KR101080124B1 - 판상형 아파트 옥상에 설치되는 풍력 증강형 발전 시스템 - Google Patents

판상형 아파트 옥상에 설치되는 풍력 증강형 발전 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 풍력 증강형 발전 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 판상형 아파트 옥상의 삼각형태의 지붕에 설치되는 발전 시스템에 있어서, 중앙부에서 폭방향으로 수평 공간부가 형성되고, 상기 수평 공간부의 상단 양측에서 외측으로 경사 날개가 격벽에 의해 설치되는 지붕과; 각각의 상기 경사 날개의 하단에 설치되는 복수의 정류 격자; 및 상기 지붕의 수평 공간부의 바닥면에 설치되는 복수의 풍력 발전기로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명인 판상형 아파트 옥상에 설치되는 풍력 증강형 발전 시스템에 따르면, 사장 공간인 판상형 아파트 옥상의 삼각형태의 지붕에 집풍 구조를 형성하고, 이에 정류 격자 및 풍력 발전기를 설치함으로써 안정적으로 일정 풍속 이상의 바람을 풍력 발전기로 제공하고, 정류 격자를 통해 난류를 제거하여 풍속을 증대시킴으로써 안정적인 전기를 생산할 수 있어 생상된 전기를 아파트에서 사용되는 공동 전기(엘리베이터 전원, 현관등, 조명 등)에 사용할 수 있고, 또한, 강풍에 의한 풍력 발전기의 피해를 예방하기 위한 쉴드 공간인 수평 공간부내에 풍력 발전기를 설치하고, 수평 공간부의 단부 입구부분에 2중의 수평 및 수직형상의 난류발생 억제장치인 정류 격자를 설치함으로써 국내와 같이 주기적으로 태풍과 같은 강풍이 도래하는 경우에는 외부에 노출되어 설치되는 풍력 발전기보다 강풍에 대해 보다 높은 안전성을 확보할 수 있다.
판상형, 아파트, 옥상, 지붕, 풍력, 발전, 정류, 격자

Description

판상형 아파트 옥상에 설치되는 풍력 증강형 발전 시스템{WINDPOWER ENHANCING GENERATING SYSTEM INSTALLED ON THE ROOF OF FLAT TYPE APARTMENT}
본 발명은 판상형 아파트 옥상에 설치되는 풍력 증강형 발전 시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 판상형 아파트 옥상의 삼각형태의 지붕에 집풍 구조를 형성하고, 이에 정류 격자 및 풍력 발전기를 설치함으로써 안정적으로 일정 풍속 이상의 바람을 풍력 발전기로 제공하고, 정류 격자를 통해 난류를 제거하여 풍속을 증대시키도록 하는 판상형 아파트 옥상에 설치되는 풍력 증강형 발전 시스템에 관한 것이다.
최근 판상형 아파트의 옥상에는 방수처리 및 미관상의 이유에서 박공형태의 지붕을 시공하는 사례가 늘고 있다.
이와 같이 아파트 옥상에 설치되는 지붕은 거실을 형성하는 구조물이 아니기 때문에 통상 콘크리트를 타설하여 아파트 건물의 구조체를 건설한 후에 철재 트러스 등을 이용하여 건식공법으로 시공되는 것이 일반적이다.
이러한 지붕은 통상 삼각형의 구조로 형성되는 데, 국내 아파트의 경우 평면 및 입면형상이 복잡하고 다양하여 옥상부분에서 발생하는 풍속의 크기가 국부적으 로 커다란 차이를 나타내게 된다.
이는 국부적으로는 아파트 옥상부분 전체에 걸쳐 평균적으로 작용하는 풍속에 비해 매우 큰 풍속이 집중되어 작용하는 것을 의미한다.
따라서 이러한 옥상부분에서 집중되어 발생하는 커다란 풍속은 풍력발전 측면에서 풍력에너지 집중효과(Wind Energy Concentration)로서 발현되게 되고, 이러한 풍력에너지 집중효과를 이용하여 아파트 옥상에서 풍력발전이 가능하다.
한편, 옥상부분의 형상이 예리한 모서리를 가진 형상으로 디자인되어 있어 공기역학적인 측면에서 보면 공기유동이 크게 산란되어 난류(Turbulence)가 발생하게 된다. 이러한 난류발생은 풍력에너지 집중효과로 표현되는 매우 큰 풍속의 발생과는 반대로 풍력발전 측면에서 풍력발전의 효율을 저하시키는 부정적인 요인으로 작용한다. 이는 결과적으로 옥상부위에 발생하는 커다란 풍속으로 인하여 풍력발전이 유리해지더라도 커다란 난류가 발생하게 되면 반드시 유리하다고 할 수 없고 오히려 풍력발전이 저해될 수도 있다.
