KR101376962B1

KR101376962B1 - 벤츄리효과 및 연돌효과를 이용하여 환기 및 풍력발전이 가능한 건물일체형 제연시스템

Info

Publication number: KR101376962B1
Application number: KR1020120125128A
Authority: KR
Inventors: 전재식; 박원일; 김태호; 한창완
Original assignee: 한신공영 주식회사
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2014-03-20

Abstract

본 발명은 벤츄리효과 및 연돌효과를 이용하여 환기 및 풍력발전이 가능한 건물일체형 제연시스템에 관한 것으로서, 건축물에 설치되어 화재시에만 사용되는 제연설비를 이용하여 수직풍도의 상단부와 연통되도록 옥상에 벤츄리 구조물을 축조하고 하부를 건축물 저층부와 연통함으로써 벤츄리 구조물에서 발생되는 벤츄리효과로 건축물 저층부의 오염된 공기를 흡입함과 동시에 연돌효과로 인한 상승기류를 이용하여 건축물 저층부 환기를 촉진하고 벤츄리 구조물 및 수직풍도 내에 풍력발전기를 추가로 설치한 환기 및 풍력발전이 가능한 건물일체형 제연시스템을 제공하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적달성을 위한 본 발명은 벤츄리 구조물(10)과 제1 전동댐퍼(40)와 건축물 저층부 연통부(50)와 제2 전동댐퍼(60)와 제어부(70)를 포함하여 구성되어, 평상시에는 수직통공(21)으로부터 건축물 저층부 연통부(50)까지 연통되도록 제1 전동댐퍼(40)와 제2 전동댐퍼(60)를 구동하여 상기 벤츄리 구조물(10)을 지나는 바람의 벤츄리 효과에 의해 건축물 저층부 내의 공기를 빨아들여 배출시키고, 화재시에는 수직풍도(20)를 밀폐하면서 분기공(22)이 개방되도록 제1 전동댐퍼(40)를 구동하고 수직풍도(20)와 건축물 저층부(2)의 연결을 밀폐하도록 제2 전동댐퍼(60)를 구동하여 제연송풍기(30)로부터 각 층의 제연댐퍼(31)를 통하여 송풍하되, 상기 수직통공(21)의 상부이자 벤츄리 구조물(10)의 중심에는 수직축 풍력터빈(15)을 구비하고, 상기 제1 전동댐퍼(40)보다 상측의 수직풍도(20) 내에 수평축 풍력터빈(25)을 구비하여 풍력발전을 하는 벤츄리효과 및 연돌효과를 이용하여 환기 및 풍력발전이 가능한 건물일체형 제연시스템에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

벤츄리효과 및 연돌효과를 이용하여 환기 및 풍력발전이 가능한 건물일체형 제연시스템{Building Integrated Smoke Control System with The Function of Ventilation and Wind Power Generation By Using Of Venturi Effect and Stack Effect}

본 발명은 벤츄리효과 및 연돌효과를 이용하여 환기 및 풍력발전이 가능한 건물일체형 제연시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건축물에 설치되어 화재시에만 사용되는 제연설비를 이용하여 수직풍도의 상단부와 연통되도록 옥상에 벤츄리 구조물을 축조하고 하부를 건축물 저층부와 연통함으로써 벤츄리 구조물에서 발생되는 벤츄리효과로 건축물 저층부의 오염된 공기를 흡입함과 동시에 연돌효과로 인한 상승기류를 이용하여 건축물 저층부 환기를 촉진하고 벤츄리 구조물 및 수직풍도 내에 풍력발전기를 추가로 설치한 환기 및 풍력발전이 가능한 건물일체형 제연시스템에 관한 것이다.

일반적으로 제연설비(Smoke Control Facility)는, 화재시 발생되는 연기를 제어하여 피난상의 안전확보 및 연기에 의한 손실방지, 소방활동을 위한 시계확보와 유독가스 배출을 위한 공기흐름을 조정하여 화재연소 경로를 유도하는 설비를 말하는 것으로, 다양한 제연설비 중 본 발명에서는 옥탑 또는 저층에 설치된 제연송풍기(30)로부터 급기되는 공기를 전층을 관통하여 설치된 수직풍도(20)를 이용하여 각층으로 이송하되 분기된 덕트의 개폐를 조절하는 제연댐퍼(31)에 의해 각 층 현관의 압력을 높여 화재시 연기가 집안에서 밖으로 배출되는 것을 방지하여 상층거주자가 계단으로 도피가능케 하는 제연설비에 관한 것이다.

이러한 제연설비는 위급상황을 위하여 관련 법령에 따라 건축당시 많은 비용을 들여 설치하고 있으나, 화재시에만 사용될 뿐 평상시에는 전혀 사용되지 않고 낭비되는 공간 및 설비로 여겨지고 있어 개선의 여지가 있었다.

또한, 아파트, 빌딩 등과 같은 공동주택, 다중시설 건축물 내에 설치되는 건축물 저층부의 환기는 자연순환 대신 강제송풍 방식을 주로 사용하고 있으며 이에 따라 주기적으로 고속노즐팬을 돌려 배기하거나 추가적인 덕트 및 송풍기를 설치하여 강제환기를 하고 있어 별도의 설비비용 및 전기사용료와 유지보수비용이 소요되고 있다.

