건물 옥상층 상부에서 풍력발전기 최적의 설치 위치에 대한 분석 (Analysis of the Optimal Installation Location of Wind Power Generator on the Rooftop of the Building)

서지정보

· 발행기관 : 한국엔터테인먼트산업학회
· 수록지 정보 : 한국엔터테인먼트산업학회논문지 / 18권 / 9호 / 349 ~ 357페이지
· 저자명 : 유장열, 이민희, 박민우

초록

본 연구에서는 도심 환경에서 풍력 에너지를 활용하기 위해 건물 지붕층에 풍력발전기를 설치할 경우 최적의 설치 위치를 선정하고자 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)을 통해 옥상 상부의 기류 특성을 분석하였으며, 다음과 같은 결론을 도출하였다. 첫째, 풍향각 0도와 45도를 비교한 결과, 최대 풍속비는 두 풍향각 모두 높이 1.3에서 발생하였으며, 풍향각 45도에서는 (5,5) 지점에서 관찰되었다. 두 조건 간 최대 풍속비 차이는 0.37%로 미미했으나, 풍향각 45도의 난류 강도비는 약 31% 감소하여 난류 영향을 크게 줄일 수 있었다. 따라서 풍향각 45도가 풍력발전기 설치에 더 유리한 조건으로 평가되었다. 둘째, 풍향각 45도에서는 원추형 와류가 발생하여 풍하측 모서리 부근의 (2,5)와 (5,2)에서 높은 난류 강도비가 관찰되었다. 해당 위치에서는 풍속비가 낮게 나타났으나, 높이 1.3 이상에서는 와류 영향이 감소하며 풍속비가 1.0 이상으로 상승하였다. 난류 강도비가 높은 이 지역은 설치에 부적합한 위치로 판단되었다. 셋째, 종횡비가 증가할수록 최대 풍속비와 난류 강도비가 상승하였으며, 최대 풍속비 위치는 종횡비 1과 2에서는 (5,5), 종횡비 3에서는 (2,3)과 (3,2)로 이동하였다. 이는 종횡비가 설치 위치 선정에 중요한 변수임을 보여준다. 넷째, 가상의 소형 풍력발전기를 적용한 분석 결과, 종횡비 증가에 따라 풍력 에너지 출력은 건물이 없는 경우보다 각각 24%, 29%, 33% 증가하였다. 이는 종횡비가 풍력발전기 성능 향상에 긍정적인 영향을 미친다는 점을 시사한다.

영어초록

This study evaluates optimal wind turbine installation locations on urban building rooftops using Computational Fluid Dynamics (CFD) to analyze airflow characteristics. The results indicate that under wind directions of 0° and 45°, the maximum wind speed ratio occurred at a height of 1.3 in both cases, with minimal difference (0.37%) between the two directions. However, the turbulence intensity ratio was approximately 31% lower at 45°, highlighting its greater suitability for turbine installation. At 45°, conical vortices near leeward corners (points (2,5) and (5,2)) caused high turbulence intensity and reduced wind speed ratios at heights of 1.1–1.2, but above 1.3, turbulence effects diminished, and wind speed ratios exceeded 1.0. Increasing the building aspect ratio led to higher maximum wind speed and turbulence intensity ratios, with optimal wind speed locations shifting from point (5,5) for aspect ratios of 1 and 2 to points (2,3) and (3,2) for an aspect ratio of 3. Simulated wind turbine output also improved with aspect ratio, increasing by 24%, 29%, and 33% for aspect ratios of 1, 2, and 3, respectively, underscoring the positive impact of aspect ratio on turbine performance.

참고자료

· 없음