[논문]전반사를 이용한 자연채광 블라인드 디자인

심충건

doi:10.5762/kais.2012.13.1.39

초록
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본 논문은 자연채광용 새로운 블라인드 디자인을 제시하고 있다. 소재는 투명하지만, 블라인드 단면이 한 변이 직각형인 사다리꼴 형태이다. 블라인드의 소재는 PMMA 이다. 한 변이 직각형인 사다리꼴 형태에서, 블라인드의 정면은 지면에 수직으로 형성되나, 그 후면은 전면 쪽으로 약간 기울어져 있다. 전면에서 입사된 빛은 경사진 후면에 의하여 전반사되어 진다. 만약, 단면에서 후면의 경사각이 $15^{\circ}$이면, 태양고도가 $45^{\circ}$ 보다 낮을 때 태양 빛이 블라인드를 투과하게 되나, 그 보다 높을 때에는 창밖으로 반사시키게 된다. 본 논문에서 제시하는 블라인드는 기존의 블라인드 장치에 블라인드만 교체하여 적용이 가능하며, 비록 투명하지만 한 낯의 태양빛을 모두 전반사시켜 되돌려 보낸다. 재료가 투명하기 때문에 창밖의 외부를 볼 수 있다. 본 제시된 디자인에서 후면의 다양한 경사각에 대하여 태양의 고도에 따른 전반사 효과를 시뮬레이션하였다. 본 논문에서 제시하는 블라인드 디자인에 의하여 전반사 일어나고 있음을 확인하였으며, 한 낯의 태양빛을 차단하는 효과적인 수단임을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The new blind design of sunlighting has been suggested in this study. The material in this blind becomes transparent but the blind has the parabolic edge section having the perpendicular line on a side. The material of this blind is PolyMethly MethAcrylate(PMMA). In this parabolic edge section, the ...

The new blind design of sunlighting has been suggested in this study. The material in this blind becomes transparent but the blind has the parabolic edge section having the perpendicular line on a side. The material of this blind is PolyMethly MethAcrylate(PMMA). In this parabolic edge section, the front side of the blind is designed perpendicular to the ground. But the back side is a little tilted to the front side. The rays of reflected sun at the front side can be easily reflected totally by the back side. If the inclination angle in this parabolic edge section at the back side is designed with $15^{\circ}$, it can transmit the rays of sun when the height of the sun is lower than $45^{\circ}$. But it can reflect the rays of sun when the height of the sun is upper than $45^{\circ}$. The suggested design of blind can be applied to the existing blind installation. Although the material in this blind becomes transparent, the rays of sun can be reflected totally at midday. There is also prospect outside of the blind because the material becomes transparent. Several inclination angles in the suggested design have been simulated for the various height of sun. Total reflections have been occurred by the suggested blind design at midday and it can be useful to shut out the sunlight.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서 투명한 소재인 PMMA 를 사용하고도 한 낮의 태양 빛을 차단할 수 있는 새로운 개념의 블라인드 디자인을 제시하였다. 본 연구의 진행과정과 결과를 정리하면 다음과 같다.
투명한 소재로서 태양빛을 차단하는 방법으로 경사진 후면에서의 전반사 원리를 적용하였다. 본 연구에서는 한 변이 직각인 사다리꼴 형상의 단면을 가진 투명 블라인드에 대하여 태양의 고도 변화에 따른 전반사 현상을 광학 프로그램으로 시뮬레이션하였다. 시뮬레이션을 통하여 자연채광 블라인드로서의 가능성을 검토하였다.
본 연구에서는 한 변이 직각인 사다리꼴 형상의 단면을 가진 투명 블라인드에 대하여 태양의 고도 변화에 따른 전반사 현상을 광학 프로그램으로 시뮬레이션하였다. 시뮬레이션을 통하여 자연채광 블라인드로서의 가능성을 검토하였다.

제안 방법

2. 외부 태양 빛을 차단하기 위하여 전반사 효과를 가져다 주는 한 변이 수직인 사다리꼴 단면의 블라인드 디자인을 제시하였다.
3. 사다리꼴 단면의 후면 경사각에 따른 태양 빛의 전반사 차단 효과를 다양한 각도에 대하여 광선 경로 시뮬레이션을 수행하였다.
본 광 경로 시뮬레이션에서는 태양 고도의 최소값을 20°, 최고값은 70° 으로 설정하고 고도 변화량을 2° 로 하여 각기 다른 후면 경사각에 대하여 전반사 임계각도를 찾아가는 알고리듬으로 구성되었다.
본 연구에서는 창 밖의 시야를 확보하는 투명한 소재인 PMMA 아크릴을 이용하여 블라인드를 제작하며, 아침이나 저녁의 태양빛은 실내로 들여오되, 한 낮의 태양빛은 차단되는 블라인드 디자인을 제시하였다. 본 연구에서 제시되는 블라인드의 단면은 한 변이 직각인 사다리꼴 형상이다.
태양고도 변화에 따른 블라인드의 전반사 효과를 후면경사각, α 에 따라 진행하였다.
전면은 지면에 수직으로 되어 있으나, 후면은 전면쪽으로 경사지게 설계되어 있다. 투명한 소재로서 태양빛을 차단하는 방법으로 경사진 후면에서의 전반사 원리를 적용하였다. 본 연구에서는 한 변이 직각인 사다리꼴 형상의 단면을 가진 투명 블라인드에 대하여 태양의 고도 변화에 따른 전반사 현상을 광학 프로그램으로 시뮬레이션하였다.

