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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 건물에서 효율적인 주광의 이용을 위해서 자연채광과 관련된 여러 변수를 이용한 실내 채광성능 시뮬레이션을 통해 실의 빛 환경과 관련된 변수들을 비교 . 분석 평가함으로써 광선반의 최적 변수를 도출하였다.
- 본 연구는 사무소 건물에서 광선반을 적용하여 주광을 효율적으로 이용하기 위한 기준자료를 마련하기 위한 것이다. 이를 위해 광선반과 관련된 여러 변수를 통한 실내 채광성능 시뮬레이션을 실시하여 광선 반의 최적 변수를 도출하였고, 도출된 최적 변수를 적용한 광선반에 대한 시뮬레이션을 통해 채광 성능을 분석하였다.
- 본 연구에서는 광선반의 성능을 평가하기 위하여 사무소 건물의 형태자료를 분석하여 해석모델을 설정하였다.
제안 방법
- 천장 85[%](백색 페인트 마김"), 벽 55[%](벽지 마감), 바닥 15[%](카펫 타일 마감)로 설정하였다. 대상 모델의 위치는 서울지역으로 가정하여 위도 37.
- 광선반은 표면의 재질에 따라 다양한 반사 특성을 가진다 본 연구에서는 광선반의 표면 반사율을 60[%]와 7아:%] 그리고 8아:%]를 설정하여 비교하였다.
- 내 - 외부 광선반이 함께 설치된 혼합형의 경우 광선반의 폭은 내측 폭과 외측폭을 0.2[m]의 단위로 늘려가며 내측은 0.8[m]까지, 외측은 L0[m]까지 설정하여 시뮬레이션을 실시한 후 내부형 광선반의 폭에 대한 시뮬레이션 결과에 따라 광선반의 내측 폭을 정시키고 외측 폭만을 늘려나가며 시뮬레이션을 실시하였다.
- 있다. 따라서 본 연구에서는 태양의 고도에 따른 광선반의 채광 성능을 평가하기 위해 서울지역을 기준으로 춘분(3월 21일), 하지(6월 21일), 동지 (12월 21일)로 나누어 시뮬레이션을 실시하였다.
- 또한 광선반 설치 유무에 따른 실내 조도환경을 비교해보기 위해 광선반이 없는 경우도 시뮬레이션을 실시하였다. 표 8은 광선반이 설치되지 않은 실의 깊에에 따른 조도 분포이다.
- 등이 있다(김정태 등, 2003). 본 연구에서는 광선 반에 채광 성능에 영향을 줄 수 있는 다양한 요소들을 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 정량적으로 분석하였으며, 각각의 변수의 설정을 위한 세부내용은 표 1에 나타나 있다.
- 관련된 변수들을 비교 . 분석 평가함으로써 광선반의 최적 변수를 도출하였다. 다음으로 최적화된 광선반에 대한 시뮬레이션을 통해 채광성능을 분석하여 사무소 건물에 적용할 수 있는 기준자료로 활용할 수 있도록 하였다.
- 시뮬레이션 프로그램 상에서 실내조도 계산을 위한 전체의 측정지점를 설정하는 것으로 50[cm]의 정육면체를 l[m] 간격으로 설정하여 12개의 열을 설정하였다. 계산 높이는 작업면을 기준으로 하여 바닥으로부터 85[cm]의 높이로 설정하였다.
- 앞의 시뮬레이션에서 도출하여 최적화된 광선반의 변수에 따른 채광 성능 변화를 분석하기 위해 먼저 광선반이 설치되지 않은 일반실과 최적화된 광선반이 설치된 실을 비교하였다. 최적화된 광선반의 조건은 외부 광선반 각도 30[°], 내 .
- 이 결과를 토대로 하여 실의 깊이에 따른 조도 변화를 알아보기 위해 깊이를 11.7[m], 15.6[m], 19.5[m]의 세 가지 경우로 하고 계절, 방위, 시간의 조건을 변화시켜 가며 광선반의 채광 효과에 대한 시뮬레이션을 실시하였다.
