스택 효과

Stack effect

스택 효과 또는 굴뚝 효과는 공기 부력으로 인해 밀폐되지 않은 개구부, 굴뚝, 연도 가스 스택 또는 기타 용기를 통해 건물 안팎으로 공기가 이동하는 것입니다.부력은 온도와 습도 차이로 인한 실내와 실외 공기 밀도의 차이로 발생합니다.결과는 양의 부력 또는 음의 부력 중 하나입니다.구조물의 열차와 높이가 클수록 부력이 커지기 때문에 스택 효과가 커집니다.스택 효과는 자연 환기, 공기 침투 및 화재(예: Kaprun 터널 화재, King's Cross 지하역 화재 및 Grenfell Tower 화재)를 발생시키는 데 도움이 됩니다.

건물의 스택 효과

건물이 완전히 밀폐된 것은 아니기 때문에(최소한 지상 입구는 항상 있음), 스택 효과에 의해 공기 침투가 발생합니다.난방기 동안 따뜻한 실내 공기는 건물을 통해 상승하여 열린 창문, 환기구 또는 천장 선풍기나 오목한 조명과 같은 의도하지 않은 천장 구멍을 통해 꼭대기에서 빠져나갑니다.상승하는 따뜻한 공기는 열린 문, 창문 또는 다른 개구부를 통해 차가운 공기를 흡입하여 건물 바닥의 압력을 낮춥니다.냉각기에는 스택 효과가 반대로 나타나지만 일반적으로 온도 차이가 [1]낮기 때문에 더 약합니다.

밀폐가 잘 된 외피가 있는 현대식 고층 건물에서 스택 효과는 설계를 고려해야 하며 기계적 환기를 통해 해결해야 할 상당한 압력 차이를 일으킬 수 있습니다.계단통, 축, 엘리베이터 등은 스택 효과에 기여하는 경향이 있는 반면 내부 칸막이, 바닥 및 화재 분리는 스택 효과를 완화시킬 수 있습니다.특히 화재의 경우 연기와 화재의 확산을 방지하고 거주자와 소방관이 [2]견딜 수 있는 조건을 유지할 수 있도록 스택 효과를 제어할 필요가 있습니다.공기 배출구가 지면에 더 가까이 설치되는 등 자연 환기 방법이 효과적일 수 있지만, 종종 더 높은 구조물이나 제한된 공간이 있는 건물에 기계적 환기가 선호된다.연기 추출은 신규 건축물의 핵심 고려사항이며 설계 [3]단계에서 평가되어야 한다.

71명이 [4]사망한 그렌펠 타워 화재는 부분적으로 스택 효과로 인해 악화되었다.외부 알루미늄 클래드와 내부 절연체 사이의 공동이 굴뚝을 형성하고 불을 위로 [5][6]끌어 올렸습니다.

일반 및 리버스 스택 효과

건물에는 노멀과 리버스라는 두 가지 스택 효과가 존재할 수 있습니다.일반적인 스택 효과는 실외 환경보다 높은 온도로 유지되는 건물에서 발생합니다.건물 내의 따뜻한 공기는 밀도가 낮고(또는 비량이 높으며) 부력이 더 큽니다.그 결과 층간 관통부를 통해 낮은 층에서 높은 층으로 상승합니다.이는 건물의 중성축 아래 바닥에는 순 음압이 있는 반면 중성축 위 바닥에는 순 양압이 있는 상황을 나타냅니다.저층의 순 부압은 외부 공기가 역류 댐퍼 없이 문, 창문 또는 덕트를 통해 건물로 침투하도록 유도할 수 있습니다.따뜻한 공기가 중성축 위의 바닥을 통해 건물 외피를 배출하려고 시도합니다.

기계식 냉동 장비는 여름철 동안 합리적이고 잠복적인 냉각 기능을 제공합니다.이를 통해 실외 주변 공기에 비해 건물 내 공기의 건구 온도를 낮출 수 있습니다.또한 건물 내에 포함된 공기의 특정 부피를 감소시켜 부력을 감소시킵니다.따라서 차가운 공기는 엘리베이터 샤프트, 계단통 및 밀폐되지 않은 유틸리티 관통부(즉, 하이드로닉스, 전기 및 급수기)를 통해 건물을 수직으로 내려갑니다.조절된 공기가 중립축 아래 바닥까지 도달하면 댐퍼, 커튼월 등의 밀봉되지 않은 개구부를 통해 건물 외피를 배출합니다.중성축 아래 바닥의 배출 공기는 밀폐되지 않은 개구부를 통해 건물 외피로 외부 공기가 침투하도록 유도합니다.

연도 가스 스택 및 굴뚝의 스택 효과

굴뚝의 스택 효과: 게이지는 절대 공기압을 나타내며 공기 흐름은 옅은 회색 화살표로 표시됩니다.게이지 다이얼은 [dubious – discuss]압력이 증가함에 따라 시계 방향으로 움직입니다.

산업용 연도 가스 스택의 스택 효과는 외부 공기와 온도 차이가 큰 고온 연도 가스를 수반한다는 점을 제외하면 건물의 스택 효과와 유사합니다.또한 산업용 연도 가스 스택은 일반적으로 연도 가스의 길이를 따라 거의 방해물을 제공하지 않으며, 실제로는 스택 효과를 향상시켜 팬 에너지 요건을 줄이도록 최적화되어 있습니다.

외부 공기와 연도 가스의 온도 차이가 크면 난로를 사용하는 건물의 굴뚝에 강한 스택 효과가 발생할 수 있습니다.

