윈드캐처

윈드캐처, 윈드 타워, 또는 윈드 스쿠프(아라비아어: 부르질, 페르시아어: 바드기르)는 건물에서 교차 환기 및 수동 냉각을 생성하는 데 사용되는 전통적인 건축 요소다. 윈드캐처는 단방향, 양방향, 다방향 등 다양한 디자인으로 도입된다. 윈드캐처는 북아프리카와 서아시아에서 널리 사용된다. 이란, 특히 파르스 주 남부와 호르모즈간 주, 페르시아만 주변의 다른 국가들에서는 지난 3천 년 동안 윈드캐처를 사용해 왔다.

A windcatcher, wind tower, or wind scoop (Arabic: برجيل ; Persian: بادگیر) is a traditional architectural element used to create cross ventilation and passive cooling in buildings. Windcatchers come in various designs: unidirectional, bidirectional, and multidirectional. Windcatchers are widely used in North Africa and West Asia. Iran, especially in the south of Fars province and Hormozgan province, and other countries around the Persian Gulf have used windcatchers for the past three thousand years.

20세기 후반 현대 건축가들이 외면했던 윈드캐처는 21세기 초에 환기를 늘리고 냉방에 필요한 전력 수요를 줄이기 위해 다시 사용되기 시작했다. 일반적으로, 윈드캐처-환기형 건물의 건설 비용은 기존의 냉난방 및 공기조화(HVAC) 시스템이 있는 유사한 건물의 그것보다 저렴하다. 유지·관리 비용도 저렴하다. 동력 에어컨이나 선풍기와 달리, 윈드캐처는 조용하고 전력망 전력이 작동하지 않을 때(전력망이 불안정하고 비용이 많이 드는 곳에서 특히 우려됨)에도 계속 작동한다.

Neglected by modern architects in the latter half of the 20th century, the early 21st century saw them used again, to increase ventilation and cut power demand for air-conditioning. Generally, the cost of construction for a windcatcher-ventilated building is less than that of a similar building with conventional heating, ventilation, and air conditioning (HVAC) systems. The maintenance costs are also lower. Unlike powered air-conditioning and fans, windcatchers are silent and continue to function when the electrical grid power fails (a particular concern in places where grid power is unreliable and expensive).

윈드캐처는 지역 날씨와 미기후 조건에 의존하며, 모든 기술이 모든 곳에서 작동하는 것은 아니므로 디자인에서 지역적 요인을 고려해야 한다. 다양한 디자인의 윈드캐처는 북아프리카, 서아시아, 인도에서 널리 사용되었다. 간단하고 널리 퍼진 아이디어인 윈드캐처는 수천 년 동안 사용되어 왔다는 증거가 있으며, 선사시대에 사용되지 않았다는 명확한 증거는 없다. 따라서 윈드캐처의 “발명지”에 대해서는 이집트, 이란, 아랍에미리트에서 모두 주장하며 치열한 논쟁이 벌어지고 있다.

Windcatchers rely on local weather and microclimate conditions, and not all techniques will work everywhere; local factors must be taken into account in design. Windcatchers of varying designs are widely used in North Africa, West Asia, and India. A simple, widespread idea, there is evidence that windcatchers have been in use for many millennia, and no clear evidence that they were not used into prehistory. The “place of invention” of windcatchers is thus intensely disputed; Egypt, Iran, and the United Arab Emirates all claim it.

윈드캐처는 높이, 단면적, 내부 부분 분할 및 필터 등 모양이 매우 다양하다.

Windcatchers vary dramatically in shape, including height, cross-sectional area, and internal sub-divisions and filters.

바람을 잡는 것은 서양 건축에서 어느 정도 자리를 잡았으며, ‘윈드캐처’라는 이름을 사용하는 상업용 제품도 여러 가지가 있다. 일부 최신 윈드캐처는 센서로 제어되는 움직이는 부품이나 심지어 태양-동력 팬을 사용하여 반-수동 환기 및 반-수동 냉각 시스템을 만들기도 한다.

Windcatching has gained some ground in Western architecture, and there are several commercial products using the name windcatcher. Some modern windcatchers use sensor-controlled moving parts or even solar-powered fans to make semi-passive ventilation and semi-passive cooling systems.

윈드스쿠프는 도레이드 박스의 형태로 선박에서 오랫동안 사용되어 왔다. 윈드캐처는 도시 내 야외 공간을 식히기 위해 실험적으로도 사용되어 왔는데, 결과는 엇갈렸다; 전통적인 방법으로는 벽으로 둘러싸인 좁은 공간, 냉기 저장고 역할을 하는 공원, 구불구불한 거리, 타블리눔 같은 배치가 있다(아래의, 야간 플러싱 및 대류에 관한 섹션 참조).

