A Study on the Application of a Wind Power Generation System Using Outdoor Air on the Rooftop and Indoor Ventilation

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(1)[ 논문]한국태양에너지학회 논문집. [논문] 한국태양에너지학회 논문집 Journal of the Korean Solar Energy Society. Vol. 34, No. 1, 2014 IS S N 1 5 9 8 - 6 4 1 1 http://dx.doi.org/10.7836/kses.2014.34.1.072. 건물 옥상외기와 실내배기를 활용한 풍력발전시스템 적용 연구 A St udyont heAppl i cat i onofaWi ndPowerGenerat i onSyst em Usi ng Out doorAi ront heRoof t opandI ndoorVent i l at i on 이용호* ․박진철* * ․황정하* * * † LeeYong-Ho* ,Par kJ i n-Chul * *andHwangJ ung-Ha* * * † ( Submi tdat e:2 0 1 3 .1 1 .2 0 . ,J udgme ntda t e:2 0 1 3 .1 1 .2 2 . ,Publ i c a t i onde c i deda t e:2 0 1 4 .1 .1 4 . ). Abstract : Thi ss t ud yp r o p o s e dawi ndp o we rge ne r a t i o ns ys t e m ut i l i z i ngo ut do o ra i ro nt her o o f t o pa ndi nd o o rve nt i l a t i o n, whi c hwo ul di nc r e a s ea c c o r di ngt ot hebui l d i nghe i ght ,a sawa yt ohe l pt os a vee ne r gyc o ns ump t i o ni nabui l di ngbyus i ng wi ndp o we re ne r gyo ft hene wr e ne wa bl ee ne r gys o ur c e s .Thes t udyme a s ur e dt hed i s t r i but i o no fa i rc ur r e nt sa ndp o we r ge ne r a t i o na c c o r d i ngt ot heus a gef a c t o ro fe xha us tp i p e si nt heki t c he na ndba t hr o o ma ndi d e nt i f i e dt hee l e me nt st o c o ns i d e rwhe na pp l yi ngawi ndpo we rge ne r a t i o ns ys t e mt obui l di ngsi no r de rt ous eo ut do o ra i ro nt her o o f t o pi nc r e a s i ng a c c o r di ngt ot hehe i ghta ndt hei ndo o rve nt i l a t i o np r o duc e di nt hef a c i l i t yve r t i c a ls ha f t si ns i det hebui l d i ngsbyi ns t a l l i ng awi ndp o we rge ne r a t i o ns ys t e mo nt her o o f t o p . ( 1 )Th es t ud yme a s u r e dt h eve nt i l a t i o nve l o c i t yo ft hek i t c h e nho o da ndb a t h r o o m ve n t i l a t i o nf a nb yc ha n gi n gt h ez o nea r e a s b yt h eho us e h o l d sa c c o r d i ngt ot heu s a gef a c t o ro f[ α] =3 3 ∼1 0 0 %.Asar e s ul t ,t h ek i t c h e nve nt i l a t i o np i p ege n e r a t e dt h e ve nt i l a t i o nwi n do f3 . 0 ㎧o rmo r ea tt h eu s a gef a c t o ro f[ α]6 6 %o rh i gh e r ,a n dt h eb a t h r o o m ve nt i l a t i o np i p ege n e r a t e dve n t i l a t i o n ve l o c i t yl o we rt ha n3 . 0 ㎧,t h eb l a d eve l o c i t yo ft h ewi n dp o we rge ne r a t o r ,e ve na f t e rt h eus a gef a c t o rr o s et o[ α] =1 0 0 %. ( 2 )Ast heo l dba t hr o o m ve nt i l a t i o np i p ege ne r a t e dt heve nt i l a t i o nve l o c i t yo f3 . 0 ㎧,t hebl a deve l o c i t yo ft hewi ndp o we r ge ne r a t o r ,e ve nwi t ht her i s i ngus a gef a c t o r [ α] ,t hea pp l i c a t i o no fa no ut do o ra i ri nduc t i o nmo d ul ei nc r e a s e dt heve nt i l a t i o n ve l o c i t yby2 . 9 ㎧a tt heus a gef a c t o ro f[ α] =3 3 %,3 . 8 ㎧a tt heus a gef a c t o ro f[ α] =6 6 %,a nd3 . 6 ㎧a tt heus a gef a c t o ro f [ α] =1 0 0 %.Thust heve nt i l a t i o nve l o c i t yo f3 . 