- 위한 것이다. 이를 위해 광선반과 관련된 여러 변수를 통한 실내 채광성능 시뮬레이션을 실시하여 광선 반의 최적 변수를 도출하였고, 도출된 최적 변수를 적용한 광선반에 대한 시뮬레이션을 통해 채광 성능을 분석하였다. 본 연구의 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
대상 데이터
- 대상 모델의 위치는 서울지역으로 가정하여 위도 37.5[°], 경도 128[이로 하였으며 지표면 반사율은 20[%]로 하였다.
- 따라서 조도를 최대로 얻을 수 있는 내부 광선반의 크기를 600[mm]로 선정하였다.
- 시뮬레이션 해석모델 설정을 위한 실의 형상 및크기는 기존연구(양인호 등, 2005)에서 도출한 건축계획 최대 모듈(3.9[m])을 기준으로 그림 3과 같이 폭 7.8[m], 깊이 11.8[m] 천장고 2.7[m]인 사무공간으로 설정하였다.
성능/효과
- 1) 광선반의 폭 변화에 있어서는 내측 광선반의 폭이 600[mm] 이상으로 넓어지게 되면, 광선반이 오히려 천장의 반사율에 저해가 되어 조도가 감소하는 것으로 나타났다.
- 2) 외측 광선반의 폭 변화에 있어서는 내측 광선 반과는 달리 길어질수록 조도 변화가 상승하는 것으로 나타났으며, 내측 광선반과 외측 광선 반을 동시에 적용할 경우 균제도가 소폭 상승하는 것으로 나타났다.
- 3) 내측 광선반의 설치각도 변화에 따른 채광 성능에 있어서는 광선반의 하향 각도 변화가 클수록 조도가 높아지는 것으로 나타났지 만 과도하게 기울일 경우 오히려 조도가 낮아지는 것으로 나타났다.
- 4) 외측 광선반의 설치각도 변화에 따른 채광 성능에 있어서는 광선반의 각도가 클수록 조도 변화가 큰 것으로 나타났으며, 광선반의 각도를 20[이에서 30[이까지 변화시켰을 때 최대 조도값을 나타냈다.
- 6) 계절에 따른 광선반의 채광 성능 평가 결과, 계절마다 태양의 고도에 따른 조도 차이는 있으나 평균적으로 실내의 조도가 2배에서 3배 정도 향상되는 결과가 나타났다.
- 광선반관과 관련된 변수를 변화시켜가며 시뮬레이션을 실시한 결과, 내부 광선반만으로는 10~ 50[lux] 정도 상승하지만 내부와 외부의 광선반을 모두 설치하는 경우 100[lux] 정도까지 상승하는 것으로 나타났다.
- 광선반은 설치가 용이하고 비용이 낮은 장점이 있는데 시뮬레이션에 의해 도출된 결과, 채광성능이 우수한 시스템으로 판단되었다. 다만, 유지관리 및 미관을 고려하여 건물에 효과적으로 적용할 필요가 있을 것으로 생각된다.
- 광선반의 폭, 설치각도 및 표면 반사율에 대한 시뮬레이션 결과에 의하면 폭은 내부 600[mm], 외부 800[mm], 각도는 30[°], 표면 반사율은 80[%]로 하는 것이 광선반의 효율을 높이는 것으로 나타났다. 이 결과를 토대로 하여 실의 깊이에 따른 조도 변화를 알아보기 위해 깊이를 11.
- 이러한 경우는 일사를 차단할 수 있는 차양 등이 함께 설치될 필요가 있는 것으로 판단된다. 그리고 광선반의 활용 측면에서 동향과 서향의 하지보다는 남향과 춘추분, 동지 때에 더욱 효과적인 것으로 나타났다.
