Currently, 22% of the total energy consumption of buildings in Korea is used for lighting. Light-shelves have garnered attention as a way to reduce consumption, but there are few studies on the types of curve and curvature, which limits the improvement of light-shelf performance and its design. This study constructed a test bed of actual residential types to evaluate the performance. Outcomes of light usage, according to variables of light-shelves, were used as indicators of performance evaluation. The results are as follows:1) Performance evaluation was conducted on flat-type light-shelves to verify performance of curvature-shelves, which are movable with a width of 200 mm, and the most ideal angle and specification per solar term are calculated. 2) The (-) shaped curvature contributed to a reduction in energy consumption and an improvement of evenness. 3) In case of light-shelves with (-) shaped curvature, an increased angle not exceeding $80^{\circ}$ of the arc contributed to an improvement of light penetration. 4) Appropriate specifications of curved light-shelves include movable types with widths of 200 mm, and angle ranges of $20^{\circ}{\sim}60^{\circ}$. 5) Light energy consumption of a movable light-shelf with curvature and width of 200 mm were reduced by 17% and 7.8% compared to a $0^{\circ}$ fixed and a movable light-shelf, respectively.
최근 건물부분에서의 조명에너지 증가로 인한 이를 해결하고자 하는 연구와 기술기발의 수요는 증가하고 있으며, 광선반은 이러한 문제에 대한 해결책 중 하나로 그 유효성을 인정받아서 많은 연구가 이루어지고 있다. 그러나 광선반에 관련한 연구는 단순 광선반의 변인에 초점에 맞추어져 광선반 설계시 적절한 설계기초자료가 될 수 없다. 이에 본 연구는 실내공간의 반사율에 따른 광선반 성능평가로 광선반 설계시 기초자료 구축을 목적으로 한다. 본 연구는 실스케일의 테스트베드를 통하여 실내조도 분포 및 조명에너지 사용량을 산출하여 성능평가를 진행하였으며, 이에 대한 결론은 다음과 같다. 1) 실내공간의 천장과 벽의 반사율 감소는 동지, 하지, 중간기시 모두 평균조도를 감소시켜 조명에너지 저감에 부적합하며, 실내공간의 반사율에 따른 균제도는 동지, 하지, 중간기시 상이한 경향을 보여 광선반 설계시 고려해야 할 요소로 판단된다. 2) 조명제어에 따른 전력사용량을 도출한 결과 실내 공간의 높은 반사율은 에너지 저감에 적합할 수 있으나 실내 공간의 반사율에 관련한 연구 및 적용의 효용성에 입각하여 천정 80%이상, 벽면 75%의 반사율이 적정할 것으로 도출된다. 본 연구는 실내 환경의 변인을 고려한 광선반 연구로 의미를 부여할 수 있으며, 향후 보다 다각적인 변인을 기반한 연구는 지속적으로 필요할 것으로 판단된다.
Light-shelf is one of the most efficient natural lighting systems due to the improved function of the inflow level of the outdoor natural light. However, the existing research on the light shelf limits to the rectangular parallelepiped space, so do not provide sufficient data for various shapes of spaces. Thus, this study aims at deriving proper plan and relationship of the light shelf through its performance assessment depending on the indoor space shapes and utilizing them as basic data of light shelf design. The conclusions are as follows : 1) for 6m space depth, standard intensity of illumination satisfaction depth has shown 8.3%~26.3% improvement through the adjustment of the angle and width when installing light shelf compared to no light shelf installation; 2) $-30^{\circ}$, $-20^{\circ}$ and $-10^{\circ}$ light shelves set by this study play only as a blind regardless of the shape of ceiling on the summer solstice, and it is unsuitable; and 3) this study has derived proper plan of light shelf upon space shapes based on energy reduction and indoor evenness. The study results provide expanded data of the performance assessment of the light shelves according to the different space shapes and light shelf factors, which serves as a basis of the light shelves designing.
The purpose of this study was to evaluate the characteristics of daylighting environment in classroom of an school building due to the external shading devices such as fixed louvers, light shelves and exterior venetian blinds. In this study, we have made a field research with regard to the facade design in classroom of an school building. And we have made a classification of external shading devices considering the design parameters. Finally, through RADIANCE simulation, we have calculated the spatial distribution of illuminance, uniformity ratio of illuminance and daylight factors. The results of this study will provide the building designer with the basic daylighting performance data at early design stages.