0 ㎧,t hebl a d eve l o c i t yo ft hewi ndp o we rge ne r a t o r ,o rhi ghe rwa ss e c ur e d . ( 3 )Thef i ndi ngsp r o vet ha tt hea pp l i c a bi l i t yo fawi ndp o we rge ne r a t i o ns ys t e m us i ngo ut do o ra i ro nt her o o f t o pa nd i nd o o rve nt i l a t i o ni se xc e l l e nt ,whi c hr a i s e sane e df o rva r i o use f f o r t st oi nc r e a s et hepo s s i bi l i t yo fi t sc o mme r c i a l i z a t i o n s uc ha ss e c ur i ngi t ss t r uc t ur a ls t a bi l i t ya c c o r d i ngt omo me nt a r ygus t so nt her o o f t o pa ndt yp ho o nsi ns umme ra ndma ki ng t hes t r uc t ur el i ghtt or e a c tt ot hewi nddi r e c t i o nso fo ut do o ra i ro nt her o o f t o pa c c o r d i ngt ot hes e a s o ns .. Key Words : 건물옥상외기( Ro o f t o po ut do o ra i r ) ,실내배기( Ro o m e xha us t ) ,배기겸용풍력발전( Wi n d Po we r Co mb i ne d Ve n t i l a t i o r ) , 기류측정( Me a s u r e me nto ff l o w) ,발전량측정( Ge ne r a t i o nme a s u r e me n t ). ** * †황정하( 교신저자):경북대학교 건축토목공학부 E-mai l:pe t er @knu. ac. kr ,Tel:054-530-1375 *이용호 :경북대학교 건축토목공학부 **박진철 :중앙대학교 건축학부. 72. ***†Hwang Jung-Ha(corresponding author) : School of Architecture & Civil Engineering, Kyungpook National University. E-mail : [email protected], Tel : 054-530-1375 *Lee Yong-Ho : School of Architecture & Civil Engineering, Kyungpook National University. **Park Jin-Chul : School of Architecture & Building Science, Chung-Ang University. 한국태양에너지학회 논문집 Vol. 34, No. 1, 2014.

(2) 건물 옥상외기와 실내배기를 활용한 풍력발전시스템 적용 연구/이용호 외. 1.서. 론. 기회전체를 설치하여 기류분포와 발전량 측정실험을 실시하였다.. 1. 1연구배경 및 목적. ( 3)기류분포 측정실험은 주방· 욕실 배기구의. 최근 도시지역 주거형태는 인구집중과 지가상. 동시사용률에 따른 배기풍속을 측정하여. 승에 따른 과밀화 문제 해결을 위하여 고층 공동. 풍력발전을 위한 블레이드 가동풍속 확보. 주택의 건립이 증가하고 있다.그러나 고층 공동. 가능성을 검토한 후,기존 욕실배기구에. 주택은 일반 건물에 비해 에너지 소비가 높아 에. 외기유인모듈을 설치하여 외기유인을 통. 너지 절약에 대한 대책이 반드시 필요함에 따라. 한 배기풍속 증가효과를 분석하였다.. 에너지 소비절약 일환으로 신재생에너지시스템. ( 4)발전량 측정실험은 옥상외기와 기존 욕실. 적용을 위한 다양한 연구들이 진행되고 있다.. 배기구 발전량과 외기유인모듈 및 발전기. 이에 본 연구도 신재생에너지원 가운데 풍. 회전체 적용시 동시사용률에 따른 발전량. 력에너지를 활용한 건물 에너지절약 방안으. 을 측정하여 풍력발전시스템 적용을 위한. 로 건물 높이에 따라 증가하는 옥상외기와 실. 고려요소를 도출하였다.. 내배기를 활용하는 풍력발전시스템을 제안하 며,건물 옥상에 풍력발전시스템을 설치하여 높이에 따라 증가하는 옥상외기와 건물내부. 2.풍력발전시스템 제안과 건물적용에 따른 측정실험. 에 설치된 설비용 수직샤프트에서 발생되는 실내배기를 풍력발전에 이용하고자 주방· 욕. 2. 1풍력발전시스템 제안. 실 배기구의 동시사용률에 따른 기류분포 및. 본 연구에서 제안하는 풍력발전시스템은 아. 발전량을 측정하여 풍력발전시스템의 건물. 래 Fi g.1 과 같이 건물 높이에 따라 증가하는. 적용을 위한 고려요소를 도출하였다.. 수평방향의 옥상외기를 외기유인모듈을 통하 여 주방· 욕실 배기구 내부로 유인한 후,수직. 1. 2연구방법 및 범위. 방향의 실내배기와 혼합 상승시켜,증속된 기. 본 연구는 건물 옥상외기와 실내배기를 이. 류가 배기구 상부에 설치된 풍력발전기1)의 블. 용한 풍력발전시스템 측정실험 연구로서,연. 레이드를 구동시켜,일정량의 전기에너지를. 구방법 및 범위는 다음과 같다.. 생산하는 개념으로 설계· 제작되었다.. ( 1 )건물 높이에 따라 증가하는 옥상외기와 주. 외기유인모듈은 발전기 블레이드의 회전반. 방· 욕실 배기구에서 발생하는 실내배기를. 경을 고려하여 높이 320 mm의 집풍유닛을 4. 활용하기 위하여 외기유인모듈과 발전기. 단으로 적층하는 방식으로 제작되었다.또한,. 회전체로 이루어진 풍력발전시스템을 제. 옥상층 주방· 욕실 배기구의 관경을 고려하여,. 0mm,상부는 Ø40 0mm 크기로 제 안한 후,기본모델( Pr o t o t ype ) 을 제작하였다. 하부는 Ø50 ( 2 )제안된 풍력발전시스템의 성능을 평가하기. 작하여 벤츄리효과로 인한 배기풍속의 증가를. 위하여 1 8층( 52. 5m) 높이 공동주택을 대상. 유도하며,건물옥상형태와 배기구 주변 구조체. 으로 옥상외기와 주방· 욕실 배기구의 동 시사용률에 따른 배기풍속을 측정한 후, 욕실 배기구 상부에 외기유인모듈과 발전. 1)본 연구에 적용된 풍력발전기는 ( 주) 하이에너지 코리아의 3 0 0 W 다리우스식 풍력발전기( D-3 0 0 ) 로 블레이드 가동에 필요한 최소풍속은 3 . 0 ㎧이다.. Journal of the Korean Solar Energy Society Vol. 34, No. 1, 2014. 73.