또한, 20층 이상으로 고층화되어 가는 아파트, 주상복합, 빌딩의 경우, 겨울철 외부에서 로비를 통해 유입된 찬공기가 실내에서 데워져 상층으로 이동하는 강한 상승기류를 형성하여 출입구 개폐의 어려움, 엘리베이터 오작동, 식당 및 화장실의 배기불량, 난방공기의 유출, 기괴한 소음을 만들어 내는 연돌효과(Stack effect) 또는 굴뚝효과(Chimney effect)에 의해 많은 피해를 보고 있어 문제점이 있었다.

또한, 아파트, 빌딩 등과 같은 공동주택, 다중시설 건축물의 각층의 방화문은 소방법상 평상시 닫혀져 있는 상태이므로, 여름철에는 각 층마다 현관 앞의 온도 또한 매우 상승하게 되지만 개별적으로 복도의 창문을 여는 것 외에 다른 환기방법이 없었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출되는 것으로, 건축물에 설치되어 화재시에만 사용되는 제연설비를 이용하여 수직풍도의 상단부와 연통되도록 옥상에 벤츄리 구조물을 축조하고 하부를 건축물 저층부와 연통함으로써 벤츄리 구조물에서 발생되는 벤츄리효과로 건축물 저층부의 오염된 공기를 흡입함과 동시에 연돌효과로 인한 상승기류를 이용하여 건축물 저층부 환기를 촉진하고 벤츄리 구조물 및 수직풍도 내에 풍력발전기를 추가로 설치한 환기 및 풍력발전이 가능한 건물일체형 제연시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 건축물에 설치되는 제연설비의 수직풍도(20) 상단부를 연장하여 지붕에 수직통공(21)을 형성하되 상기 수직통공(21)을 중심으로 일측에서 수평방향 타측으로 바람이 흐르는 유로가 좁아졌다가 다시 넓어지도록 설치되는 벤츄리 구조물(10)과; 상기 수직풍도(20)의 일측면에 분기공(22)을 형성하되 상기 분기공(22)을 통해 연통되는 제연송풍기(30)를 구비하며 상기 분기공(22) 또는 수직풍도(20)를 택일적으로 밀폐하도록 개폐가능하게 구동되는 제1 전동댐퍼(40)와; 상기 수직풍도(20)의 하부를 연장하여 해당 건축물 저층부 또는 인접 건축물 저층부의 상부에 연통되도록 설치되는 건축물 저층부 연통부(50)와; 상기 수직풍도(20)의 일측 또는 건축물 저층부 연통부(50)에 설치되어 수직풍도(20)와 건축물 저층부(2)의 연결을 개폐가능하도록 구동되는 하나이상의 제2 전동댐퍼(60)와; 상기 제1 전동댐퍼(40)와 제연송풍기(30)와 제2 전동댐퍼(60)를 전기적으로 연결하여 제어하는 제어부(70);를 포함하여 구성되어, 평상시에는 수직통공(21)으로부터 건축물 저층부 연통부(50)까지 연통되도록 제1 전동댐퍼(40)와 제2 전동댐퍼(60)를 구동하여 상기 벤츄리 구조물(10)을 지나는 바람의 벤츄리 효과에 의해 건축물 저층부 내의 공기를 빨아들여 배출시키고, 화재시에는 수직풍도(20)를 밀폐하면서 분기공(22)이 개방되도록 제1 전동댐퍼(40)를 구동하고 수직풍도(20)와 건축물 저층부(2)의 연결을 밀폐하도록 제2 전동댐퍼(60)를 구동하여 제연송풍기(30)로부터 각 층의 제연댐퍼(31)를 통하여 송풍하는 것을 특징으로 하는 벤츄리효과 및 연돌효과를 이용하여 환기 및 풍력발전이 가능한 건물일체형 제연시스템을 제공함에 그 목적이 달성된다.

또한, 상기 벤츄리효과 및 연돌효과를 이용하여 환기 및 풍력발전이 가능한 건물일체형 제연시스템에 있어서, 상기 벤츄리 구조물(10)의 유로는 좁아졌다가 다시 넓어지도록 형성되는 유선형이거나 직선형인 것이 바람직하다.

