KR20060022045A

KR20060022045A - 고층건물의 전단코어를 이용한 발전시스템

Info

Publication number: KR20060022045A
Application number: KR1020040070811A
Authority: KR
Inventors: 유홍식; 장인화; 오상훈
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2004-09-06
Filing date: 2004-09-06
Publication date: 2006-03-09
Also published as: KR100773409B1

Abstract

본 발명은 지표면과 대기의 온도차에 의해 발생하는 상승기류를 이용한 발전 시스템으로서, 30층 이상의 높이를 갖는 고층건물, 상기 고층건물에 내부에 폐공간을 이루며 높이방향으로 길게 형성되는 전단코어, 상기 전단코어의 하단에 형성되어 지표면의 공기가 유입되는 입구, 상기 전단코어의 상단에 형성되어 상기 고층건물의 옥상으로 소통되는 배출구, 및 상기 전단코어의 내부에 설치되는 발전터빈을 포함한다. 이 발전시스템은 고층건물의 전단코어를 이용하므로 건설비가 저렴하다.

Description

고층건물의 전단코어를 이용한 발전시스템{POWER PLANT SYSTEM WITH SHEAR CORE OF HIGH-RISE BUILDING}

도 1은 종래의 굴뚝을 이용한 발전시스템의 개념도를 나타낸 것이고,

도 2는 본 발명 고층건물의 전단코어를 이용한 발전시스템의 한 실시예에 따른 대략적인 구성을 나타낸 것이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 고층건물 20 : 골조

30 : 전단코어 31 : 입구

40 : 발전터빈 50 : 댐퍼

본 발명은 발전시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고층건물의 전단코어를 이용하여 건축비절감과 안정성향상을 동시에 꾀할 수 있는 고층건물의 전단코어를 이용한 발전시스템에 관한 것이다.

석유 및 천연가스 등과 같은 화석에너지에 대한 의존도는 세계적으로 85%에 달한다. 이 화석에너지는 재생이 불가능하고 매장량이 한정되어 있으며 매장지역이 편중되어 있기 때문에 가격과 공급에 있어서 항상 불안정한 요소를 지닌다. 따라서, 비산유국에서는 유가변동에 따라 극심한 물가변동이 발생된다.

특히, 화석에너지는 환경오염의 유발이 매우 심각하다. 공장과 자동차에서 배출되는 배기가스, 유류 저장탱크에서 자연 증발되는 가스, 가공연료 생산공정에서 배출되는 가스 등은 대기오염의 주범이다. 이 때문에 전세계적으로 화석연료의 사용을 줄이고 고갈의 염려가 없는 새로운 청정에너지원을 찾으려는 노력이 진행 중이다. 한때 원자력발전이 대체 에너지로 부상되기도 했으나 폐기물의 보관 및 방사능의 폐해가 많아 선진국에서는 점차 그 사용을 줄여가고 있다.

현재는 수력, 태양열, 지열, 풍력, 조력 등의 자연 에너지를 이용한 새로운 에너지개발이 한창이다. 그러나, 수력발전은 생태계를 파괴하고 사용기간의 제한이 있으며, 태양열발전은 아직 개발이 미진하여 발전효율이 떨어진다. 아울러, 풍력발전은 소음문제와 함께 날아다니는 조류에게 치명적인 해를 끼치는 문제점이 있어 보다 친자연적인 새로운 발전시스템이 요청된다.

도 1은 바로 이와 같은 요청에 의해 개발된 새로운 발전시스템이다. 이 발전시스템은 굴뚝(100)과 발전터빈(200)으로 구성되며, 지상과 지표면의 온도 차에 의해 형성되는 기류를 이용하여 발전한다.