Windscoops have long been used on ships, in the form of a dorade box. Windcatchers have also been used experimentally to cool outdoor areas in cities, with mixed results; traditional methods include narrow, walled spaces, parks and winding streets, which act as cold-air reservoirs, and takhtabush-like arrangements (see sections on night flushing and convection, below).

위치

Location

윈드캐처의 구성은 해당 특정 위치의 우세풍향에 따라 달라진다: 바람이 한쪽에서만 부는 경향이 있는 경우, 개구부는 오직 하나만 있을 수 있으며, 내부 칸막이는 없다. 더 가변적인 풍향을 가진 지역에서는, 또한 윈드타워를 수직의 섹션으로 나누는 방사형의 내부 벽이 있을 수 있다. 이들 부분은 평행한 굴뚝과 비슷하지만, 여러 방향을 가리키는 측면에 개구부가 있다. 더 많은 부분들이 유량을 감소시키지만 최적이 아닌 바람각에서 효율을 증가시킨다. 만약 바람이 열린 개구부에 맞게 부딪히면 들어가지만, 충분히 비스듬한 각도로 부딪히면 대신에 타워 주위로 미끄러지는 경향이 있다.

The construction of a windcatcher depends on the prevailing wind direction at that specific location: if the wind tends to blow from only one side, it may have only one opening, and no internal partitions. In areas with more variable wind directions, there may also be radial internal walls, which divide the windtower into vertical sections. These sections are like parallel chimneys, but with openings to the side, pointing in multiple directions. More sections reduce the flow rate, but increase the efficiency at suboptimal wind angles. If the wind hits the opening square-on, it will go in, but if it hits it at a sufficiently oblique angle, it will tend to slip around the tower, instead.

바람이 더 강한 지역에 있는 윈드캐처는 총 단면적이 더 작을 것이며, 바람이 매우 뜨거운 지역은 들어오는 공기를 냉각시키기 위해 많은 더 작은 샤프트(수직 통로)가 있을 수 있다. 예각은 흐름을 덜 층류로 만들어 유체 분리를 촉진하기 때문에, 정사각형의 수평 단면을 가진 윈드타워는 원형보다 더 효율적이다; 적절한 성형은 흡입을 증가시킨다.

Windcatchers in areas with stronger winds will have smaller total cross-sections, and areas with very hot wind may have many smaller shafts in order to cool the incoming air. Windtowers with square horizontal cross-sections are more efficient than round ones, as the sharp angles make the flow less laminar, encouraging flow separation; suitable shaping increases suction.

키가 큰 윈드캐처는 더 높은 바람을 잡는다. 더 높은 바람은 더 강하고 더 차갑게 (그리고 다른 방향으로) 분다. 더 높은 공기는 보통 먼지가 적다.

Taller windcatchers catch higher winds. Higher winds blow stronger and cooler (and in a different direction). Higher air is also usually less dusty.

바람이 먼지가 많거나 오염된 경우, 또는 말라리아 및 뎅기열과 같은 곤충-매개 질병이 있는 경우, 공기 정화가 필요할 수 있다. 일부 먼지는 공기가 느려지면 윈드캐처의 바닥에 버려질 수 있으며(아래 다이어그램 참조), 더 많은 먼지는 적절한 식물이나 곤충망으로 걸러낼 수 있다. 물리적 필터는 일반적으로 흐름이 매우 거세지 않는 한, (내부) 통류를 줄인다. 윈드캐처를 완전히 또는 부분적으로 닫는 것도 가능하다.

If the wind is dusty or polluted, or there are insect-borne illnesses such as malaria and dengue fever, then air filtering may be necessary. Some dust can be dumped at the bottom of the windcatcher as the air slows (see diagram below), and more can be filtered out by suitable plantings or insect mesh. Physical filters generally reduce throughflow, unless the flow is very gusty. It may also be possible to fully or partially close the windcatcher off.

짧고 넓은 직각-삼각형-프리즘 ‘말카프’는 보통 양방향의, 대칭쌍으로 설정되며, 종종 ‘살사빌’(증각 냉각 유닛) 및 ‘슈크셰이카’(지붕 꼭대기탑 환기)와 함께 사용된다. 넓은 ‘말카프’는 증발 냉각에 비해 다량의 공기 흐름이 더 중요한 습한 기후에서 더 자주 사용된다. 더 더운 기후에서, 그것들은 더 좁고, 공기는 들어오는 길에 냉각된다. 그것들은 아프리카에서 더 흔히 사용된다. 반면에, ‘바드기르’는 다면체(보통 4면)이며, 전형적으로 겨울에 닫힐 수 있는 높은 타워(34m 높이까지)다. 그것들은 페르시아 만 지역과 먼지 폭풍이 발생하는 지역에서 더 흔하다. 키가 더 큰 윈드캐처는 또한 굴뚝 효과도 더 강하다.