또한, 상기 벤츄리효과 및 연돌효과를 이용하여 환기 및 풍력발전이 가능한 건물일체형 제연시스템에 있어서, 상기 건축물 저층부(2)는 건축물 저층부 연통부(50)측으로 공기가 유도되도록 그 타측에 외부와 연통되는 하나 이상의 환기구(80)를 설치하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 벤츄리효과 및 연돌효과를 이용하여 환기 및 풍력발전이 가능한 건물일체형 제연시스템에 있어서, 상기 수직풍도(20) 및 건축물 저층부(2)를 지나는 바람의 풍속 및 방향과 온도 및 습도에 따라 제어하기 위하여, 수직풍도(20) 내, 각 층 현관 부근 및 건축물 저층부(2) 내에 다수의 센서(90)를 구비하되 상기 센서(90)는 제어부(70)와 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 벤츄리효과 및 연돌효과를 이용하여 환기 및 풍력발전이 가능한 건물일체형 제연시스템에 있어서, 상기 수직풍도(20)의 일측에 지상층 외부와 연통되는 제2 분기공(101)을 형성하되 상기 제2 분기공(101)과 건축물 저층부 연통부(50)를 택일적으로 개폐가능하도록 구동되는 제3 전동댐퍼(100)를 추가로 설치하고; 상기 제어부(70)는 상기 센서(90)에서 측정된 외기 온도가 기설정된 기준치 미만이거나 습도가 기설정된 기준치 이상이면 제3 전동댐퍼(100)를 구동시켜 건축물 저층부 연통부(50)를 밀폐하면서 제2 분기공(101)을 개방함으로써 건축물 지하를 통한 외기의 유입을 차단하고 지하층 환기를 일시적으로 중단하며 제2 분기공(101)을 통하여 지상층 외기를 유입하다가 센서(90)에서 측정된 외기 온도가 기설정된 기준치 이상이고 습도가 기설정된 기준치 미만이면 제3 전동댐퍼(100)를 구동시켜 제2 분기공(101)을 밀폐하면서 건축물 저층부 연통부(50)를 개방함으로써 건추물 지하를 통한 외기를 유입시켜 지하층 환기를 재개하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 벤츄리효과 및 연돌효과를 이용하여 환기 및 풍력발전이 가능한 건물일체형 제연시스템에 있어서, 상기 제어부(70)는 평상시 각 층 현관 부근에 설치된 센서(90)로부터 입력된 온도값이 기설정된 기준치를 초과하면 전 층 또는 해당 층의 제연댐퍼(31)를 구동시켜 개방함으로써 건축물 저층부(2)와 함께 환기시켜 온도를 낮추는 것이 바람직하다.

또한, 상기 벤츄리효과 및 연돌효과를 이용하여 환기 및 풍력발전이 가능한 건물일체형 제연시스템에 있어서, 상기 벤츄리 구조물(10)의 유로를 통하여 흐르는 풍속으로 발전을 하고자 상기 수직통공(21)의 상부이자 벤츄리 구조물(10)의 중심에는 수직축 풍력터빈(15)을 구비하되; 상기 수직축 풍력터빈(15)은 수직방향으로 안착되는 제1 회전축(151)과, 상기 제1 회전축(151)을 중심으로 회전하는 제1 블레이드(152)와, 상기 제1 회전축(151)의 회전에 의해 전기가 발생되도록 상기 제1 회전축(151)에 구동 연결되는 수직풍력발전기(153)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 벤츄리효과 및 연돌효과를 이용하여 환기 및 풍력발전이 가능한 건물일체형 제연시스템에 있어서, 상기 수직풍도(20)를 통해 흐르는 풍속으로 발전을 하고자 상기 제1 전동댐퍼(40)보다 상측의 수직풍도(20) 내에 수평축 풍력터빈(25)을 구비하되;

상기 수평축 풍력터빈(25)은 수직방향으로 안착되는 제2 회전축(251)과 상기 제2 회전축(251)을 중심으로 회전하는 제2 블레이드(252)와, 상기 제2 회전축(251)의 회전에 의해 전기가 발생되도록 상기 제2 회전축(251)에 구동 연결되는 수평풍력발전기(253)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 효과는 다음과 같다.

건축물에 설치되어 화재시에만 사용되는 제연설비를 이용하여 수직풍도의 상단부와 연통되도록 옥상에 벤츄리 구조물을 축조하고 하부를 건축물 저층부와 연통함으로써 벤츄리 구조물에서 발생되는 벤츄리효과로 건축물 저층부의 오염된 공기를 흡입함과 동시에 연돌효과로 인한 상승기류를 이용하여 건축물 저층부 환기를 촉진하고 벤츄리 구조물 및 수직풍도 내에 풍력발전기를 추가로 설치한 환기 및 풍력발전이 가능한 건물일체형 제연시스템을 제공할 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.

도 1 은 기상청 발간 풍력자원지도 보고서의 주요도시 평균풍속도
도 2 는 본 발명을 적용한 환기 및 풍력발전 가능한 건물일체형 제연시스템을 보이는 개략도
도 3 은 본 발명을 적용한 시스템의 송풍기실에 설치된 벤츄리 구조물 및 발전설비를 하절기에 운영시를 보이는 개략도
도 4 는 본 발명을 적용한 시스템의 송풍기실에 설치된 벤츄리 구조물 및 발전설비를 비상작동시를 보이는 개략도
도 5 는 본 발명을 적용한 시스템의 건축물 저층부 연결풍로의 제2 전동댐퍼 및 제3 전동댐퍼의 작동상태를 보이는 개략도
도 6 은 본 발명을 적용한 시스템의 건축물 저층부 환기구를 보이는 개략도
도 7 은 본 발명을 적용한 시스템의 송풍기실이 저층부에 설치된 실시예2를 보이는 개략도
도 8 은 본 발명을 적용한 시스템인 실시예2의 벤츄리 구조물 및 발전설비를 보이는 개략도
도 9 는 본 발명을 적용한 시스템인 실시예2의 송풍기실 및 수직풍도 하부를 보이는 개략도
도 10 은 본 발명을 적용한 시스템의 벤츄리 구조물의 변형예를 보이는 개략도

이하, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 본 실시예들은 본 발명을 보다 잘 이해할 수 있도록 설명하는 것으로 이해되어야 하며, 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니되고, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 하며, 본 발명을 이에 한정하는 것으로 이해되어서는 안될 것이다.

