연돌효과

정의

연돌효과는 건물 내외의 온도차로 생긴 공기 밀도차에 의해 공기가 이동하는 현상이다.

굴뚝효과라고도 하며, 쉽게 말하면 굴뚝 안 연기가 위로 빠져나가는 것과 같다.

작동 원리

따뜻한 공기는 가벼워 위로 올라가고, 이 부력이 건물 높이 방향의 압력차를 만든다.

건물 상부는 정압, 하부는 부압이 되고, 그 사이에 압력차가 0인 중성대가 생긴다.

중성대 아래층에서는 외기가 들어오고, 위층에서는 실내 공기가 빠져나간다.

압력차 근사식

실내외 압력차는 건물 높이와 실내외 절대온도 차이로 근사할 수 있다.

건물이 높을수록, 실내외 온도차가 클수록 압력차가 커진다.

이 식은 근사식이므로 중성대 조건과 누기 특성을 함께 봐야 정확하다.

계산 예제

높이 100m 건물에서 외기 −10℃, 실내 20℃일 때 차압을 구해 보자.

온도 항을 먼저 계산하면 1/263 − 1/293 은 0.000389 K⁻¹이다.

이를 식에 대입하면 압력차는 약 74Pa이 된다.

100m 건물에서도 수십 Pa 수준의 차압이 생겨 출입문 개폐력에 영향을 준다.

정상과 역 연돌효과

연돌효과는 계절에 따라 정상과 역 연돌효과로 나뉜다.

겨울철 난방 때는 저층 출입구로 외기가 들어오는 정상 연돌효과가 나타난다.

여름철 냉방 때는 흐름 방향이 반대인 역 연돌효과가 나타난다.

방지 설계에서는 두 경우를 함께 검토해야 한다.

방지대책

연돌효과 방지는 기밀, 방풍, 가압, 구획을 항목별로 나눠 적용한다.

외피 기밀을 높이고 1층 출입구는 회전문이나 이중문으로 방풍 구조를 만든다.

수직 샤프트와 계단실은 기밀과 구획으로 막고, 필요하면 급기 가압을 쓴다.

화재 시에는 제연 설비로 부속실 압력을 높여 연기 유입을 막는다.

정리

앞에서 고른 정답은 외피 단열과 기밀 성능 향상이다.

정리하면 연돌효과는 실내외 밀도차가 만드는 부력 현상이다.

겨울에는 저층으로 외기가 들어오고, 여름에는 방향이 반대가 될 수 있다.

방지는 외피 기밀, 출입구 방풍, 샤프트 구획, 급기 가압을 함께 쓴다.