자연채광은 에너지절약에 더불어 쾌적하고 밝은 실내 시환경의 조성이 가능한 설계기법으로 가후 온난화에 대처하기 위한 최근 에너지 절약형 건축설계 및 실내외 환경오염에 대응하는 친환경 건축에 관한 관심의 증가에 따라 그 중요성이 더욱 강조되고 있는 실정이다. 자연채광의 유용성에 관한 기존 연구에 따르면 사무소 등 비 주거용 건물에서 쓰이는 조명에너지 사용량은 전체 에너지 사용량의 약 30(%) 정도를 차지하며 실내 용도에 적절한 자연채광 기법의 도입으로 사용되는 조명에너지의 약 40(%) 정도를 절약할 수 있는 것으로 보고되고 있다. 또한, 자연채광은 사계절의 변화 및 하루의 시각변화에 따라 지속적으로 변화하여 재실자에게 시간감을 제공하는 동시에 흥미와 관심을 유발하여 시각적 쾌적감과 즐거움을 제공할 수 있다. 기존 연구에 따르면 사무실 재실자의 약 90(%)가 자연채광 및 조망이 가능한 공간에서 일하기를 선호하며, 약 75(%)가 자연채광이 인공조명 보다 높은 질의 조도를 제공한다고 보고되고 있다. 자연채광시스템은 ...
자연채광은 에너지절약에 더불어 쾌적하고 밝은 실내 시환경의 조성이 가능한 설계기법으로 가후 온난화에 대처하기 위한 최근 에너지 절약형 건축설계 및 실내외 환경오염에 대응하는 친환경 건축에 관한 관심의 증가에 따라 그 중요성이 더욱 강조되고 있는 실정이다. 자연채광의 유용성에 관한 기존 연구에 따르면 사무소 등 비 주거용 건물에서 쓰이는 조명에너지 사용량은 전체 에너지 사용량의 약 30(%) 정도를 차지하며 실내 용도에 적절한 자연채광 기법의 도입으로 사용되는 조명에너지의 약 40(%) 정도를 절약할 수 있는 것으로 보고되고 있다. 또한, 자연채광은 사계절의 변화 및 하루의 시각변화에 따라 지속적으로 변화하여 재실자에게 시간감을 제공하는 동시에 흥미와 관심을 유발하여 시각적 쾌적감과 즐거움을 제공할 수 있다. 기존 연구에 따르면 사무실 재실자의 약 90(%)가 자연채광 및 조망이 가능한 공간에서 일하기를 선호하며, 약 75(%)가 자연채광이 인공조명 보다 높은 질의 조도를 제공한다고 보고되고 있다. 자연채광시스템은 자연광의 유입이 어려운 실내에 여러 가지 기법을 사용하여 부족한 자연광을 유입시켜주는 채광시스템으로 에너지 절약과 친환경적인 측면에서 효과적이며, 21세기에 들어서 에너지 절약과 친환경 건축에 대한 관심이 증가함에 따라 그 중요성이 더욱 강조되고 있는 실정이다. 자연채광시스템 중 광선반시스템은 뛰어난 채광성능과 구조가 간단하며, 시공 및 경제성이 우수해 사무소 등 주간사용 건축물에 적극적으로 도입되고 있다. 광선반시스템은 강한 직사일광을 실내 깊숙이 유도하여 실 전체의 시환경의 쾌적성 향상 및 조명에너지를 절약할 수 있는 친환경시스템이다. 일반적으로 창호시스템과 통합되고 단순한 구조와 편리한 시공방법 그리고 높은 채광성능을 지니며 모든 종류의 건축물에 적용이 가능한 채광시스템이다. 이 때, 건축물 창문 외부에 설치되는 광선반의 특성상 외부 기상 조건에 대응할 수 있는 안전성과 경량화의 필요가 요구되는 실정이다. 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC)는 엔지니어링 강화 투명 플라스틱으로 온도, 습도에 대한 높은 내구성과 우수한 기계적 강도 그리고 가벼운 중량 등 다양한 물리적 특성으로 인하여 자동차의 구조재, 건축 소재, CD, 식품 저장 용기 및 전자제품 등 투명 투과체로서 그 활용 범위 및 수요가 최근 들어 크게 증가하고 있다. 본 연구는 사무소 건물을 대상으로 폴리카보네이트로 제작된 경량 광선반시스템의 채광성능을 평가하여 보다 최적의 경량 채광시스템 개발을 위한 기초자료를 제공하는데 연구목적이 있다. 이를 위해, 적용 가능한 폴리카보네이트를 선정하여 그 투과성능(굴절율, 투과율 및 탁도)을 분석하고 광선반시스템 적용에 따른 실내 채광성능과 구조적 안전성을 분석하였다. 이를 통하여, 광선반 채광시스템으로 폴리카보네이트의 적용 가능성을 평가하고 최적의 경량 광선반시스템 개발을 위한 기초자료를 제공하는데 연구의 목적이 있다. 연구는 먼저 자연채광시스템으로 광선반의 특징과 현재 건축적으로 활용되고 있는 폴리카보네이트를 문헌적으로 고찰하고 다양한 건축적 적용사례를 분석하였다. 또한, 소규모 사무소를 대상으로 패시브건축학회에서 제공한 권장조건을 고려하여 설치 광선반의 크기를 설정하였다. 광선반으로 적용 가능한 폴리카보네이트를 선정하여 그 특성을 헤이즈투과율계를 활용하여 분석하였다. 폴리카보네이트 광선반시스템의 채광성능 평가를 위한 축소모형은 앞서 선정된 사무소를 대상으로 1/5 스케일로 제작하였다. 이 때, 폴리카보네이트 경량 광선반은 폴리카보네이트의 재질 그리고 반사면의 반사율에 따라 모두 12가지로 제작하였다. 모형실험은 채광에 방해가 없는 K대학교 건축공학과 옥상에서 청천공 상태에 실시하였으며, 외부기상자료와 실내 채광조도를 측정하였다. 또한, 폴리카보네이트 광선반시스템적용에 따른 에너지성능 분석을 위해 조명 및 냉난방 에너지성능을 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 분석하였다. 시뮬레이션은 에너지플러스(Energy Plus)와 에코텍(ECOTECT) 프로그램을 활용하여 조명 및 냉난방에너지 성능을 평가하였다. 시뮬레이션 분석결과와 축소모형 실험결과를 비교하여 실험결과의 유효성을 평가하였다. 연구결과, 헤이즈투과율계를 활용하여 특성분석을 통해 광선반에 적합한 폴리카보네이트로 단층의 크린라이트와 복층의 아키라이트 폴리카보네이트를 선정하였고 반사율 12(%), 56(%) 그리고 95(%) 반사율 필름을 광선반시스템의 반사면 코팅제로 선정하였다. 또한, 1/5 스케일의 소규모 사무소 모형을 실제 조건을 고려하여 제작하였다. 현장실험 결과, 폴리카보네이트 광선반시스템 채광성능은 복층구조에서 단층구조 보다 일반적으로 우수한 것으로 분석되었다. 또한, 복층 폴리카보네이트에서는 두께가 커질수록 그리고 단층구조의 폴리카보네이트에서는 두께가 작을수록 채광성능이 큰 것으로 분석되었다. 복층구조 폴리카보네이트의 채광성능은 두께 10(mm) 보다 두께 16(mm)로 커질 때 채광성능이 약 180(%) 증가하는 것으로 분석되었다. 단층구조 폴리카보네이트의 채광성능은 두께 8(mm) 보다 두께 5(mm)에서 채광성능이 약 160(%) 증가하는 것으로 분석되었다. 반사면의 반사율에 따른 실내 채광성능은 광선반 두께(구조)에 따라 차이가 있으나 같은 조건에서 반사율 56(%)에서 가장 우수하며 반사율 12(%) 그리고 반사면 반사율 95(%)의 순서인 것으로 분석되었다. 반사면 반사율이 가장 높은 95(%) 반사율의 채광성능이 가장 낮은 이유는 높은 반사율로 인해 광선반 표면에 입사된 자연광이 실 안쪽 보다는 창 주변 천장부근으로 반사된 결과로 사료되며 광선반 설치각도에 따른 채광성능 연구가 필요한 것으로 분석되었다. 