본 발명은 상기와 같은 요구에 부응하기 위한 것으로, 풍력에너지 집중효과로 발현되는 옥상부분에서 집중되어 발생하는 커다란 유속 혹은 풍속을 이용하고, 저해요인으로 발생하는 난류를 저감하여 풍력발전 효과가 증폭되는 판상형 아파트 옥상에 설치되는 풍력 증강형 발전 시스템을 제공하도록 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
판상형 아파트 옥상의 삼각형태의 지붕에 설치되는 발전 시스템에 있어서, 중앙부에서 폭방향으로 수평 공간부가 형성되고, 상기 수평 공간부의 상단 양측에서 외측으로 경사 날개가 격벽에 의해 설치되는 지붕과; 각각의 상기 경사 날개의 하단에 설치되는 복수의 정류 격자; 및 상기 지붕의 수평 공간부의 바닥면에 설치되는 복수의 풍력 발전기로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 지붕의 수평 공간부는 바닥면 양측에 상기 경사 날개와 대응되는 각도로 하향 경사면을 갖는다.
여기에서 또한, 상기 정류 격자는 전방에 동일 선상에 등간격을 가지며 복수개가 설치되는 수직 정류 격자와; 상기 수직 정류 격자의 후방에 동일 선상에 등간격을 가지며 복수개가 설치되는 수평 정류 격자로 이루어진다.
여기에서 또, 상기 수직 정류 격자 및 수평 정류 격자는 일정한 형태의 풍속이 발생하여 난류 발생을 차단하도록 그 단면 형상이 유선형으로 형성되고, 바람의 방향에 따라 각도가 가변되어 원활한 풍속이 발생하도록 양단 중심부에 축이 돌출 형성되어 상기 경사 날개 및 수평 공간부의 바닥면에서 회전되도록 설치된다.
여기에서 또, 상기 수직 정류 격자 및 수평 정류 격자는 회전을 제한하고, 풍속이 없는 경우 정위치를 유지하도록 각각의 일끝단에 탄성 부재가 연결 설치된다.
여기에서 또, 상기 풍력 발전기는 상기 지붕의 수평 공간부의 바닥면에서 동일 선상으로 등간격을 가지며 수직으로 설치되는 수직형 풍력 발전기 또는 상기 지붕의 수평 공간부의 중앙부에서 길이 방향으로 설치된 축상에서 등간격을 가지며 설치되는 수평형 풍력 발전기이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명인 판상형 아파트 옥상에 설치되는 풍력 증강형 발전 시스템에 따르면, 사장 공간인 판상형 아파트 옥상의 삼각형태의 지붕에 집풍 구조를 형성하고, 이에 정류 격자 및 풍력 발전기를 설치함으로써 안정적으로 일정 풍속 이상의 바람을 풍력 발전기로 제공하고, 정류 격자를 통해 난류를 제거하여 풍속을 증대시킴으로써 안정적인 전기를 생산할 수 있어 생상된 전기를 아파트에서 사용되는 공동 전기(엘리베이터 전원, 현관등, 조명 등)에 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 강풍에 의한 풍력 발전기의 피해를 예방하기 위한 쉴드 공간인 수평 공간부내에 풍력 발전기를 설치하고, 수평 공간부의 단부 입구부분에 2중의 수평 및 수직형상의 난류발생 억제장치인 정류 격자를 설치함으로써 국내와 같이 주기적으로 태풍과 같은 강풍이 도래하는 경우에는 외부에 노출되어 설치되는 풍력 발전기보다 강풍에 대해 보다 높은 안전성을 확보할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 판상형 아파트 옥상에 설치되는 풍력 증강형 발전 시스템의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라 질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 판상형 아파트 옥상에 설치되는 풍력 증강형 발전 시스템이 적용된 판상형 아파트의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 판상형 아파트 옥상에 설치되는 풍력 증강형 발전 시스템의 구성을 나타낸 사시도이며, 도 3은 도 2의 A-A 단면도이며, 도 4는 도 2의 B-B 단면도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 판상형 아파트 옥상에 설치되는 풍력 증강형 발전 시스템의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 판상형 아파트 옥상에 설치되는 풍력 증강형 발전 시스템(100)은, 지붕(110)과, 정류 격자(120)와, 풍력 발전기(130)로 이루어진다.
