공기가 일상에 미치는 영향 (4) "바람을 맞이하는 초고층 건물"

문광주 기자 / 기사승인 : 2021-10-30 11:45:21
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- 세계에서 가장 높은 건물은 두바이에 있는 828m 높이의 부르즈 칼리파
- 타이베이 101(508m),무게는 660톤, 지름 5.5m이며 88층과 92층 사이에 거대한 진자로 완충
- 뉴욕 고층 빌딩 432 파크 애비뉴, 426미터 높이의 타워에 구멍
- 펄 리버 타워의 4개 구멍에는 풍력 터빈이 있어 전기 생산

세계의 초고층 건물이 바람을 이용하는 방법
극한의 부하 - 극한의 기회


전 세계의 고층 빌딩은 수십 년 동안 최고 높이에 오르기 위해 경쟁해 왔다.
현재 세계에서 가장 높은 건물은 두바이에 있는 828m 높이의 부르즈 칼리파이다.
정적인 상태에서 요구되고 때로는 물리적으로 창의적인 솔루션을 사용하면 수백 미터 높이의 건물도 극한의 하중을 견딜 수 있으며 바람을 유리하게 사용할 수 있다.

바람이 우회하도록

건축가는 새로운 고층 건물을 설계할 때 고려해야 할 몇 가지 사항이 있다.
여기에는 공기역학이 포함된다. 예를 들어 해안 지역에서는 강한 바람이 주요 문제다. 이를 견디기 위해 높은 타워는 수직 안정성이 있어야 할 뿐만 아니라 수평 힘에 대해서도 무장해야 한다. 극단적인 경우 건물이 무너질 수 있다.

미국 규정에 따르면 허리케인이 발생하더라도 바닥이 높이의 최대 0.5%까지 옆으로 이동할 수 있다. 800미터 높이의 건물의 경우 상단에서 4미터 흔들림이 된다. 이것은 이 높이의 주민들을 꽤 배멀미하게 만들 것이다. 그러나 이를 방지하기 위한 혁신적인 솔루션이 이미 있다.

타이페이: 물리적으로 영리한 대응책

대만의 수도 타이페이에 있는 타이페이이 101은 세계에서 가장 무거운 건물 중 하나다.
2004년부터 2007년까지 그것은 지구상에서 가장 높은 건물이었지만 그 위치는 극단적인 조건을 가지고 있다. 필리핀과 유라시아 지각판이 대만 섬 아래에서 겹친다. 이로 인해 타이베이에서는 거의 매일 지진이 발생한다. 열대성 허리케인은 일 년에 여러 번 섬을 휩쓸고 있다.

이 두 가지 영향은 508미터 높이의 타워를 엄청나게 흔들 수 있다.
대응책의 무게는 660톤, 지름 5.5m이며 88층과 92층 사이에 위치한 거대한 금도금 진자다. 그것은 총 16개의 상부 팔 두께의 강철 케이블에 매달려 있으며 아래쪽에서 유압으로 지지된다. 극도로 강한 바람에서 진자는 1m까지 흔들리므로 타워의 진동을 상쇄gks다. 그것은 세계에서 가장 큰 진자 댐퍼다. 

▲ 타이페이 101에 있는 이 공은 무게가 660톤이며 타워의 진동을 흡수한다. © Armand du Plessis / CC-by-sa 3.0

뉴욕: 비워 놓는다.

폭풍을 마주하는 대신 피할 수 있다.
이것이 바로 뉴욕 고층 빌딩 432 파크 애비뉴의 건축가들이 생각한 것dl다.
426미터 높이의 타워에는 구멍이 있다. 마천루의 5개 이중 층은 건설 중에 창문이 없는 상태로 남아 있었다. 그들은 사람이 살지 않고 바람이 통과할 수 있는 정면에 열린 구멍이 있다. 이것은 건물의 공기 저항을 15%까지 줄여야 한다.
▲ 빈 벽이 있는 432 파크 애비뉴: 고층 건물의 항력을 줄인다. © Epistola8 / CC-by-sa 4.0

광저우: Venturi에서 생산한 전기

중국 광저우의 펄 리버 타워(Pearl River Tower)에서 알 수 있듯이 정면의 구멍은 에너지를 생성하는 데 사용될 수도 있다. 전반적으로 외관은 매우 유선형이며 들어오는 기류를 건물의 열린 통로에 위치한 총 4개의 풍력 터빈으로 유도한다.

디자인은 Venturi 효과를 사용한다. 즉, 비압축성 흐름의 경우 속도와 흐름이 통과하는 면적의 곱은 일정하다. 건물의 경우 파사드가 넓은 지역의 바람을 작은 터널로 압축한다는 것은 공기가 크게 가속된다는 것을 의미한다. 이것은 풍력 터빈의 효율성을 엄청나게 증가시킨다. 그들은 연간 최대 백만 킬로와트 시간의 전기를 생산할 수 있어야 한다.
▲ 펄 리버 타워의 4개 구멍에는 풍력 터빈이 있어 전기를 생산한다. © IndexxRus / CC-by-sa 3.0

두바이: 풍력 에너지로 움직이는 거대한 회전목마

터키 건축가 하이리 아타크(Hayri Atak)의 디자인은 한 걸음 더 나아간다.
그는 그 자체가 풍력 터빈인 구조를 설계했다. 그 모양으로 인해 중간에 연결된 세 개의 건물 섹션은 비행기 날개와 동일한 부력을 사용해 전체 건물 단지를 회전시킨다. 완전히 바람에 의해 구동되는 48시간 이내에 자체 축에서 한 번 회전해야 한다. 이것은 건물을 더 지속가능하게 만드는 전기를 생성하기 위한 것이다.
▲ 상하이에 있는 높이 400m Ternary Tower, 설계 Hayri Atak Architectural Design Studio (Haads)

터빈 모양의 '스콜 타워'는 지금까지 종이로만 존재했었다.
건설되면 두바이에 있어야 한다. 이것이 실제로 일어날 것인지 그리고 그것이 궁극적으로 풍력 에너지를 얼마나 효과적으로 변환할 수 있는지는 여전히 안갯속에 있다. 그러나 괜히 마천루라고 불리는 것은 아니다. (끝)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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