식물공장은 환경적 조건을 조절하여 계절이나 장소에 관계없이 농산물을 일정하게 생산하는 식물재배 시스템이다. 식물공장에 있어서 내부의 열 유동은 식물공장의 중요한 변수이다. 본 논문에서는 다층 재배선반을 갖는 하이브리드 식물공장 내의 열유동 특성을 수치 시뮬레이션을 통해 연구하였다. 열 유동 특성의 수치해를 얻기 위해 유한체적법(Finite Volume Method)을 이용하였다. 수치해석 모델에 있어서는 저 레이놀드수(low Reynolds number) ${\kappa}-{\epsilon}$ 난류모델을 이용하였으며, 해석방법으로는 비압축성 점성유동 영역과 압력경계 조건을 사용하였다. 수치해석에 있어, 3종류의 유입 공기속도와 재배선반의 위치변화에 따른 식물공장 내의 열유동 특성을 상용 프로그램인 Solid Works Flow simulation을 사용하였다. 수치해석을 통한 결론은 다음과 같다. 첫째, 송풍기를 통한 식물공장 내의 유입 공기속도를 1.6 m/s로 하였을 때, Case 3의 재배선반 배치가 비교적 균일한 온도 분포를 나타내었고, LED광만을 사용한 Case 1의 배치는 시험베드(test bed) TB2와 TB3 영역의 낮은 온도분포로 인하여 서큘레이터 등을 통한 추가적인 온도 제어가 필요할 것으로 판단되었다. 둘째, 식물재배 LED 인공광(DYLED47)의 청색광과 적색광의 비율을 1:1로 100% 구동 시, 재배선반의 평균 온도가 약 $3^{\circ}C$ 증가하였다. 본 논문은 한국산학기술학회 논문지 심사용 투고요령입니다.
Due to the recent increase in lighting energy consumption in buildings, there are a growing number of studies seeking solutions this problem. The effectiveness of light-shelves as natural lighting systems to solve this problem has been recognized, and various studies regarding such systems are being carried out currently. However, the lighting efficiency of light-shelves decreases if illumination intensity is low-such as at night time, and it also obstructs the views of building occupants. Therefore, the purpose of this study is to examine a movable drawer type light-shelf which allows for the width of the reflector to be adjusted and verify its performance through a simulated test-bed. The following conclusions were reached. 1) The purpose of this study is to solve the problem previously associated with the light-shelf system- of obstructed views-by responding to external environments and minimizing the width of the light-shelf at night time when the efficiency of the light-shelf declines. 2) The proper variables of the movable drawer type light-shelf which enables the width adjustment of the reflector were ascertained in this study according to four solar terms : a width of 0.6 m at an angle of $20^{\circ}$, a width of 0.4m with an angle of $20^{\circ}$, and a width of 0.1 m with an angle of $20^{\circ}$ were determined for the summer solstice, fall/spring equinoxes, and winter solstice respectively; revealing that width adjustment of the light-shelf is a significant factor. 3) The movable drawer type light-shelf which enables${\backslash}$width adjustment of the reflector suggested in this study can reduce the lighting energy consumption by 18.7% and 14.3% in comparison to previous light-shelves with a fixed width of 0.3 m and 0.6m, indicating that it is effective for saving energy.
Purpose: Due to recent increase on energy consumption for light in building, many studies to mitigate this issue have been conducted. Various researches have been carried out to suggest light shelf as one of the solutions, but researches for its reflectivity is very few. In fact, existing research on light shelf shows that utilizing more than 90% of high-illumination materials causes imbalance of glare and illuminance. Method: Therefore this research aimed to evaluate the performance of light shelves depending on reflectivity and to identify proper solution through test-bed. Result: The results are following: 1) Increased reflectivity generally contributed to increase of indoor illuminance but degrade uniformity factor related with indoor comfort of light environment. 2) The $0^{\circ}fixed$ light shelf with 75% of reflectivity and width of 300mm and 40mm appeared to consume more energy than other shelves. Therefore, it is analyzed as unsuitable. 3) This research was conducted by calculating appropriate angle of light shelf around winter and summer solstices and vernal/autumnal equinox. Based on this, performance evaluation was undertaken depending on reflectivity of movable light shelf, which is activated by external sources and can be applied with lower reflectivity than fixed shelf. However, one exception was a movable shelf with width of 600mm that increased light energy consumption when 75% of reflectivity was applied. 4) Performance evaluation of fixed and movable light shelf showed that the shelf with 80% of reflectivity came up with suitable results, but 75% of reflectivity may be applied depending on the width and angle of the shelf. This research is meaningful in that estimation of appropriate reflectivity of light shelf can resolve the glare problem and improve light environment, and further research would be desirable under more diverse conditions to identify proper solution.