먼저, 지붕(110)은 판상형 아파트 옥상(1)에 설치되는 통상 구조의 삼각형 지붕으로서, 중앙부에서 폭방향으로 수평 공간부(111)가 형성되고, 수평 공간부(111)의 상단 양측에서 외측으로 경사 날개(113)가 격벽(115)에 의해 설치된다. 여기에서, 지붕(110)의 수평 공간부(111)는 바닥면(111-1) 양측에 경사 날개(113)와 대응되는 각도로 하향 경사면(111-3)을 갖는다. 여기에서 또한, 경사 날개(113)는 격벽(115)과 동일 재질인 시멘트 또는 콘크리트 재질로 격벽(115)과 일체로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 정류 격자(120)는 전방에 동일 선상에 등간격을 가지며 복수개가 설치되는 수직 정류 격자(121)와, 수직 정류 격자(121)의 후방에 동일 선상에 등간격을 가지며 복수개가 설치되는 수평 정류 격자(123)로 이루어진다. 여기에서, 수직 정류 격자(121) 및 수평 정류 격자(123)는 일정한 형태의 풍속이 발생하여 난류 발생을 차단하도록 그 단면 형상이 유선형으로 형성되고, 바람의 방향에 따라 각도가 가변되어 원활한 풍속이 발생하도록 양단 중심부에 축(125)이 돌출 형성되어 경사 날개(113) 및 수평 공간부(111)의 바닥면(111-1)에서 회전되도록 설치된다. 여기에서 또한, 수직 정류 격자(121) 및 수평 정류 격자(123) 회전을 제한하고, 풍속이 없는 경우 정위치를 유지하도록 각각의 일끝단에 탄성 부재(127)가 연결 설치된다. 여기에서 또, 탄성 부재(127)는 일끝단이 격벽(115) 및 경사 날개(113)에서 돌출 형성된 고정판(140)에 연결되고, 타끝단이 수직 정류 격자(121) 및 수평 정류 격자(123)에 연결되는 코일 스프링인 것이 바람직하다.
또한, 풍력 발전기(130)는 지붕(110)의 수평 공간부(111)의 바닥면(111-1)에 설치되는 데, 도 1에 도시된 바와 같이 지붕(110)의 수평 공간부(111)의 바닥면(111-1)에서 동일 선상으로 등간격을 가지며 수직으로 설치되는 수직형 풍력 발전기이거나 또는 도 5에 도시된 바와 같이 지붕(110)의 수평 공간부(111)의 중앙부에서 길이 방향으로 설치된 축(131)상에서 등간격을 가지며 설치되는 수평형 풍력 발전기이다.
이하, 본 발명에 따른 판상형 아파트 옥상에 설치되는 풍력 증강형 발전 시스템의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 6은 일반적인 판상형 아파트 옥상의 전산유체해석 평가 결과를 나타낸 도면이고, 도 7은 일반적인 판상형 아파트 옥상에 공간부만을 형성하였을 경우 전산 유체해석 평가 결과를 나타낸 도면이며, 도 8은 본 발명에 따른 판상형 아파트 옥상에 설치되는 풍력 증강형 발전 시스템의 전산유체해석 평가 결과를 나타낸 도면이다.
이를 통해 살펴보면, 전산유체해석(CFD, Computational Fluid Dynamics) 평가 결과, 공간부만을 형성한 판상형 아파트(케이스 1)의 옥상부분의 중앙부분에서 풍속은 1.97㎧로 일반적인 판상형 아파트(기본모델)의 옥상부분에서 풍속인 1.18㎧에 비해 약 1.7배 상승하였고, 본 발명에 따른 집풍 구조가 적용된 판상형 아파트(케이스 2)는 수평 공간부(111)의 중앙부분에서 풍속이 2.67㎧로 일반적인 판상형 아파트(기본모델)의 옥상부분의 풍속인 1.18㎧에 비해 약 2.3배 상승하였고, 단부에서는 3.14㎧로 0.68㎧보다 최대 4.6배 상승하였다.
또한, 수평 공간부(111)의 단면형상을 중앙부로 갈수록 축소시켜 변화를 주고 경사 날개(113)를 설치함으로서 풍속을 모으고 증가시키는 집풍구조가 설치된 본 발명에 따른 판상형 아파트(케이스 2)의 수평 공간부(111)의 중앙부분에서 풍속이 판상형 아파트(case I)의 중앙부분에서 풍속에 비해 약 1.4배 상승함을 확인할 수 있다.
이러한 결과는 단순히 건축물 옥상부분에 풍력발전기를 설치하는 것만으로는 효율적인 풍력발전을 위한 높은 풍속을 얻기 어려운 경우가 발생할 수 있다는 것을 의미하며, 공간부만을 설치하는 것만으로도 역시 풍력발전을 위한 높은 풍속을 얻기 어려운 경우가 발생할 수 있으므로 건축물 옥상을 이용하여 풍력발전을 수행하는 경우, 높은 풍속을 얻기 위한 별도의 조치 즉, 공기역학적 접근 및 낮은 풍속이 발생하는 경우에는 이러한 낮은 풍속을 증폭시키고 모으는 별도의 경사날개(113)가 반드시 요구된다는 것을 의미한다.
