아파트 지하주차장 벽체결로 발생유무 판단을 위한 해석기법들에 대한 정성적 고찰

Various Numerical Programs for Surface Condensation Analysis - with Basement Garage in APT.

발표자: 강석윤

소 속: 삼성물산 건설부문 빌딩환경연구실

E-mail: sy0214.kang@samsung.com

2013. 12. 6

Contents

1. 개요 및 배경

2. 아파트 지하주차장 표면결로에 대한 CFD 해석

2.1 해석조건

2.2 해석결과

3. 건축물에서의 결로 : 공동주택 중심

3.1 결로유형 및 해석기법

3.2 해석기법들에 대한 정성적 비교

4. 소결

1. 개요 및 배경

지하주차장 결로!!!!!

1. 개요 및 배경

□ 공동주택 지하공간의 결로방지 기술 개발

- 결로발생 원인규명을 위한 하절기 지하공간 장기 실측

- 주동코어/주차공간 결로 방지를 위한 환기 기술 개발

- 지하 골조부위 결로방지 기술 개발

바닥 : 배수판 / 단열재 / 지하수 유입 차단 … 벽체 : 공간벽 / 환기그릴 / 외단열 / 유도배수 … 설비 : 제습기 / 환기팬 … 설계 : 기류 정체구역 최소화 …

실험 : 자재 특성 분석 / 장기 실측 / 목업 … 해석 : 전열 / 투습 / 기류 … 조사 : 공동주택 타입 / 지역 / 지하수위 …

2. 아파트 지하주차장 표면결로에 대한 CFD 해석 2.1 해석조건

□ 선행 연구내용

- 지하공간의 결로방지를 위한 설계기준 및 기법에 관한 연구 (2002, 정한성 외 3인, 성균관대학교 건축공학과)

: 환기횟수를 고려한 3종류의 벽체/바닥의 연중 결로발생 기간 계산

- 공동주택 지하주차장의 벽체 표면결로방지를 위한 적정 공법 선정에 관한 연구 (2007, 오길환 외 2인, 현대산업개발)

: 4가지 벽체에 대한 결로 판정(실험)

- 공동주택 지하 공간의 표면 결로 발생 현황에 관한 연구 (2010, 이헌정 외 2인, 대림산업)

: 현황조사 및 대안 수립

- 건축물의 지하공간을 위한 단열재의 특성 분석 및 설계 기준 수립 (2013, 황민규 외 2인, 삼성물산 건설부문 외)

…

2. 아파트 지하주차장 표면결로에 대한 CFD 해석 2.1 해석조건

□ 형상 및 치수

10 m 4.1 m

9.2 m

3.5 m

3.05 m

400 mm

200 m

m

2. 아파트 지하주차장 표면결로에 대한 CFD 해석 2.1 해석조건

□ 환기구 Porous 처리

475,000 Cells

2. 아파트 지하주차장 표면결로에 대한 CFD 해석 2.1 해석조건

□ 격자 및 해석모델

• Using software : STAR-CCM+ 8.02

• Using Grid : Polyhedral mesh (135,000 Cells)

• Flow model : Segregated Flow with gravity model

1) Gas (only air)

2) Multi Component Gas for Air + H2O

3) Multi Component Gas + Multiphase

Interaction with Fluid Film

• Turbulence model : Realizable K-E model

• Energy model : Segregated Fluid Temperature

2. 아파트 지하주차장 표면결로에 대한 CFD 해석 2.1 해석조건

□ 서울의 지중온도

: 불역층은 지하 10m이하에서 온도 13[℃]로 일정

불역층깊이: 지하10m 이하

불역층온도: 13[℃]

1) Gas (only Air) 2) Multi Component Gas for Air + H2O

벽체온도

결로 발생 부위

결로 면적

조건 DPT 24.2℃ 이하 RH 100% 이상

B1F 벽 0.069 m2 0.065 m2

B2F 벽 2.40 m2 2.34 m2

2. 아파트 지하주차장 표면결로에 대한 CFD 해석 2.2 해석결과

□ 결로발생

2. 아파트 지하주차장 표면결로에 대한 CFD 해석 2.2 해석결과

□ 습도 증가시 결로발생 (w/ Fluid Film)

