자연채광은 실내공간의 쾌적성을 향상시키며, 재실자의 건강을 증진시킬 뿐만 아니라 에너지 절약적인 측면에서 시너지 효과를 발휘하고 있다. 이에 반사거울형 태양광채광시스템은 도시가 과밀하고 고층화됨에 따라 자연채광의 도입이 어려운 실내공간에 태양광을 도입할 수 있는 자연에너지 활용장치라 할 수 있다. 본 연구는 태양광채광시스템을 이용하여 주거건물 옥상에 1차반사거울을 설치하고, 반지하의 상부에 2차반사거울을 설치하여 거실공간에 태양광을 유입하였다. 시스템 미설치시와 설치시에 대한 거실의 바닥면조도와 외부조도를 동시에 측정하여 외부조도에 대한 내부조도의 비율인 주광조도비를 분석하고, 증감율을 구하여 반사거울형 태양광채광시스템의 성능을 평가하였다. 채광성능평가 결과 채광시스템의 설치로 인한 실내 주광조도비는 평균 $80{\sim}1,400%$정도 증가하는 것으로 나타났으며, 또한 창면부에 비해 실의 후면부가 2배 이상 증가한 것으로 나타나 채광성능이 매우 큰 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서 실험한 반사거울형 태양광 채광시스템은 주거건물에서의 적용이 용이하고 높은 채광성능을 제공할 수 있어 실내 빛환경 향상에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
자연광의 이용은 큰 어려움 없이 지속 가능한 에너지 기술을 구현할 수 있는 방안으로 고려되고 있다. 여러 개의 작은 반사경을 적용한 태양 추적식 자연채광 시스템은 비교적 단순한 메카니즘을 적용하여 그 성능과 효용성의 극대화를 꾀할 수 있으며, 또한 그 제작, 설치 작동 그리고 활용성에서 상당한 이점이 있다. 본 연구에서는 작은 mini-dish형 반사경(직경<30cm 이하)을 이용한 화이버 광학 집광기의 설계, 제작 및 작동 특성에 대하여 소개하고, 아울러 광추적 프로그램인 Photopia를 이용하여 그 성능에 대한 시뮬레이션을 수행하였다. 주요 구성 요소에서의 광추적에 의한 시뮬레이션 결과치는 실제 시스템의 설계 및 성능 예측에 중요한 기술적 데이터를 제공하며, 특히 실측이 곤란한 측정 면에서의 빛의 경로 해석에 유용하게 적용될 수 있다.
자연채광 성능평가의 연구 방법으로는 현장측정, 축소모형실험, 수학적 알고리즘에 기초한 컴퓨터 시뮬레이션 등이 있다. 현장측정과 축소모형실험은 비교적 높은 신뢰도를 얻을 수 있는 방법이지만, 변화가 많은 자연광의 특성으로 인해 객관성 있는 측정결과를 얻는 것에 제한적이었다. 인공천공돔(Sky Simulator, Artificial Sky Dome)은 축소모형 실험 시 이러한 문제점의 보완을 위한 평가 시설이며 천공의 상태를 일관성 있게 조정함으로써 보다 객관성 있는 자연채광연구를 실시할 수 있다. 이에 따라 K대학에서는 직경 6[m], 높이 3.7[m]의 인공천공돔을 자체 개발 제작하여 연구에 사용하고 있다. 본 연구에서는 인공천공돔 기존사례에 대한 고찰과 이를 바탕으로 제작된 K대학 인공천공돔의 개요를 소개하고 기본적인 물리량 측정을 통해 인공천공돔의 신뢰성을 검증하고 유용성을 제시하였다.
자연채광 시스템은 자연광의 건물 실내 유입을 통한 실내조명에 상당히 효율적으로 적용될 수 있다. 특히, 건물에서 사용되는 에너지 중 28%는 조명에너지에 사용되는 점을 감안하면, 인공조명에의 의존도를 낮출 수 있는 자연채광시스템의 역할은 상당히 중요하다고 할 수 있다. 본 연구에서는 최근 국내에 보급된 다양한 추적식 자연채광시스템(Active Daylighting System)의 특성 및 이용 현황에 대한 조사와 분석을 수행하였다.