도 1은 기상청 발간 풍력자원지도 보고서의 주요도시 평균풍속도로서, 도심에서도 지상으로부터 50m 정도(현재 건설기준으로 20층 해당)면, 전국 주요도시 평균 3.9 m/s의 풍속이 발생되는 것을 알 수 있다.

그러나, 일반적으로 소형풍력발전을 위한 최소풍속은 4 ~ 5 m/s 정도이므로, 도심 20층 건물 옥상에서 발생되는 풍속을 풍력발전에 그대로 이용하기에는 부족함을 알 수 있다.

따라서, 이러한 풍속을 증가시킬 수 있는 방법이 필요하다.

(실시예1)

먼저, 도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 벤츄리효과 및 연돌효과를 이용한 건물일체형 환기 및 발전가능한 제연시스템은 제연송풍기의 공기를 전층을 관통하여 설치된 수직풍도를 이용하여 각층으로 이송하는 제연설비가 설치된 건물에 적용가능하다.

본 발명의 시스템은 벤츄리 구조물(10)과 제1 전동댐퍼(40)와 건축물 저층부 연통부(50)와 제2 전동댐퍼(60)와 제어부(70)를 포함하여 구성된다.

도 2 내지 도 4에서 보는 바와 같이, 본 발명에서는 소형풍력발전을 위한 최소풍력을 얻기 위해 화재시에만 사용되던 제연설비의 수직풍도(20) 상단부를 연장하여 수직통공(21)을 형성하고 지붕에 벤츄리 구조물(10)을 설치한다.

상기 벤츄리 구조물(10)의 유로는 좁아졌다가 다시 넓어지도록 형성되는 유선형이거나 직선형으로 형성하는 것이 바람직한데, 상기 유로의 경사각은 20 ~ 30ㅀ인 것이 더욱 바람직하다. 왜냐하면, 다수의 실험결과 유로의 경사각이 20 ~ 30ㅀ에서 벤츄리 효과의 영향을 가장 많이 받아 유속이 가장 빠르게 나타났는데 평균 풍속의 약 3배정도로 나타났다.

상기 벤츄리 구조물(10)에 지붕을 지나는 바람이 유입되면 좁아지는 유로를 통과하면서 속도가 빨라지게 되고 이로 인해 풍속은 2배에서 최고 3배까지 증가하게 된다.

실험결과, 서울 도심지 50m 높이에서 평균 4.2 m/s인 바람이 7.2 m/s ~ 12.8 m/s로 증가되는 것을 확인하였다.

따라서, 본 발명의 벤츄리 구조물(10)을 이용하면 도심지 50m의 높이에서도 최소풍력발전을 위한 풍속을 충분히 얻을 수 있다.

상기 벤츄리 구조물(10)은 도 2 내지 도 4, 및 도 7에서 보는 바와 같이 일반적인 벤츄리 모양인 상하부 모두 유선형으로 형성될 수도 있으나, 이에 한정되지 아니하며 도 7에서 보는 바와 같이 직선형으로 설치되거나 다른 형태로 설치될 수도 있다.

따라서, 상기 벤츄리 구조물(10)은 바람의 유입구 면적이 바람의 진행방향을 따라 점점 줄어들었다가 다시 넓어지는 형태를 취하는 구조물로서 벤츄리 효과를 발생시키는 구조물로 이해되어져야 한다.

또한, 건축물 저층부(2)는 지하주차장, 지하사무실, 지하창고를 포함한 지하층 공간 및 1층 창고, 상가, 2층 사무실을 포함하는 건축물내 지층이상의 저층에 해당되는 환기가 필요한 모든 공간이 될 수 있다.

상기 건축물 저층부 연통부(50)는 도 2 및 도 6에서 보는 바와 같이 상기 수직풍도(20)의 하부를 연장하여 건축물 저층부(2) 중 인접 지하주차장의 상부에 연통되도록 설치하되 건축물 저층부 입구의 반대측에 연통되어 설치되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 대부분의 공간은 입구를 통하여 많은 외부공기가 유입되므로 건축물 저층부(2) 내부의 공기가 배출되는 방향을 반대방향으로 형성하는 것이 바람직하기 때문이다.

이와 같이 구성함으로써, 도 2에서 보는 바와 같이 평상시에는 건물의 지붕에 설치된 벤츄리 구조물(10)에서 발생되는 벤츄리 효과에 의하여 수직풍도(20)내에 상승기류가 발생되고 그 상승기류에 의해 압력강하가 발생됨에 따라 상기 수직풍도(20)의 하단과 연통되는 건축물 저층부(2)의 내부 공기가 수직풍도(20)를 타고 상승하여 건축물 저층부(2) 내 환기가 이뤄지게 된다.

