CFD 전산유체역학 기반 공기 흐름 예측 · 실내외 기류·환기 성능 분석 · 대기오염 확산 경로 파악
1. 개요
기류분석은 공기(바람)의 흐름과 이동 경로를 파악하는 작업으로, 주로 전산유체역학(CFD) 시뮬레이션을 통해 이루어집니다. 목적에 따라 건축물의 바람길 분석, 실내 환기 및 공조 성능 검토, 대기오염물질 확산 예측 등으로 나뉩니다.
CFD 시뮬레이션은 나비에-스토크스(Navier-Stokes) 방정식을 수치 해석하여 공간 내 공기의 속도·압력·온도 분포를 3차원으로 예측합니다. 설계 단계에서 적용하면 실제 시공 전에 문제점을 발견하고 최적 해결안을 도출할 수 있습니다.
2. 주요 분석 분야
① 건축 및 도시 풍환경
- 고층 건물 주변 빌딩풍 예측: 강한 하강 기류 발생 구간 및 보행 위험 지점 분석
- 단지 배치 및 바람길 확보: 공동주택 단지 내 기류 통로 계획, 자연 환기 최적 동 배치 검토
- 실내 자연 환기·통풍: 개구부 위치·크기에 따른 실내 공기 흐름 및 환기 성능 시뮬레이션
② 설비 및 산업 공조
- 챔버·기계 장치 내부 공기 순환: 반도체 클린룸, 산업 챔버 내 기류 균일도 분석
- 유동 정체 구간 파악: 냉각·환기 불량 구역(Dead Zone) 및 와류(소용돌이) 발생 위치 탐색
- 덕트·배관 유동 해석: 공조 덕트 내 압력 손실, 풍량 배분 균형 검토
③ 기상 및 대기환경
- 미세먼지·대기오염 물질 이동 경로: 굴뚝·도로 등 오염원에서 발생한 물질의 확산 방향과 농도 분포 예측
- 대기 정체 및 확산 조건 분석: 안정·불안정 대기 조건에 따른 오염 물질 체류 시간 및 영향 범위 산정
3. 주요 산출 결과
산출 항목
내용
활용
풍속·기류 분포도
공간 내 각 위치의 풍속 크기 및 방향 분포 컬러맵
보행 안전·환기 성능 평가
유선·벡터 도
공기 이동 경로의 3차원 시각화
바람길 통로 확인
압력 분포도
건물 표면 및 공간 내 정압·동압 분포
외장재 설계·환기 계획
온도·농도 분포
열 전달 및 오염 물질 농도의 공간 분포
열섬·대기오염 저감 계획
환기 횟수(ACH)
단위 시간당 실내 공기 교환 횟수 산출
실내 공기질 기준 충족 여부 평가
4. 주요 CFD 소프트웨어
소프트웨어
특징
주요 적용 분야
ANSYS Fluent / CFX
산업용 고정밀 CFD 해석, 다양한 난류 모델 지원
산업 설비, 건축 풍환경, 공조
OpenFOAM
오픈소스 CFD 플랫폼, 도시 규모 기류 해석 가능
도시 바람길, 대기환경
Star-CCM+
복잡 형상 자동 격자, 열유동 동시 해석 탁월
건물 외피, 차량 공조
DesignBuilder CFD
건물 에너지와 연계한 실내 기류·열환경 분석
실내 환기, HVAC 연계
Autodesk CFD
BIM(Revit) 연동, 건축 설계 단계 기류 검토 용이
건축 설계 검토, 자연 환기
5. 분야별 활용
1) 건축물 인허가 바람길 분석: 공동주택 단지 배치계획 인허가 시 기류 성능 제출 자료
2) 실내 환기 시뮬레이션: 창호·환기구 위치 최적화, 코로나 등 감염병 확산 방지 환기 계획
3) 산업 장비 내부 유동 해석: 반도체·디스플레이 챔버, 냉각 시스템 기류 균일도 향상
4) 환경영향평가: 굴뚝·냄새 오염원 주변 확산 경로 및 영향 반경 산정
5) 학교·병원 공기질 분석: 실내 CO₂·PM2.5 농도 분포 및 환기 성능 평가
6) 지하공간 환기: 지하 주차장·지하철 역사 내 오염 가스 및 화재 연기 확산 분석
6. 분석 절차
대상 공간 형상 모델링
→
격자(Mesh) 생성
→
경계조건 설정
→
CFD 계산 수행
→
기류·온도 결과 분석
→
개선안 보고서
* 분석 요청 시 필요 자료: 건물 또는 공간 도면(평·단면), 용도·재실 인원, 개구부 위치·크기, 공조·환기 설비 사양, 분석 목적(인허가·환기성능·오염확산 등)