28 ℃ , 50% (DPT = 16.6 ℃) 28 ℃ , 80% (DPT = 24.2 ℃)

3. 건축물에서의 결로 3.1 결로유형 및 해석기법

표면결로

부위 열교부위, 발코니, 창호, 지하공간 …

평가

기준

공동주택 결로방지 설계기준 (’14.5월 시행예정)

해석방법

- 열저항법 : 1D - 수치해석 2D : Window/Therm … 3D : Physibel, CFD …

𝑇𝑠 < 𝑇𝑑

𝑇𝐷𝑅 = 𝑇𝑖 − 𝑇𝑠

𝑇𝑖 − 𝑇𝑜

내부결로

부위 공간벽, 섬유질계 단열재(미네랄울/글라스울) …

평가

해석방법 - 수증기압 계산법 : 1D - 수치해석 : WUFI-2D, INSYS CC2D

𝑓 > 𝑓𝑠

3. 건축물에서의 결로 3.1 결로유형 및 해석기법

'

1

''

1

1

'

1'

oi

dRK

oi

dRK

11

11

)ΤΚΑ(Τq οi

)fA(fK'q' oi

□ 정상상태 전열/투습 방정식

전열 :

투습 : 재료의 함수율

%][1000

0 wtw

ww

상대습도[%] 98

3. 건축물에서의 결로 3.1 결로유형 및 해석기법

□ 전열해석 프로그램

• Quick & Easy

• Without Air Flow Solving

• Well Set-Up for BC

• Including Surface Radiation Effects

□ CFD(Star-CCM+)

• Considering Flow Field Influence

• Less Limit for BC & Sources

• Quantity Analysis of Condensation

3. 건축물에서의 결로 3.1 결로유형 및 해석기법

□ 전열/투습해석 프로그램

• Considering Humidity Transfer

□ Therm

3. 건축물에서의 결로 3.2 해석기법들에 대한 정성적 비교

표면: 24.5℃

결로발생

□ Physibel

3. 건축물에서의 결로 3.2 해석기법들에 대한 정성적 비교

결로발생 표면: 24.1℃

□ INSYS CC2D

3. 건축물에서의 결로 3.2 해석기법들에 대한 정성적 비교

표면: 25.3℃

결로발생

결로발생

표면: 94%

결로발생

온도

상대습도

□ Star-CCM+

3. 건축물에서의 결로 3.2 해석기법들에 대한 정성적 비교

표면: 16.8℃ 결로발생

□ 건설분야에서의 표면 열전달률

3. 건축물에서의 결로 3.2 해석기법들에 대한 정성적 비교

𝛼 = 𝛼𝑐 + 𝛼𝑟 실내 : 𝛼𝑖 = 𝛼𝑐 + 𝛼𝑟 = 4.4 + 4.6 = 9 W/m2K 외부 : 𝛼𝑜 = 𝛼𝑐 + 𝛼𝑟 = 17.9 + 5.1 = 23 W/m2K 중공층(밀폐) : α = 𝛼𝑐 + 𝛼𝑟 = 5.9 + 4.6 = 10.5 W/m2K 중공층(반밀폐) : α = 𝛼𝑐 + 𝛼𝑟 = 6.5 + 4.6 = 11.1 W/m2K

- Local Heat Transfer Coefficient B2F Floor: 1.67 W/m2K B2F Wall : 2.86 W/m2K

- Local Heat Transfer Ref. Temp. B2F Floor: 21.5 ℃ B2F Wall : 26.3 ℃

□ Star-CCM+ 해석결과

4. 소결

□ 전열해석 프로그램 활용시

• 공간내 유동특성을 고려한 열전달계수/대표온도 활용

□ CFD 활용시

• 표면온도 차이가 심한 경우 복사모델 적용

• 정량적 결로량 산출시 calculation time 확보

감사합니다.