The short, wide right-triangle-prism malqaf are usually bidirectional, set in symmetrical pairs, and are often used with a salsabil (evaporative cooling unit) and a shuksheika (roof lantern vent). Wide malqafs are more often used in damper climates, where high-volume air flow is more important compared to evaporative cooling. In hotter climates, they are narrower, and air is cooled on its way in. They are more commonly used in Africa. Baudgir, on the other hand, are multisided (usually 4-sided), and they are typically tall towers (up to 34 meters tall) which can be closed in winter. They are more common in the Persian Gulf region and in areas with dust storms. Taller windcatchers also have a stronger stack effect.

냉각 방법

Cooling methods

나이트-플러싱은 실외 공기가 더 차가운 밤에 환기를 증가시켜 집을 냉각시킨다; 윈드타워는 나이트 플러싱을 도울 수 있다.

Night-flushing cools the house by increasing ventilation at night, when the outdoor air is cooler; windtowers can assist night flushing.

윈드캐처는 시원한 물체 위로 공기를 끌어와서 공기를 식힐 수도 있다. 매우 건조한 기후에서는, 사막의 온도가 종종 밤에 영하로 떨어지는 것과 함께, 일교차가 심한 경우가 많다. 토양의 열적 관성은 일일 및 심지어 연간 온도 변동도 안정되게 한다. 두꺼운 벽돌 벽의 열 관성조차도 건물을 밤에는 더 따뜻하게 유지하고 낮에는 더 시원하게 유지시킨다. 따라서 윈드캐처는 열원 역할을 하는, 야간-냉각 또는 겨울-냉각 재료 위에 공기를 끌어들여 냉각할 수 있다.

A windcatcher can also cool air by drawing it over cool objects. In arid climates, the daily temperature swings are often extreme, with desert temperatures often dipping below freezing at night. The thermal inertia of the soil evens out the daily and even annual temperature swings. Even the thermal inertia of thick masonry walls will keep a building warmer at night and cooler during the day. Windcatchers can thus cool by drawing air over night- or winter-cooled materials, which act as heat reservoirs.

물 위로 공기를 끌어와 냉각시키는 윈드캐처는 물을 열원으로 사용하지만, 공기가 건조하면, 증발 냉각으로 공기도 냉각된다. 공기 속 열은 물의 일부를 증발시키며, 물이 재응결될 때까지 방출되지 않는다. 이것은 건조한 공기를 냉각시키는 매우 효과적인 방법이다.

Windcatchers that cool by drawing air over water use the water as a heat reservoir, but if the air is dry, they are also cooling the air with evaporative cooling. The heat in the air goes into evaporating some of the water, and will not be released until the water re-condenses. This is a very effective way of cooling dry air.

단순히 이 공기를 움직이는 것만으로도 냉각 효과가 있다. 인간은 땀을 흘릴 때 증발 냉각을 사용하여 스스로를 식힌다. 외풍은 피부에 달라붙는 신체-가온과 수분-포화의 경계층을 분열시키므로 인간은 같은 온도의 정체된 공기에서보다 움직이는 공기에서 더 차갑게 느낄 것이다.

Simply moving the air also has a cooling effect. Humans cool themselves using evaporative cooling when they sweat. A draft disrupts the boundary layer of body-warmed and water-saturated air clinging to the skin, so a human will feel cooler in moving air than in stagnant air of the same temperature.

기류력

Airflow forces

윈드캐처는 두 가지 방식으로 작동할 수 있다: 윈드캐처 안으로 부는 바람의 압력을 사용하여 기류를 유도하거나, 온도 구배로부터 부력을 사용하여 기류를 유도한다(굴뚝 효과). 이들 두 가지 힘의 상대적 중요성에는 논쟁의 여지가 있다. 풍압의 중요성은 풍속이 증가함에 따라 분명히 증가하며, 일반적으로 윈드캐처가 효과적으로 작동하는 대부분의 조건 아래서 부력보다 더 중요하다.

The windcatcher can function in two ways: directing airflow using the pressure of wind blowing into the windcatcher, or directing airflow using buoyancy forces from temperature gradients (stack effect). The relative importance of these two forces has been debated. The importance of windpressure obviously increases with increasing wind speed, and is generally more important than buoyancy under most conditions in which the windcatcher is working effectively.

특히 증발 냉각의 경우, (건조한 공기에서만 작동하고 공기를 가습하기 때문에) 기류 속도도 중요하다. 윈드타워로 환기되는 건물은 매우 높은 유량을 가질 수 있다; 한 실험에서 시간당 30회의 공기 변화를 측정했다. (공기가) 고여 있는 모서리가 없는 균일하고 안정적인 흐름이 중요하다. 그러므로 난류는 피해야 한다; 층류는 인간의 편안함을 유지하는 데 더 효과적이다 (극단적인 예는 ‘테슬라 밸브’ 참조).