그러나, 화재시에는 상기 제연시설인 수직풍도(20)가 제연기능을 수행하여야 하므로, 제1 전동댐퍼(40)와 제2 전동댐퍼(60)를 필히 구비한다.

상기 제1 전동댐퍼(40)는 상기 수직풍도(20)의 일측면에 분기공(22)을 형성하되 상기 분기공(22)을 통해 연통되는 제연송풍기(30)를 구비하며 상기 분기공(22)을 밀폐하거나 구동하여 수직풍도(20)를 밀폐하도록 선택적으로 개폐가능하게 구비된다.

또한, 상기 제2 전동댐퍼(60)는 상기 수직풍도(20)의 하부 또는 건축물 저층부 연통부(50)에 설치되어 구동하여 수직풍도(20)와 건축물 저층부(2)의 연결을 개폐가능하도록 구비된다.

상기 제1 전동댐퍼(40) 및 제2 전동댐퍼(60)는 참고도면에서는 표현의 편의성을 위해 회전형 댐퍼로 표기하고 있으나 이에 한정되지 아니하며, 미닫이형, 셔터형, 확장형 등 현재 사용되는 어느 것이나 적용가능하다.

이와 같이 구비된 제1 전동댐퍼(40)와 제2 전동댐퍼(60)는 도 3 및 도 5의 (a)에서 보는 바와 같이 평상시에는 건축물 저층부 환기를 위하여 수직풍도(20) 및 건축물 저층부 연통부(50)가 개방되도록 구동되나, 도 4 및 도 5의 (b)에서 보는 바와 같이 화재시에는 제1 전동댐퍼(40)는 수직풍도(20)를 밀폐하면서 분기공(22)이 개방되도록 구동되고 제2 전동댐퍼(60)는 수직풍도(20)의 하부 또는 건축물 저층부 연통부(50)를 밀폐하여 수직풍도(20)와 건축물 저층부(2)의 연결을 차단하도록 구동된다.

이로써, 화재시에는 도 4 및 도 5의 (b)에서 보는 바와 같이 수직통공(21)을 밀폐하고 건축물 저층부와 연통되지 않도록 밀폐함으로써 수직풍도(20) 내 상승기류를 차단함과 동시에, 분기공(22)을 개방하여 제연송풍기(30)로부터 송풍되는 일정압력의 공기를 수직풍도(20)를 따라 하강시켜 각 층의 제연댐퍼(31)를 통해 각 층으로 송풍하게 되는 것이다.

또한, 이러한 제1 전동댐퍼(40)와 제연송풍기(30)와 제2 전동댐퍼(60)를 전기적으로 연결하여 제어하는 제어부(70)를 구비하여야 한다. 상기 제어부(70)에서는 수직풍도(20) 및 건축물 저층부(2)를 지나는 바람의 풍속 및 방향과 온도 및 습도를 모니터링 하기 위해 수직풍도(20) 내, 각 층 현관 부근 및 건축물 저층부(2) 내에 다수의 센서(90)를 설치하는 것이 바람직하다.

상기 센서(90)는 풍속을 측정하는 센서, 바람의 방향을 측정하는 센서, 온도를 측정하는 센서, 습도를 측정하는 센서 등이 사용되며, 모두 현재 시판되고 있는 것으로 상세한 설명은 생략한다.

또한, 상기 건축물 저층부(2)는 도 6에서 보는 바와 같이 건축물 저층부 연통부(50)측으로 공기가 유도되도록 타측에 외부과 연통되는 하나 이상의 환기구(80)를 설치할 수 있다. 상기 환기구(80)가 설치되는 장소는 지하주차장을 예로 들어 표현하였으나, 건축물 저층부(2)는 지하사무실, 지하창고 및 1층 창고, 1층 상가 및 2층 사무실 등 건축물 내 저층에 해당하는 공간에 어디든 설치될 수 있다.

상기 환기구(80)를 통하여 유입된 외부공기는 건축물 저층부 내부에서 흐르다가 건축물 저층부 연통부(50)로부터 빨아들이는 압력에 의해 유입되어 수직풍도(20) 및 수직통공(21)을 거쳐 벤츄리 구조물(10)을 통해 배출되는 것이다.

또한, 동절기에는 상기 환기구(80)를 통하여 유입된 외부공기가 건축물 저층부 내부에서 가열되어 건축물 저층부 연통부(50)를 통해 수직풍도(20)로 유입되면 연돌효과 또는 굴뚝효과에 의해 강한 상승기류를 발생시키고 풍속이 빨라져 이로 인해 건축물 저층부 환기효과가 상승하며 동시에 수직풍도(20) 내에 설치된 수평축 풍력터빈(25)의 발전율이 증가하게 된다. 그러나, 하절기에는 건축물 저층부 내 온도가 외부공기에 비하여 낮기 때문에 연돌효과 또는 굴뚝효과의 영향은 미미하다.

