높은 공간의 천정 취출구 방향에 따른 열 환경 연구 = A study of thermal environment depending on the direction of ceiling air diffuser in large space

국문 초록 (Abstract)

대공간은 건축물의 높은 층고와 넓은 공간을 말한다. 대부분 다양한 열적 부하 특성 즉, 하절기 지붕으로부터의 복사열이나 특히, 동절기 난방 기류의 상승으로 인한 수직 및 수평 방향으로의 온도 편차, 시스템 설치 공간 확보 문제 등은 건축물의 난방 공조 시스템의 설계를 어렵게 만드는 요소들이다. 대부분 공간 전체를 대상으로 난방 부하를 산정한 후, 설계자의 경험과 기존 설계 자료를 참조하여 급·배기 공조 위치를 정하고 있다. 그럼에도 불구하고 세밀한 설계 기준 및 개념의 부족으로 거주 영역에 대한 공조가 효과적으로 이루어지지 않아 과다한 에너지의 소비를 유발시키는 실정이다.
본 논문에서는 쾌적한 실내 환경을 위한 예비 조사로서 실내 열적 환경의 구성인자 및 국내외 쾌적함 기준에 대해서 기술하였고, 대 공간 건축물의 난방 공조시스템의 설계 기준을 설정하기 위하여 공조 공간 단면의 온도 및 기류 분포를 열전달 방정식으로 유도하고 유체 유동 수치 해석법인 FVM(Finite volume method)을 이용하였으며. 이를 위해 열 유체 해석 상용 프로그램인 Fluent를 사용하여 정상상태인 해석 대상을 3차원으로 분석 하였으며, 실내 온도 및 기류 환경을 CFD(Com-putational fluid dynamics)로 해석하였다.
또한 실내 천장에 설치된 디퓨져의 취출 방향에 따라 거주 영역에서 형성되는 온도 및 기류 분포를 예측, 분석하고, 실내 열적 환경을 해석한 결과, 취출구 높이 7.0 m 공조 공간에서는 취출 속도 6.0 m/s와 취출 방향을 45로 취출하는 것이 겨울철 난방 시 거주자의 쾌적성 향상에 적합한 것으로 나타났다. 그리하여 에너지 절약과 쾌적한 실내 환경을 동시에 달성하기 위한 각 실의 용도 및 디퓨져의 설치 위치별로 각각 취출 속도와 취출 방향을 설정하여 설계 기준으로 적용하여야 유리한 것으로 나타났다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

There are many difficulties to design heating system in large space with high ceiling and wide floor. Major problems to solve are the radiation from roof in summer, temperature deviation in horizontal and vertical direction due to buoyant flow in winter season, and security of installing space, etc. In most case, designers calculate heating load of the entire space and decide the location of air supplier/diffuser referred to designer's own experience and existing blueprints. However, there are many cases of excessive energy waste due to inefficient air conditioning, lack of conception, and detailed standards.
In this thesis, several standards for comfortable indoor environment are investigated as a preliminary study. To meet these standards, the temperature and velocity distribution of air in the air conditioning space must be known. In this study, CFD is used to predict temperature and air distribution. The commercial program FLUENT for analysis and GAMBIT for mesh generation are used.
The computational results show that for 7 m high diffuser and 6 m/s exit velocity, 45 degree diffuser angle gives the best temperature and air distribution in 1.18 m elevation plane. All computation are based on the winter season environmental conditions. For different diffuser angle, 60, 75, 90 degrees, are also computed and resulting distribution of temperature and velocity are presented.

목차 (Table of Contents)

• 목차 = 1
• 표 목록 = 2
• 그림 목록 = 3
• 국문 초록 = 5
• 제 1장 서론 = 7
• 1.1 연구 목적 및 동향 = 7
• 1.2 연구내용 = 8
• 제 2장 열적 환경 개선을 위한 예비적 고찰 = 9
• 2.1 인간과 열적 환경 = 9
• 2.2 실내 열 환경에 관한 국내외 기준 = 11
• 2.3 대 공간 건축물에서의 냉난방 방식 = 14
• 제 3장 시뮬레이션 방법 및 해석 = 15
• 3.1 대상 공간의 공조 설계 검토 = 15
• 3.2 시뮬레이션 대상 공간 조건 = 15
• 3.3 검토 대상 건물의 설계 조건 = 17
• 3.4 해석 대상 = 20
• 3.5 해석방법 및 내용 = 20
• 제 4장 결과 및 고찰 = 23
• 4.1 온도분포 = 23
• 4.2 기류분포 = 23
• 4.3 온도 및 기류 분포 = 24
• 제 5장 결론 = 36
• 참고 문헌 = 37
• Abstract = 38