Airflow speed is also important, especially for evaporative cooling (since it only works on dry air, and humidifies the air). It is possible for a windtower-ventilated building to have very high flow rates; 30 air changes per hour were measured in one experiment. Uniform, stable flow with no stagnant corners is important. Turbulent flow should therefore be avoided; laminar flow is more effective at maintaining human comfort (for an extreme example, see Tesla valve).

냉각 및 환기를 위해 윈드캐처와 함께 다른 요소가 종종 사용된다: 예를 들어, 전체 환기 및 열-관리 전략의 필수 부분인 안뜰, 돔, 벽, 분수.

Other elements are often used in combination with the windcatchers to cool and ventilate: courtyards, domes, walls, and fountains, for instance, as integral parts of an overall ventilation and heat-management strategy.

풍압

Wind pressure

만약 윈드캐처의 열린 면이 우세풍을 향하고 있다면, 그것을 “잡아서”, 건물의 중심부로 끌어들일 수 있다. 윈드타워의 바람이 불어가는 쪽의 흡입도 중요한 추진력인데, 보통 역풍 방향 쪽 압력보다 더 일정하고 돌풍이 적다 (벤투리 효과 및 베르누이 원리 참조).

If a windcatcher’s open side faces the prevailing wind, it can “catch” it, and bring it down into the heart of the building. Suction from the lee side of a windtower is also an important driving force, usually somewhat more constant and less gusty than the pressure on the upwind side (see Venturi effect and Bernoulli’s principle).

건물을 통해 바람을 보내는 것은 건물 내부에 있는 사람을 시원하게 한다. 이 공기는 집을 통해 흐르고, 다른 쪽으로부터 나가서 통과-외풍을 만든다; 기류 자체의 속도는 냉각 효과를 제공할 수 있다. 윈드캐처는 수천 년 동안 이러한 방식으로 사용되었다.

Routing the wind through the building cools the people in the building interior. The air flows through the house, and leaves from the other side, creating a through-draft; the rate of airflow itself can provide a cooling effect. Windcatchers have been employed in this manner for thousands of years.

윈드캐처는 본질적으로 건물을 통해 공기를 끌어들이기 위해 압력기울기를 생성한다. 수평의 에어포일이 위를 덮은 윈드타워는 이러한 압력기울기를 향상시키기 위해 만들어졌다. 전통적인 ‘슈크셰이카’ 지붕의 모양은 또한 그것을 지나가는 바람으로 흡입을 만든다.

The windtower essentially creates a pressure gradient to draw air through the building. Windtowers topped with horizontal airfoils have been built to enhance these pressure gradients. The shape of the traditional shuksheika roof also creates suction as wind blows over it.

대류

Convection

부력은 보통 낮 동안 윈드캐처 공기 순환을 구동하는 주요 효과가 아니다.

Buoyancy is usually not the main effect driving windcatcher air circulation during the day.

바람이 없는 환경에서, 윈드캐처는 굴뚝 효과를 사용하여 계속 작동할 수 있다. 밀도가 낮은, 뜨거운 공기는, 위쪽으로 이동하여 윈드타워를 통해 집의 꼭대기로 빠져나가는 경향이 있다.

In a windless environment, a windcatcher can still function using the stack effect. The hot air, which is less dense, tends to travel upwards and escape out the top of the house via the windtower.

윈드타워 자체의 난방은 내부 공기를 가열(솔라 침니[태양 굴뚝] 만들기)할 수 있으므로 상승하여 집 꼭대기의 공기를 끌어내어, 외풍을 만든다. 이 효과는 윈드타워 바닥의 열원(예를 들어 인간은 각각 ~80W)으로 강화될 수 있지만, 이것은 집을 데우고 덜 편안하게 만든다. 보다 실용적인 기술은 열원 및/또는 증발 냉각을 사용하여, 공기가 아래 그리고 안으로 흐르면서 냉각되는 것이다.

Heating of the windtower itself can heat the air inside (making it a solar chimney), so that it rises and pulls air out of the top of the house, creating a draft. This effect can be enhanced with a heat source at the bottom of the windtower (such as humans, ~80 Watts each), but this heats the house and makes it less comfortable. A more practical technique is to cool the air as it flows down and in, using heat reservoirs and/or evaporative cooling.

takhtabush는 고대 로마의 타블리눔과 유사한 공간으로, 그늘이 짙게 드리워진 안뜰과 뒷마당 모두로 열린다 (정원 쪽은 ‘마슈라비야’ 격자로 음영 처리됨). 그것은 교차-외풍을 포착하도록 디자인되었다. 이 바람은 (한 코트는 일반적으로 다른 코트보다 더 따뜻하기 때문에) 적어도 부분적으로 대류에 의해 구동되고, 또한 풍압 및 증발 냉각에 의해 구동될 수 있으므로, 정원과 안뜰이 윈드캐처로 사용된다.

A takhtabush is a space similar to the ancient Roman tablinum, opening both onto a heavily shaded courtyard and onto a rear garden court (the garden side being shaded with a mashrabiya lattice). It is designed to capture a cross-draft. The breeze is at least partly driven by convection (since one court will generally be warmer than the other), and may also be driven by wind pressure and evaporative cooling, so the garden and courtyard are used as windcatchers.