이러한, 상기 환기구(80)를 통해 유입되는 외기의 온도가 너무 낮거나 습도가 너무 높은 경우에는 건축물 저층부(2) 내에 결로가 발생될 수 있어, 제어부(70)에서는 기설정된 조건에 따라 센서(90)에서 입력되는 온도가 기준치 미만이거나 습도가 기준치 이상이면, 도 5(c)에서 보는 바와 같이 수직풍도(20)에 추가로 설치되는 제3 댐퍼(100)를 구동시켜 건축물 저층부 연통부(50)를 밀폐하면서 지상층 외부와 연통된 제2 분기공(101)을 개방함으로써, 건축물 지하를 통한 외기의 유입을 차단하고 지하층 환기를 일시적으로 중단한다.

이후, 상기 제어부(70)에서는 기설정된 조건에 따라 센서(90)에서 입력되는 온도가 기설정된 기준에 따라 기준치 이상이고 습도가 기준치 미만이면, 도 5(a)에서 보는 바와 같이 제3 댐퍼(100)를 구동시켜 건축물 저층부 연통부(50)를 개방하면서 지상층 외부와 연통된 제2 분기공(101)을 밀폐함으로써, 환기구(80)를 통한 외기유입과 지하층 환기를 재개한다. 이로서 건축물 저층부(2) 내에 결로발생을 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서는 여름철 각 층 현관 부근에 설치된 센서(90)로부터 입력된 온도값이 기설정된 기준치를 초과하면 제어부(70)에서 전 층 또는 해당 층의 제연댐퍼(31)를 구동시켜 개방함으로써, 수직풍도(20)와 연통시켜 수직풍도(20)를 지나는 상승기류에 의해 각 층 현관 부근의 공기를 빨아들여 건축물 저층부(2)와 함께 환기를 시킬 수 있는데, 이러한 환기를 통해 각 층 현관 부근의 온도를 낮출 수 있다.

또한, 본 발명의 시스템을 이용한 발전은 2가지로 적용될 수 있는데, 수직축 풍력터빈(15)과 수평축 풍력터빈(25)을 이용한 발전이다.

도 3 내지 도 4에서 보는 바와 같이, 상기 수직축 풍력터빈(15)은 회전축이 바람의 방향에 대해 수직으로 놓이는 풍력터빈으로, 상기 벤츄리 구조물(10)의 유로를 통하여 흐르는 풍속으로 발전을 하고자 상기 수직통공(21)의 상부이자 벤츄리 구조물(10)의 중심에 수직축 풍력터빈(15)을 구비하되, 상기 수직축 풍력터빈(15)은 수직방향으로 안착되는 제1 회전축(151)과, 상기 제1 회전축(151)을 중심으로 회전하는 제1 블레이드(152)와, 상기 제1 회전축(151)의 회전에 의해 전기가 발생되도록 상기 제1 회전축(151)에 구동 연결되는 수직풍력발전기(153)를 포함하여 구성된다.

지상으로부터 50m 정도인 20층 건물의 지붕에 본 발명의 수직축 풍력터빈(15)을 설치했을 때를 시뮬레이션한 결과, 수직축 풍력터빈(15)을 6kW짜리를 사용하였을 때 월 1,053kWh의 전력생산이 가능할 것으로 나타났다.

또한, 상기 수평축 풍력터빈(25)은 회전축이 바람의 방향에 대해 수평으로 놓이는 풍력터빈으로, 상기 수직풍도(20)를 통해 흐르는 풍속으로 발전을 하고자 상기 제1 전동댐퍼(40)보다 상측의 수직풍도(20) 내에 수평축 풍력터빈(25)을 구비하되, 상기 수평축 풍력터빈(25)은 수직방향으로 안착되는 제2 회전축(251)과 상기 제2 회전축(251)을 중심으로 회전하는 제2 블레이드(252)와, 상기 제2 회전축(251)의 회전에 의해 전기가 발생되도록 상기 제2 회전축(251)에 구동 연결되는 수평풍력발전기(253)를 포함하여 구성된다.

또한, 평상시에는 벤츄리 구조물(10)에 설치된 수직축 풍력터빈(15)과 수직풍도(20)내에 설치된 수평축 풍력터빈(25)에 의해 풍력발전이 지속적으로 이루어지나, 화재시에는 수직풍도(20)가 제1 전동댐퍼(40)에 의해 밀폐되므로 상승기류가 없어 따라서 수평축 풍력터빈(25)에서 발전을 할 수 없는 것이 당연하다.

또한, 화재시 수평축 풍력터빈(25)에 의해 제연송풍기(30)의 풍속이 감속되거나 방해가 될 수 있으므로, 도 3, 4에서 보는 바와 같이 제2 전동댐퍼(60)의 상측에 수평축 풍력터빈(25)을 설치하는 것이 바람직하다. 그러나, 상부 벤츄리 구조물(10)에 설치되는 수직축 풍력터빈(15)은 평상시나 화재시 무관하게 지속적인 발전이 가능하다.

(실시예2)

도 7 내지 도 9에서 보는 바와 같이, 본 발명은 제연송풍기(30)가 저층부에 설치되는 경우에도 적용이 가능하다. 설명하지 않는 나머지 구성요소들은 실시예1과 동일하므로 설명을 생략한다.

