교차환기

교차환기는 공기압이 낮은 건물 반대편의 개구부를 통해 직접 흘러 나오는 바람, 신선한 공기 또는 미풍(이름의 창)과 관련이 있으며, 이 개구부는 시원한 공기의 흐름을 생성하여 노출된 곳에서 실내를 가로지르는 공기 흐름을 생성한다.보호 구역으로 가는 지역방의 반대쪽에 위치한 창문이나 환풍구는 수동적인 바람으로 구조물을 통과하는 통로를 허용하는데, 이것은 공기를 순환시키고 수동적인 냉각을 제공한다.^[1]

교차 통풍은 바람을 일으키는 효과로, 가장 효과적인 바람 통풍 방법일 뿐만 아니라 에너지를 필요로 하지 않는다.실내 환경에서 오염물질과 열을 제거하기 위해 흔히 사용되는 기법인 교차 환기는 에어컨의 필요성도 감소시키거나 아예 없앨 수 있으며 실내 공기질을 개선할 수 있다.효과에 사용되는 다른 용어로는 교차 브리즈, 자연 교차 환기, 교차 대차, 스루 대차, 풍력 구동 환기, 풍력 효과 환기 및 교차 흐름 환기 등이 있다.^[2]

과정

이러한 현상은 환경(차량 포함)이나 건물(주택, 공장, 헛간 등)의 개구부를 반대편 또는 인접 벽면에 설치하여 공기가 출입할 수 있게 하여 실내 환경을 가로지르는 공기 흐름을 만들 때 발생한다.기득권층의 반대쪽에도 압력차가 있다.그 효과는 대부분 바람에 의해 추진되는데, 그 바람에 의해 고압의 바람이 불어오는 부분에서는 건물 안으로 공기가 빨려들어와 (개구간 압력차 때문에) 설치물의 저압의 역풍 쪽으로 밀려난다.건물에 대한 바람의 영향은 건물의 바람 부위는 양의 압력, 바람 부위는 음의 압력을 갖는 지역을 만든다.그러므로 건물 형태와 국지적인 바람 패턴은 그 개구부를 통해 기류를 가하는 풍압을 만드는 데 매우 중요하다.^[3][4]

건물 양쪽의 창문을 열면 바람을 마주보는 쪽의 과압, 또는 인접한 보호되는 쪽의 저기압은 덮개가 없는 쪽에서 보호되는 쪽을 향해 방을 통과하는 공기 흐름을 만든다.건물 내 양쪽에 창문이 있는 경우 방폭이 바닥에서 천장까지의 최대 5배까지 되는 곳에 교차환기가 적합하다.개구부가 한 면일 경우, 바닥에서 천장까지의 폭의 2.5배 정도 되는 구조물에 바람으로 인한 환기가 더 적합하다.^[5]

요인들

교차 환기는 설정의 조임성, 바람 방향, 그리고 얼마나 많은 바람의 이용 가능 여부, 굴뚝, 환기구 및 가정 내의 다른 개구부를 통한 그것의 잠재적 이동과 같은 많은 요인에 의존한다.크로스 브리지 개선을 위해 케이스먼트 윈도우를 설치할 수 있다.공기질은 또한 교차 환기에도 영향을 미칠 수 있다.비록 교차 통풍이 스택 통풍보다 그것의 일에 더 직접적으로 영향을 미치지만, 그것의 반대는 그것이 가장 필요한, 여전히 더운 날에 비생산적인 효과를 포함한다.더욱이 교차 환기는 일반적으로 좁은 건물에만 적합하다.공간에 의해 주문된 개구부(벽, 실, 패널 또는 가구)의 대조적인 높이도 즉시 환기 수준과 속도에 영향을 미친다.^[1]

효과성

교차환기는 온도가 더 높은 기후에서 잘 작동하는데, 이 시스템은 건물 내부의 공기를 지속적으로 변화시켜 상쾌하게 하고 구조물 내부의 온도를 낮출 수 있으며, 또한 건물의 바람쪽 창문이 바람쪽 창문만큼 열리지 않을 때도 잘 작동한다.창문이 12m 이상 떨어져 있고 정기적으로 닫히는 문 뒤에 창문이 있으면 교차 환기가 효과적이지 않다.^[6]

만연한 바람을 마주하고 건물 반대편에 있는 다른 창문과 결합한 열린 창문은 신선한 공기를 위한 자연 환기를 제공할 것이다.적절하고 효과적인 교차 환기는 실내의 열을 제거하고 실내 공기 온도를 실외 공기 온도보다 약 1.5°(2.7F°) 낮게 유지시켜 건물 내부에 신선한 공기가 지속적으로 유입되고 유출되는 것을 보장한다.^[7]

차양 창문은 창문 외에 브레이스 밑창, 문, 루버 또는 환기 그릴과 덕트도 효과적인 환기 개구부로 작동할 수 있다.실내에서 공기와 열 교환 모두 건물 외부의 풍압에 크게 의존하기 때문에 건물 구조물을 둘러싼 바람은 실내의 공기 질과 온열 쾌적성을 평가할 때 중요하다.최적의 공기 흐름을 위해 점유된 공간의 바람 방향 창문은 바람 방향 측면의 창문만큼 열리지 않아야 한다.^[8]바람으로 인한 환기의 단점으로는 변덕스러운 풍속과 방향(강력한 불쾌지수가 생길 수 있음), 실내 공기질을 해칠 수 있는 외부로부터의 오염된 공기가 있다.^[9]

