중성대

정의

중성대는 건물 내부 압력과 외부 압력이 같아지는 수직 위치다.

건물 안이 밖보다 따뜻하면 위쪽은 실내 압력이 크고 아래쪽은 외부 압력이 크다. 그 사이에 압력이 같아지는 높이가 생긴다.

답안 첫 줄에는 이 정의를 쓰면 된다. 압력이 같은 높이라는 점이 핵심이다.

온도차와 압력 분포

건물 안이 밖보다 따뜻하면 공기는 가벼워져 위로 올라간다.

그러면 위쪽 개구부는 실내압이 커서 공기가 밖으로 나간다.

반대로 아래쪽 개구부는 외부압이 커서 바깥 공기가 안으로 들어온다.

그 사이 어딘가에서 안팎의 압력이 같아지는 높이가 중성대다.

개구부 면적과 중성대 위치

중성대 위치는 개구부 면적과 실내외 온도차에 따라 달라진다.

상부 개구부가 크면 중성대는 아래로 내려가고, 하부 개구부가 크면 위로 올라간다.

공기조화기 같은 기계 설비와 바람도 중성대 위치를 바꾼다.

그래서 설계 때는 중성대 위치를 미리 정하고 개구부를 배분한다.

화재 시 연기 거동

화재 시 연기의 이동은 중성대를 기준으로 달라진다.

중성대 아래에서 불이 나면 연기는 부력으로 올라가 상층부로 침투한다.

중성대 위에서 불이 나면 연기는 개구부를 통해 건물 밖으로 새어 나간다.

연기는 자체 온도 상승으로 부력이 커서 상부층으로 이동하는 경향이 강하다.

계산 예제

굴뚝효과에 의한 압력차는 이 식으로 구한다.

예를 들어 높이 30m, 외기 0도, 실내 20도인 건물을 보자.

두 절대온도 역수의 차는 약 0.000249이다.

여기에 C와 대기압, 높이를 곱하면 압력차는 약 14.2 Pa이 된다.

헷갈리는 점과 정리

중성대를 온도가 같은 높이로 설명하면 틀린다. 정의는 압력이 같아지는 높이로 쓴다.

상부는 실내압이 커서 유출, 하부는 외부압이 커서 유입이 일어난다.

직접 풀어 보자.

정답은 실내압이 외부압보다 큰 쪽이다. 중성대 상부에서 공기가 밖으로 나간다.

정리하면 중성대는 내외부 압력이 같은 높이이고, 위치는 개구부 면적과 온도차가 정한다.