건축물 내에서 자연채광을 적절하게 활용하기 위하여는, 건축가는 건물의 외피를 주광을 건물 안으로 들여보내는 필터로 활용할 수 있어야 한다. 여기서는 건물에서 활용할 수 있는 자연채광 방식을 측창, 천창, 아트리움으로 나누어서 각각의 개념과 적용상의 유의점에 대하여 설명하였다. 건물에 적합한 자연채광의 개념은 건물에 필요한 자연채광의 양, 특징, 방향성과 이에 의한 대비 효과를 분석하여 결정하여야 한다.
자연채광에 관한 에너지 해석을 하기 위해서는 주광조도를 예측하여야 하며, 주광조도를 예측하기 위해서는 천공상태를 추정할 수 있어야만 한다. 즉, 천공상태의 최저상태나 최소설계기준을 추정할 수 있어야만 자연채광에 의한 에너지 절약을 해석할 수가 있다. 천공상태를 추정하는데에는 CIE에서 개발한 정적 천공모델이 많이 이용되어 왔다. 그러나 천공은 정적광원이 아니라 시간에 따라 동적으로 변하고 있음으로 자연채광설계에서 에너지의 영향을 평가하기 위해서는 보다 융통성이 있는 천공모델이 요구된다. 따라서 이 논문은 그동안 동적천공을 나타낼 수 있도록 개발된 비표준천공의 추정방법, 동적 천공상태의 추정방법, 주광조도와 천공휘도의 추정방법, 주광의 유용성 평가방법 등을 비교분석함으로써, 앞으로 우리나라 기후상태에 적합한 자연채광용 천공모델을 개발하는데 기초자료화하였다.
본 연구는 아트리움 빌딩에 대한 자연채광의 영향을 모델에 의해서 실험하였다. 이러한 방법에 의하여 아트리움 빌딩에서의 자연채광의 단계를 예측하는 방법은 여러 가지가 있으나, 그러나 지금까지는 선형아트리움 건물에서 실내자연채광의 다양한 영향을 예측하기에는 충분치 못하였다. 본 연구에서는 효율적인 방법의 제시를 위하여 선형아트리움의 자연채광에 대한 환경 평가를 위해 모형을 제작하고, 평가모델에서의 천공상태, 방위, 종횡비, 층의 변화를 주어 전부 80가지의 변화에 대한 모형측정을 하여, 층높이의 변화와 공간비를 사용하여 분석하였다.
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.
최근 에너지 절약형 건물에 많은 관심을 기울이고 있으며, 이를 위해 보냉, 보온의 단열재 등의 건축재료 개발이 많이 이루어지고 있다. 이와 더불어 건물 내외의 온도와 밝기는 햇볕의 밝기, 위치 및 기후변화에 따라 많은 영향을 끼치므로 자연채광에 따른 건물의 위치는 건물을 짓는데 있어서 고려해야할 중요한 변수이다. 본 논문에서는 자연채광과 비슷한 조건을 만들어 모델링하기 위해 반구형의 돔으로 된 원형 지붕에 자연채광의 역할을 하는 342개의 백열전구를 인공채광으로써 설치하였다. 특히 여기서는 각 백열전구의 밝기제어에 관한 것을 중점적으로 다루고 있으며, 다수의 PIC 마이크로프로세서와 트라이악을 이용한 위상제어로 전구의 밝기를 제어한 실험결과를 제시하고 있다.
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.
본 논문(論文)은 자연채광 측정(測定)에 대한 국제적 동향(動向)으로서 건물에 있어서 자연채광을 다양한 기후조건(氣候條件)에 따라 보다 최대한으로 이용하고자 국제 조명학회(照明學會)(CIE)는 세계적으로 연구(硏究)클래스와 일반(一般)클래스 등 몇개의 클래스로 연구측정계획을 추진중에 있으며 전 세계의 여러 국가에 있어서 조도(照度)와 일사량에 대한 측정(測定) 데이터를 수집하여 천공(天空) 상태에 따른 자연채광 설계에 대한 기초적 자료를 확립 시키고자 하고 있다.
친환경, 신 재생에너지 중 하나인 태양광은 크게 발전용과 조명용으로 사용될 수 있다. 자연채광시스템에 주요부품인 태양광을 전달하는 자연채광용 유리광섬유를 국내최초로 개발하였다. 적용된 자연채광시스템에 대해 소개하고 광섬유와 광케이블의 기본구조, 광학적 특성, 벤딩조건에 따른 조도변화 및 스펙트럼을 분석하였다. 조명용 뿐 만 아니라 식물성장용으로도 사용가능하여 지하농원 등의 적용이 가능하다.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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