- 나타났다. 또한 계절을 변화시켰을 때 동지의 경우는 비교적 조도확보가 유리해 남향의 경우 주광만으로는 조도를 확보할 수 있는 것으로 나타났다.
- 또한 내부 광선반의 크기는 600[mm], 외부 광선반의 크기는 800[mm] 로 하는 것이 주광량을 적정히 확보할 수 있는 것으로 나타났으며, 광선반의 각도는 하향으로 30[이로 기울이는 것이 천장면 표면반사율을 향상시켜 실내 조도를 높이는 것으로 나타났다.
- 내 . 외측 광선반 표면 반사율 변화에 따른 시뮬레이션 결과 표면 반사율이 높아질수록 조도가 상승하며 표면 반사율이 80[%]일 때 조도 상승에 유리한 것으로 나타났다. 표면 반사율이 80[%] 이상인 경우에는 광선반에 의해 현휘가 발생할 우려가 있어 적절하지 않은 것으로 판단된다.
- 외측광선반의 경우, 수평기준으로 하향 10[이에서 30[이까지 증가시킬 때 동지 조도값이 128[Iux] 만큼 상승하여 내측 광선반보다 훨씬 높은 조도를 얻을 수 있었다 이 결과를 보면 각도의 변화가 광선반의 폭과 함께 실내 조도에 많은 영향을 미치는 것으로 나타났으며 천장면의 반사를 도와 조도상승을 유리하게 하는 것으로 판단된다.
- 경우가 있으므로 내 . 외측의 광선반 모두 각각 &)[%]의 표면 반사율을 유지하는 것이 바람직한 것으로 나타났다.
- 이 결과를 통해 최대 조도 상승값을 도출할 수 있는 광선반의 각도는 내측과 외측 모두 30口로 설치하는 것이 유리한 것으로 나타났으며 하향 각도를 적게 할 경우 천장면에 국소적으로 강한 주광이 반사되어 천장면의 휘도를 증가시키며 고른 조도 분포를 유도할 수 없게 된다. 또한 하향 각도를 너무 크게 할 경우 광선반에서 반사된 빛이 시야에 들어와 직접 현휘를 일으킬 수도 있으며 천장면에 빛이 제대로 반사되지 않아 조도를 상승시킬 수 없게 될 수 있다.
후속연구
- 결과적으로 광선반의 설치가 실의 전반적인 조도 수준을 높임으로써 빛환경 성능을 개선할 수 있을 것으로 판단된다.
- 광선반을 이용한 실내 주광성능 개선의 대표적인 지표는 조도인데 여기에 영향을 주는 인자는 태양고도, 주광의 조도성분, 광선반의 폭, 설치 각도 반사율 등이 있으며 이들의 변화에 따른 주광성능 연구는 향후 일사 및 일조에 관한 건물의 적용성 측면에서 매우 유용할 것이다
- 시스템으로 판단되었다. 다만, 유지관리 및 미관을 고려하여 건물에 효과적으로 적용할 필요가 있을 것으로 생각된다. 아울러 광선반에 대한 부족한 인식의 개선, 광선반의 경제성 연구 등을 통해 건물 주광이용 시스템에 적극적인 도입과 발전을 유도할 필요가 있을 것으로 판단된다.
- 분석 평가함으로써 광선반의 최적 변수를 도출하였다. 다음으로 최적화된 광선반에 대한 시뮬레이션을 통해 채광성능을 분석하여 사무소 건물에 적용할 수 있는 기준자료로 활용할 수 있도록 하였다.
- 다만, 유지관리 및 미관을 고려하여 건물에 효과적으로 적용할 필요가 있을 것으로 생각된다. 아울러 광선반에 대한 부족한 인식의 개선, 광선반의 경제성 연구 등을 통해 건물 주광이용 시스템에 적극적인 도입과 발전을 유도할 필요가 있을 것으로 판단된다.
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