자연환기 벤틸레이터 형태에 따른 환기 특성 자연환기 벤틸레이터 형태에 따른 환기 특성을 발표하게된 창원대학교 하현철입니다.

Presentation on theme: "자연환기 벤틸레이터 형태에 따른 환기 특성 자연환기 벤틸레이터 형태에 따른 환기 특성을 발표하게된 창원대학교 하현철입니다."— Presentation transcript:

1 자연환기 벤틸레이터 형태에 따른 환기 특성 자연환기 벤틸레이터 형태에 따른 환기 특성을 발표하게된 창원대학교 하현철입니다.

2 Natural Ventilation 자연 환기(풍력+부력) 장 · 단점 소음이 발생되지 않고, 운영비가 필요 없음
자연환기 Buoyancy Wind Heat Source 일반적으로 자연환기는 외부에서 불어오는 풍력과 작업장 내,외부 온도차에 의한 부력이 상호작용하여 발생되는 것입니다. 그림에서 보 듯이, 작업장 내부 열원이 있을 경우 부력에 의해 상승기류가 형성되어 천장까지 도달하게 되고, 천장에서는 외부기류와 상승기류가 작업장 외부로 배출됩니다. 그리고 보충공기는 창문을 통해 유입되는 형태가 일반적인 자연환기의 형태입니다. 자연환기의 장점은 소음이 적고, 운영비가 필요없고, 조건이 적당할 경우 강제환기보다 환기량이 많아 효과적입니다. 하지만, 초기 자연환기 벤틸레이터의 설치비가 높고, 기상조건이나 작업장 내부조건에 의해 환기량의 변화가 심해서, 작업장 내부 환경을 일정하게 유지할 수 없는 단점이 있습니다. 장 · 단점 소음이 발생되지 않고, 운영비가 필요 없음 적당한 온도차 및 바람이 있다면 강제환기보다 효과적임 초기 높은 설치비용 환기량의 변화가 심함 (기상조건, 작업장 내부 조건)

3 국내 자연환기 벤틸레이터 설치시 문제점 자연환기 영향 인자 실제 현장 설치시 벤틸레이터 및 건물 형태
건물 배치(풍향), 작업장 내부 설비 배치 급기창 면적 및 위치 등등… 실제 현장 설치시 기상(주풍, 풍속) 고려없음 벤틸레이터 형태 : 회사 미관 및 기존 건물 형태 따름 자연환기 효과 분석 : 설계 자료 없음 : 벤틸레이터만 설치하면 자연환기가 원활하게 된다고 판단 자연환기에 영향을 주는 인자는 벤틸레이터와 건물의 형태 주풍을 고려한 건물 배치, 작업장 내부 기류가 원활하게 움직일 수 있는 작업장 내부 설비 배치 보충공기를 공급해 줄 수있는 급기창 면적 및 위치 등이 있습니다. 하지만, 현재 국내에 자연환기를 실시할 목적으로 벤틸레이터를 설치할 경우에 주풍이나 풍속등 기상을 고려하지 않는 실정입니다. 그리고 무엇보다도, 환기효율에 큰 영향을 줄 수 있는 벤틸레이터 형태에 대해서는 회사 미관이나 기존 건물 형태를 따르기 때문에 환기 효율에 대한 고려는 거의 없는 실정입니다. 따라서, 자연환기 효과를 분석한 자료도 거의 없고, 대부분 현장에서 자연환기 벤틸레이터만 설치하면 자연환기가 원활하게 이루어진다고 생각하고 있는 것이현실입니다.