부력은 나이트 플러싱을 일으키는 데 사용된다.

Buoyancy forces are used to cause night flushing.

나이트 플러싱 (더 차가운 공기)

Night flushing (colder air)

일일 온도 주기는 밤 공기가 낮 공기보다 더 차갑다는 것을 의미한다; 매우 건조 기후에서는, 더 춥다. 이것은 주목할 만한 부력을 생성한다. 건물은 야간에 자연적으로 환기를 증가시키도록 디자인될 수 있다.

The diurnal temperature cycle means that the night air is colder than the daytime air; in arid climates, much colder. This creates appreciable buoyancy forces. Buildings may be designed to spontaneously increase ventilation at night.

더운 기후에서 안뜰은 밤에 찬 공기로 가득 차 있다. 이 차가운 공기는 이후 안뜰에서 인접한 방으로 흐른다. 차가운 밤 공기는 상승하는 따뜻한 공기보다 밀도가 높아 치환되기 때문에, 쉽게 들어온다. 그러나 낮에는, 외부 공기가 태양에 의해 가열되는 동안, 안뜰 벽과 차양이 그늘을 만든다. 시원한 벽돌 또한 주변 공기를 식힐 것이다. 이 안뜰 공기는 안정되게 층을 이루게 되고, 뜨거운 공기는 혼합이 거의 없이 차가운 공기 위에 떠 있게 된다. 개구부가 상단에 있다는 사실은 온도가 야간 최저 온도 아래로 떨어지는 원인이 될 수는 없지만, 차가운 공기를 아래로 가둘 것이다. 이 메커니즘은 윈드타워에서도 작동한다.

Courtyards in hot climates fill with cold air at night. This cold air then flows from the courtyard into adjacent rooms. The cold night air will flow in easily, as it is more dense than the rising warm air it is displacing. But in the day, the courtyard walls and awning shade it, while the air outside is heated by the sun. The cool masonry will also chill the nearby air. The courtyard air will become stably stratified, the hot air floating on top of the cold air with little mixing.  The fact that the openings are at the top will trap the cool air below, though it cannot cause the temperature to drop below the nightly minimum temperature. This mechanism also works in windtowers.

지하 냉각

Subterranean cooling

윈드캐처는 시원한 축열체와 접촉하여 공기를 식힐 수도 있다. 이것들은 종종 지하에서 발견된다.

A windcatcher can also cool air by bringing into contact with cool thermal masses. These are often found underground.

약 6미터 깊이 아래의, 토양과 지하수는 항상 연간-평균 온도(MATT)이다(이 깊이는 비전문가에 의해 종종 “지열 히트 펌프”로 느슨하게 언급되는, 많은 지열원 히트 펌프에 사용된다). 토양의 열적 관성은 일일 및 연간 온도 변동을 균일하게 한다. 매우 건조한 기후에서, 사막의 온도는 밤에 영하로 떨어지는 것과 함께 일일 온도 변화가 종종 극단적이다. 심지어 두꺼운 벽돌 벽의 열적 관성조차도 건물을 밤에는 더 따뜻하게 그리고 낮에는 더 시원하게 유지된다; 덥고-건조한 기후에서, (열 전달에 대한 높은 저항력을 가진 더 얇은 벽이 보다 현대적으로 때때로 사용되지만,) (어도비, 석재, 벽돌 같은) 높은 열용량을 가진 두꺼운 벽이 일반적이다. 따라서 윈드캐처는 열원으로 역할을 하는 야간 또는 겨울 냉각 재료 위에 공기를 끌어들여 냉각할 수 있다.

Below approximately 6m of depth, soil and groundwater is always at about the annual mean-average temperature (MATT) (it is this depth which is used for many ground-source heat pumps, often loosely referred to as “geothermal heat pumps” by laypeople). The thermal inertia of the soil evens out the daily and even annual temperature swings. In arid climates, the daily temperature swings are often extreme, with desert temperatures often dipping below freezing at night. Even the thermal inertia of thick masonry walls will keep a building warmer at night and cooler during the day; in hot-arid climates, thick walls with high thermal mass (adobe, stone, brick) are common (though thinner walls with high resistance against heat transmission are more modernly sometimes used). Windcatchers can thus cool by drawing air over night- or winter-cooled materials, which act as heat reservoirs.

윈드캐처는 또한 윈드캐처 없이도 한낮의 추운 온도를 유지하는, 낮은-층의 실내 공간(예: 샤베스탄)을 환기시키는 데에도 종종 사용된다. 얼음 저장고는 전통적으로 사막 지역에서 밤새 또는 온대 지역에서 겨울 동안 얼어붙은 물을 저장하는 데 사용된다. 그것들은 공기를, 얼음이 천천히 녹고 상당히 건조한 상태를 유지하도록 얼음을 증발시켜 냉각시키는, 지하 또는 반지하 방으로 순환시키기 위해 윈드캐처를 사용할 수 있다 (이 글의 대표 이미지 참조). 밤에, 윈드캐처는 영하의 밤 공기를 지하로 가져와, 얼음을 얼리는 데 도움을 줄 수도 있다.

