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연돌효과는 굴뚝을 통해 연기가 상승하는 원리와 유사하게 건물 내 아랫층에서 최상층으로 향하는 강한 기류가 형성되는 현상을 말합니다. 이는 주로 고층 건물에서 두드러지게 나타나지만, 특정 조건에서는 저층 건물에서도 발생할 수 있습니다. 이번 포스팅에서는 연돌효과의 원리, 발생하는 문제점, 그리고 이를 방지하는 대책에 대해 알아보겠습니다.
연돌효과의 원리: 상하층 압력 차이
- 온도 차이
- 기본 원리: 공기는 온도가 높아지면 팽창하고 밀도가 낮아지며, 온도가 낮아지면 수축하고 밀도가 높아집니다. 이로 인해 온도가 다른 두 공간 사이에 압력 차이가 발생합니다.
- 실내외 온도 차이: 겨울철에는 실내가 따뜻하고 실외가 차가운 경우, 따뜻한 실내 공기가 건물 상층부로 올라가고 차가운 외부 공기는 하층부로 유입됩니다. 여름철에는 그 반대 현상이 발생합니다.
- 공기 밀도의 변화
- 온도에 따른 밀도 변화: 따뜻한 공기는 차가운 공기보다 밀도가 낮아 위로 상승하려는 성질이 있습니다. 이로 인해 상층부에서는 공기가 빠져나가고, 하층부에서는 외부 공기가 유입됩니다.
- 압력 차이 형성: 건물 내부의 따뜻한 공기가 상승하면서 상층부의 압력이 높아지고, 하층부의 압력은 상대적으로 낮아집니다.
- 바람의 영향
- 외부 바람: 바람이 건물 외벽에 부딪히면서 압력 차이를 유발합니다. 건물의 바람을 받는 쪽(바람 앞쪽)은 압력이 높아지고, 반대쪽(바람 뒤쪽)은 압력이 낮아집니다.
- 건물 내부 공기 이동: 외부 바람이 강하게 불면 건물 내부의 공기도 그에 따라 이동하게 되며, 이는 건물 내부의 압력 차이를 증폭시킬 수 있습니다.
- 건물 높이
- 건물 높이: 높은 건물일수록 상하층 간의 온도 및 압력 차이가 크게 나타납니다. 고층 건물의 경우, 하층과 상층 간의 온도 차이가 상당히 커질 수 있으며, 이는 압력 차이로 이어집니다.
- 수직 공간: 엘리베이터 샤프트, 계단실 등 건물 내 수직 공간은 공기의 이동 경로를 제공합니다. 이 공간을 통해 공기가 상승하면서 상층부와 하층부 간의 압력 차이가 더욱 뚜렷해집니다.
- 건물 설계 및 밀폐성
- 밀폐성: 건물의 기밀성이 낮을수록 공기가 쉽게 이동하여 압력 차이가 더 크게 나타납니다.
- 환기 시스템: 적절한 환기 시스템이 없으면 실내외 온도 및 압력 차이가 증가하여 연돌효과가 심해질 수 있습니다.
연돌효과에서의 겨울철과 여름철 압력 형성
- 겨울철
- 상층부 양압: 겨울철에는 실내가 따뜻하고 실외가 차가운 경우, 따뜻한 공기가 건물 내부에서 상승합니다. 이로 인해 상층부에는 내부 공기가 외부로 빠져나가려는 힘이 커지며 양압이 형성됩니다.
- 하층부 음압: 하층부에서는 상대적으로 차가운 공기가 외부에서 유입되려는 경향이 강해지며 음압이 형성됩니다.
- 여름철
- 상층부 음압: 여름철에는 실내가 시원하고 실외가 더운 경우, 더운 공기가 외부에서 건물 하층부로 유입되고 차가운 공기는 내부에서 상층부로 상승합니다. 이로 인해 상층부에는 음압이 형성됩니다.
- 하층부 양압: 하층부에서는 더운 공기가 외부에서 유입되면서 내부 공기를 밀어내는 힘이 커져 양압이 형성됩니다.
연돌효과로 인한 문제점
- 에너지 손실: 공기의 유출입으로 인해 건물 내 에너지 손실이 발생합니다.
- 불쾌감 유발: 실내에 강한 바람이 불어오는 현상이 발생하여 불쾌감을 유발합니다.
- 문짝 오작동: 압력 차이로 인해 엘리베이터 문을 포함한 문짝이 제대로 작동하지 않을 수 있습니다.
- 소음 문제: 누기와 침기에 의해 문과 창문이 소음을 발생시키며, 창호의 변형이나 파손을 유발할 수 있습니다.
- 화재 시 안전 문제: 화재 시 연돌효과로 인해 연기가 지하층에서 옥상층으로 빠르게 상승하여 피난 경로를 막아 대피 및 방재 관리에 큰 영향을 미칩니다.
연돌효과 방지 대책
- 출입구에 방풍실 설치: 출입구에 방풍실이나 회전문을 설치하여 압력 차이를 줄입니다.
- 아랫층의 공기 유입 억제: 아랫층에서의 공기 유입을 최대한 억제합니다.
- 수직 통로에 공기 유출구 설치: 계단실이나 엘리베이터 등 수직 통로에 공기 유출구를 설치하고 관리합니다.
- 공기 통로 미로 형성: 공기 통로를 미로 형태로 설계하여 직선적인 공기 흐름을 줄입니다.
- 방화 구획 철저: 방화 구획을 철저히 하여 공기와 연기의 이동을 제어합니다.
- 엘리베이터 기밀성 확보: 밀폐형 고무 패드와 개스킷을 사용하여 엘리베이터의 기밀성을 확보하고, 연돌방지용 도어를 별도로 설계합니다.