본 조사에서는 자연광(일광, 혹은 주광 : sunlight)을 도입하는데 있어 현휘(glare)나 강한 휘도군을 지양하고 하절기의 과열을 방지하여 쾌적한 생활 환경을 조성하는데 유용한 주광 제어 장치들의 종류와 특성에 대해 간략히 알아보고 이를 적용한 외국의 실제 예를 소개하였다. 특히, 미국 Utah주 Salt Lake City에 위치한 Johnson Controls사의 지사 건물은 자연채광의 한 방편으로 light shelf와 고창을 이용하여 에너지 절약과 실내 빛 환경의 개선을 도모한 좋은 표본이라 하겠다. 에너지 자원을 거의 수입에 의존하고 있는 우리의 실정을 감안한다면 우리도 이 분야에 대한 다각적인 검토와 연구가 이루어져 건물에너지의 절약을 꾀하여야 할 것이다.
One of the challenge for successful daylighting design might be to capture sunlighting that varies in both intensity and position and to deliver the luminous flux into the inner space as deep as possible. Conventional glazing apertures allow daylight in the outer 3.5m of a perimeter spaces. More advanced daylighting technologies can extend this daylighting depth by reflecting sunlight further from the windows within a deep floor area. For this purpose, this study developed light shelves based on performance evaluation with a mock-up model that constructed recently and measured under real sky condition. All these daylighting devices have a customized geometry developed from the solar path at a given latitude and utilize unique reflecting finishing to maximize the amount of redirection and diffusion of the daylight. This paper tells that the best daylighting penetration typically can be expected from using light-colored sloped external shelves.
What is attempted here is to find out an optimum method for the design of physical environments that could save human energy expenditures and safely perform household duties. There are, if any, very little amount of research done in this area. This is particulary so when the work relates to the designing of household storage facilities in the light of the energy metabolism of human body. The first step to this study, therefore, is to find out the ways by which we can determine the energy metabolism of human body accurately. To measure the volume and the concentration of human respiration continuously and automatically, a new apparatus is selected here. This includes the recording system with the Wright Respirometer and the Expired Gas Analyzer as well as the computer system to multiply volume by concentration of human respiration and to integrate them for a given time. Then, the author experimented on the reliability of this apparatus and came to the conclusion that this apparatus satisfied our need to research the energy metabolism of human body. Next, the general plan and procedures to experiment with this apparatus have been determined as follows: 1) subjects are three young and sound females. Their physical characteristics are shown in Table 1 and most approximates the standard characteristics of Japanese females, 2) height of open shelves is selected in such away as to correspond to the respective height of each subject(see Table 2), 3) utensils to be stored are box shaped object, which weight is 0.5kg, 1.0kg, 2.0kg or 3.0kg, 4) working motions are given while one or two hands as to place utensil on each shelf from the standard working board, 85 cm in height and then to place back it on the board from the shelf and repeated in constant velocity as 10 times per a minute, 5) each posture of motion is chosen by each subject in free, 6) procedures of measurement of human energy metabolism ard shown at(6), 1, Section 3 as specific methods for using this apparatus. Findings of this study are as follows: 1. Human energy expenditures for storing utensils on shelves by each subject are shown in quantity more accurately than in any other studies, under varying conditions about height of shelves, load of utensils and working motion with one hand and two hands (see Fig. 8~13 and Table 3). 2. Experimental formulae of human energy expenditure for that work are shown as formula (8), (9) and (10), to generalize results of 1. and to apply those for working motion under given conditions. 3. As results of analysis on gained data, we are able to show the standard model of human energy expenditures for storing untensils on shelves by the standard Japanese female (see Table 7 and Fig. 14).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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