굴뚝(100) 상부와 하부의 공기온도는 높이 차에 의해 다르다. 기본적으로 굴뚝(100) 상부공기의 온도가 하부공기의 온도보다 낮다. 또한, 굴뚝의 하부공기는 태양광에 의해 덥혀진 대지에서 열을 흡수하므로 이와 같은 온도차이는 더 커진다. 따라서, 굴뚝(100)에 별도의 장치를 설치하지 않아도 굴뚝(100) 하부의 더운 공기 는 굴뚝(100)을 따라 상승하여 굴뚝(100) 상부를 통해 배출되며 굴뚝(100)에 설치된 발전터빈(200)을 회전시켜 발전시킨다. 이와 같은 형태의 발전시스템은 자연현상을 에너지원으로 이용하므로 공해를 발생시키지 않는다. 또한, 발전터빈(200)이 굴뚝(100) 내부에 설치되므로 조류에게 해를 끼치는 일도 없다.

그러나, 이러한 종래 발전시스템이 충분한 발전량을 가지기 위해서는 굴뚝(100)이 상당한 높이로 세워져야 하므로 건설비가 많이 소요된다. 또한, 굴뚝(100)이 태풍 및 지진에 의해 붕괴되는 것을 방지하기 위해 굴뚝(100)의 기초와 하층부분을 매우 크게 건설해야 하므로 종래 발전시스템은 많은 지표공간을 차지한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 굴뚝을 세우는데 소요되는 비용을 최소로 하면서 외력에 의해 붕괴되는 것을 적절히 방지할 수 있는 고층건물의 전단코어를 이용한 발전시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 한 실시예에 따르면 지표면과 대기의 온도차에 의해 발생하는 상승기류를 이용한 발전 시스템으로서, 30층 이상의 높이를 갖는 고층건물, 상기 고층건물에 내부에 폐공간을 이루며 높이방향으로 길게 형성되는 전단코어, 상기 전단코어의 하단에 형성되어 지표면의 공기가 유입되는 입구, 상기 전단코어의 상단에 형성되어 상기 고층건물의 옥상으로 소통되는 배출구, 및 상기 전단코어의 내부에 설치되는 발전터빈을 포함하는 고층건물의 전단코어를 이용한 발전시스템이 제공된다.

최근 들어 30층 이상의 초고층 건물이 많이 세워지고 있다. 이러한 초고층 건물에는 외력에 대한 수평저항을 높이기 위해 전단코어가 형성된다. 전단코어는 건물의 높이방향으로 형성된 폐쇄형 밀폐공간으로서, 일반적으로는 엘리베이터나 비상용 계단이 설치되나 다른 설비를 설치하는 것도 가능하다. 이에 본 발명은 고층건물의 전단코어를 굴뚝으로 사용하여 건설비의 절감과 공간효율의 증대를 꾀한다. 즉, 전단코어를 굴뚝으로 사용하면 외부에 노출되지 않고 건설비가 절약된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명 고층건물의 전단코어를 이용한 풍력발전시스템의 한 실시예에 따른 대략적인 구성을 나타낸 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이 30층 이상의 고층건물(10)은 철근골조(11)로 이루어진다. 이러한 고층건물(10)은 수직하중에 대한 압축변형은 거의 없으나 수평하중에 대해 전단변형이 크다. 따라서, 전술한 바와 같이 고층건물(10) 내부에는 높이방향으로 길게 형성된 폐쇄형의 전단코어(30)가 형성된다. 일반적으로 전단코어(30)는 철근골조(11)와 다른 변위특성을 가진다. 따라서, 수평하중에 대해 전단코어(30)와 철근골조(11)의 변위가 다르게 나타나고 이에 의해 수평변위가 줄어드는 효과가 있다. 본 실시예에서는 전단코어(30)와 철근골조(11)를 댐퍼(50)로 연결하여 수평하중에 대한 저항성을 보다 크게 한다. 댐퍼(50)로는 강재의 항복으로 나타나는 이력감쇠 성능을 이용하여 지진에너지를 흡수하는 탄소성 댐퍼(이력댐퍼)와 오일(oil), 고감쇠 고무와 점탄성 유체를 이용하여 건물의 흔들리는 속도에 따라서 감쇠력을 발휘하는 점탄성 댐퍼를 사용하는 것이 좋다.

