연돌효과

연돌효과란

연돌효과는 건물 내외 공기의 온도차 때문에 생기는 수직 압력차 현상이다.

굴뚝이 잘 빨리는 것과 같은 원리라서 굴뚝효과라고도 부른다.

부력, 중성대, 압력차가 이 현상을 이해하는 핵심 키워드다.

구조와 원리

건물 안팎의 온도차가 공기 밀도차를 만든다.

밀도가 작은 따뜻한 공기는 부력으로 위로 올라가려 한다.

그 부력이 높이 방향으로 압력 기울기, 즉 압력차를 만든다.

중성대 아래에서는 외기가 들어오고, 위에서는 실내 공기가 나간다.

압력차 계산

연돌효과의 압력차는 공식으로 계산한다.

ΔP는 내외 압력차, h는 중성대에서 최상층이나 최하층 개구부까지의 높이다.

온도는 반드시 절대온도(K)로 넣는다. 섭씨 값을 그대로 넣으면 결과가 틀린다.

겨울철에는 To가 Ti보다 낮아 아래층에서 외기가 들어오고 위층으로 빠져나간다.

계산 예제

이제 가상의 예로 계산 순서를 따라가 보자.

외기 −5℃와 실내 20℃를 절대온도로 바꾸면 268 K, 293 K다.

온도항은 1/268 − 1/293 이고, 그 값은 약 0.000318 K⁻¹이다.

이를 대입하면 차압은 약 60.6 Pa가 된다.

차압은 높이와 온도차에 비례한다. 높이가 두 배면 차압도 거의 두 배다.

세 가지 형태

연돌효과는 계절과 발생 장소에 따라 세 가지 형태로 나뉜다.

겨울철 정상 연돌효과는 하부로 외기가 들어오고 상부로 빠져나간다.

여름철 역 연돌효과는 방향이 반대이고 크기는 일반적으로 작다.

흔한 실수는 방향을 뒤바꾸거나 문제점과 유발 현상을 같은 것으로 쓰는 것이다.

중성대를 기준으로 공기 흐름 방향이 바뀐다는 한 줄을 꼭 쓰자.

직접 풀기와 정리

방금 배운 내용을 적용해 보자.

이번 문제는 역 연돌효과에서 외기가 들어오는 방향을 고르는 문제다. 멈추고 답을 생각해 보자.

역 연돌효과에서는 외기가 상부로 들어오고 실내 공기는 하부로 빠져나간다.

정리하면 연돌효과는 온도차에 의한 부력으로 생기는 압력차이며, 중성대를 기준으로 흐름이 바뀐다.