4 자연환기 사례(Ⅰ) 모자동차 용해로 공장 배출 작업장 재순환 금속 흄 및 가스 상승 벤틸레이터를 통해 배출 금속 흄
및 가스 발생 상승 기류 벤틸레이터를 통해 배출 벤틸레이터 주변 정체 또는 작업장으로 하강 작업자 관찰 배출 모자동차 용해로 공장 자연환기 벤틸레이터 진단결과입니다. 온도가 높은 용해 작업장에 자연환기를 위해 벤틸레이터를 설치해 두고 있습니다만, 용해로에서 출탕을 할 때 금속 흄 및 가스가 발생하고, 뜨거운 온도에 의해 지붕까지 상승 함에도 불구하고 배기가 원활하게 이루어 지지 않고 있었습니다. 금속흄을 자세히 관찰해 보면, 어떤때는 벤틸레이터를 통해 배출되고 또 어떤때는 외부 공기가 유입되면서 흄을 냉각시켜 흄이 배기되지 못하고 오히려 작업장으로 하강하는 현상을 관찰할 수 있었습니다. 작업장 재순환 금속 흄 및 가스 상승

5 자연환기 사례(Ⅰ) 들창형 벤틸레이터 설치 기상 조건에 따른 기류 변함 작업장 내부 기류 배출 작업장 외부 기류 유입
용해공장 지붕에는 사진에 보시는바와 같이 들창형 벤틸레이터가 설치되어 있습니다. 그리고 발연관으로 벤틸레이터 입구에서 기류를 체크해본 결과 작업장 내부 기류가 배출되는 경우와 작업장 외부 기류가 작업장 내부로 유입되는 경우가 번갈아 발생되고 있었습니다. 이런 현상은 바람이 불지 않는 경우에는 작업장 내부 기류가 배출되다가 바람이 불어올 경우에는 외부 기류가 작업장 내부로 유입되었습니다. 작업장 외부 기류가 작업장 내부로 유입되면 작업장 내부 기류가 냉각되어 작업장 쪽으로 하강하는 현상이 발생되고 결과적으로 자연환기가 원활하게 이루어지지 않게 되는 것입니다. 작업장 외부 기류 유입

6 본 연구의 목적 벤틸레이터 형태에 따른 환기 특성 분석 일반형 벤틸레이터(Type 1) 창문형 벤틸레이터 Type 2
들창형(Awning Window) (Type 2) 미닫이형(Slider Window) (Type 3) 본 연구에서는 벤틸레이터 형태에 따른 환기 특성을 분석하기 위해 일반형 벤틸레이터와 창문형 벤틸레이터를 구분하였습니다. 그리고, 창문형 벤틸레이터는 창문형태에 따라 두가지 경우로 구분하였습니다. 각 형태는 그림과 같고, type1, type2, type3로 구분하였습니다. Type 2 Type 3 Type 1

7 형태별 벤틸레이터 규격 결정 구 분 Type 1 Type 2 Type 3 목면적(m2) 150(3m×50m) 개구면적(m2)
벤틸레이터 설계 인자 : 목면적, 개구면적 구 분 Type 1 Type 2 Type 3 목면적(m2) 150(3m×50m) 개구면적(m2) 70(35×2EA) 벤틸레이터의 성능에 중요한 영향을 미치는 것이 목면적과 개구면적입니다. 목 면적은 작업장 내부기류의 상승을 원활하게 해주고, 개구면적은 작업장 내부에서 상승한 기류와 외부기류가 원활하게 혼합되어 배출될 수 있도록 해주는 역할을 해 줍니다. 본 연구에서는 동일한 조건을 위해 목면적 150, 개구면적 70으로 통일하였습니다. Neck Type 1 Type 2 Type 3

8 자연환기 특성 비교 작업장 내부(25m 단면) 및 목 부분 기류 흐름 환기량 평가 :목 부분 배기 유량(m3/min/m2)
목부분 작업장내부 기류는 공장 중심인 25m단면을 잘라서, 내부기류 및 목부분 기류를 파악하고, 환기효율은 목부분의 배기유량으로 판단하였습니다 25m 단면 기류 해석 단면 내부 및 목부분 기류 흐름

9 작업장 내부 및 목 부분 기류 흐름 - 등온 조건 type 1, 45˚, 2m/s (전체 기류)
등온조건 type 1이고, 45도, 2m/s로 바람이 불 경우 25m 단면의 기류 분포입니다. 창문을 통해 유입된 기류가 작업장 전체를 회전하면서 상승하여 벤틸레이터를 통해 배출되는 형태입니다. 벤틸레이터 부분의 기류를 확대해서 살펴보면,

10 - 등온 조건 type 1, 45˚, 2m/s(목 부분 기류)
벤틸레이터 목부분에서 상승된 작업장 내부 기류가 외부기류와 함께 벤틸레이터를 통해 배출되고 있는 모습을 보실 수 있습니다.

