건축물에 트롬월 시스템의 적용시 스텝(S)의 변화에 따라 실내에 미치는 온도와 기 류분포를 확인하였다. 실제 사람의 거주 영역인 바닥에서 1.2m 높이의 실내 평균온도 분포를 확인한 결과 최적의 스텝(S) 값은 30cm 였을 때 13.47℃로 가장 높은 값을 가 졌다.
이는 중공층내 공기층의 단열효과로 상부 개구부를 통과하는 공기의 온도가 상승되 어 상대적으로 낮은 공기가 분포한 하부 개구부 사이와의 열 유속이 높아져, 창으로 통한 열 손실이 감소하고 실내로 유입되는 공기의 온도 편차가 적었기 때문으로 판단 된다.
이러한 경향은 스텝의 값이 작으면 유속이 필요이상으로 증가하여 효과가 좋지 않 고, 스텝의 값이 어느 한계 이상 커지게 되면 개구부 사이가 근접하게 되므로 대류에 의한 열 이동이 미비하여 효과가 좋지 않다는 것을 확인할 수 있었다.
개구부를 통과하는 평균 유속을 나타내는 그래프에서도 알 수 있듯 스텝(S) 값이 작 을수록 트롬월 벽면을 흐르는 공기가 부력으로 인해 질량 유속이 높아 대류가 활발히 일어나는 반면, 스텝(S) 값이 커질수록 공기의 순환거리가 가까워짐으로 부력으로 인 한 유속이 낮아짐을 확인 할 수 있었다.
중공층 간격에 따른 CFD 해석에서도 중공층(W) 값이 20cm 였을 때 13.87℃로 가장 높은 온도분포를 나타내고 40cm이었을 땐 13.48℃로 확인하였다. 또한 중공층 간격이 좁아지므로 부력에 의한 대류 속도는 상대적으로 낮아지고 중공층이 40cm이었을 때는 보다 상대적으로 높게 나타났다.
제4장 축소모형실험
4.1 축소모형실험의 개요
4.1.1 축소모형실험의 목적
건축물의 실제 주변 기후, 온도, 습도 및 기타 환경변화 등 비정상(Unsteady) 자연 상태의 조건에서 정상상태로 해석된 CFD의 값을 신뢰하기엔 다소 무리가 있으므로 CFD 해석의 신뢰도를 검증하기 위해 이와 같은 실험을 하였다.
5m×4m×3m라는 해석 대상 모델을 실제로 축조하기엔 많은 자금과 제약이 따르므로 1/10의 스케일로 축소하여 50cm×40cm×30cm로 축소모형을 제작하고 실험하도록 한다.
CFD를 이용하여 건축물에 적용한 트롬월 시스템의 설계적 변수에 따른 해석을 통해 가장 효율이 좋았던 Case로 실험모형을 만들고 트롬월을 적용하였을 경우와 적용하지 않았을 경우, 이 두 경우를 비교하여 트롬월 시스템 적용의 효율성 검증과 건축적 적 용에 대한 검토를 한다.
4.1.2 축소모형실험체의 구조
길이 50cm, 폭 40cm, 높이 30cm의 직육면체로 된 실험체이며 순수 축열만을 위해 철 근을 배근하지 않은 일반 콘크리트이다.
CFD해석과 같이 침기가 없는 기밀한 상태로 만들기 위하여 실리콘을 이용해 상세히 마감을 하였으며 중공층 간격은 50cm이고, 개구부 면적은 2cm2(2cm×1cm)로 상, 하부 에 각각 두 개씩 구성 되어있다.
다음 [사진 4.1] ~ [사진 4.3]은 축소모형 양생과 탈형 된 사진이다.
[사진 4.1] 제작중인 축소모형실험의 윗면 벽(왼쪽)과 아랫면 벽(오른쪽)
[사진 4.2] 완성된 축열벽(왼쪽)과 옆면 벽(오른쪽)
[사진 4.3] 완성된 윗면 벽(왼쪽)과 뒷면 벽(오른쪽)
4.1.3 축소모형실험체의 제작
다음 [사진 4.4]와 같은 순으로 실험체 제작이 진행되었다.
(a) 타설 및 양생 (b) 탈형 및 가공 (c) 조립
(d) 측정위치 선정 (e) 축열벽 조립 (f) 측정위치에 센서부착
(g) 기타 벽체 조립 (h) 축열벽에 센서부착 (i) 유리부착 및 완성
[사진 4.4] 전체적인 실험체 제작 순서