation window. The circularventilation window is a new type of window. This 145mm diameter window consists of a circular frame and a lid, and can be opened andclosed. The circular ventilation window has a feature that the installation position and number are relatively free. We evaluated the naturalventilation performance of the circular ventilation window using CFD simulation. Based on the experiment, the CFD model was built, andcase studies were performed under various conditions such as the window displacement, indoor/outdoor temperature difference, and outdoorwind speed. In addition, ventilation rates were compared with awning windows and casement windows. As a result, as the vertical distancebetween windows and the indoor/outdoor temperature difference increased, the ventilation rate tended to increase, and the ventilation patterngreatly changed according to the outdoor wind speed. Also, if the windows were arranged effectively, the ventilation rate could be increasedcompared to the existing windows. 본 연구의 목적은 원형 창의 환기 성능을 종합적으로 평가하는 것이다. 원형 창은 기존의 사각형 창호와는 다른 형태의 새로운 창이다. 지름 145mm의 이 창은, 원형 창 프레임과 뚜껑으로 구성된다. 원형창은 원하는 위치에, 원하는 개수를 설치할 수 있다는 것이 가장 큰 특징이다. 기존에는 없던 형태의 창호이기 때문에, 창의 주요 성능 중 하나인 자연환기 성능을 평가할 필요가 있다. 본 연구에서는 CFD 시뮬레이션을 이용해 원형 창의 자연환기를 평가하였다. 실험을 기반으로 CFD 모델을 구축했으며, 창의 설치 위치, 실내 외 온도차, 실외 풍속 등 다양한 조건에서 케이스 스터디를 수행하였다. 또한, 기존 사각 어닝 창, 케이스먼트 창과도 환기량을 비교하였다. 그 결과, 창 간 수직거리와 실내외 온도차가 증가할수록 환기율이 증가하는 경향을 보였으며, 실외 풍속에 따라 환기 양상이 크게 달라졌다. 또한, 창문을 효과적으로 배치한다면, 기존 창보다 환기율을 증가시킬 수도 있었다.

공동주택 단지의 실내 공기질 향상을 위한 수치 해석적 연구

신미수(Mi Soo Shin),김혜숙(Hey Suk Kim),홍지은(Ji Eun Hong),장동순(Dong Soon Jang) 大韓環境工學會 2009 대한환경공학회지 Vol.31 No.7

본 연구에서는 대전의 대규모 공동주택단지의 하나인 대덕테크노 밸리의 계절별 주풍향 및 풍속, 건물배치, 환기구 위치 등 다양한 외부 유동 변수에 따른 실내 환기 특성을 수치 해석적 방법을 활용하여 연구함으로써 실내 공기질 향상에 일조하기 위해 연구를 수행하였다. 계절별 주풍향은 여름과 겨울에 큰 차이를 나타냈는데, 여름철의 경우 주풍향은 남풍이며, 겨울철의 경우 주풍향은 10년 평균 주풍향과 동일한 북북서풍으로 나타났다. 풍향이 변화함에 따라 최대 압력차가 나타나는 단지도 변화하였으며 그에 따라 환기에도 차이를 나타냈다. 내부 환기량은 환기 우수지역의 경우는 자연환기만으로 기준치인 시간당 0.7ACH를 만족하였으나 환기 취약지역의 경우는 자연환기만으로는 기준치를 만족시키지 못하여 부수적으로 기계 환기를 병행해야 하는 것으로 나타났다. 이러한 외부유동 변화에 따른 내부 환기량의 연구결과를 바탕으로 향후 아파트의 배치나 환기구 위치 선정에 응용한다면 환기량 확보에 일조하여 기계환기에만 의존하지 않고 자연환기와 병행이 가능하므로 에너지 절감에 도움이 될 것으로 판단된다. This study has been made to execute a research in order to lead the improvement of indoor air quality, examining the indoor ventilation characteristics by using a numerical analysis method. To this end an extensive parametric investigation are made according to various external flow variables such as main wind direction and wind speed by season, building layout design, and location of ventilators, etc. in Daedeok Techno Valley, one of large-scaled apartment in Daejeon. It is observed there was a significant difference of main wind direction between summer and winter. The main wind direction in summer was a south wind, and on the contrary the direction in winter is northnorthwest, which is similar to the average main wind direction for 10 years. One of the important calculation results is that the change of wind direction causes a significant effect on the apartment ventilation by the change of pressure difference around each complex of apartment. In case of favorable area of ventilation, the indoor ventilation rate can meet 0.7 ACH from the standard value only with natural ventilation. On the contrary, in other area the value was much lower than the standard value. If the calculation result applies to the design of layout apartment or placement of ventilators, it will be greatly helpful to the energy saving because it can be parallel with the natural ventilation to help securing ventilation rate, not much depending on the mechanical ventilation.