도 8에서 보는 바와 같이, 수직풍도(20) 내에는 제2 전동댐퍼(90)가 상부측에 구비되고, 도 9에서 보는 바와 같이, 저층부에 설치된 제연송풍기(30)는 분기공(20) 또는 수직풍도(20)를 택일적으로 밀폐하는 제1 전동댐퍼(60)를 구비한다.

또한, 수평축 풍력터빈(25)은 제1 전동댐퍼(60) 상측으로 수직풍도(20) 내에 설치되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 평상시 뿐만아니라 화재시에도 제연송풍기(30)로부터 수직풍도(20)를 통해 상향하는 바람에 의해 발전이 가능하기 때문이다.

그러나, 수평축 풍력터빈(25)의 설치위치는 이에 한정되지 않고 수직풍도(20) 내 어디든 설치가능하다.

실시예2는 이와 같이 설치되어 평상시에는 제2 전동댐퍼(90)가 수직풍도(20)를 개방하도록 구동되고 제1 전동댐퍼(60)는 분기공(22)을 밀폐하면서 수직풍도(20)를 개방하도록 구동됨으로써, 벤츄리 구조물(10)로부터 벤츄리 효과에 의해 발생되는 흡입력으로 연통된 건축물 저층부(2)의 공기를 빨아들여 환기시키게 된다. 동시에 제1 전동댐퍼(60) 상측으로 수직풍도(20) 내에 설치된 수평축 풍력터빈(25)도 발전을 하게 된다.

그러나, 화재시에는 제2 전동댐퍼(90)는 수직풍도(20)를 밀폐하도록 구동되고 제1 전동댐퍼(60)는 수직풍도(20)를 밀폐하면서 분기공(22)을 개방하도록 구동되며 제연송풍기(30)로부터 송풍된 바람이 수직풍도(20)를 따라 상측으로 이동하여 각층의 제연댐퍼(31)를 통하여 각층 현관측으로 송풍되는 것이다. 화재시에도 수평측 풍력터빈(25)은 제연송풍기(30)에 의해 송풍되는 풍속에 의해 발전을 하게 된다.

본 발명은 상기와 같이 건물에 반드시 설치되는 제연설비 중 수직풍도(20)의 상단부을 연장하여 벤츄리 구조물(10)을 설치하고 수직풍도(20)의 하부는 해당 건축물 저층부 또는 인근 건축물 저층부와 연통되도록 구성하여, 건축물 저층부 내의 환기시스템을 별도로 구성하지 않아도 지붕 위를 지나는 바람이 벤츄리 효과에 의해 2 ~ 3배 정도로 가속되어 건축물 저층부의 공기를 빨아들여 환기를 시키며 수직풍도(20)에서 발생되는 연돌효과 또는 굴뚝효과에 의해 상승기류는 급속히 증가하게 되어 환기 효율이 상승되고, 상기 벤츄리 구조물(10) 및 수직풍도(20) 내에 수직축 풍력터빈 및 수평축 풍력터빈을 설치함으로써 소형풍력발전을 할 수 있는 벤츄리효과 및 연돌효과를 이용하여 환기 및 풍력발전이 가능한 건물일체형 제연시스템을 제공하는 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 건축물 2: 건축물 저층부
10: 벤츄리 구조물 15: 수직축 풍력터빈
151: 제1 회전축 152: 제1 블레이드
153: 수직풍력발전기 20: 수직풍도
21: 수직통공 22: 분기공
25: 수평축 풍력터빈 251: 제2 회전축
252: 제2 블레이드 253: 수평풍력발전기
30: 제연송풍기 31: 제연댐퍼
40: 제1 전동댐퍼 50: 건축물 저층부 연통부
60: 제2 전동댐퍼 70: 제어부
80: 환기구 81: 급기팬
90: 센서 100: 제3 전동댐퍼
101: 제2 분기공