컴퓨터 시뮬레이션 분석은 음영분석을 위해 ECOTECT 프로그램, 조명 및 냉난방에너지 분석을 위해 에너지플러스(Energy Plus)프로그램을 활용하였다. 음영분석결과, 광선반시스템의 연간 평균 음영면적비는 태양고도가 낮은 겨울철에 실내 음영이 발생하는 것으로 분석되었으며 12월에 음영이 발생하는 면적이 가장 크나 실내 채광성능에 큰 영향은 없는 것으로 분석되었다. 폴리카보네이트 광선반시스템의 조명에너지 성능은 반사면의 반사율이 증가할수록 조명부하는 감소하는 것으로 분석되었다. 반사면 반사율 95(%)의 연간 누적 조명부하는 반사율 12(%)에 비해 약 15.5(%) 감소하며 반사율 56(%)에 비해 약 7.3(%) 감소하는 것으로 분석되었다. 반사율 56(%)는 반사율 12(%)에 비해 연간 누적 조명에너지부하가 약 8.8(%) 감소하는 것으로 분석되었다. 광선반시스템 설치각도에 따른 조명에너지 성능은 설치각도 15o에서 설치각도 0o에 비해 약 7.2(%) 감소되는 것으로 분석되었다. 그러나 최소 및 최고 부하는 일정한 것으로 분석되었다. 이는, 자연채광 유입깊이의 차이로 분석되며 실내 유입깊이가 큰 설치각도 15o의 조명에너지 감소율이 큰 것으로 사료된다. 폴리카보네이트 광선반시스템 반사율에 따른 난방에너지 부하는 반사면의 반사율이 증가할수록 난방부하는 다소 감소하여 에너지효율이 증가하는 것으로 분석되었다. 반사율 95(%)에서 반사율 12(%)에 비해 약 4.4(%) 감소하며 반사율 56(%)에 비해 약 2.1(%) 감소하는 것으로 분석되었다. 반사율 56(%)는 반사율 12(%)에 비해 약 2.4(%) 감소하는 것으로 분석되었다. 폴리카보네이트 광선반시스템의 냉방에너지 부하는 난방에너지와 반대로 반사면의 반사율이 증가할수록 냉방부하는 다소 증가하여 에너지효율이 감소하는 것으로 분석되었다. 반사면 반사율 95(%)의 냉방부하는 반사율 12(%)에 비해 약 16.3(%) 증가하며 반사율 56(%)에 비해 약 7.8(%) 증가하여 조명 및 난방부하 감소에 비해 에너지성능은 감소하는 것으로 분석되었다. 폴리카보네이트 광선반시스템의 반사율 및 설치각도에 따른 실내 에너지성능을 종합적으로 분석한 결과, 창호 수평면에 대한 시스템 설치각도에 따른 변화 폭(1.5∼2.0 %)이 반사면의 반사율에 따른 에너지변화 폭(1 % 이하)보다 높아 반사율이 더 중요한 것으로 분석되었다. 또한, 모든 경우에서 폴리카보네이트 광선반시스템의 반사율이 증가할수록 냉방부하는 증가(9.2∼16.3 %)하나 난방부하(2.4∼4.4 %) 및 조명부하(8.9∼15.5 %)는 감소하는 것으로 분석되었다. 그러므로 전체적 에너지소비량은 반사율이 증가할수록 감소하는 것으로 분석되었다. 폴리카보네이트 광선반시스템의 에너지성능은 설치각도가 증가할수록 변경 폭이 크지는 않으나 다소 감소하는 것으로 분석되었다. 설치각도 0o에서 15o로 변화할 때 광선반시스템의 반사율에 따라 에너지부하는 약 1.5∼2.0(%) 감소하며, 반사율이 12(%)에서 56(%) 그리고 95(%)로 증가할 때 에너지소비량이 다소 증가하나 증가 폭이 1(%)이하로 매우 미미한 것으로 분석되었다. 연구는 소규모 사무소 건물을 대상으로 폴리카보네이트 경량 광선반시스템의 다양한 성능을 평가하여 시스템 개발을 위한 기초자료를 제공하는데 연구목적이 있다. 현장실험 및 시뮬레이션을 통한 연구결과 폴리카보네이트 광선반시스템의 채광성능, 조명에너지성능, 그리고 냉방 및 난방에너지성능을 설치각도 및 반사율에 따라 평가하여 보다 효과적인 시스템 개발을 위한 기초자료로 활용이 가능할 것으로 사료된다.The importance of the natural lighting is emphasized according to the increase of interest about the environment-friendly architecture to respond to environmental pollution in addition to the current energy conservation architectural design & interior as the design technique enable the building the pleasant and bright interior visual environment cope with the global warming. According to the existing research about the natural lighting usefulness, the lighting energy usage for non-residential building like office is about 30(%) of whole energy, and about 40(%) lighting energy which is used by the introduction of the proper natural lighting technique for the interior use can be saved. The daylighting system among the natural lighting systems has been actively introduced by the excellent lighting performance, simple structure and the great construction & economics for the structures such as the office. For this, the characteristics safety and weight reduction which is equipped in the structure window is required. The architectural application frequency of the polycarbonate is increasing as the transparent glazing due to the temperature, high durability on humidity and excellent mechanical strength and light-weight etc. This study aims to provide the base data for the more optimal lightweight daylighting system development by evaluation of the lighting performance of the lightweight daylighting system produced as the object of the office building. To achieve this goal, the property of the light shelves as the natural lighting system and the polycarbonate architectural application case were analyzed. In addition, the light shelves size was set