전산유체학을 이용한 고준위 방사성 폐기물 처분장의 자연환기량에 의한 온도예측

노장훈(Jang-hoon Roh),유영석(Yeong-seok Yu),장승현(Seung-hyun Jang),박선오(Seon-oh Park),김진(Jin Kim) 한국암반공학회 2012 터널과지하공간 Vol.22 No.6

본 연구에서는 고준위 방사성 폐기물 처분장의 특징인 높은 고도차와 온도차이로 인해 발생하는 자연환기량을 바탕으로 처분터널내 온도를 전산유체학을 활용하여 예측하였다. 선행된 연구에서 Hydrostatic method와 CFD를 활용하여 자연환기량을 정량적으로 평가한 결과 상당히 큰 자연환기량이 발생이 됨을 확인하였다. 이러한 결과를 바탕으로 폐기물 발열량에 따라 발생되는 자연환기량으로 인한 처분터널내 온도예측을 실시하였으며, 처분장을 크게 심지층 처분장과 지상처분장으로 나누어 온도예측을 실시하였다. 해석결과 심지층 처분장은 암반으로의 열전달과 충분한 자연환기량의 발생으로 처분장내 온도 제어에 효과적인 반면에, 지상처분장의 경우 외부온도의 영향을 크게 받고 충분한 자연환기량을 발생시키지 못하여 온도제어에는 불리함을 확인하였다. 또한 심도 200 m 심지층 처분장의 경우 심도 500 m까지 약 10℃정도의 열이 전달됨을 확인하였다. 즉, 국내에 건설 예정인 고준위 방사성 폐기물 처분장을 온도제어에 중점을 두고 설계한다면 지상처분장보다는 심지층 처분장이 타당한 것으로 연구되었다. This study predicted temperature in the disposal tunnels using computational fluid dynamics based on natural ventilation quantity that comes from high altitude and temperature differences that are the characteristics of high level waste repository. The result of the previous study that evaluated quantitatively natural ventilation quantity using a hydrostatic method and CFD shows that significant natural ventilation quantity is generated. From the result, this study performed the prediction of temperature in disposal tunnels by natural ventilation quantity by the caloric values of the wastes, at both deep geological repository and surface repository. The result of analysis shows that deep geological repository is effective for thermal control in the disposal tunnels due to heat transfer to rock and the generation of sufficient natural ventilation quantity, while surface repository was detrimental to thermal control, because surface repository was strongly affected by external temperature, and could not generate sufficient natural ventilation quantity. Moreover, this study found that in the case of deep geological repository with a depth of 200 m, the heatof about 10℃ was transferred to the depth of 500 m. Thus, it is considered that if the high level waste repository scheduled to be built in the country is designed placing an emphasis on thermal control, deep geological repository rather than surface repository is more appropriate.

연돌환기를 이용한 오피스빌딩 자연환기사례 연구

이아영(Lee, Ah-Young) 대한건축학회 2011 대한건축학회논문집 Vol.27 No.12

The purpose of this study was to investigate the natural ventilation methods using stack ventilation in offices. Natural ventilation is one of key factors to compose low energy and healthy buildings. Mechanical cooling and ventilation load can be dramatically reduced by natural ventilation and this is occurred by stack ventilation through solar chimney and atrium. The world famous sustainable office buildings to use stack ventilation were categorized into two types: “solar chimney” and “atrium”. The investigation shows that stack ventilation heavily relies on shading component and operable windows of exterior skin, precooling of intake air, location, height and materials of chimney and composition of atrium space. Finally, the space composition models for solar chimney and atrium are proposed based on the case analysis and the effectiveness of stack ventilation is verified by CFD simulation as the space composition is the basis for stack ventilation.