Claims

건축물에 설치되는 제연설비의 수직풍도(20) 상단부를 연장하여 지붕에 수직통공(21)을 형성하되 상기 수직통공(21)을 중심으로 일측에서 수평방향 타측으로 바람이 흐르는 유로가 좁아졌다가 다시 넓어지도록 설치되는 벤츄리 구조물(10)과;
상기 수직풍도(20)의 일측면에 분기공(22)을 형성하되 상기 분기공(22)을 통해 연통되는 제연송풍기(30)를 구비하며 상기 분기공(22) 또는 수직풍도(20)를 택일적으로 밀폐하도록 개폐가능하게 구동되는 제1 전동댐퍼(40)와;
상기 수직풍도(20)의 하부를 연장하여 해당 건축물 저층부 또는 인접 건축물 저층부의 상부에 연통되도록 설치되는 건축물 저층부 연통부(50)와;
상기 수직풍도(20)의 일측 또는 건축물 저층부 연통부(50)에 설치되어 수직풍도(20)와 건축물 저층부(2)의 연결을 개폐가능하도록 구동되는 하나이상의 제2 전동댐퍼(60)와;
상기 제1 전동댐퍼(40)와 제연송풍기(30)와 제2 전동댐퍼(60)를 전기적으로 연결하여 제어하는 제어부(70);를 포함하여 구성되어,
평상시에는 수직통공(21)으로부터 건축물 저층부 연통부(50)까지 연통되도록 제1 전동댐퍼(40)와 제2 전동댐퍼(60)를 구동하여 상기 벤츄리 구조물(10)을 지나는 바람의 벤츄리 효과에 의해 건축물 저층부 내의 공기를 빨아들여 배출시키고,
화재시에는 수직풍도(20)를 밀폐하면서 분기공(22)이 개방되도록 제1 전동댐퍼(40)를 구동하고 수직풍도(20)와 건축물 저층부(2)의 연결을 밀폐하도록 제2 전동댐퍼(60)를 구동하여 제연송풍기(30)로부터 각 층의 제연댐퍼(31)를 통하여 송풍하는 것을 특징으로 하는 벤츄리효과 및 연돌효과를 이용하여 환기 및 풍력발전이 가능한 건물일체형 제연시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 벤츄리 구조물(10)의 유로는 좁아졌다가 다시 넓어지도록 형성되는 유선형이거나 직선형인 것을 특징으로 하는 벤츄리효과 및 연돌효과를 이용하여 환기 및 풍력발전이 가능한 건물일체형 제연시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 건축물 저층부(2)는 건축물 저층부 연통부(50)측으로 공기가 유도되도록 그 타측에 외부와 연통되는 하나 이상의 환기구(80)를 설치하는 것을 특징으로 하는 벤츄리효과 및 연돌효과를 이용하여 환기 및 풍력발전이 가능한 건물일체형 제연시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 수직풍도(20) 및 건축물 저층부(2)를 지나는 바람의 풍속 및 방향과 온도 및 습도에 따라 제어하기 위하여, 수직풍도(20) 내, 각 층 현관 부근 및 건축물 저층부(2) 내에 다수의 센서(90)를 구비하되 상기 센서(90)는 제어부(70)와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 벤츄리효과 및 연돌효과를 이용하여 환기 및 풍력발전이 가능한 건물일체형 제연시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 수직풍도(20)의 일측에 지상층 외부와 연통되는 제2 분기공(101)을 형성하되 상기 제2 분기공(101)과 건축물 저층부 연통부(50)를 택일적으로 개폐가능하도록 구동되는 제3 전동댐퍼(100)를 추가로 설치하고;
상기 제어부(70)는 상기 센서(90)에서 측정된 외기 온도가 기설정된 기준치 미만이거나 습도가 기설정된 기준치 이상이면 제3 전동댐퍼(100)를 구동시켜 건축물 저층부 연통부(50)를 밀폐하면서 제2 분기공(101)을 개방함으로써 건축물 지하를 통한 외기의 유입을 차단하고 지하층 환기를 일시적으로 중단하며 제2 분기공(101)을 통하여 지상층 외기를 유입하다가 센서(90)에서 측정된 외기 온도가 기설정된 기준치 이상이고 습도가 기설정된 기준치 미만이면 제3 전동댐퍼(100)를 구동시켜 제2 분기공(101)을 밀폐하면서 건축물 저층부 연통부(50)를 개방함으로써 건추물 지하를 통한 외기를 유입시켜 지하층 환기를 재개하는 것을 특징으로 하는 벤츄리효과 및 연돌효과를 이용하여 환기 및 풍력발전이 가능한 건물일체형 제연시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 제어부(70)는 평상시 각 층 현관 부근에 설치된 센서(90)로부터 입력된 온도값이 기설정된 기준치를 초과하면 전 층 또는 해당 층의 제연댐퍼(31)를 구동시켜 개방함으로써 건축물 저층부(2)와 함께 환기시켜 온도를 낮추는 것을 특징으로 벤츄리효과 및 연돌효과를 이용하여 환기 및 풍력발전이 가능한 건물일체형 제연시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 벤츄리 구조물(10)의 유로를 통하여 흐르는 풍속으로 발전을 하고자 상기 수직통공(21)의 상부이자 벤츄리 구조물(10)의 중심에는 수직축 풍력터빈(15)을 구비하되;
상기 수직축 풍력터빈(15)은 수직방향으로 안착되는 제1 회전축(151)과, 상기 제1 회전축(151)을 중심으로 회전하는 제1 블레이드(152)와, 상기 제1 회전축(151)의 회전에 의해 전기가 발생되도록 상기 제1 회전축(151)에 구동 연결되는 수직풍력발전기(153)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 벤츄리효과 및 연돌효과를 이용하여 환기 및 풍력발전이 가능한 건물일체형 제연시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 수직풍도(20)를 통해 흐르는 풍속으로 발전을 하고자 상기 제1 전동댐퍼(40)보다 상측의 수직풍도(20) 내에 수평축 풍력터빈(25)을 구비하되;
상기 수평축 풍력터빈(25)은 수직방향으로 안착되는 제2 회전축(251)과 상기 제2 회전축(251)을 중심으로 회전하는 제2 블레이드(252)와, 상기 제2 회전축(251)의 회전에 의해 전기가 발생되도록 상기 제2 회전축(251)에 구동 연결되는 수평풍력발전기(253)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 벤츄리효과 및 연돌효과를 이용하여 환기 및 풍력발전이 가능한 건물일체형 제연시스템.