11 - 등온 조건 type 2, 45˚, 2m/s(전체 기류) 등온조건 type2, 45도, 2m/s일 경우 전체 기류의 모습입니다. 전체적인 기류는 작업장 내부를 재순환하고 있는 형태입니다. 그리고 벤틸레이터 목 부분에 상승기류가 약간 형성되어 있습니다.

12 - 등온 조건 type 2, 45˚, 2m/s(목 부분 기류)
목부분 및 벤틸레이터 기류 형태입니다. 목부분에서 살펴보면, type1과는 달리 작업장 내부로 유입되는 기류를 관찰할 수 있습니다. 또, 벤틸레이터를 통해 유입된 기류와 작업장 내부 기류가 혼합되어 배출되지 못하고 벤틸레이터를 통해 유입된 외부기류가 단회로를 형성하면서 배출되는 형태를 보여주고 있습니다. 벤틸레이터를 통해 작업장으로유입된 기류는 벤틸레이터의 배기효율을 저하시키는 결과를 가져오게 됩니다.

13 - 등온 조건 type 3, 45˚, 2m/s(전체 기류) 등온조건 type3, 45도, 2m/s일 경우 전체 기류의 모습입니다. 전체적인 기류는 type 2와 같이 작업장 내부를 재순환하고 있는 형태입니다. 목부분의 기류를 살펴보면,

14 - 등온 조건 type 3, 45˚, 2m/s(목부분 기류)
벤티레이터를 향해 상승하는 기류와 작업장으로 유입되는 기류가 모두 분포하고 있습니다. 단회로 현상이 type 2보다 더 심하게 형성되어 있는 것을 알 수 있습니다. 때문에 작업장 내부기류가 배출되지 못하고 작업장 내부에서 재순환하는 결과를 가져오게 됩니다.

15 벤틸레이터 형태에 따른 기류 특성 Type 1 외부 기상 조건과 관계 없이 작업장 내부 공기가 배기

16 벤틸레이터 형태에 따른 기류 특성 Type 2, 3 벤틸레이터를 통해 외기유·출입, 작업장 내부 기류 재순환

17 목부분 배기유량 예측 결과 -등온조건- 등온 조건인 경우 풍속이 빠를 수록 모든 형태에서 배기유량이 증가하는 것을 알 수 있습니다. 그리고 tpe1이 type2와 type3보다 효과적인 것을 알 수 있습니다. 풍향 45도와 90도일 경우보다 0도일 경우 환기량이 급감하는 것을 알 수있습니다. 따라서, 환기효율을 극대화 하기 위해서는 건물을 설치할 때 주풍의 방향을 고려하는 것이 중요하다는 것을 알 수 있습니다.

18 목부분 배기유량 예측 결과 -바닥 가열- 바닥을 30도씨로 가열한 결과입니다.
TYPE1의 경우 0.5m/s에서 2m/s로 풍속이 증가할 수록 환기효율이 증가하지만, TYPE2,TYPE3의 경우 0.5M/S에서 2M/S로 될 경우 오히려 환기량이 감소하는 것을 알 수 있습니다. 이는 앞서 설명드렸듯이, 창문으로 유입된 기류가 단회로를 형성하면서 부력으로 상승하는 작업장 내부 기류를 차단하기 때문입니다.

19 결 론 자연환기력을 높이기 위해서는 적당한 벤틸레이터 모양을 선정
결 론 자연환기력을 높이기 위해서는 적당한 벤틸레이터 모양을 선정 풍향에 의한 환기량의 차이가 크므로 건물 설치시 주풍과 유속을 고려