Windcatchers are also often used to ventilate lower-level indoor spaces (e.g. shabestans), which maintain frigid temperatures in the middle of the day even without windcatchers. Ice houses are traditionally used to store water frozen overnight in desert areas, or over winter in temperate areas. They may use windcatchers to circulate air into an underground or semi-underground chamber, evaporatively cooling the ice so that it melts only slowly and stays fairly dry (see lede image). At night, the windcatchers may even bring sub-freezing night air underground, helping to freeze ice.

증발 냉각

Evaporative cooling

건조 기후에서, 증발 냉각 효과는 공기 흡입구에 물을 배치하여, 그런 외풍을 물 위 공기로 끌어들인 다음 지 안으로 끌어들여 사용할 수 있도록 한다. 이러한 이유로, 때때로 덥고 건조한 기후의 건축에서 분수는, 추운 기후의 건축에서 벽난로와 같다고 말한다. 

In dry climates, the evaporative cooling effect may be used by placing water at the air intake, such that the draft draws air over water and then into the house. For this reason, it is sometimes said that the fountain, in the architecture of hot, arid climates, is like the fireplace in the architecture of cold climates.

윈드캐처는 카나트, 또는 지하 운하(위에서 설명한 지하 열원도 사용)와 결합하여 증발 냉각에 사용된다. 이 방법에서, 타워의 열린 쪽은 우세풍의 방향으로부터 빗나간다(탑의 방향은 상단의 방향 포트로 조정할 수 있다.). 바람 그늘쪽만 열려 있을 때, 공기는 코안다 효과를 사용하여 위쪽으로 끌어당긴다. 이것은 건물의 반대쪽에 있는 흡입구로 공기를 끌어들인다. 카나트 터널로 내려온 뜨거운 공기는 차가운 물 및/또는 차가운 흙 그리고 카나트를 흐르는 차가운 물과 접촉하여 냉각된다. 이 공기는 또한 뜨겁고 건조한 표면의 공기가 그 위를 지나 카나트에 있는 물 일부가 증발할 때 증발에 의해 냉각된다; 공기 중의 열 에너지는 기화 에너지로 흡수된다. 건조한 공기는 이와 같이 건물에 들어가기도 전에 축축하게 된다. 냉각된 공기는 집 전체를 통해 끌어들여지고 마침내 코안더 효과에 의해 다시, 윈드캐처 밖으로 나온다. 전체적으로, 차가운 공기가 건물을 통해 흐르면서, 구조물의 전체 온도를 낮춘다.

Windcatchers are used for evaporative cooling in combination with a qanat, or underground canal (which also makes use of the subterranean heat reservoir described above). In this method, the open side of the tower faces away from the direction of the prevailing wind (the tower’s orientation may be adjusted by directional ports at the top). When only the leeward side is left open, air is drawn upwards using the Coandă effect. This pulls air into an intake on the other side of the building. The hot air brought down into the qanat tunnel is cooled by coming into contact with the cool water and / or cool earth and the cool water running through the qanat. The air is also evaporatively cooled when some of the water in the qanat evaporates as the hot, dry surface air passes over it; the heat energy in the air is absorbed as energy of vaporization. The dry air is thus also humidified before entering the building. The cooled air is drawn up through the house and finally out the windcatcher, again by the Coandă effect. On the whole, the cool air flows through the building, decreasing the structure’s overall temperature.

‘살라(사)빌’은 흐르는 물의 얇은 시트가 있는 샘의 유형으로, 표면적을 최대화하여 증발 냉각을 위한 모양이다. 윈드캐처는 종종 살라사빌과 함께 사용되어 수면 위로 충분히 용해되지 않은 공기의 흐름을 최대화하고 냉각된 공기를 건물에서 필요한 곳으로 운반하는 데 사용할 수 있다.

A salasabil is a type of fountain with a thin sheet of flowing water, shaped to maximize surface area and thus evaporative cooling. Windcatchers are often used with salasabils may be used to maximize the flow of unsaturated air over the water surface and carry the cooled air to where it is needed in the building.

젖은 매트 재료는 들어오는 공기를 식히기 위해 윈드캐처 내부에 걸어 둘 수도 있다. 이것은 특히 약한 바람에서, 흐름을 감소시킬 수 있다. 그렇지만, 그것은 또한 바람이 없는 조건에서 시원한 공기의 하강 기류를 생성할 수 있다. 윈드타워 내부의 증발 냉각은 타워의 공기를 가라앉혀 순환을 유도한다. 이를 수동 하강 기류 증발 냉각(PDEC)이라고 한다. 그것은 또한 (경수는 막히는 경향이 있는) 스프레이 노즐이나 (반대로 순환수 바닥 난방 같은) 냉수 냉각 코일을 사용하여 생성할 수도 있다.

