최근 MERS와 같은 질병에 대한 이슈, 하이테크 연구시설과 같이 건물 내 공기유동에 민감한 건물들이 급격히 증가하면서 기존의 방식보다 세밀하고 좀 더 디테일 한 건물 내 공기유동에 대한 해석 방법에 대한 필요성이 커지게 되었다.
기존의 많은 연구나 설계 단계에서의 프로젝트들에서는 연돌효과에 대한 학문적인 연구를 위해서, 실측치와의 Validation을 위해서 또는 짧은 시간에 간단하게 검토하기 위해서 실내외 온도차에 의한 연돌효과만을 고려하여 건물 내 공기유동 해석을 진행하였다.
하지만 앞서 언급한 최근의 이슈들을 만족하는 건물 내 공기유동 해석을 위해서는 건물 내 공기유동을 일으키는 인자들에 대해 분석하고 보다 실제 도시조건에 가까운 해석방법을 제안할 필요가 있다.
따라서 본 연구에서는 외부바람과 건물 내 공기 유동 특성에 대해 분석하고, 고층 주거건물의 설계 시 외부바람을 고려하여 건물 내 공기유동을 해석할 수 있는 최적의 방안을 제시하고자 한다. 본 연구의 결론은 다음과 같다.

1. 본 논문에서 검토한 결과, 기존 연돌효과에 의한 건물 내 공기유동 해석에서 일반 적으로 많이 채용하고 있는 외부바람의 영향을 고려하지 않는 기본케이스 대비 CONTAMW에서 제시하는 풍압을 고려하는 ASHRAE 방법, 그리고 CFD를 통해 대상건물의 풍압을 상세히 해석하여 CONTAMW의 설정 조건으로 공기유동을 해석하는 방법은 그 결과 상에 많은 차이가 있었다.


2. 기본 케이스와 비교하여 외부 풍압을 고려하는 경우에는 대상 건물의 바람이 불어오는 풍상측면에서 유입 풍량이 저층부, 중층부에서 증가하는 결과를 고층부에서는 감소하는 결과를 보였다. 이것은 풍압의 영향으로 저층부, 중층부에서는 외피에 작용하는 압력차가 증가하는 반면 고층부에서는 감소하는 결과에 기인한 것이다. 반대로 바람이 불어나가는 풍하측에서는 저층부, 중층부에서 유입 풍량이 감소하나 고층부에서는 증가하는 결과를 보였다.


3. 외부바람의 영향을 고려하는 방법 중에 쉘터링 효과를 고려할 수 있는 방법에는 Cp Calculator 와 CFD 시뮬레이션을 통해 고려하는 방법이 있다. Cp Calculator의 경우에는 주변건물의 높이를 설정하여 SHELTERING EFFECT를 고려할 수 있지만, 주변 건물이 모두 동일한 높이일 경우에만 해석이 가능하고 주변건물과 대상건물간의 거리를 설정할 수 없다는 단점이 있다. 반면, CFD를 활용하여 쉘터링 효과를 고려하는 경우에는 주변건물의 형태, 높이에 상관없이 해석이 가능하고 정확한 주변 건물들과의 거리를 설정하여 디테일 한 해석을 할 수 있는 장점이 있다.


4. 대상건물의 1/3 높이의 주변건물이 있는 경우의 결과를 보면, CFD를 이용하여 해석한 경우 주변건물에 의한 쉘터링 효과가 작용하는 10층 아래 부분에서는 NW 면에서 음압이 작용하고 주변건물에 의한 쉘터링 효과가 작용하지 않는 10층 윗부분에서는 대체적으로 고층부로 갈수록 많은 풍압이 작용하게 되는 것을 볼 수 있다. 하지만 Cp Calculator를 이용하여 해석한 경우에는 건물의 2/3 지점에서 음압이 작용하게 되는 것을 볼 수 있는데, 이러한 현상은 Cp Calculator의 정확한 주변건물과 대상 건물의 거리를 설정하지 못하는 단점 때문에 CFD를 이용한 경우보다 더 멀게 설정되어 1/3 높이의 주변건물을 통해 변형된 바람이 대상 건물의 표면에서 상승기류를 형성하면서 음압을 나타내는 것으로 볼 수 있다.


5. TARGET 건물의 2/3 높이의 주변건물이 있는 경우의 결과를 보면, 대체적으로 비슷한 경향의 결과를 나타내고 있는데 이는 주변건물에 의한 쉘터링 효과가 고려되었기 때문이고, 주변건물의 높이가 높아 1/3 높이의 주변건물을 고려하였을 때처럼 주변건물과의 거리에 의한 상승기류의 영향을 받지 않았기 때문이라고 할 수 있다.


본 연구를 통해서 건물 내 공기유동에 예민한 건물 설계 시 외부바람에 의한 영향을 고려해야 할 필요성을 인식할 수 있었다.