by considering the passive architectural institute recommended conditions based on the small scale office. The maquette for the lighting performance evaluation of the polycarbonate daylighting system was produced with 1/5 scale based on the selected office. The polycarbonate lightweight light shelves were produced with 12 types according to the material of the polycarbonate, and the reflexibility of the reflex. The model experiment was conducted from the rooftop of K University, department of architectural engineering clear sky without interruption of the lighting. In addition, for the energy performance analysis by the polycarbonate daylighting system application, the illumination & heating and cooling energy performance was analyzed through the computer simulation. About the simulation, the illumination & heating and cooling energy performance were evaluated by using Energy-Plus and Eco-Tec program. The effectiveness of the result of experiment was evaluated by comparing the simulation analyses result and the maquette result of experiment. As a result of study, the clean light of single layered and the archi light polycarbonate of duplex were selected as the proper polycarbonate for the light shelves through the characteristics analysis by using the haze transmittance, 12(%), 56(%) and 95(%) reflexibility film were selected for the reflex coating material of the daylighting system. In addition, 1/5 scale small scale office model was produced by considering the real condition. As a result of experiment in the field, the polycarbonate daylighting system lighting performance was better than the single layered structure in the duplex type generally. In addition, in the duplex polycarbonate, as the thickness increased, the lighting performance increased as well but in the polycarbonate of the single layered structure, as the thickness decreased, the lighting performance increased as well. In the lighting performance of the duplex type polycarbonate, when the thickness increased with 16(mm), the lighting performance increased with 180(%) compared to the thickness 10(mm). In the lighting performance of the single layered structure polycarbonate, when it decreased with thickness 5(mm), the lighting performance increased with 160(%) compared to the thickness 8(mm). About the interior lighting performance by the reflexibility of the reflex, there was difference by the light shelves thickness(structure), but it was best in the reflexibility 56(%) and followed by the reflexibility 12(%) and the reflex reflexibility 95(%) in the same condition. The reason that when the highest 95(%) of reflex reflexibility brings the lowest lighting performance reflexibility is because of that the natural light lowest exposed in the light shelves surface due to the high reflexibility was reflected to the ceiling near the window but the inside of the room, and it was analyzed that the study on the lighting performance according to the light shelves installation angle is needed. About the computer simulation analysis, the energy plus program was used for the ECOTECT program, illumination & heating and cooling energy analysis and shading analysis. As shading analyses result, the annual average shading ratio of the daylighting occurs in winter with the low solar altitude, so the ratio of shading in December was biggest but there was not significant effects on the interior lighting