본 실시예에서 전단코어(30)와 철근골조(11)를 댐퍼(50)로 연결하는 또 다른 이유는 전단코어(30)에 고층건물(10)의 내부온도가 전달되는 것을 차단하기 위해서이다. 본 발명은 지표에 닿는 전단코어(30)의 하단과 고층건물(10)의 옥상으로 돌출된 상단의 온도 차에 위한 기류를 이용하므로, 전단코어(30)에 고층건물(10)이 갖는 온도가 전달되면 전단코어(30) 내부에 원활한 상승기류가 생성되기 어렵다. 때문에, 본 실시예에서는 전단코어(30)와 철근골조(11) 사이에 일정한 단열공간을 형성시키고 전단코어(30)와 철근골조(11)를 댐퍼(50)로 연결한 것이다. 철근골조(11)와 전단코어(30)의 열전달을 효과적으로 차단하기 위해 전단코어(30)의 외측에 단열재를 설치하는 것도 좋다.

전단코어(30)의 하단은 상대적으로 온도가 높은 지표로 연결되고 상단은 상대적으로 온도가 낮은 고층건물(10)의 옥상을 통해 외부로 돌출된다. 전단코어(30)의 하단에는 지표의 공기가 유입되는 입구(31)가 형성되고 상단에는 대기로 통하는 배출구(32)가 형성된다. 따라서, 전단코어(30)에는 온도가 비교적 높은 지표면에서 온도가 낮은 고층건물(10)의 옥상으로 이동하려는 상승기류(바람)가 형성된다.

전단코어(30)의 내부에는 바람의 힘을 이용하여 발전하는 복수개의 발전터빈(40)이 설치된다. 발전터빈(40)은 상당한 중량과 부피를 차지하므로 전단코어(30)의 하부에 설치하는 것이 좋으나 필요에 따라 전단코어(30)의 상부에 설치할 수도 있다.

전단코어(30)의 입구(31)는 지표면에서 약 2m정도 높이에 형성되는 것이 좋다. 이는 입구(31)가 지표면에 너무 가깝게 형성되면 고층건물(10)의 출입문 주변 에 입구(31)로 소통되는 공기순환이 형성되어 고층건물(10)을 출입하는 사람들에게 불쾌감을 줄 수 있기 때문이다. 따라서, 전단코어(30)의 입구(31)는 되도록 고층건물(10)의 출입문에서 멀리 떨어지고 사람들의 통행에 지장을 주지 않는 높이에 형성되는 것이 좋다. 한편, 본 발명의 발전시스템은 지표면과 지상의 온도차에 의해 공기가 순환될 때만 이용이 가능하므로, 전단코어(30)의 입구(31)에 개폐장치를 설치하여 필요에 따라 입구(31)를 차단하도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명은 발전설비를 건설하는데 소요되는 비용을 최소로 할 수 있다. 또한, 본 발명은 자연현상을 에너지원으로 이용하므로 환경오염 및 생태계 파괴를 유발하지 않는다. 아울러, 본 발명에 따르면 대부분의 고층건물이 자가 발전시스템을 구비하게 되므로 인구가 밀집한 대도시의 전력공급을 원활하게 할 수 있다.

이상에서 고층건물의 전단코어를 이용한 발전시스템에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims

지표면과 대기의 온도차에 의해 발생하는 상승기류를 이용한 발전 시스템으로서,

30층 이상의 높이를 갖는 고층건물,

상기 고층건물에 내부에 폐공간을 이루며 높이방향으로 길게 형성되는 전단코어,

상기 전단코어의 하단에 형성되어 지표면의 공기가 유입되는 입구,

상기 전단코어의 상단에 형성되어 상기 고층건물의 옥상으로 소통되는 배출구, 및

상기 전단코어의 내부에 설치되는 발전터빈을 포함하는 고층건물의 전단코어를 이용한 발전시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 입구는 개폐조절이 가능한 것을 특징으로 하는 고층건물의 전단코어를 이용한 발전시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 전단코어의 둘레에는 상기 고층건물로부터 전달되는 열을 차단하는 단열재가 설치되는 것을 특징으로 하는 고층건물의 전단코어를 이용한 발전시스템.