(3) [ 논문]한국태양에너지학회 논문집. 및 계절에 따른 외기풍향 변화를 고려하여 3 6 0 ° 회전이 가능한 발전기회전체로 구성되었다.. 구1 곳과 침실의 욕실배기구 1 곳 및 거실의 욕 실배기구 1 곳이 존재하며,이 가운데 주방배기 구와 거실에 위치한 욕실배기구를 대상으로 외 기유인모듈과 발전기회전체를 설치하여 동시사 용률[ α] 에 따른 기류분포와 발전량 측정하였다.. Fi g.2Thec ur r ents t at eoft hek i t c henandbat hr oom v ent i l at i onpi pesont her oof t opoft hes ubj ec tbui l di ng Fi g.1Thepr ot ot y peofawi ndpowergener at i ons y s t em. 2. 2건물적용에 따른 측정실험 제안된 풍력발전시스템의 성능평가를 위하여 Ta bl e1 과 같이 1 8 층( 5 2 . 5 m) 높이 1 7 8 세대 규모 의 공동주택을 대상건물로 선정하였다. Tabl e1Thes i z eoft hes ubj ec tbui l di ngandt he c ur r ents t at eofi t sf ac i l i t ys haf t s Sc a l et hebui l di ng. 2. 3기류분포 및 발전량 측정실험 조건 기류분포 및 발전량 측정을 위하여 Fi g.3 과 같이 대상건물 옥상에 외기풍속과 풍향 측 정을 위한 기상장치를 설치하였으며,주방· 욕 실 배기구 내부 3지점( ①하부,②좌측,③우 측) 과 외기유인모듈 내부 3 지점( ④하단,⑤중 단,⑥상단) 총 6 지점에 다점풍속센서를 설치 하여 기류분포를 측정하였다.. Ve r t i c a ls ha f ti ns t a l l a t i ons Fl o or s ( F) 2 〜1 8 He i ght ( m) 5 2 . 5 Ho us e ho l d( Uni t ) 1 7 8 Ki t c he n( Ea ) 6 Ba t hr oo m Be dr o o m 6 vi ngr o om 6 ( Ea ) Li Ro of t ope xha us tpi pe Ø 5 0 0 di a me t e r( mm) Hous e ho l de xha us tpi pe Ø 1 5 0 di a me t e r( mm). 선정된 대상건물의 설비용 수직샤프트는 Fi g.2 와 같이 각 세대별 환기를 위한 주방배기. 74. Fi g.3Ou t d o ora i ro nt h er o of t o p,t h ek i t c h e na n db a t h r o om v ent i l at i onpi pes ,andmeas ur i ngpoi nt soft heout door ai ri nduc t i onmodul e. 한국태양에너지학회 논문집 Vol. 34, No. 1, 2014.

