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.
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.
Throughout history, daylight has been a primary source of lighting in buildings, supplemented originally with burned fuels and more recently with electrical energy. Before daylight was supplemented or replaced with electric light in the late 19th-century, consideration of good daylight strategies was essential. As we entered the mid-20th-century, electric light supplanted daylight in buildings in many cases. Fortunately, during the last quarter of the 20th-century and early years of this century, architects and designers have recognized the importance and value of introducing natural light into buildings. There are many simple strategies that can enhance daylighting and reduce the need for electric lights. Good quality daylight is always welcome, but remember that the electric lights must be dimmed or shut off in order for daylighting to save energy. We designed and built mirror systems and vertical daylighting devices to improve daylight condition of office buildings in bad condition because urban density is getting higher. This case study aims to analysis the principles and characteristics of mirror systems and vertical daylighting devices and selected the method that can improve constructability. The results of this study are going to use the back data to set-up the design standards. Hereafter we're going to progress the performance test and product the design manual to improve applicability of daylighting systems at design phase.
본 연구에서는 2축의 태양추적장치에 프레넬 렌즈를 장착한 fiber-optic 설비형 자연채광시스템의 효율성에 대하여 이론적 분석을 수행하였다. ECOTECT와 RADIANCE를 기반으로 시뮬레이션 모델을 개발하여 다양한 조건하에서 자연채광 시스템뿐만 아니라 형광등을 이용한 인공조명에 대한 실내 조도분석과 함께 실측 데이터와의 비교연구를 수행하였다. 형광등을 이용한 실내조명의 경우, 평균조도는 사무실 실내 조도 기준을(KS A 3011 일반 사무실 [G]등급[300-400-600lux]) 충분히 만족하는 결과를 보여주었다. 한편, 디퓨져를 사용한 자연채광시스템의 경우도 사무실 실내 조도 기준을 넘는 것으로 나타났다.
현재의 오피스는 공간이 좁고, 바닥위의 배선이 장애물이며, 형광전구가 노출된 조명으로 실내 작업환경에 대한 고려가 매우 미약한 점에 의심할 여지가 없다고 생각된다. 특히 OA기기의 도입에 따른 집무 공간의 감소, 프린터 소음, 기기의 발생열, 배선, VDT(Visual Display Terminal:화면이 있는 OA기기) 작업과 관련된 환경 관리, 작업관리, 건강관리의 필요성등의 문제가 발생하고 있다. 그러므로 쾌적한 분위기를 구성요소로 조명은 실의 LAY OUT, 표면처리, 배색등 인테리어 디자인과 함께 그 효과를 최대한으로 연출하도록 되리라 생각된다. 따라서, 자연채광 이용을 통하여 절감될 수 있는 인공조명(형광등)의 제어방법으로서 본 논문에서는 점멸방식(ON,OFF)을 시도하였으며 점멸에 따른 급격한 조도저하를 보다 심리적인 차원을 고려한 실내조명 조광장치(천정형태와 외부에 댄 반사판)로 인한 실내조도 분포의 영향에 대하여 파악하고자 하였다.
본 연구는 상업용 건물에 사용되는 건축재료로서 시중에 시판되고 주로 사용되고 있는 건축재료의 반사지향특성을 파악하기 위한 일환으로 상호반사계산에 따른 조직적인 수치 계산 데이타를 만들었다. 측정은 반사율을 측정하는 실험장치를 이용해서 편광에 의한 표패반사와 층내반사를 분리함으로서 상업용 건축재료의 반사 지향성에 의한 반사지향특성을 고려한 반사율 데이타를 구하였다. 아울러 이 연구는 측정뿐만 아니라 조명설계시 자연채광에 대한 기초적인 자료를 만들고자 분석하였다.
This paper deals with the design and operation of a hybrid daylighting system that uses natural and artificial lighting to enhance visual comfort in buildings. The system was developed using an AVR micro controller for solar tracking in conjunction with dimming controls, which, acting together, enables the maximum use of natural daylight and also improves energy efficiency in buildings. Experimental results clearly demonstrates the usefulness of the present system capable of enhancing indoor lighting conditions when sufficient daylight is available and distributed appropriately in harmony with artificial lighting.
채광과 직사광 제어라는 자연조명의 상반된 목적을 동시에 충족시키기 위하여 본 연구에서 기존의 유리 창호를 용도와 기능에 따라 채광창과 조망창의 두 부분으로 분리한 이중분할창호시스템이 설계되었다. 채광량을 극대화하기 위하여 고창부의 채광창은 투명유리를 사용하며 조망창은 제어를 위한 다양한 기능성 유리를 적용하였다. 부가적으로 물리적 광제어 및 조절장치인 광선반, 수평 및 수직형 블라인드가 내장된 일체형 이중분할창호를 포함한 포괄적인 광제어 기법의 양적$\cdot$질적 조명효과를 통합적으로 평가하여, 제안된 창호시스템의 적용성을 평가하였다. 조망창과 채광고창의 경계부에 수평형 광선반을 설치하면 일차적인 직사광 유입으로 인하여 극심하게 높은 조도를 나타내는 창면 관접부의 조도를 완화시키는 차폐효과와 아울러 광선반의 반사 능력으로 인하여 채광성능면에서 불리한 실내측 후면부의 조도를 증가시키는데 현격한 효과를 2차적으로 기대할 수 있다. 실내바닥 수평면의 평균조도는 차광기능에 의하여 균제도가 2배 이상 향상되며 수평 슬릿의 반사에 의하여 $16(\%)$ 이상 증가하는 효과가 있으며 태양고도가 낮고 방위각이 정남향이 아닌 경우 수직 차광재를 사용하면 광제어 기능으로 인한 균제도의 향상과 $10(\%)$이상의 후면부 조도의 증가 및 조망이 확보되는 상대적인 장점이 있다.
This study aims to evaluate the illuminance performance of sloped light guide with automated venetian blind systems. For the purpose, a mock-up model was constructed as a prototype of Korean office building with $12.0m{\times}7.3m{\times}3.7m$ ($w{\times}d{\times}h$) and south facing side-window mounted between the clerestory window($2.0m^2$) and the view window($5.6m^2$). The light guide of 1.28m deepth and $29^{\circ}$ tilted angle, is covered with 0.6mm galvanized steel sheet and 97% reflective film. To protect the room from low solar angle, a blind systems, 0.15m deepth and $30^{\circ}$ automated slat angle was installed. To assess illuminance performance, the totally 37 measuring points for illuminance were monitored. For the detailed analysis, photometric sensors were installed at work-plane (8 points), wall (7 points), ceiling (3points), and exterior horizontal illuminance (1 point) respectively. The performance was measured under clear sky and is monitored by Agilent data logger, photometric sensor Li-cor and the Radiant Imaging ProMetric 1400. Comparisons of light factor and uniformity are discussed.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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