종류들

교차 환기에는 네 가지 유형이 있다.^[10]

• 단측 환기:이 방법은 점유 공간 내에서 서로 다른 개구부 사이의 압력 대비에 따라 달라진다.단일 개구부만 있는 방의 경우, 환기는 난류에 의해 촉진되어, 그 외 개구부에 펌핑 활동을 일으켜 작은 유입과 유출을 유발한다.단면환기는 효과가 약하다는 점에 주목할 필요가 있다.교차 환기가 불가능할 경우, 공간 반대편의 창이나 환풍구를 사용하여 공기압을 제어하는 것이 바람직하다.
• 교차 환기(단일 공간):이러한 유형의 환기는 세련되지 못하고 효율적이기 때문에 점유된 실내 환경의 바람 방향과 바람 방향 사이의 압력 차이에 의해 구동되는 수평 공정이다.이곳의 환기는 일반적으로 압력 변화가 공기를 안팎으로 끌어들이는 건물의 양쪽에 있는 창문과 환풍구를 사용하여 제공된다.
• 교차 환기(이중 뱅크 공간):이 방법은 둑이 있는 방을 포함하여 복도 구조의 개구부를 특징으로 한다.그 개구부는 공간 사이에서 소음이 이동할 수 있는 길을 열어준다.단면환기에 비해 훨씬 높은 공기환율을 제공할 수 있다.
• 스택 환기:이 환기는 수직 공정으로 중앙 아트리움이 있는 높은 빌딩에 유리하다.그것은 더 낮은 레벨에서 더 차가운 공기를 끌어들이는데, 그 후에 더 높은 레벨에서 환기되기 전에 열 노출로 인해 공기가 상승한다.따뜻한 공기가 상승하면 밀도가 떨어지고 차가운 공기가 이를 대체하는 공기의 온도 구획화 및 관련 압력 품질의 이점이 있다.

방정식

2개의 개구부가 있는 단순 부피의 경우 다음과 같은 방정식을 사용하여 교차 풍속도를 계산할 수 있다.^[11]

${\displaystyle Q=U_{\textrm {wind}}{\sqrt {\frac {C_{\textrm {p1}}-C_{\textrm {p2}}}{1/\left(A_{\textrm {1}}^{2}C_{\textrm {1}}^{2}\right)+1/\left(A_{\textrm {2}}^{2}C_{\textrm {2}}^{2}\right)}}}\qquad {}\left(1\right)}$

여기서 $U{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {\text{바람}}_{}}$ ${\$은(는) 원거리 풍속이며, $C{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {\text{p1}}_{}}$ ${\$}은$($는) 상류 개방 위치에서 정의된 건물의 국부 압력 드래그 계수$$, C ${\displaystyle {\text{p2}}_{}}$ ${\$}은 빌디에 대한 국부압 드래그 계수다$$.ng, 다운스트림 오프닝의 위치에서 정의됨. $A{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle 1_{}}$ ${\$은 업스트림 오프닝의 단면 $영역$이며, ${\displaystyle A_{}}$2 {\$displaystyle$A_{\$textrm$${$$1$}은 다운스트림 오프닝의 단면 영역이며$$, $C{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle 1_{}}$ ${\$}은$uffectrum$의 방전 계수임$$pstream open; 및 $C{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle 2_{}}$ ${\$는 다운스트림 openation의 방전 계수다.

단일 개구부가 있는 객실의 경우 양방향 흐름과 강한 난류 효과로 교차 환기보다 환기율 계산이 더 복잡하다.단측 환기용 환기율은 평균 흐름, 맥동 흐름 및 에이드 침투에 대해 서로 다른 모델을 조합하여 정확하게 예측할 수 있다.^[12]단측 환기의 평균 유량은 다음과 같이 결정된다.

${\displaystyle {\bar {Q}}={\frac {C_{d}\;l\;{\sqrt {Cp}}\;\int \limits _{z_{0}}^{h}{\sqrt {-{\frac {2\;\Delta \;P(z)}{\rho }}}}\,\mathrm {d} z}{z_{ref}^{1/7}}}\;{\bar {U}}}$

, where

l = 창 너비;

h = 창의 상단 가장자리 고도;

z₀ = 신경 수준 상승(내부 및 외부 압력 균형)

z_ref = 풍속이 측정되는 기준 고도(10m)

$'{\$ = 기준 고도에서의 평균 풍속.

등식 (1)에서 관찰한 바와 같이, 공기 교환은 건축 프로젝트가 건설될 도시 지역의 풍속에 선형적으로 의존한다.CFD(Computational Fluid Dynamics) 도구와 영역 모델링은 자연 환기 건물을 설계하는 데 주로 사용된다.윈드캐쳐는 구조물 안과 밖으로 공기를 유도하여 바람으로 인한 환기를 도울 수 있다.

참고 항목

• 윈드캐처
• 패시브 냉각
• 패시브 환기
• 실내공기질
• 실내 공기 분배
• 열쾌적성
• 스택 효과

참조