(4) 건물 옥상외기와 실내배기를 활용한 풍력발전시스템 적용 연구/이용호 외. Tabl e2Thev ar i abl esands et t i ngc ondi t i onsoft he meas ur i ngex per i ment Expe r i me nt a l pa r a me t e r s. Se t t i ngc o ndi t i o ns 4 3 0. Exha us t Ki t c he n * [ Ms ] : . 5 . 3 ㎧ a i rvol ume * [ Hs ] : . 7 . 4 ㎧ va r i a bl e Ba t hr o o m * [ Bs ] : . 1 . 2 ㎧. Us a ge f a c t o r va r i a bl e. CMH. 9 0. C4. Z3( 1 3 -1 8 F). ●. ●. Z1( 0 2 -0 6 F). ◎. ◎. ○. 을 보였으며,측정실험 기간 동안 1 . 0 ㎧이하의 무풍빈도는 1 0 . 8 %이고,풍력발전기의 블레이드 가동에 필요한 3 . 0 ㎧ 이상의 외기풍속 빈도는. 6 6 % C5. ◎. 1 0 0 % C6. C7. ●. ●. 58%인 것으로 나타났다. Ext e r na la i rf l o w ve l o c i t ya nddi r e c t i o n ( 2 0 1 3 -0 4 / 0 5 ∼0 5 / 1 5 ). ◎. ○ ○ ○. ha us t Us a gef a c t or [ α] I nduc t i o n Ex t ype modul e [ Bs ] C3 ,C4 ,C7 va r i a bl e ( 1 . 2 ㎧) Ge ne r a t i on [ Bs ] c o mpa r e d ( 1 . 2 ㎧). Numbe ro f o pe r a t i ons 0 2 ∼1 8 F. CMH 6 1 0. C3. Z2( 0 7 -1 2 F). 약한 반면,중순부터 말까지는 5 . 7 ㎧로 강한 풍속. CMH 5 2 0. 3 3 % α [ %] Zo ne C1 C2. 이3 8 . 4 %로 가장 높은 풍향빈도를 보이고,4 월 초순부터 중순까지는 외기풍속이 평균 1 . 7 ㎧로. CMH. * [ Ss ] : 3 . 7 ㎧. ㎧범위로 평균풍속은 2 . 5 6 ㎧이며,남서풍( SW). I nduc t i o n modul e [ I D] Una ppl i e d Appl i c a t i o n. C4. Una ppl i e d. C3 ,C4 ,C7. Appl i c a t i o n. *[ Ss]:Sl ow Spe e d,[ Ms ]:Me di um Spe e d,[ Hs ]:Hi gh Spe e d,[ Bs ]:Bas i cSpe e d. Thema i nwi nd di r e c t i on Ni lf r e que nc y r a t i o ( %) Mi ni mum wi nd s pe e d( ㎧) Ma xi mum wi nd s pe e d( ㎧) Ave r a gewi nd s pe e d( ㎧). 측정실험 변수와 설정조건은 Ta bl e2 와 같이 각 세대의 주방후두팬( [ Ss ] -3 . 7 ㎧,[ Ms ] -5 . 3 ㎧, [ Hs ] -7 . 4㎧) 과 욕실배기팬( [ Bs ] -1. 2 ㎧) 을 층별 ( 2∼18 F) 로 순차적으로 가동시켜,옥상 주방· 욕실 배기구 말단에서 배기풍속을 측정한 후, 세대별 존구획「C1 ∼7 」을 설정하여 주방후 두팬 저속( [ Ss ] -3 . 7 ㎧) 과 욕실배기팬( [ Bs ] -1. 2. SW 1 0 . 8 0 . 4 1 1 4 . 7 2 . 5 6. Fi g.4Thewi ndv el oc i t yanddi r ec t i onofout doorai r ont her oof t opdur i ngt hemeas ur i ngex per i ment per i od. ㎧) 가동시 동시사용률[ α] =3 3 ∼1 0 0 %에 따른 기 류분포를 측정하였으며,욕실배기구를 대상으. 3. 2주방· 욕실의 실내배기 기류분포. 로 세대별 존구획「C3,C4,C7」에서 외기유인. 주방· 욕실 배기구 내부 3지점( ①하부,②좌. 모듈의 적용 유· 무에 따른 기류분포와 발전량. 측,③우측) 에서 외기풍속이 3 . 0 ㎧이하 일때,1. 을 측정하였다.. 분 간격으로 6 시간동안 각 세대의 주방후두팬 과 욕실배기팬을 2 ∼1 8F 순차적으로 가동시. 3.옥상외기와 실내배기 기류분석. 켜 배기풍속을 측정한 결과 Fi g.5 와 같이 가 동세대가 증가할수록 배기풍속 또한 비례하여. 3. 1옥상외기 기류분포. 증가하는 경향이 나타나며,주방후두팬 저속. 2 0 1 3 년4 월5 일부터∼5 월1 5 일까지의 측정실. [ Ss ]배기풍속은 2 . 0 9㎧,중속[ Ms ] 은 4 . 5 8㎧,. 험 동안의 옥상외기는 Fi g.4 와 같이 0 . 4 1 ∼1 4 . 7. 고속[ Hs ] 은6 . 2 5 ㎧로 측정되어,주방후두팬 고. Journal of the Korean Solar Energy Society Vol. 34, No. 1, 2014. 75.

