본 연구에서는 고층건물 압력분포 해석의 핵심 요소인 중성대를 예측하여 설계 단계에서 압력차 및 기류 이동에 의한 문제 발생 여부 검토와 HAVC 시스템 설계에 필요한 압력차 및 공기유동 정보를 마련하기 위하여 다양한 엘리베이터 샤프트 계획을 반영한 중성대 예측 방법을 제안하였다. 이를 위해 겨울철 고층건물에서의 압력분포 실측과 시뮬레이션의 결과를 바탕으로 중성대 위치에 미치는 주요 인자를 파악하였으며, 중성대 예측을 위한 샤프트를 통한 공기유동량 계산 방법을 마련하였다. 이를 바탕으로 외피 계획과 엘리베이터 계획을 반영한 엘리베이터 샤프트 중성대 예측 모델을 개발하였다. 본연구에서의 중성대 예측 모델을 활용하여 사례 건물을 대상으로 압력분포 평가에 적용하여 건축적 특성이 건물의 압력분포에 미치는 영향을 검토하였다.
본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.
1) 엘리베이터 샤프트 중성대 예측을 위한 계산식 도출을 위하여, 건물의 누기 분포와 샤프트 계획에 관한 중성대의 이론적 계산 방법을 고찰하였다. 중성대 위치에 주요 인자로 외피 계획와 샤프트 운행계획이 도출되었으며, 건물에서 누기분포에 영향을 주는 두 인자에 대하여 건물 유형을 분류하여 검토하였다.
2) 실측 및 시뮬레이션의 중성대 위치 분석 결과, 중성대는 건물의 특성에 따라 다양한 위치에 나타나지만 건물의 외피 계획과 엘리베이터 샤프트 계획에 주된 영향을 받는 것으로 판단된다. 외피 계획과 샤프트 계획을 중성대 예측을 위한 인자로 적용되기 위해서 해당 계획정보를 수치화할 필요가 있으며, 이를 위하여 주요 변수인 외피 면적, 누기면적, 샤프트 높이, 운행층/비운행층 높이가 도출되었다.
3) 엘리베이터 샤프트 중성대 위치는 건물의 누기분포를 포함한 공기유동 이론식과 질량 균형(Mass balance)을 통하여 예측할 수 있었으며, 도출된 주요 변수를 반영하여 건물의 건축적 특징을 고려하고 기존 중성대 계산 방법보다 넓은 범위의 건물 유형을 검토할 수 있었다. 이러한 중성대 예측 방법에 대한 입력시스템과 수학적 모델을 적용하여 '엘리베이터 샤프트 중성대 예측 모델'을 개발하였으며, 제시된 모델은 건물에 적용하여 측정 데이터와 비교를 통하여 검증되었다.
4) 중성대 예측 모델을 적용하여 사례 건물을 대상으로 엘리베이터 샤프트 계획과 외피 입면 계획에 따른 압력분포를 평가하였으며, 그 결과 건축적 특성에 따라 압력분포가 달라져 계획단계에서 압력분포 평가가 필요함을 확인하였다. 수직구획 유형과 운행구간 높이에 따라 압력분포 양상에 주요한 영향을 미치며, 특히 최상층과 로비층에서 과도한 압력차가 발생하여 로비층에서의 압력분담에 대하여 다루어져야 한다. 포디움 계획은 고층부 샤프트보다 저층부에 영향을 끼치며, 포디움 계획 시 샤프트 저층부 압력차의 감소를 기대할 수 있으나 상층부에서 발생할 문제에 대한 대책이 마련되어야 할 것으로 보인다.