Wetted matting can also be hung inside the windcatcher to cool incoming air. This can reduce flow, especially in weak winds. However, it can also produce a downdraft of cool air in windless conditions. The evaporative cooling within a windtower causes the air in the tower to sink, driving circulation. This is called passive downdraught evaporative cooling (PDEC). It may also be generated using spray nozzles (which have a tendency to get blocked if the water is hard) or cold-water cooling coils (like hydronic underfloor heating in reverse).

윈드캐처와 기후변화

Windcatchers and climate change

윈드캐처는 건물의 에너지 소비와 탄소발자국을 줄일 수 있어 기후 변화를 완화하고, 더운 기후에서 냉방을 용이하게 해 기후 변화에 적응하는 데 사용할 수 있다. 윈드캐처는 실외 온도에 비해 집안 온도를 8~12°C (14~22°F) 낮출 수 있다.

Windcatchers can be used for mitigation of climate change as they can “reduce the building’s energy consumption and carbon footprint” and for adaptation to climate change because they facilitate cooling in a warmer climate. Windcatchers can reduce temperature inside the house by 8 to 12 °C (14 to 22 °F) in comparison to the outdoor temperature.

창문 윈드캐처는 건물의 총 에너지 사용량을 23.3%까지 줄일 수 있다.

A window windcatcher can reduce the total energy use of a building by 23.3%.

지역적 사용

Regional use

아프리카

Africa

이집트

Egypt

이집트에서는 윈드캐처를 말카프라고 한다. 그것들은 일반적으로 수직면이 열려 있고 바람이 직접 위 또는 아래로 향하는 직각 삼각형 프리즘 모양이다(각 건물 당 하나씩). 바람 방향의 10도 이내로 향하면 가장 잘 작동한다; 더 큰 각도는 바람이 빠져나갈 수 있도록 한다. 윈드캐처는 전통적인 고대 이집트 건축에서 사용되었으며, 1900년대 중반에야 사용이 중단되기 시작했다. 에어컨이 이집트의 피크 전력 수요의 60%를 차지하(고 따라서 발전 용량의 60%를 필요로 하)기 때문에, 그것들의 사용이 현재 재검토되고 있다.

In Egypt windcatchers are known as malqaf, pl. malaaqef. They are generally shaped as right triangular prisms with the vertical side left open and facing directly up or down wind (one of each per building). They work best if oriented within 10 degrees of wind direction; larger angles allow the wind to escape. Windcatchers were used in traditional ancient Egyptian architecture, and only started to fall out of use in the mid-1900s C.E.. Their use is now being re-examined, as air conditioning accounts for 60% of Egypt’s peak electrical power demand (and thus the need for 60% of its generating capacity).

이집트에서의 윈드캐처는 종종 다른 수동 냉각 요소와 함께 사용된다.

Windcatchers in Egypt are often used in conjunction with other passive cooling elements.

• 모델

• medels

• 도시경관

• cityscapes

중동 및 아시아

Middle East and Asia

윈드캐처는 이슬람 통치 하에서 문화의 확산에 의해 영향을 받은 많은 중동 국가에 걸친 공통 특징이다.

Windcatchers are common feature across many Middle Eastern countries influenced by the spread of culture under Islamic rule.

이란

Iran

이란에서, 윈드캐처는 바드기르(바드“바람” + 기르“잡는 것”)라고 한다. 이 장치는 아케메네스 왕조 건축에 사용되었다. 이란에서, 그것들은 중앙 고원의 덥고 건조한 지역과 덥고 습한 해안 지역에서 사용된다.

In Iran, a windcatcher is called a bâdgir: bâd “wind” + gir “catcher” (Persian: بادگیر). The devices were used in Achaemenid architecture. In Iran, they are used in the hot, dry areas of the Central Plateau, and in the hot, humid coastal regions.

중부 이란은 매우 건조한 기후와 함께 큰 일교차를 보인다. 대부분 건물은 단열 값이 높은 두꺼운 세라믹으로 건설된다. 사막 오아시스를 중심으로 한 도시는 높은 벽과 천장으로 매우 밀접하게 밀집되어 지상의 그늘을 최대화하는 경향이 있다. 직사광선의 열은 태양을 피하는 작은 창으로 최소화된다.

Central Iran shows large diurnal temperature variation with an arid climate. Most buildings are constructed from thick ceramic with high insulation values. Towns centered on desert oases tend to be packed very closely together with high walls and ceilings, maximizing shade at ground level. The heat of direct sunlight is minimized with small windows that face away from the sun.