(5) [ 논문]한국태양에너지학회 논문집. 속가동의 경우,저속가동보다 배기풍속이 3 배. 건은 평균 2 . 0 7 ∼2 . 4 1 ㎧ 범위,[ α] =6 6 %인 「C4. 정도 높게 측정되었다.. ∼6 」조건은 3. 23∼4. 28 ㎧ 범위,[ α] =10 0%인. 욕실배기팬[ Bs ] 가동에 따른 배기풍속은. 「C7」조건은 4. 57㎧의 배기풍속이 발생되어. 0. 2〜1. 19 ㎧범위로 가동세대가 증가하더라도. 동시사용률[ α] =6 6 % 이상에서 풍력발전기 블레. 주방후두팬 저속가동 배기풍속 5 0 %에 해당하. 이드 가동에 필요한 3. 0㎧ 이상의 배기풍속이. 는 1. 19 ㎧의 배기풍속만이 측정되었다.. 확보되며,동시사용률[ α] 이 동일할 경우,존구획 세대가 상부에 위치할수록 C7 ( 4 . 5 7 ㎧) >C6 ( 4 . 2 8 ㎧) >C4( 4 . 24 ㎧) > C5 ( 3. 2 3㎧)순으로 배기풍속 이 증가하는 경향이 나타났다. 욕실배기구의 경우는 동시사용률[ α] =33 % 인「C1 ∼3 」조건에서 평균 0. 40∼0. 68 ㎧범위, [ α] =66 %인 「C4∼6」조건은 0. 67∼0. 96 ㎧범 위,[ α] =100 %인 「C7 」조건은 1. 09 ㎧로 동시 사용률이 [ α] =33 %에서 100 %로 증가됨에 따 라 배기풍속 또한,약2 배 증가되었으나,풍력 발전기 블레이드 가동에 필요한 3. 0㎧ 이상의 배기풍속 확보는 어려운 것으로 여겨진다.. Fi g.5Thedi s t r i but i onofai rc ur r ent sac c or di ngt ot he oper at i onoft hek i t c henandbat hr oom v ent i l at i onf ans byt hehous ehol ds. Fi g6.Thedi s t r i but i onofai rc ur r ent sac c or di ngt ot he s i mul t aneousus ageoft hek i t c henandbat hr oom v ent i l at i onpi pes. 3. 3외기유인모듈 적용에 따른 기류분포 한편,주방후두팬 저속[ Ss ]및 욕실배기팬. 기존 욕실배기구의 경우,동시사용률[ α] 이. [ Bs ]가동조건에서 동시사용률[ α] =33∼10 0%. 33∼10 0%로 증가더라도 풍력발전기 블레이. 에 따라 세대별 존구획을「C1 ∼7 」변화시켜 배. 드 가동에 필요한 3 . 0 ㎧ 이상의 배기풍속 확보. 기풍속을 측정한 결과,Fi g.6 과 같이 주방 배기. 가 어려움에 따라 수평방향의 옥상외기를 배. 구의 경우,동시사용률 [ α] =3 3 %인 「C1 ∼3 」조. 기구 내부로 유인할 수 있는 외기유인모듈을. 76. 한국태양에너지학회 논문집 Vol. 34, No. 1, 2014.

(6) 건물 옥상외기와 실내배기를 활용한 풍력발전시스템 적용 연구/이용호 외. 설치하여 동시사용률[ α] 에 따른 세대별 존구. 의 발전량의 경우,Fi g.8과 같이 최고빈도 풍. 획「C3-I D,C4-I D,C7 -I D」조건에서 기류분. 향 남서풍( SW) 인 0. 98∼3. 22 ㎧범위 평균 1 . 8 3. 포를 측정하였다.. ㎧의 옥상외기가 작용할 때,일간 최소발전량. 기존 욕실배기구에 외기유인모듈을 적용하. 은2 8 1 Wh이고,일간 최대발전량은 2 0 , 2 6 1 . 4 Wh. 였을 경우,Fi g.7 과 같이 0. 68∼1. 08 ㎧의 수. 이며,총누적발전량은 44 , 55 1Wh로 시간당 평. 직방향의 실내배기( ①〜③) 와 2. 57 ∼3 . 0 1㎧의. 균 309 . 4 Wh가 발전되었다.. 수평방향 외기가 유인모듈 내부( ④∼⑥) 에서. 기존 욕실배기구「C4 」조건에 외기유인모. 합류하여 상승함에 따라 동시사용률[ α] =3 3 %인. 듈을 적용한 경우는 Fi g.9 와 같이 최고빈도. 「C3-I D」조건은 3. 64 ㎧,[ α] =66 %인「C4-I. 풍향 남서풍( SW) 인 0. 72 ∼2 . 8 3㎧범위 평균. D」조건은 4 . 8 ㎧,[ α] =10 0%인「C7-I D」조건. 1. 84㎧의 옥상외기가 작용할 때,일간 최소발. 은 4. 72 ㎧의 배기풍속이 측정되었다.. 전량은 4 66. 2 Wh이고,일간 최대발전량은. 따라서 외기유인모듈 적용시 기존 욕실배기 구의 배기풍속 증가는「C3 -I D」은 2 . 9 ㎧( 4 . 2 배) ,「C4 -I D」은 3 . 8 ㎧( 3 . 9 배) , 「C7 -I D」은 3 . 6. 17, 231 . 1 Wh이며,총누적발전량은 57 , 89 4. 3Wh 로 시간당 평균 402 . 1 Wh가 발전되었다. 따라서 기존 욕실배기구에 외기유인모듈을. ㎧( 3 . 3 배) 로 나타나,풍력발전 블레이드 가동에. 적용할 경우,옥상외기의 유인에 의하여 배기. 필요한 3 . 0 ㎧ 이상의 배기풍속이 확보되었다.. 풍속이 증가됨에 따라 기존 욕실배기구의 발 전량보다 29% 향상되는 것으로 나타났다. 4. 2동시사용률[ α]변화에 따른 발전량 본 절에서는 기존 욕실배기구에 외기유인모 듈 적용시 동시사용률[ α] =3 3∼100 %에 따른 발전량을 비교분석하였다. 동시사용률[ α]변화에 따른 발전량은 Fi g.1 0 과 같이 최고빈도 풍향 남서풍( SW) 일 때,외기 풍속이 1 . 