아트리움 열환경

아트리움 열환경의 정의

아트리움 열환경은 천장이 높고 유리 지붕으로 개방된 대공간의 온열환경 문제다.

온도 성층화, 일사 취득, 연돌효과가 함께 작용해 실내가 불균일해진다.

이 주제는 1교시 용어와 3교시 논술로 반복 출제된다.

세 가지 원인

열환경을 만드는 원인은 크게 세 가지다. 온도 성층화, 일사 취득, 연돌효과다.

성층화는 따뜻한 공기가 천장 쪽에 머물러 상하 온도차가 커지는 현상이다.

일사 취득은 유리면이 흡수한 일사열이 실내로 전달되는 것이다.

연돌효과는 내외 밀도차에 의한 부력으로 공기가 위로 흐르는 현상이다. 건물 높이에 비례해 커진다.

일사 취득과 배기량 계산

가상의 예로 높이 20 m, 바닥면적 600 ㎡인 아트리움을 본다. 유리 지붕은 300 ㎡다.

단순화해 유리면 단위 열량을 300 W/㎡로 가정하면 일사 취득은 90 kW다.

상부 배기열은 그 절반인 45 kW로 둔다. 상부와 거주역의 온도차 8 K를 적용한다.

필요 배기량은 약 4.7 ㎥/s다. 설계 조건을 가정한 예시이므로 실제 값은 건물마다 다르다.

공조 방식 비교

방식은 공조 방식과 환기 방식의 조합으로 정해진다. 대표 방식을 비교한다.

전공기 방식은 설계가 단순하지만 고천장에서는 상층 공기까지 함께 냉각해 에너지가 낭비된다.

바닥 취출 방식은 저속 공기를 거주역에만 공급해 고천장 아트리움에 유리하다.

복사 냉방은 실내 공기온도를 높일 수 있지만 잠열은 별도 설비로 처리해야 한다.

해결 방향

앞 문제의 답은 거주역이다. 해결은 세 방향으로 정리된다.

첫째, 상부 배기로 상층 열을 빼내 성층화 열을 제거한다.

둘째, 치환환기로 저속 공기를 거주역에만 공급한다.

셋째, 고성능 유리와 차양으로 일사 취득을 줄인다.

설계 때는 열부하를 계산하고 쾌적 기준을 거주역에 둔다.

시험 포인트 정리

시험에서는 원인과 대책을 짝지어 쓰는 것이 핵심이다.

치환환기는 저속 취출, 거주역 공급, 상부 배기 세 조건을 함께 적어야 한다.

복사 냉방은 현열 전용이므로 잠열 처리 계통을 함께 제시해야 완결된다.

아트리움 열환경은 거주역 중심 제어와 상부 열 배출의 병행으로 정리된다.