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문제 정의
- 광선반 시스템은 시스템 설치에 따른 개구부의 개방감 감소나 외부 입면계획의 어려움 등 다양한 문제점을 최소화하기 위하여 광선반 설치 위치, 형태 및 재질과시공방법 등 다양한 고려가 수행되어야 한다. 본 연구에서는 사무소 건물을 대상으로 효과적인 광선반 설치위치 및 형상을 제안하고자 한다.
제안 방법
- 광선반의 설치높이는 개방감 악화를 최소화하기 위해 선 자세에서 재실자의 눈높이인 1,600(mm)6) 이상으로 1.800(mm)와 2.000(mm)로 1나누어 시뮬레이션을 실시하였다. 이 때, 광선반의 폭은 실 내부가 600(mm)이고 외부는 400(mm)인 혼합형 광선반 시스템으로 설정하였다.
- 광선반이 건물 내측에 설치되는 내부 광선반은 동지를 기준으로 건물 외측에 설치되는 외부 광선반은 하지를 기준으로 시뮬레이션을 실시하였다. 그리고 내·외부에 설치되는 혼합형광선반의 경우에는 사무소 건물의 실내 채광성능을 동지와 하지로 나누어 평가하였다.
- 그리고 내·외부에 설치되는 혼합형광선반의 경우에는 사무소 건물의 실내 채광성능을 동지와 하지로 나누어 평가하였다.
- 내부 광선반의 설치에 따른 실내채광성능은 동지의 정오를 기준으로 광선반 폭 600(mm)～900(mm)까지 100(mm)간격으로 평가하였다(표 6). 실내 채광조도의 만족깊이, 평균조도가 그리고 균제도 모두 유사하게 나타나 동지를 기준으로 내부 광선반의 형태에 따른 차이는 크지 않은 것으로 분석되었다.
- 이를 위하여, 먼저 건축잡지 등 문헌고찰을 통하여 사무소 건물의 기본 계획을 제안하였다. 또한, 기존 연구결과를 분석하여 연구에 적용할 수 있는 다양한 광선반의 형태 및 설치 위치 등을 설정하였고 이를 바탕으로 채광성능 평가용 컴퓨터 시뮬레이션을 실시하였다.
- 외부 광선반의 폭은 400(mm)에서부터 100(mm)의 단위로 늘려가며 600(mm)의 길이까지 설정하였다. 또한, 내외부가 혼합된 혼합 광선반의 폭은 내측의 폭과 외측의 폭을 각각 900 과 600(mm)로 설정하여 시뮬레이션을 실시하였다.
- 광선반 시스템의 설치위치는 재실자의 개방감 유지와 글레어의 유발을 막기 위해 눈높이 이상의 위치에 설치하였다. 본 연구에서는 광선반의 설치높이는 바닥 면으로 부터 1800(mm)에서부터 100(mm)씩 높여가며 2000(mm)까지 설정하여 시뮬레이션을 실시하였다. 외부 광선반의 유동각도는 정남의 태양 고도를 기준으로 15°의 간격으로 유동각도를 부여하여 시뮬레이션을 실시하였다.
- 본 연구에서는 광선반이 창호에 부착되어 일체화 시공한다는 가정 하에서 진행되었기 때문에 광선반 위에 고반사율의 반사재료를 부착하는 방식으로 시뮬레이션작업을 하였다. 반사재료는 현재 3M사에서 판매되고 있는 SILVERLUX ss-95P(반사율 95%)를 적용하였다.
- 광선반 채광시스템의 채광성능에 영향을 주는 요소로서 광선반의 폭, 설치높이, 표면 반사율 그리고 실내 마감재의 반사율 등이 있다. 본 연구에서는 이들 변수들 중에서 광선반의 설치 높이와 폭, 광선반의 형태 및 광선반의 유동각도 등을 변수로 컴퓨터 시뮬레이션을 실시하였다.
- 본 연구에서는 창호와 일체화된 광선반의 채광성능을 광선반의 설치 높이, 형태 및 외부 광선반의 유동각도에 따라 분석하였다. 분석결과, 광선반의 설치 높이에 따른 실내에서 외부를 향한 개방감은 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.
- 광선반의 채광성능 시뮬레이션 평가를 위하여 선정된 사무실의 안목치수는 가로 9,000(mm), 세로 9,000(mm) 그리고 천장고 2,600(mm)으로 설정하였다. 사무소 남측전면에는 가로 8,000(mm), 세로 1,800(mm)의 개구부를 바닥 면으로부터 800 (mm)의 높이에 계획하였다.