한편, 판상형 아파트의 지붕은 삼각형으로 예리한 모서리를 가진 형상으로 디자인되어 있어 공기역학적인 측면에서 보면 공기유동이 크게 산란되어 발생한 난류(Turbulence)로 인한 풍력발전의 효율을 저하시키는 부정적인 요인을 제거하기 위하여 본원 발명에서는 수직 정류 격자(121) 및 수평 정류 격자(123)를 설치하였다.
수직 정류 격자(121) 및 수평 정류 격자(123)가 설치됨으로써 풍력 발전기로 유입되는 풍속에 포함되어 있는 난류성분이 정류되어 제거되기 때문에 풍력 발전기에 작용하는 풍속을 증폭시켜 풍력 발전기의 효율을 크게 증대시킬 수 있다.
이러한 수직 정류 격자(121) 및 수평 정류 격자(123)는 단순히 건축물 옥상부분에 풍력 발전기를 설치하는 것만으로는 효율적인 풍력발전을 위한 높은 풍속을 얻기 어려우므로 경사 날개(113)와 더불어 수평 공간부(111)에 반드시 요구된다는 것을 의미한다.
본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 판상형 아파트 옥상에 설치되는 풍력 증강형 발전 시스템이 적용된 판상형 아파트의 구성을 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 판상형 아파트 옥상에 설치되는 풍력 증강형 발전 시스템의 구성을 나타낸 사시도,
도 3은 도 2의 A-A 단면도,
도 4는 도 2의 B-B 단면도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 판상형 아파트 옥상에 설치되는 풍력 증강형 발전 시스템의 구성을 나타낸 사시도,
도 6은 일반적인 판상형 아파트 옥상의 전산유체해석 평가 결과를 나타낸 도면,
도 7은 일반적인 판상형 아파트 옥상에 공간부만을 형성하였을 경우 전산유체해석 평가 결과를 나타낸 도면,
도 8은 본 발명에 따른 판상형 아파트 옥상에 설치되는 풍력 증강형 발전 시스템의 전산유체해석 평가 결과를 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
1 : 판상형 아파트 옥상 110 : 지붕
111 : 수평 공간부 113 : 경사 날개
115 : 격벽 120 : 정류 격자
121 : 수직 정류 격자 123 : 수평 정류 격자
127 : 탄성 부재 130 : 풍력 발전기

Claims (6)

  1. 판상형 아파트 옥상의 삼각형태의 지붕에 설치되는 발전 시스템에 있어서,
    중앙부에서 폭방향으로 수평 공간부가 형성되고, 상기 수평 공간부의 상단 양측에서 외측으로 경사 날개가 격벽에 의해 설치되는 지붕과;
    각각의 상기 경사 날개의 하단에 설치되는 복수의 정류 격자; 및
    상기 지붕의 수평 공간부의 바닥면에 설치되는 복수의 풍력 발전기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 판상형 아파트 옥상에 설치되는 풍력 증강형 발전 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지붕의 수평 공간부는,
    바닥면 양측에 상기 경사 날개와 대응되는 각도로 하향 경사면을 갖는 것을 특징으로 하는 판상형 아파트 옥상에 설치되는 풍력 증강형 발전 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 정류 격자는,
    전방에 동일 선상에 등간격을 가지며 복수개가 설치되는 수직 정류 격자와;
    상기 수직 정류 격자의 후방에 동일 선상에 등간격을 가지며 복수개가 설치되는 수평 정류 격자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 판상형 아파트 옥상에 설치 되는 풍력 증강형 발전 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 수직 정류 격자 및 수평 정류 격자는,
    일정한 형태의 풍속이 발생하여 난류 발생을 차단하도록 그 단면 형상이 유선형으로 형성되고, 바람의 방향에 따라 각도가 가변되어 원활한 풍속이 발생하도록 양단 중심부에 축이 돌출 형성되어 상기 경사 날개 및 수평 공간부의 바닥면에서 회전되도록 설치되는 것을 특징으로 판상형 아파트 옥상에 설치되는 풍력 증강형 발전 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 수직 정류 격자 및 수평 정류 격자는,
    회전을 제한하고, 풍속이 없는 경우 정위치를 유지하도록 각각의 일끝단에 탄성 부재가 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 판상형 아파트 옥상에 설치되는 풍력 증강형 발전 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 풍력 발전기는,
    상기 지붕의 수평 공간부의 바닥면에서 동일 선상으로 등간격을 가지며 수직으로 설치되는 수직형 풍력 발전기 또는 상기 지붕의 수평 공간부의 중앙부에서 길 이 방향으로 설치된 축상에서 등간격을 가지며 설치되는 수평형 풍력 발전기인 것을 특징으로 하는 판상형 아파트 옥상에 설치되는 풍력 증강형 발전 시스템.
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