바닥 복사난방이 적용된 사무소 공간에서의 downdraft 평가

Abstract

최근 바닥 복사난방의 열쾌적 측면의 이점이 부각되면서 국내 뿐 아니라 국외에서의 적용이 늘어나고 있다. 우리나라에서 복사난방은 주로 주거건물에 적용되어 왔으나 최근 오피스 건물이나 상업 건물에서의 적용이 이루어지고 있는데 이러한 건물들은 건물의 외피에서 창문이 차지하는 비율이 높아 바닥 복사난방 적용 시 외부환경에 의해 발생할 수 있는 불쾌적에 대한 고려가 필요하다. 특히 겨울철에 차가운 창문으로 인해 차가운 공기의 하강 흐름이 발생해 인체에 불쾌감을 주는 현상인 downdraft의 억제가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 downdraft의 개념을 정립하고 발생 원리를 분석하였으며 이를 고려하여 바닥 복사난방이 downdraft를 억제하는 원리에 대한 분석을 수행하였다. 이를 통해 바닥 복사난방 적용 시 참고가 될 수 있는 계획 지침을 제시하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다. (1) Downdraft의 발생 원리를 분석하여 바닥 복사난방의 downdraft 억제를 위한 원리를 도출하였다. Downdraft에 영향을 주는 창문의 인자는 창문의 수직 높이 및 열관류율 조건으로 차가운 기류의 하강 속도에 영향을 주며 바닥 복사난방 적용 시 downdraft에 억제에 영향을 미치는 인자는 바닥 복사난방의 발열면적 및 표면온도 조건으로, 자연대류의 원리를 이용해 차가운 기류에 열을 전달하여 공기의 온도를 상승시키며 따뜻한 기류로 인한 상승 흐름을 형성하여 차가운 기류가 바닥면을 타고 재실 영역으로 흘러들어오는 것을 억제한다. (2) Downdraft 억제를 위해서는 차가운 공기에 열을 신속하게 공급해주어야 하므로 바닥 복사난방의 표면온도를 높게 적용할수록 유리하다. 바닥 복사난방의 표면온도를 높게 적용할 경우, 실내의 열쾌적을 위해 실내에 요구되는 발열량에 맞추어 발열면적을 창문 근처에 좁게 적용해야 한다. 그러나 바닥 복사난방의 표면온도가 너무 높아질 경우 차가운 기류와의 온도차가 커짐에 따라 바닥 위에서 기류의 이동 속도가 빠르게 형성되며, 차가운 공기가 하강하여 밀도가 낮아진 창문 근처의 공간으로 상승 기류의 유인이 발생함에 따라 하강 기류의 속도를 증가시킬 수 있다. 따라서 바닥 복사난방의 표면온도가 너무 높을 경우에는 오히려 downdraft가 심화될 수 있으므로 바닥 복사난방 적용 시 적정 발열 면적 및 표면온도의 확보가 필요하다. (3) 창문의 열관류율을 낮추어 적용할 경우 창문 근처에 형성되는 차가운 공기의 온도가 높아지고, 창문을 타고 흐르는 차가운 기류의 하강 속도가 감소하게 된다. 실내의 공기 온도 분포와 기류 속도 분포가 달라짐에 따라 바닥 복사난방 적용 시 downdraft 억제를 위해 필요한 발열 면적 및 표면온도가 달라지는 것으로 나타났다. 따라서 바닥 복사난방 적용 시 창문의 열관류율 조건에 대한 고려가 필요하다. (4) 창문의 수직 높이가 복층 높이 정도로 높은 경우에는 차가운 기류의 하강 속도가 증가함에 따라 바닥 복사난방의 적용에도 불구하고 downdraft의 억제가 어려운 것으로 나타났다. 그러나 창문의 열관류율 조건을 향상시킬 경우에는 차가운 기류의 하강 속도가 줄어들게 되며 창문 근처의 공기의 온도가 상승함에 따라 바닥 복사난방의 발열을 통해 downdraft를 억제할 수 있는 것으로 판단되었다.