- 선정된 사무소 건물의 실내 마감재 반사율은 천장(백색 페인트 마감) 85%, 벽(백색 페인트 마감) 85%, 바닥(콘크리트 마감) 64%로 설정하였으며 각각의 반사율은 실재 마감재의 반사율을 적용하였다. 광선반은 표면의 재질에 따라 다양한 반사율과 채광특성을 가진다.
- 이 때, 광선반의 형태(실내, 외형 및 혼합형) 및 폭광선반 반사율, 설치높이 등 변수에 따라 실시하였다. 실시된 시뮬레이션 결과를 이용하여 실내의 최대, 최소 및 평균 조도 및 조도분포 등을 평가하였다.
- 외부 광선반의 유동각도는 정남의 태양 고도를 기준으로 15°의 간격으로 유동각도를 부여하여 시뮬레이션을 실시하였다.
- 2 프로그램을 활용하였다. 이 때, 광선반의 형태(실내, 외형 및 혼합형) 및 폭광선반 반사율, 설치높이 등 변수에 따라 실시하였다. 실시된 시뮬레이션 결과를 이용하여 실내의 최대, 최소 및 평균 조도 및 조도분포 등을 평가하였다.
- 이를 위하여, 먼저 건축잡지 등 문헌고찰을 통하여 사무소 건물의 기본 계획을 제안하였다. 또한, 기존 연구결과를 분석하여 연구에 적용할 수 있는 다양한 광선반의 형태 및 설치 위치 등을 설정하였고 이를 바탕으로 채광성능 평가용 컴퓨터 시뮬레이션을 실시하였다.
- 혼합형 광선반은 외부 길이 400(mm)와 600(mm) 그리고 내부 길이 600(mm)와 900(mm)로 설정하여 동지와 하지 정오의 채광성능을 평가하였다. 동지에 광선반 길이(내부길이×외부길이)가 600×400(mm)의 실내 채광조도는 최고 51,504(lx), 최저 28(lx) 그리고 평균 5,903(lx)로 분석되었다.
대상 데이터
- 광선반의 채광성능 시뮬레이션 평가를 위하여 선정된 사무실의 안목치수는 가로 9,000(mm), 세로 9,000(mm) 그리고 천장고 2,600(mm)으로 설정하였다. 사무소 남측전면에는 가로 8,000(mm), 세로 1,800(mm)의 개구부를 바닥 면으로부터 800 (mm)의 높이에 계획하였다.
- 본 연구에서는 광선반이 창호에 부착되어 일체화 시공한다는 가정 하에서 진행되었기 때문에 광선반 위에 고반사율의 반사재료를 부착하는 방식으로 시뮬레이션작업을 하였다. 반사재료는 현재 3M사에서 판매되고 있는 SILVERLUX ss-95P(반사율 95%)를 적용하였다.
- 외부 광선반은 최소길이 400(mm)부터 100(mm)의 간격으로 600(mm)까지 변화시키며 하지를 기준으로 시뮬레이션을 실시하였다. 분석결과, 모든 경우에서 작업면 기준조도인 500(lx)를 만족시키는 채광깊이는 2.
- 000(mm)로 1나누어 시뮬레이션을 실시하였다. 이 때, 광선반의 폭은 실 내부가 600(mm)이고 외부는 400(mm)인 혼합형 광선반 시스템으로 설정하였다.
이론/모형
- 컴퓨터 시뮬레이션을 위해서는 Lightscape 3.2 프로그램을 활용하였다. 이 때, 광선반의 형태(실내, 외형 및 혼합형) 및 폭광선반 반사율, 설치높이 등 변수에 따라 실시하였다.
성능/효과
- 계절에 따른 광선반 채광시스템의 채광성능은 가구의 배치 및 재실자의 이용을 모두 고려할 때, 내부형 광선반의 폭이 600(mm)일 때 가장 효과적인 것으로 분석되었다. 이는 내부광선반의 길이 90(mm)에서 최적의 채광성능을 보이고 있다는 기존의 연구결과(신현구, 2003)와 차이가 있으나 기존 연구는 실내공간의 활용성 및 개방감 등을 고려하지 않고 단순히 채광성능만을 평가한 결과이기 때문이라 사료된다.