7 6 ∼3 . 6 8 ㎧범위로 평균 2 . 7 1 ㎧가 작용 하여,총누적발전량은 동시사용률[ α] =3 3%는. Fi g7 .Thedi s t r i but i onofai rc ur r ent si nt heol dbat hr oom v ent i l at i onpi peandac c or di ngt ot heappl i c at i onofan out doorai ri nduc t i onmodul e. 4, 2 3 1Wh,[ α] =66 %는 16 , 1 29 . 3 Wh,[ α] =1 0 0%는 31, 772 . 6 Wh가 발전되었다.이에 따른 시간당 평균 발전량은 [ α] =10 0 %( 6 6 1. 9 Wh) >[ α] =6 6 %. 4.풍력발전기 발전량 비교분석. ( 3 3 6 . 0 Wh) > [ α] =3 3 %( 8 8 . 1 Wh)순으로 동시사 용률[ α] =3 3 %에서 외기풍속이 평균 1 . 8 8 ㎧으로. 4. 1외기유인모듈 적용에 따른 발전량. 가장 낮음에 따라 발전량이 저조하게 나타난. 기존 욕실배기구의 세대별 존구획「C4 」조. 반면,동시사용률 [ α] =1 0 0 %는 외기유인모듈의. 건을 대상으로 외기유인모듈 적용 유· 무 에. 내부로 유입된 평균 외기풍속이 3 . 2 1 ㎧로 가장. 따른 발전량을 비교분석하였다.. 높음에 따라 발전량도 [ α] =6 6 %보다 시간당 평. 기존 욕실배기구 세대별 존구획「C4」조건. 균 325 . 9 Wh높게 발전되었다.. Journal of the Korean Solar Energy Society Vol. 34, No. 1, 2014. 77.

(7) [ 논문]한국태양에너지학회 논문집. Da t e. 0 4 / 1 7 ∼1 8. 0 4 / 1 8 ∼1 9. 0 4 / 1 9 ∼2 0. 0 4 / 2 0 ∼2 1. 0 4 / 2 1 ∼2 2. 0 4 / 2 2 ∼2 3. Cumul a t i vePowe r ( Wh). 2 0 , 2 6 1 . 4. 8 , 1 3 1 . 4. 2 8 1. 3 , 5 3 1 . 9. 1 1 , 0 7 4 . 2. 1 , 2 7 1 . 1. Hour l yPo we r ( Wh). 8 4 4 . 2. 3 3 8 . 8. 1 1 . 7. 1 4 7 . 1. 4 6 1 . 4. 5 2 . 9. Thema i nwi nddi r e c t i o n. SW. SW. SW. SW. SW. SW. Ave r a gewi nds pe e d( ㎧). 3 . 2 2. 2 . 3 1. 0 . 8 5. 0 . 8 2. 2 . 5 4. 1 . 2 7. Fi g.8Powergener at i onoft heol dbat hr oom v ent i l at i onpi pe( [ α] =6 6 %). Da t e. 0 4 / 2 4 ∼2 5. 0 4 / 2 5 ∼2 6. 0 4 / 2 6 ∼2 7. 0 4 / 2 7 ∼2 8. 0 4 / 2 8 ∼2 9. 0 4 / 2 9 ∼3 0. Cumul a t i vePowe r ( Wh). 9 , 3 2 7 . 3. 1 7 , 2 3 1 . 1. 8 , 8 8 8 . 1. 4 6 6 . 2. 1 6 , 2 8 9 . 8. 5 , 6 9 1 . 8. Hour l yPo we r ( Wh). 3 8 8 . 6. 7 1 7 . 9. 3 7 0 . 3. 1 9 . 4. 6 7 8 . 7. 2 3 7 . 1. Thema i nwi nddi r e c t i o n. SW. SW. SW. SW. W. SW. Ave r a gewi nds pe e d( ㎧). 1 . 9 8. 1 . 7 3. 1 . 1 9. 0 . 7 2. 2 . 8 3. 2 . 6 1. Fi g.9Powergener at i onac c or di ngt ot heappl i c at i onofanout doorai ri nduc t i onmodul e( [ α] =6 6%). s i mul t a ne o usut i l i z a t i o nr a t i o[ α] Ro of t opout do ora i r Po we rp r o d uc t i o n. Ave r a gewi nds pe e d( ㎧). 33 % 5 / 1 1. 7 6. 66 % 5 / 2 2. 0 1. 5 / 3 3. 5 9. 5 / 4 2 . 4 6. 10 0 % 5 / 5 5 / 6 2 . 7 4 3 . 6 8. Thema i nwi ndd i r e c t i o n. SW. W. SW. SW. SW. SW. Cumul a t i vePo we r ( Wh). 8 8 4. 2. 3 , 3 46 . 8. 12 , 7 1 5. 5. 3 , 4 13 . 8. 10 , 5 0 7. 4. 21 , 2 6 5. 2. Ho ur l yPo we r ( Wh). 36 . 8. 1 3 9. 4. 5 2 9. 8. 14 2 . 2. 43 7 . 8. 88 6 . 1. Fi g.10Powergener at i onac c or di ngt ot heus agef ac t or [ α] ( ZoneAr eaC4byt hehous ehol ds ). 78. 한국태양에너지학회 논문집 Vol. 34, No. 1, 2014.