태양광 채광시스템은 자연광의 유입이 어려운 공간에 주광을 유입하기 위하여 개발된 장치로써 에너지를 절약하고 인간의 쾌적성을 향상시키는 등 지속가능한 건축을 위해 도입 및 확대가 크게 기대 되는 장치이다. 이에 본 연구는 기존에 본 연구실에서 개발된 시스템의 문제점을 보완하고 개선하여 건축물 적용시의 채광성능을 평가하는데 연구목적이 있다. 본 시스템의 설치는 2004년 10월 25일 (주) 동아산전과의 공동작업으로 설치되었으며, 수원에 있는 K대학 공과대학 5층 옥상 파라펫에 설치하였다. 평가실험은 2005년 4월 5일 9시30분부터 15시30분까지 청천공 상태에서 실시하였고, 총32개의 측정점을 선정하여 주광조도비로 채광성능을 평가하였다. 실험결과, 반사거울을 설치 시 창이 있을 경우 실내의 주광조도비는 평균 20.3[%] 상승하였고 창을 제거할 경우 실내의 주광조도비는 평균 38.2[%]정도 상승하여 채광학적으로 유효한 것으로 분석되었다. 따라서 본 시스템은 건축물의 실내 및 옥외의 음영진 곳에서 유용하게 사용될 수 있음이 입증되었다.
Three of the leading computer daylighting simulation programs are compared with physical modeling techniques as a means of predicting daylighting performance of interior spaces. Lumen-Micro, Adeline and Lightscape are compared with physical model experiments under clear sky conditions. The comparative evaluations are conducted on analysis of daylight illuminance ratio(%) depending on model types. The estimated average errors are analyzed on 9.4% in Lumen-Micro, 6.3% in Adeline and 3.4% in Lightscape. Therefore, it is proved that three programs are useful for evaluating daylighting performance in our clear sky condition.
본 논문은 건축물에 적용할 수 있는 자연채광 시스템으로서 채광부 반사판과 방광부의 위치 및 크기 등을 개선한 수평형 채광덕트를 개발하고자 하였으며, 이에 따른 실물모형 실험을 통하여 채광성능을 분석하고 적용가능성을 검증하고자 하였다. 연구결과 채광덕트의 적용시 청천공 상태에서는 실내 안쪽에서 0.3∼0.4%의 조도비가 측정되었다. 또한 덕트 폭보다 150[cm] 이상 넓은 조도분포를 가지는 것으로 나타났으며, 채광성능이 높아 실제 건물에 적용할 경우 주간시간대에서 조명에너지 절약 가능성이 높은 것으로 판단되었다.
For sustainable building design, using day lighting is considered a variable technique to save energy and create comfort indoor environments. Specially, the lightself as a integrated daylighting system is one of the most important techniques due to it's durability, availability and lighting performance. This paper aims to analyze the development and architectural application of a lightself system to buildings as a integrated day lighting system. For the study, advanced lightself systems developed in abroad such as "Integrated Enveloped and Lighting System", "Anidolic Daylighting System" and etc. are analyzed. Also, the architectural examples are investigated. As results, the new technologies such as optically treated reflective and sun-tracking are adopted to improve daylight performance. And, lots of environmentally friendly buildings are installed on integrated lightself system.
The apartment will be much more convenient than the other one in the application of green technologies, providing the merits by mass production. For example, pre-manufactured building materials can be effectively adapted to the formation of buildings. Recently, the form of double-enveloped window system has been developed for the purposed of minimizing energy loss occurred around windows. On the other hand, the expansion of balcony area was legalized and thus, a visual buffer area does not exist any more. All-glass window wall on apartment houses without a balcony produces pretty harmful area with direct sunbeam. A various types of glass can be applied to the window system and it plays a critical role in the determination of inner visual environment. For the purpose of verifying the potential of its daylighting, a mock-up model has been constructed and tested. The refurbished version of conventional window shows its illuminated characteristics. Clear and Low-e glass have been adapted for window area and daylighting ratio has been compared in both test cells.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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