- 광선반을 설치하지 않은 사무실의 경우에 실내 채광조도를 만족하는 안측깊이는 창가에서 4(m)로 가장 깊은 것으로 분석되었다. 실내 조도분포는 직사일광이 유입되는 창주변의 최고조도는 83,856(lx)로 실 안쪽의 최저조도는 49(lx) 그리고 실 전체의 평균조도는 9,668.
- 분석결과, 광선반의 설치 높이에 따른 실내에서 외부를 향한 개방감은 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 그러나 설치 높이에 따른 실내의 조도분포는 바닥 면으로부터 광선반의 설치 높이가 1.8m인 경우 가장 효과적인 것으로 분석되었다.
- 9(m)로 나타났다. 또한, 균제도는 외부 광선반 폭 600(mm)에서 가장 크게 나타났고 실내 평균조도는 400(mm)에서 가장 큰 것으로 분석되었다.
- 광선반의 내외부 길이가 600×600(mm)의 경우에는 최고 채광조도는 2,284(lx), 최저 채광조도는 27(lx), 그리고 평균 채광조도는 420(lx)로 분석되었다. 분석결과 동지에 내부 광선반의 폭이 600(mm)인 경우에 외부 광선반의 폭이 500(mm)일 때 가장 채광성능이 우수한 것으로 분석되었다.
- 본 연구에서는 창호와 일체화된 광선반의 채광성능을 광선반의 설치 높이, 형태 및 외부 광선반의 유동각도에 따라 분석하였다. 분석결과, 광선반의 설치 높이에 따른 실내에서 외부를 향한 개방감은 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 그러나 설치 높이에 따른 실내의 조도분포는 바닥 면으로부터 광선반의 설치 높이가 1.
- 외부 광선반은 최소길이 400(mm)부터 100(mm)의 간격으로 600(mm)까지 변화시키며 하지를 기준으로 시뮬레이션을 실시하였다. 분석결과, 모든 경우에서 작업면 기준조도인 500(lx)를 만족시키는 채광깊이는 2.9(m)로 나타났다. 또한, 균제도는 외부 광선반 폭 600(mm)에서 가장 크게 나타났고 실내 평균조도는 400(mm)에서 가장 큰 것으로 분석되었다.
- 내부 광선반의 설치에 따른 실내채광성능은 동지의 정오를 기준으로 광선반 폭 600(mm)～900(mm)까지 100(mm)간격으로 평가하였다(표 6). 실내 채광조도의 만족깊이, 평균조도가 그리고 균제도 모두 유사하게 나타나 동지를 기준으로 내부 광선반의 형태에 따른 차이는 크지 않은 것으로 분석되었다.
- 혼합형 광선반의 경우에는 태양의 고도가 높은 하지와, 태양의 고도가 낮은 동지 모두에 적합하며, 외부 광선반 폭 600(mm), 내부 광선반 폭이 400(mm)알 때 가장 효과적인 것으로 분석되었다. 기존의 연구에서는 외부 광선반 1,200(mm), 내부광선반 900(mm)를 최적의 형태로 제안하였으나 이 또한 실내의 개방감 감소 등을 고려치 핞은 결과로 사료된다.
- 혼합형 광선반의 외부 광선반의 유동각도는 동지에는 유동각도를 주지 않고 수평으로 설치되었을 때 그 효과적이며, 춘/추분의 경우와 하지의 경우에는 외부 광선반이 15°의 유동각도를 주는 것이 효과적인 것으로 분석되었다.
후속연구
- 본 연구결과는 건축계획단계에서 건축가가 사무소 건물에 적정한 광선반을 선택하기 위한 기초자료로 활용될 수 있으리라 사료된다. 그러나 연구가 시뮬레이션에 의존하여 실시되어 연구결과에 대한 검증과 보다 다양한 광선반 조건에 따른 채광성능을 평가하는 연구가 지속적으로 필요하다고 사료된다.
- 본 연구결과는 건축계획단계에서 건축가가 사무소 건물에 적정한 광선반을 선택하기 위한 기초자료로 활용될 수 있으리라 사료된다. 그러나 연구가 시뮬레이션에 의존하여 실시되어 연구결과에 대한 검증과 보다 다양한 광선반 조건에 따른 채광성능을 평가하는 연구가 지속적으로 필요하다고 사료된다.
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