대형 팬이 개발되기 전에 광산에서는 스택 효과를 사용하여 환기를 했습니다.아래쪽 갱도가 광산으로 공기를 들여보냈다.상층 갱도 기슭에는 아궁이가 계속 타오르고 있었다.갱도(일반적으로 수백 야드 깊이의 갱도)는 굴뚝처럼 작용했고, 공기가 갱도를 통해 상승하여 내려온 스택과 광산 주변으로 신선한 공기를 끌어들였다.

스택 효과의 원인

외기와 내기의 온도차에 의해 건물 내기와 외기의 압력차가 발생합니다.이 압력차(δP)는 스택 효과의 원동력이며,[7][8] 다음 방정식을 사용하여 계산할 수 있습니다.이 방정식은 건물 내부와 외부에 공기가 있는 건물에만 적용됩니다.1층 또는 2층 건물의 경우 h는 건물의 높이입니다.다층 고층 건물의 경우, h는 건물의 중립 압력 수준(NPL)에서 개구부로부터 맨 위 또는 맨 아래 개구부까지의 거리이다.참고[7] 자료에서는 NPL이 고층 건물에서 스택 효과에 어떻게 영향을 미치는지 설명합니다.

공기가 외부에 있고 연소 연도 가스가 내부에 있는 연도 가스 스택 및 굴뚝의 경우 방정식은 근사치만 제공하며 h는 연도 가스 스택 또는 굴뚝의 높이입니다.

SI 단위:
여기서:
δP = 사용 가능한 압력 차이(Pa 단위)
C = 0.0342(K/m 단위)
a = 대기압(Pa 단위)
h = 높이 또는 거리(m)
To. = 절대 외부 온도(K)
Ti. = 절대 내부 온도(K)
미국 관습 단위:
여기서:
δP = 사용 가능한 압력 차이(psi)
C = 0.0188(°R/ft 단위)
a = 대기압(psi 단위)
h = 높이 또는 거리(피트)
To. = 절대 외부 온도(°R)
Ti. = 절대 내부 온도(°R)

유도 흐름

스택 효과에 의해 유도되는 드래프트(영국 영어의 드래프트) 유속은 아래의 [9][10]방정식으로 계산할 수 있습니다.이 방정식은 건물 내부와 외부에 모두 공기가 있는 건물에만 적용됩니다.1층 또는 2층 건물의 경우, h는 건물의 높이이고 A는 개구부의 흐름 영역입니다.다층 고층 건물의 경우, A는 개구부의 흐름 영역이며, h는 건물의 중립 압력 수준(NPL)에서 개구부에서 최상단 또는 최하단 개구부까지의 거리입니다.참고[7] 자료에서는 NPL이 고층 건물에서 스택 효과에 어떻게 영향을 미치는지 설명합니다.

공기가 외부에 있고 연소 연도 가스가 내부에 있는 연도 가스 스택 또는 굴뚝의 경우 방정식은 근사치만 제공합니다.또한 A는 단면류 면적이고 h는 연도 가스 스택 또는 굴뚝의 높이이다.

SI 단위:
여기서:
Q = 스택 효과 드래프트(영국 영어로 드래프트) 유량3(m/s)
A = 유량 면적2, m
C = 배출 계수(보통 0.65 ~ 0.70)
g = 중력 가속도, 9.81 m2/s
h = 높이 또는 거리(m)
Ti. = 평균 내부온도, K
To. = 외기온도, K
미국 관습 단위:
여기서:
Q = 스택 효과 드래프트 유량3(ft/s)
A = 영역2, 피트
C = 배출 계수(보통 0.65 ~ 0.70)
g = 중력 가속도, 32.17ft2/s
h = 높이 또는 거리(ft)
Ti. = 평균 내부 온도(°R)
To. = 외기 온도(°R)

이 방정식은 드래프트 흐름에 대한 저항이 방전 계수 C로 특징지어지는 오리피스를 통과하는 흐름의 저항과 유사하다고 가정합니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ http://www.mdpi.com/2071-1050/9/10/1731/pdf 초고층 오피스 빌딩의 스택 효과 문제 해결 방법=2017년 9월 접근일=2017-08-01 정연유, 송규동, 조동우
  2. ^ NIST Technical Note 1618, Daniel Madrzykowski 및 Stephen Kerber, 국립표준기술연구소
  3. ^ "Smoke Simulation: Heat and Smoke Extraction for Building Design". SimScale. 2019-04-23. Retrieved 2019-07-04.
  4. ^ "Grenfell Tower final death toll: police say 71 lives lost as result of fire". The Guardian. 16 November 2017. Retrieved 16 November 2017.
  5. ^ "Met Police Statement. Update: Grenfell Tower fire investigation". MPS. MPS. 6 July 2017. Retrieved 6 July 2017.
  6. ^ Griffin, Andrew (14 June 2017). "The fatal mistake made in the Grenfell Tower fire". The Independent. Archived from the original on 14 June 2017. Retrieved 16 June 2017.
  7. ^ a b c Magyar, Zoltán. "Natural Ventilation Lecture 2" (PDF). Archived from the original (PDF) on 12 February 2020. Retrieved 12 February 2020.
  8. ^ "Educational Package Ventilation - Lecture 3 : Mechanical (forced) ventilation" (PDF). www.energiazero.org. IDES_EDU / Intelligent Energy Europe. 28 October 2011. Retrieved 4 October 2019.
  9. ^ Andy Walker (2 August 2016). "Natural Ventilation". WBDG - Whole Building Design Guide. National Institute of Building Sciences. Retrieved 1 April 2020.
  10. ^ Steve Irving; Brian Ford; David Etheridge (2010). AM10 Natural ventilation in non-domestic buildings. CIBSE. ISBN 9781903287569.

외부 링크