(8) 건물 옥상외기와 실내배기를 활용한 풍력발전시스템 적용 연구/이용호 외. 5.결. 론. ( 4)동시사용률[ α] 에 따른 발전량은 [ α] =1 0 0 %> [ α] =66%>[ α] =33% 순으로 1. 76∼3. 68 ㎧범. 본 연구는 공동주택 건물 옥상외기와 주방·. 위의 외기풍속과 실내배기의 영향으로 인. 욕실 실내배기를 활용한 풍력발전시스템 적용. 하여 외기풍속이 평균 1 . 8 8㎧인 동시사용. 연구로서 측정실험 분석결과를 요약하면 다음. 률[ α] =3 3%에서 가장 발전량이 저조하게. 과 같다.. 나타난 반면,동시사용률 [ α] =10 0%는 외. ( 1)주방· 욕실 배기구 가동 세대가 2〜18F층. 기유인모듈의 내부로 유입된 3 . 2 1㎧ 평균. 으로 증가할수록 배기풍속 또한,증가하. 외기풍속의 영향으로 [ α] =66 %보다 발전. 는 경향을 보이며,주방후두팬 중속과 고. 량이 2배정도 높게 나타났다.. 속가동시 풍력발전기 블레이드 가동에 필. 이와 같이,건물 옥상외기와 실내배기를 활. 요한 3. 0㎧ 이상의 배기풍속이 확보되는. 용한 풍력발전시스템의 적용 가능성은 우수. 반면,욕실 배기팬은 전체세대 배기팬이. 한 것으로 판단됨에 따라 향후,건물 옥상에. 가동되더라도 주방후두팬 저속가동의 5 0 %. 서 발생되는 순간 최대풍속과 태풍에 따른. 에 해당하는 1. 19 ㎧의 배기풍속만이 발생. 구조적 안전성의 확보 및 구조체 경량화 등. 되어 외기유인모듈 적용을 통한 배기풍속. 실용화에 대한 가능성을 높이기 위한 다양한. 의 증속이 필요한 것으로 사료된다.. 연구노력이 필요한 것으로 사료된다.. ( 2 )동시사용률[ α]변화에 따른 기류분포는 주. 후. 방배기구의 경우,주방후두팬 저속가동 동. 기. 시사용률[ α]66%이상부터 3 . 0 ㎧이상의 배 기풍속 확보가 가능하였으나,욕실배기구. 이 논문은 2 012 년도 정부( 교육과학기술부) 의 재. 의 경우는 동시사용률[ α] 이 1 00%까지 증. 원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구. 가더라도 풍력발전기 블레이드 가동에 필. 임( No.2 010 -002 739 3). 요한 3. 0㎧이상의 배기풍속 확보가 어려웠. 참고문헌. 다.이에 따라,외기유인모듈 적용할 경우, 동시사용률[ α] =3 3 %는 4 . 2 배( 2 . 9 ㎧) ,[ α] =6 6 % 는 3. 8배( 3. 8㎧) ,[ α] =10 0%는 3. 3배( 3. 6㎧) 의 배기풍속 증가효과가 발생하여 풍력발 전 블레이드 가동풍속 3. 0 ㎧이상의 배기풍 속이 확보되었다. ( 3 )발전량 측정실험의 경우,기존 욕실배기구. 1.Le e ,Y.H. ,Ki m,S.Y. ,Par k,J .C. ,Hwang,J . H. ,2 0 1 2 ,Ana l ys i so fAi rCur r e ntMe a s ur e me nt s a tExt e r na lI nd uc t i o n-St yl eKi t c he na ndBa t hr o o m Ve nt s ,J our naloft he Kor e an Sol ar Ene r gy Soc i e t y,Vol .32 ,No.6, pp76-8 4 2.Le e ,Y.H. ,Ki m,S.Y. ,Par k,J .C. ,Hwang,J .. 의 총누적발전량은 4 4 , 5 5 1 Wh로 시간당 평. H. ,2 0 1 2 ,A St udyo nt heWi ndPo we rGe ne r a t i o n. 균 309 . 4 Wh가 발전된 반면,외기유인모듈. Us i ngVe r t i c a lExha us tAi rDuc to ft heHi gh-Ri s e. 적용시 총누적발전량은 57, 894 . 3 Wh로 시. Apa r t me nt s ,J o ur na loft heKor e a nSo l a rEne r gy. 간당 평균 4 0 2. 1 Wh가 발전되어 기존 욕실. Soc i e t y,Vol .32 ,No.3, pp1-10. 배기구의 발전량보다 외기유인모듈 적용 시 약 29 % 정도 발전량이 향상되었다.. 3.Ki m,S.Y. ,Le e ,Y.H. ,Par k,J .C. ,Hwang,J . H. ,2 0 1 2 ,Ai r f l o w me a s ur i nga na l ys i st her o o f t o p. Journal of the Korean Solar Energy Society Vol. 34, No. 1, 2014. 79.

