미국 산업환기 매뉴얼에서 빗물을 가장 효과적으로 방지하는 굴뚝으로 권장하고 있는 이중 굴뚝(Vertical Discharge Stack)을 우리의 기상조건에서 검증하여 그 사용가능성을 검토하고 기존에 우리 나라에서 가장 많이 사용되고 있는 삿갓모양과 "ㄱ" 모양 굴뚝의 불합리성을 지적할 뿐만 아니라 아울러 빗물 유입 방지나 배기저항을 최소화하고 배기확산에도 효과적인 새로운 모양의 굴뚝을 연구해 보고자 한다. (Clarke, J. H, 1965 ; Hama, G. M., 1963 ; ACGIH, 1998)(중략)
굴뚝내 수직 원형관의 자연대류에서 굴뚝의 입구길이, 출구길이, 그리고 굴뚝의 직경에 따른 열전달 변화를 실험적으로 연구하였다. 상사성을 이용하여 열전달 실험 대신 물질전달 실험을 수행하였다. 직경 0.054 m, 높이 0.03, 0.07, 0.10 m의 원형관에 대하여 굴뚝의 직경을 0.06 m에서 0.14 m까지, 높이를 0.30 m에서 1.10 m까지 변화시켰다. 이는 Pr 수 2,094, $Ra_L$ 수 $4.55{\times}10^9$, $5.79{\times}10^{10}$, 그리고 $1.69{\times}10^{11}$에 해당한다. 굴뚝이 없을 때, 수직 원형관의 열전달은 Le Ferve의 수직평판에 대한 층류 자연대류 상관식과 일치하였다. 출구길이를 증가시키며 실험한 결과, 열전달은 증가하다가 특정 출구길이 이상에서는 일정해 졌다. 반면, 입구길이를 증가시킬 때는 열전달은 감소하다가 특정 입구길이 이상에서는 일정해졌다. 굴뚝효과로 증가된 열전달은 굴뚝의 직경을 증가시킬수록 감소하다가 굴뚝이 없을 때와 같아졌다.
초고층건물의 건설이 증가되고 있지만 건물외파와 출입문의 기밀도가 낮게 유지될 때, 이러한 누설면적과 층별로 구획할 수없는 수직샤프트(계단실 등)와 직렬로 배치될 경우, 필연적으로 발생하게 되는 굴뚝 현상(stack effect)의 발생원인과 차압크기 산정하는 방법 및 예방대책을 소개하고자 한다.
실제의 격납건물의 구조는 하부 원통형의 구조를 가지는 영역과 상부 돔 형태와 굴뚝 형태의 구조를 가지는 영역으로 나눌 수 있다. 하부 원통형의 구조만을 고려한다면, 고온의 철제 벽면과 콘크리트 벽면 사이의 gap 크기에 비해서 원통의 반지름이 상대적으로 매우 큰 값을 가지기 때문에 2차원 무한평판으로 가정하는 것이 가능하다. 그러나 돔 및 굴뚝 영역에서는 높이가 높아질수록 돔 단면직경이 감소하고 굴뚝 영역도 유동단면적이 작은 원통의 구조를 가져 2차원 무한평판의 가정에 많은 무리가 따른다. 앞에서 명시한 세 가지의 격납건물 형태에 있어서 ASPWR의 경우는 굴뚝을 포함한 영역까지도 무한평판으로 가정하는 것이 가능하나(돔에서의 열전달 단면적이 하부의 열전달 단면적에 비해 매우 작다는 가정을 한다면) 나머지 AP600과 HWRF의 격납건물에 있어서는 상부까지도 무한평판 가정을 사용하는 것에는 무리가 있다. 본 연구에서는 일반적인 유체해석 코드인 FLUENT V4.3을 이용하여 실제 격납건물 구조에 대한 분석을 시도하여 무한평판 구조에 대한 가정이 과도한 열전달량을 예측하고 있음을 확인하였다.