performance. About the lighting energy performance of the polycarbonate daylighting system, the reflexibility of the reflex increased, and the illumination load decreased. About the annual accumulated illumination load of the reflex reflexibility 95(%), it decreased about 15.5(%) compared to the reflexibility 12(%), and about 7.3(%) decreased compared to the reflexibility 56(%). The annual accumulated lighting energy load of the reflexibility 56(%) decreased with about 8.8(%) compared to the reflexibility 12(%). The lighting energy performance of the daylighting system installation angle decreased about 7.2(%) in the installation angle 15o compared to the installation angle 0o. But the minimum & maximum load were regular. It is analyzed as the difference of the natural lighting depth of inflow, so it is considered that the lighting energy reduction ratio of the installation angle 15o with big interior depth of inflow is big. About the heating energy load by the polycarbonate daylighting system reflexibility, in the heating energy load, the reflexibility of reflex increased, and the heating load decreased little, so the energy efficiency increased. From the reflexibility 95(%), it decreased with about 4.4(%) compared to the reflexibility 12(%), and about 2.1(%) decreased compared to the reflexibility 56(%). The reflexibility 56(%) decreased with 2.4(%) compared to the reflexibility 12(%). About the cooling energy load of the polycarbonate daylighting system, in the cooling energy load, the reflexibility of reflex increased opposite to the heating energy, and the cooling load increased little, so the energy efficiency decreased. The cooling load of the reflex reflexibility 95(%) increased about 16.3(%) compared to the reflexibility 12(%), and it increased with 7.8(%) compared to the increases reflexibility 56(%), so the energy performance decreased compared to the illumination & heating load decrease. As the synthetic analysis result on the interior energy performance according to the reflexibility & installation angle of the polycarbonate daylighting system, the variable width(1.5∼2.0 %) according to the system installation angle about the window horizontal plane was higher than the energy variable width(1 % 이하) by the reflexibility of the reflex, so it showed that the reflexibility is important. In addition, the reflexibility of the polycarbonate daylighting system increased in all cases, and the cooling load increased,(9.2∼16.3 %) but the heating load(2.4∼4.4 %) & illumination load(8.9∼15.5 %) decreased. So in the overall energy consumption, the reflexibility increased. About the energy performance of the polycarbonate daylighting system, the installation angle increased, and the variable width decreased little. When the installation angle changed from 0o into 15o, the energy load 1.5∼2.0(%) decreased by the reflexibility of the daylighting system. When the reflexibility decreased from 12(%) into 56(%) and 95(%), the energy consumption increased little, and the increasing width was very insignificant with under 1(%). This study aims to provide the base data for the system development by evaluation of the various performance of the polycarbonate lightweight daylighting system based on the small scale office building. As a result of study through the experiment & simulation of site, the lighting performance of the polycarbonate daylighting system, lighting energy performance, and cooling & heating energy performance were evaluated by the installation angle & reflexibility, so it is considered that will be able to be used as the base data for the effective system development.