윈드캐처의 효과는 이란에서 냉동 장치로 일상적인 사용으로 이어졌다. 여름철에 거의 영하의 온도에서 물을 저장할 수 있는 많은 전통적인 저수지(아브 안바)는 윈드캐처와 함께 지어졌다. 증발 냉각 효과는 이란 고원 같은 가장 건조한 기후에서 가장 강력하며, 야즈드, 케르만, 카샨, 시르잔, 나아인, 밤과 같은 더 건조한 지역에서의 윈드캐처에 대한 유비쿼터스 사용으로 이어진다.

The windcatcher’s effectiveness had led to its routine use as a refrigerating device in Iran. Many traditional water reservoirs (ab anbars), which are capable of storing water at near freezing temperatures during summer months, are built with windcatchers. The evaporative cooling effect is strongest in the driest climates, such as on the Iranian plateau, leading to the ubiquitous use of windcatchers in drier areas such as Yazd, Kerman, Kashan, Sirjan, Nain, and Bam.

윈드캐처에는 1개, 4개, 또는 8개 개구부가 있는 경향이 있다. 야즈드 시에서는, 모든 윈드캐처가 4 또는 8면이다. 윈드캐처의 구성은 특정 위치에서의 기류 방향에 따라 다르다: 만약 바람이 한쪽에서만 부는 경향이 있는 경우, 그것은 바람 부는 방향으로 하나만 열리도록 지어졌다. 이것은 야즈드로부터 50km 떨어진 메이보드에서 가장 흔히 볼 수 있는 스타일이다: 윈드캐처는 짧고 단일 개구부를 가진다.

Windcatchers tend to have one, four, or eight openings. In the city of Yazd, all windcatchers are four- or eight-sided. The construction of a windcatcher depends on the direction of airflow at that specific location: if the wind tends to blow from only one side, it is built with only one downwind opening. This is the style most commonly seen in Meybod, 50 kilometers from Yazd: the windcatchers are short and have a single opening.

이란에 있는 윈드캐처는 지위의 상징으로 사용되기 때문에, 상당히 정교할 수 있다.

Windcatchers in Iran may be quite elaborate, due to their use as status symbols.

작은 윈드캐처는 전통적인 페르시아 건축에서 시시-칸으로 불린다. 시시-칸은 카즈빈과 이란 내 기타 북부 도시에 있는 아브 안바의 꼭대기에서 여전히 볼 수 있다. 이것들은 이란의 중앙 사막에서 볼 수 있는, 온도 조절기로서보다 환풍기로 더 많이 기능하는 것처럼 보인다.

A small windcatcher is called a shish-khan in traditional Persian architecture. Shish-khans can still be seen on top of ab anbars in Qazvin and other northern cities in Iran. These seem to function more as ventilators than as the temperature regulators seen in the central deserts of Iran.

호주

Australia

호주 멜버른에 있는 ‘카운슬 하우스 2’(오피스 빌딩)에는, 각각의 꼭대기에서 물방울이 떨어지는 샤워헤드에 의해 젖은 천으로 만들어진, 3층 높이의 “샤워 타워”가 있다. 증발 냉각은 공기를 차게 한 다음, 건물로 내려간다.

Council House 2 in Melbourne, Australia, has 3-story-tall “shower towers”, made of cloth kept wet by a showerhead trickling at the top of each one. Evaporative cooling chills the air, which then descends into the building.

유럽

Europe

프랑스

France

생테티엔 메트로폴의 제니트는 오베르뉴-론-알프(프랑스 남부 내륙)에 지어진 다목적 홀이다. 그것은 동급의 석조 윈드캐처보다 훨씬 가벼운, 매우 큰 알루미늄 윈드캐처를 포함한다. 윈드캐처의 이 크기는 어떠한 풍향에서도 작동할 수 있도록 한다; 바람 흐름에 수직인 단면적은 크게 유지된다.

The Saint-Étienne Métropole’s Zénith is a multi-purpose hall built in Auvergne-Rhône-Alpes (inland southern France). It incorporates a very large aluminium windcatcher, which is much lighter than the equivalent masonry windcatcher would be. The size of the windcatcher allows it to work in any wind direction; the cross-sectional area perpendicular to the wind flow remains large.

영국

United Kingdom

영국에 있는 블루워터 쇼핑 센터는 윈드캐처 타워를 사용한다. 드몽포르대학교의 퀸스 빌딩은 환기를 위해 굴뚝 효과 타워를 사용한다.

The Bluewater Shopping Centre in the UK uses windcatcher towers. The Queen’s Building of DeMontfort University uses stack-effect towers to ventilate.

미국

Americas

윈드캐처는 온도를 조절하기 위해 기계 장치의 추가 없이 작동하는 유타 주 자이언국립공원에 있는 방무자 센터에서 사용돼 왔다.

A windcatcher has been used in the visitor center at Zion National Park, Utah, where it functions without the addition of mechanical devices in order to regulate temperature.