본 연구에서는 상대적으로 바람이 강한 제주지역에서 바람의 영향이 고층건축물의 굴뚝효과에 어떠한 영향을 미치는지를 분석하기 위해 서울소재 고층건축물을 대상으로 서울과 제주지역에서의 지형 및 기상조건을 각각 대입하여 CONTAM 모델링을 실시하였다. 굴뚝효과에 의한 차압은 수직샤프트의 높이와 실내 외 온도차의 함수로서 같은 높이의 건축물에서는 겨울철 서울보다 상대적으로 외기온도가 따뜻한 제주지역에서의 차압이 서울지역의 60% 정도에 그쳐 비교적 안정적인 것으로 판단되어 왔다. 그러나 제주도는 섬지역으로서 서울보다 강한 바람의 영향에 의해 중성면이 56% 이상 큰 폭으로 상승하는 현상을 보였는데, 이는 비록 제주지역이 서울보다 굴뚝효과에 의한 차압은 적게 나타날지라도 상승된 중성면에 의해 저층부에서 형성되는 부압의 영역이나 크기는 넓고 크게 나타나 위험성이 상대적으로 높은 것으로 판단되었다.
농업용 시설하우스의 난방을 위해서는 많은 양의 연료가 필요하고, 최근 연료 가격의 상승으로 인하여 많은 농가가 난방 비용에 대한 부담을 겪고 있다. 본 논문은 산업용 굴뚝 폐열을 활용하여 인근에 있는 농업용 시설하우스 난방을 지원하는 공급시스템을 제안하고, 난방비 절감 모델 적용과 효과에 대해 분석한다. 굴뚝 폐열 시스템을 기반으로 시스템을 설계하였고, 제안한 모델을 기반으로 시설하우스 난방비 절감 모델 적용 및 효과 분석을 수행하였다. 고열의 굴뚝 폐열을 이용하면 인근 농가의 시설하우스 난방 공급에 활용이 가능하다는 것을 확인하였다. 산업단지 인근 대규모 시설하우스에 난방을 공급한다면 국내 농가의 생산성 향상 및 경쟁력 제고에 이바지할 것으로 기대된다.
화재안전기준 NFSC 501A에 의하면 몇 가지 제연구역 선정방법이 있지만, 특별피난계단 부속실만을 단독으로 제연하는 경우가 보편화 되고 있다. 그러나 여기에는 상당한 문제점이 있다. 저자의 책임 감리현장도 다른 많은 유사 현장과 같이 부속실만 단독제연하는 것으로 설계되어 있다. 그 설계내용에서 몇 가지 문제점을 도출하고, 이를 해소하기 위한 대안으로 굴뚝효과를 고려한 공학적 분석방법에 의한 "계단실 및 그 부속실을 동시에 제연하는 것"으로 설계 변경하는 것이 가장 적합하다는 결론을 얻었다.
The purpose of this study is to analyze and evaluate the 3 types of indoor ventilation methods such as natural, mechanical, and hybrid ventilation in high-rise building which is affected by stack effect and outdoor air pressure. For the evaluation of the ventilation capacity, CFD simulation was performed in a typical high-rise residential building. The results of the simulations are as follows: 1) Natural ventilation method is not enough to the regulation. 2) In case of mechanical ventilation, congested area is occurred but meets the regulation. 3) In case of hybrid ventilation with stack effect, all the areas of indoor meet the regulation and congested area is reduced. 4) In case of high-rise building, the differences of ventilation rate among houses in the building are not large because the mechanical ventilation is main factor.
This study analyzed the performance of solar chimney system for natural ventilation in underground space. A mathematical model of the solar chimney was proposed in order to predict its performance under varying parameters and Korea climatic condition. Steady state heat transfer equations were set up using a energy balanced equations and solved using a inverse matrix method. Numerical simulation program to analyze system was developed by using MATLAB. As the results, the ventilation performance of the solar chimney was determined by the temperature difference of air channel and inlet, and the temperature difference was influenced by insolation, stack height and distance of air gab. Also the solar chimney system can provide $262.9m^3/h$ of annual average ventilation rate. Because seasonal differences of ventilation rate was calculated within 25%, the solar chimney system can be used for every season in Korea climatic condition. Through this study, performance of solar chimney system for natural ventilation was verified by numerical method. Consequently, the solar chimney system is proved to be effective device for natural ventilation utilizing at all times, and the additional studies should be made through the experimental method for imagineering and commercialization.
우리나라는 세계 12위의 이산화탄소 배출국으로 앞으로 기후변화협약에 따라 2000년까지 배출량을 5% 줄여야 한다. 그런데 최근 한국에너지기술연구소의 조순형박사팀은 공장 굴뚝에서 나오는 배기가스에서 이산화탄소를 흡착ㆍ분리하여 회수하는 새로운 기술개발에 성공하는 개가를 올렸다. 이렇게 분리된 이산화탄소는 99.9% 고순도로 공업용 화학원료로 재활용이 가능하여 일석이조의 효과를 얻게 되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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