자연채광은 에너지절약에 더불어 쾌적하고 밝은 실내 시환경의 조성이 가능한 설계기법으로 가후 온난화에 대처하기 위한 최근 에너지 절약형 건축설계 및 실내외 환경오염에 대응하는 친환경 건축에 관한 관심의 증가에 따라 그 중요성이 더욱 강조되고 있는 실정이다. 자연채광의 유용성에 관한 기존 연구에 따르면 사무소 등 비 주거용 건물에서 쓰이는 조명에너지 사용량은 전체 에너지 사용량의 약 30(%) 정도를 차지하며 실내 용도에 적절한 자연채광 기법의 도입으로 사용되는 조명에너지의 약 40(%) 정도를 절약할 수 있는 것으로 보고되고 있다. 또한, 자연채광은 사계절의 변화 및 하루의 시각변화에 따라 지속적으로 변화하여 재실자에게 시간감을 제공하는 동시에 흥미와 관심을 유발하여 시각적 쾌적감과 즐거움을 제공할 수 있다. 기존 연구에 따르면 사무실 재실자의 약 90(%)가 자연채광 및 조망이 가능한 공간에서 일하기를 선호하며, 약 75(%)가 자연채광이 인공조명 보다 높은 질의 조도를 제공한다고 보고되고 있다. 자연채광시스템은 자연광의 유입이 어려운 실내에 여러 가지 기법을 사용하여 부족한 자연광을 유입시켜주는 채광시스템으로 에너지 절약과 친환경적인 측면에서 효과적이며, 21세기에 들어서 에너지 절약과 친환경 건축에 대한 관심이 증가함에 따라 그 중요성이 더욱 강조되고 있는 실정이다. 자연채광시스템 중 광선반시스템은 뛰어난 채광성능과 구조가 간단하며, 시공 및 경제성이 우수해 사무소 등 주간사용 건축물에 적극적으로 도입되고 있다. 광선반시스템은 강한 직사일광을 실내 깊숙이 유도하여 실 전체의 시환경의 쾌적성 향상 및 조명에너지를 절약할 수 있는 친환경시스템이다. 일반적으로 창호시스템과 통합되고 단순한 구조와 편리한 시공방법 그리고 높은 채광성능을 지니며 모든 종류의 건축물에 적용이 가능한 채광시스템이다. 이 때, 건축물 창문 외부에 설치되는 광선반의 특성상 외부 기상 조건에 대응할 수 있는 안전성과 경량화의 필요가 요구되는 실정이다. 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC)는 엔지니어링 강화 투명 플라스틱으로 온도, 습도에 대한 높은 내구성과 우수한 기계적 강도 그리고 가벼운 중량 등 다양한 물리적 특성으로 인하여 자동차의 구조재, 건축 소재, CD, 식품 저장 용기 및 전자제품 등 투명 투과체로서 그 활용 범위 및 수요가 최근 들어 크게 증가하고 있다. 본 연구는 사무소 건물을 대상으로 폴리카보네이트로 제작된 경량 광선반시스템의 채광성능을 평가하여 보다 최적의 경량 채광시스템 개발을 위한 기초자료를 제공하는데 연구목적이 있다. 이를 위해, 적용 가능한 폴리카보네이트를 선정하여 그 투과성능(굴절율, 투과율 및 탁도)을 분석하고 광선반시스템 적용에 따른 실내 채광성능과 구조적 안전성을 분석하였다. 이를 통하여, 광선반 채광시스템으로 폴리카보네이트의 적용 가능성을 평가하고 최적의 경량 광선반시스템 개발을 위한 기초자료를 제공하는데 연구의 목적이 있다. 연구는 먼저 자연채광시스템으로 광선반의 특징과 현재 건축적으로 활용되고 있는 폴리카보네이트를 문헌적으로 고찰하고 다양한 건축적 적용사례를 분석하였다. 또한, 소규모 사무소를 대상으로 패시브건축학회에서 제공한 권장조건을 고려하여 설치 광선반의 크기를 설정하였다. 광선반으로 적용 가능한 폴리카보네이트를 선정하여 그 특성을 헤이즈투과율계를 활용하여 분석하였다. 폴리카보네이트 광선반시스템의 채광성능 평가를 위한 축소모형은 앞서 선정된 사무소를 대상으로 1/5 스케일로 제작하였다. 이 때, 폴리카보네이트 경량 광선반은 폴리카보네이트의 재질 그리고 반사면의 반사율에 따라 모두 12가지로 제작하였다. 모형실험은 채광에 방해가 없는 K대학교 건축공학과 옥상에서 청천공 상태에 실시하였으며, 외부기상자료와 실내 채광조도를 측정하였다. 또한, 폴리카보네이트 광선반시스템적용에 따른 에너지성능 분석을 위해 조명 및 냉난방 에너지성능을 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 분석하였다. 시뮬레이션은 에너지플러스(Energy Plus)와 에코텍(ECOTECT) 프로그램을 활용하여 조명 및 냉난방에너지 성능을 평가하였다. 시뮬레이션 분석결과와 축소모형 실험결과를 비교하여 실험결과의 유효성을 평가하였다. 연구결과, 헤이즈투과율계를 활용하여 특성분석을 통해 광선반에 적합한 폴리카보네이트로 단층의 크린라이트와 복층의 아키라이트 폴리카보네이트를 선정하였고 반사율 12(%), 56(%) 그리고 95(%) 반사율 필름을 광선반시스템의 반사면 코팅제로 선정하였다. 또한, 1/5 스케일의 소규모 사무소 모형을 실제 조건을 고려하여 제작하였다. 현장실험 결과, 폴리카보네이트 광선반시스템 채광성능은 복층구조에서 단층구조 보다 일반적으로 우수한 것으로 분석되었다. 또한, 복층 폴리카보네이트에서는 두께가 커질수록 그리고 단층구조의 폴리카보네이트에서는 두께가 작을수록 채광성능이 큰 것으로 분석되었다. 복층구조 폴리카보네이트의 채광성능은 두께 10(mm) 보다 두께 16(mm)로 커질 때 채광성능이 약 180(%) 증가하는 것으로 분석되었다. 단층구조 폴리카보네이트의 채광성능은 두께 8(mm) 보다 두께 5(mm)에서 채광성능이 약 160(%) 증가하는 것으로 분석되었다. 반사면의 반사율에 따른 실내 채광성능은 광선반 두께(구조)에 따라 차이가 있으나 같은 조건에서 반사율 56(%)에서 가장 우수하며 반사율 12(%) 그리고 반사면 반사율 95(%)의 순서인 것으로 분석되었다. 반사면 반사율이 가장 높은 95(%) 반사율의 채광성능이 가장 낮은 이유는 높은 반사율로 인해 광선반 표면에 입사된 자연광이 실 안쪽 보다는 창 주변 천장부근으로 반사된 결과로 사료되며 광선반 설치각도에 따른 채광성능 연구가 필요한 것으로 분석되었다. 컴퓨터 시뮬레이션 분석은 음영분석을 위해 ECOTECT 프로그램, 조명 및 냉난방에너지 분석을 위해 에너지플러스(Energy Plus)프로그램을 활용하였다. 음영분석결과, 광선반시스템의 연간 평균 음영면적비는 태양고도가 낮은 겨울철에 실내 음영이 발생하는 것으로 분석되었으며 12월에 음영이 발생하는 면적이 가장 크나 실내 채광성능에 큰 영향은 없는 것으로 분석되었다. 폴리카보네이트 광선반시스템의 조명에너지 성능은 반사면의 반사율이 증가할수록 조명부하는 감소하는 것으로 분석되었다. 