(9) [ 논문]한국태양에너지학회 논문집. ki t c he na ndba t hr o o me xha us tduc to fr e s i de nt i al. 12 .H.D.Chun,2 01 0,A St udyont heAppl i c at i on. bui l di ng,SAREK,Sume rAnnualConf e r e nc e ,. Pl an ofWi nd Powe rGe ne r at i on Sys t e m of. pp7 98-8 01. Hi gh-Ri s eBui l di ngs ,Chung Ang Uni ve r s i t y. 4.Par k,J .H. ,Ki m,J .W. ,Song,Y.W. ,Par k,J .. Gr aduat eSc hool ,Mas t e r ’ sThe s i s. C. ,Hwang,J .H. ,20 12,A Expe r i me nt alSt udy on t he Appl i c at i on of Smal l Wi nd Powe r Sys t e m Co mbi ne dVe nt i l a t o ri nSupe rHi gh-r i s e Apa r t me nt ,SAREK,Sume rAnnua lConf e r e nc e , pp7 25-7 28 5.Shi n,J .R. ,Par k,J .J . ,Ki m,H.Y. ,Ki m,D.Y. , 2 0 1 2 ,Pe r f o r ma nc eSt udyo fWi ndAugme nt a t i o n De vi c ef or Bui l di ng-i nt e gr at e d Wi nd Powe r , J our nalofKFMA,Vol .1 5,No.4 ,pp.42 -49 6 .Nam,B.H. ,You,J .Y. ,You,G.P. ,Ki m,Y.M. , 201 2,Wi nd-i nduc e d Var i at i on ofVe l oc i t yf or Tal l -bui l di ng wi t h Ope ni ngs wi t ht he CFD Si mul at i ons ,J our nalofWEI K,Vol .15 ,pp. 209 -214 7.Ki m,H.G. ,201 2,TheKor e aWi ndRe s our c e Map and I t s Appl i c at i on Sys t e m,J our nalof WEI K,Vol .15 ,pp.11 -15 8.Roh,J .W. ,2012,St udy on I mpr ove mentof The r malEnvi r onme ntby us i ng Wi nd-dr i ve n Nat ur alVe nt i l at i onont heAt r i um, J our nalof KSES,Vol .32 ,No.1,pp.40-4 7 9.J o,H.J . ,You,J .Y. ,You,K.P. ,Ki m,Y.M. , 20 11,A St udy ofWi nd e ne r gy As s e s s me nt ac c or di ngt onumbe randge ome t r yofi nl e tt o t opf l oorofTal lBui l di ng,J our nalofAI K,Vol . 31 ,No.2,pp.107 -108 1 0 .D.Y.Le e ,2 0 1 0 ,ASt ud yo nAi rCur r e ntAna l ys i s f ort heAppl i c at i onofWi ndPowe rGe ne r at i on i nHi gh-Ri s eBui l d i ng,So c i e t yo fAi r -Co nd i t i o n i n g and Re f r i ge r at i ng Engi ne e r s ofKor e a2 0 1 0 Summe rSympo s i um Co l l e c t i o nofDi s s e r t a t i ons 11 .B.R.Li me ta l ,2 0 0 8 ,A St udyo nMo r p ho l o gi c a l Tr e nd of Mode r n Hi gh-Ri s e Bui l di ngs , Ar c hi t e c t ur alI ns t i t ut eofKor e aCol l e c t i on of Di s s e r t at i ons ,v24n12. 80. 한국태양에너지학회 논문집 Vol. 34, No. 1, 2014.

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