에코샤프트

에코샤프트란

에코샤프트는 건물 내부를 수직으로 관통하는 개방 공간이다.

이 공간은 부력을 이용해 자연환기와 자연채광을 함께 얻는 장치다.

기계 송풍 없이 공기가 스스로 움직이는 것이 핵심이다.

굴뚝효과 원리

굴뚝효과는 실내외 온도차에서 시작된다.

따뜻한 실내 공기는 밀도가 작아 부력으로 위로 떠오른다.

샤프트 상부로 빠진 공기 자리를 하부 외기가 채우면서 환기가 일어난다.

구동 압력차는 건물 높이와 내외부 온도차에 비례하여 커진다.

구동 압력차 계산

이제 구동 압력차를 근사식으로 구해 보자.

C는 상수 0.0188, a는 대기압, h는 샤프트 높이다.

가상의 예로 높이 30 m, 외기 0℃, 실내 20℃인 샤프트를 생각한다.

온도항을 계산하면 약 14 Pa의 압력차가 나온다.

그렇다면 높이가 2배가 되면 압력차는 어떻게 될까?

실험으로 본 차이

굴뚝효과 식으로 구한 이론 유량은 실제와 다를 수 있다.

실물 주택 실험에서 6개 창을 열자 평균 유입량은 1.19 ㎥/s였다.

이론 예측은 1.93 ㎥/s였으므로 실제 값이 더 작았다.

역산한 방출계수는 0.37로, 통상 가정값 0.60보다 작다. 그래서 설계에서는 개구부 유량계수를 보수적으로 잡는다.

자연환기와 기계환기

자연환기는 풍압과 부력만으로 공기를 움직여 에너지를 쓰지 않는다.

대신 환기량이 외기 조건에 좌우된다. 기계환기는 팬으로 풍량을 일정하게 확보한다.

대형 건물에서 상하 온도차가 작은 중간기에는 구동력이 약해 기계 보조가 필요하다.

그래서 에코샤프트는 자연력을 우선 쓰고 부족분을 기계가 보완한다.

에코샤프트를 엘리베이터 샤프트나 단순 덕트로 설명하면 흔한 실수다.

정리

에코샤프트는 부력으로 외기를 유입하고 배기하는 수직 환기 공간이다.

온도차와 높이에 따라 구동력이 달라지고, 실제 유량은 이론보다 작을 수 있다.

화재 시에는 연기 확산 경로가 되므로 방화구획과 제연을 연계한다.

설계에서는 개구부 면적, 유량계수, 중성대 위치를 함께 확인한다.