반사면 반사율 95(%)의 연간 누적 조명부하는 반사율 12(%)에 비해 약 15.5(%) 감소하며 반사율 56(%)에 비해 약 7.3(%) 감소하는 것으로 분석되었다. 반사율 56(%)는 반사율 12(%)에 비해 연간 누적 조명에너지부하가 약 8.8(%) 감소하는 것으로 분석되었다. 광선반시스템 설치각도에 따른 조명에너지 성능은 설치각도 15o에서 설치각도 0o에 비해 약 7.2(%) 감소되는 것으로 분석되었다. 그러나 최소 및 최고 부하는 일정한 것으로 분석되었다. 이는, 자연채광 유입깊이의 차이로 분석되며 실내 유입깊이가 큰 설치각도 15o의 조명에너지 감소율이 큰 것으로 사료된다. 폴리카보네이트 광선반시스템 반사율에 따른 난방에너지 부하는 반사면의 반사율이 증가할수록 난방부하는 다소 감소하여 에너지효율이 증가하는 것으로 분석되었다. 반사율 95(%)에서 반사율 12(%)에 비해 약 4.4(%) 감소하며 반사율 56(%)에 비해 약 2.1(%) 감소하는 것으로 분석되었다. 반사율 56(%)는 반사율 12(%)에 비해 약 2.4(%) 감소하는 것으로 분석되었다. 폴리카보네이트 광선반시스템의 냉방에너지 부하는 난방에너지와 반대로 반사면의 반사율이 증가할수록 냉방부하는 다소 증가하여 에너지효율이 감소하는 것으로 분석되었다. 반사면 반사율 95(%)의 냉방부하는 반사율 12(%)에 비해 약 16.3(%) 증가하며 반사율 56(%)에 비해 약 7.8(%) 증가하여 조명 및 난방부하 감소에 비해 에너지성능은 감소하는 것으로 분석되었다. 폴리카보네이트 광선반시스템의 반사율 및 설치각도에 따른 실내 에너지성능을 종합적으로 분석한 결과, 창호 수평면에 대한 시스템 설치각도에 따른 변화 폭(1.5∼2.0 %)이 반사면의 반사율에 따른 에너지변화 폭(1 % 이하)보다 높아 반사율이 더 중요한 것으로 분석되었다. 또한, 모든 경우에서 폴리카보네이트 광선반시스템의 반사율이 증가할수록 냉방부하는 증가(9.2∼16.3 %)하나 난방부하(2.4∼4.4 %) 및 조명부하(8.9∼15.5 %)는 감소하는 것으로 분석되었다. 그러므로 전체적 에너지소비량은 반사율이 증가할수록 감소하는 것으로 분석되었다. 폴리카보네이트 광선반시스템의 에너지성능은 설치각도가 증가할수록 변경 폭이 크지는 않으나 다소 감소하는 것으로 분석되었다. 설치각도 0o에서 15o로 변화할 때 광선반시스템의 반사율에 따라 에너지부하는 약 1.5∼2.0(%) 감소하며, 반사율이 12(%)에서 56(%) 그리고 95(%)로 증가할 때 에너지소비량이 다소 증가하나 증가 폭이 1(%)이하로 매우 미미한 것으로 분석되었다. 연구는 소규모 사무소 건물을 대상으로 폴리카보네이트 경량 광선반시스템의 다양한 성능을 평가하여 시스템 개발을 위한 기초자료를 제공하는데 연구목적이 있다. 현장실험 및 시뮬레이션을 통한 연구결과 폴리카보네이트 광선반시스템의 채광성능, 조명에너지성능, 그리고 냉방 및 난방에너지성능을 설치각도 및 반사율에 따라 평가하여 보다 효과적인 시스템 개발을 위한 기초자료로 활용이 가능할 것으로 사료된다.The importance of the natural lighting is emphasized according to the increase of interest about the environment-friendly architecture to respond to environmental pollution in addition to the current energy conservation architectural design & interior as the design technique enable the building the pleasant and bright interior visual environment cope with the global warming. According to the existing research about the natural lighting usefulness, the lighting energy usage for non-residential building like office is about 30(%) of whole energy, and about 40(%) lighting energy which is used by the introduction of the proper natural lighting technique for the interior use can be saved. The daylighting system among the natural lighting systems has been actively introduced by the excellent lighting performance, simple structure and the great construction & economics for the structures such as the office. For this, the characteristics safety and weight reduction which is equipped in the structure window is required. The architectural application frequency of the polycarbonate is increasing as the transparent glazing due to the temperature, high durability on humidity and excellent mechanical strength and light-weight etc. This study aims to provide the base data for the more optimal lightweight daylighting system development by evaluation of the lighting performance of the lightweight daylighting system produced as the object of the office building. To achieve this goal, the property of the light shelves as the natural lighting system and the polycarbonate architectural application case were analyzed. In addition, the light shelves size was set by considering the passive architectural institute recommended conditions based on the small scale office. The maquette for the lighting performance evaluation of the polycarbonate daylighting system was produced with 1/5 scale based on the selected office. The polycarbonate lightweight light shelves were produced with 12 types according to the material of the polycarbonate, and the reflexibility of the reflex. The model experiment was conducted from the rooftop of K University, department of architectural engineering clear sky without interruption of the lighting. In addition, for the energy performance analysis by the polycarbonate daylighting system application, the illumination & heating and cooling energy performance was analyzed through the computer simulation. About the simulation, the illumination & heating and cooling energy performance were evaluated by using Energy-Plus and Eco-Tec program. The effectiveness of the result of experiment was evaluated by comparing the simulation analyses result and the maquette result of experiment. As a result of study, the clean light of single layered and the archi light polycarbonate of duplex were selected as the proper polycarbonate for the light shelves through the characteristics analysis by using the haze transmittance, 12(%), 56(%) and 95(%) reflexibility film were selected for the reflex coating material of the daylighting system. In addition, 1/5 scale small scale office model was produced by considering the real condition. As a result of experiment in the field, the polycarbonate daylighting system lighting performance was better than the single layered structure in the duplex type generally. In addition, in the duplex polycarbonate, as the thickness increased, the lighting performance increased as well but in the polycarbonate of the single layered structure, as the thickness decreased, the lighting performance increased as well. In the lighting performance of the duplex type polycarbonate, when the thickness increased with 16(mm), the lighting performance increased with 180(%) compared to the thickness 10(mm). In the lighting performance of the single layered structure polycarbonate, when it decreased with thickness 5(mm), the lighting performance increased with 160(%) compared to the thickness 8(mm). About the interior lighting performance by the reflexibility of the reflex, there was difference by the light shelves thickness(structure), but it was best in the reflexibility 56(%) and followed by the reflexibility 12(%) and the reflex reflexibility 95(%) in the same condition. The reason that when the highest 95(%) of reflex reflexibility brings the lowest lighting performance reflexibility is because of that the natural light lowest exposed in the light shelves surface due to the high reflexibility was reflected to the ceiling near the window but the inside of the room, and it was analyzed that the study on the lighting performance according to the light shelves installation angle is needed. About the computer simulation analysis, the energy plus program was used for the ECOTECT program, illumination & heating and cooling energy analysis and shading analysis. As shading analyses result, the annual average shading ratio of the daylighting occurs in winter with the low solar altitude, so the ratio of shading in December was biggest but there was not significant effects on the interior lighting performance. About the lighting energy performance of the polycarbonate daylighting system, the reflexibility of the reflex increased, and the illumination load decreased. About the annual accumulated illumination load of the reflex reflexibility 95(%), it decreased about 15.5(%) compared to the reflexibility 12(%), and about 7.3(%) decreased compared to the reflexibility 56(%). The annual accumulated lighting energy load of the reflexibility 56(%) decreased with about 8.8(%) compared to the reflexibility 12(%). The lighting energy performance of the daylighting system installation angle decreased about 7.2(%) in the installation angle 15o compared to the installation angle 0o. But the minimum & maximum load were regular. It is analyzed as the difference of the natural lighting depth of inflow, so it is considered that the lighting energy reduction ratio of the installation angle 15o with big interior depth of inflow is big. About the heating energy load by the polycarbonate daylighting system reflexibility, in the heating energy load, the reflexibility of reflex increased, and the heating load decreased little, so the energy efficiency increased. From the reflexibility 95(%), it decreased with about 4.4(%) compared to the reflexibility 12(%), and about 2.1(%) decreased compared to the reflexibility 56(%). The reflexibility 56(%) decreased with 2.4(%) compared to the reflexibility 12(%). About the cooling energy load of the polycarbonate daylighting system, in the cooling energy load, the reflexibility of reflex increased opposite to the heating energy, and the cooling load increased little, so the energy efficiency decreased. The cooling load of the reflex reflexibility 95(%) increased about 16.3(%) compared to the reflexibility 12(%), and it increased with 7.8(%) compared to the increases reflexibility 56(%), so the energy performance decreased compared to the illumination & heating load decrease. As the synthetic analysis result on the interior energy performance according to the reflexibility & installation angle of the polycarbonate daylighting system, the variable width(1.5∼2.0 %) according to the system installation angle about the window horizontal plane was higher than the energy variable width(1 % 이하) by the reflexibility of the reflex, so it showed that the reflexibility is important. In addition, the reflexibility of the polycarbonate daylighting system increased in all cases, and the cooling load increased,(9.2∼16.3 %) but the heating load(2.4∼4.4 %) & illumination load(8.9∼15.5 %) decreased. So in the overall energy consumption, the reflexibility increased. About the energy performance of the polycarbonate daylighting system, the installation angle increased, and the variable width decreased little. When the installation angle changed from 0o into 15o, the energy load 1.5∼2.0(%) decreased by the reflexibility of the daylighting system. When the reflexibility decreased from 12(%) into 56(%) and 95(%), the energy consumption increased little, and the increasing width was very insignificant with under 1(%). This study aims to provide the base data for the system development by evaluation of the various performance of the polycarbonate lightweight daylighting system based on the small scale office building. As a result of study through the experiment & simulation of site, the lighting performance of the polycarbonate daylighting system, lighting energy performance, and cooling & heating energy performance were evaluated by the installation angle & reflexibility, so it is considered that will be able to be used as the base data for the effective system development.
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