대상 데이터

1. 자연채광형 블라인드 디자인을 위하여 투명한 PMMA 소재를 사용하였다.
본 연구에서는 창 밖의 시야를 확보하는 투명한 소재인 PMMA 아크릴을 이용하여 블라인드를 제작하며, 아침이나 저녁의 태양빛은 실내로 들여오되, 한 낮의 태양빛은 차단되는 블라인드 디자인을 제시하였다. 본 연구에서 제시되는 블라인드의 단면은 한 변이 직각인 사다리꼴 형상이다. 전면은 지면에 수직으로 되어 있으나, 후면은 전면쪽으로 경사지게 설계되어 있다.

성능/효과

4. 다양한 시뮬레이션 결과 후면 경사각 20°에서 태양고도가 37° 를 넘는 경우는 빛은 전반사효과로 차단되는 것을 알 수 있었고, 후면경사각이 더욱 크게 되면 더욱 낮은 고도의 태양빛도 차단됨을 알 수 있었다.
우리나라에서 태양고도가 가장 낮은 동지일 때, 고도가 29.5º 이고, 춘분에서 53º, 하지에서 76.5º 그리고 다시 추분에서 53º 로 변화는 것을 감안하면, 블라인드의 후면 경사각, α 는 25º 이상이 한낮의 태양빛을 차단하기에 좋은 결과를 가져다 줄 것으로 판단된다.

후속연구

본 연구에서 제시된 사다리꼴 단면의 투명 소재 블라인드를 기존 블라인드 장치에 적용하면, 아침 및 저녁의 태양빛은 실내로 들여오되, 한 낮의 뜨거운 태양빛은 차단하는 친 자연환경적 블라인드로서의 역할이 가능하고, 투명한 소재 덕분에 창밖의 경치를 볼 수 있을 것으로 기대 된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	PMMA 를 사용하고도 한 낮의 태양 빛을 차단할 수 있는 새로운 개념의 블라인드를 제안한 연구의 결과는 무엇인가?	1. 자연채광형 블라인드 디자인을 위하여 투명한 PMMA 소재를 사용하였다. 2. 외부 태양 빛을 차단하기 위하여 전반사 효과를 가져다 주는 한 변이 수직인 사다리꼴 단면의 블라인드 디자인을 제시하였다. 3. 사다리꼴 단면의 후면 경사각에 따른 태양 빛의 전반사 차단 효과를 다양한 각도에 대하여 광선 경로 시뮬레이션을 수행하였다. 4. 다양한 시뮬레이션 결과 후면 경사각 20°에서 태양고도가 37° 를 넘는 경우는 빛은 전반사효과로 차단되는 것을 알 수 있었고, 후면경사각이 더욱 크게 되면 더욱 낮은 고도의 태양빛도 차단됨을 알 수 있었다.
	햇빛을 차단하는 방법에는 무엇이 있는가?	이에 비하여 점차 중요시 되고 있는 자연채광은 실내 생활이 점차 늘어나는 현대 인간의 질병예방에도 유효하다는 연구가 있다[3]. 실내의 자연채광은 유리창으로부터 시작되는데, 햇빛을 차단하는 방법으로 유리창에 필름을 부착하거나 블라인드 장치를 이용한다. 필름은 가변적인 차단이 아니라 고정형에 속한다.
	투명한 소재가 블라인드에 사용되지 못하는 이유는 무엇인가?	일반적으로 투명한 소재는 블라인드로 사용되지 못하는데, 햇빛의 차단이 어렵기 때문이다. 그러나, 투명 한소재로 햇빛만 차단된다면, 창밖의 시야는 사라지지 않을것이다.

참고문헌 (9)

Kyeoung-Ae Mun, Moo-Sik Lee, Baeg-Ju Na, Jin-Yong Lee, Jee-Young Hong, Seok-Hwan Bae, Se-Jong Yoo, "Related Factors with Decreased Visual Acuity of Elementary School Students", Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society, Autumn Conference, pp. 677-680, 2010.
Sang-Seok Han, "Emotional Lives of Students in the Classroom Space LED Fluorescent Lamp for Sensitivity Lighting", Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society, Vol. 11, No. 9, pp. 3446-3450, 2010.

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Hyo-Sung Lee, Lee-Dong Park, "Daylighting System's Effects on the Living Space and Curing Disease", Journal of the Korea Solar Energy Sociey, Vol. 5, No. 3, pp. 3-6, 2006.
Hwa-Young Shin, Hyun-Tai Ahn, Jeong-Tai Kim, "Luminance Performance of a Room with Light Guide and Blind systems by Mockup Experiments", Journal of the Korea Institute of Ecological Architecture and Environment, Vol. 7, No. 1, pp. 65-72, 2007.
Hyo-Joo Kong, Gon Kim, Jeong-Tai Kim, "Daylighting Performance of Double Blinds Using RADIANCE Program", Journal of the Korea Institute of Ecological Architecture and Environment, Spring Conference, Vol. 10, No. 1, pp. 191-194, 2010.
Bong-Kyun Kim, Jeong-Tai Kim, "Effect of Blind's Slat Angle on Daylighting Environment", Journal of the Korea Institute of Ecological Architecture and Environment, Conference, Vol. 6, No. 1, pp.237-242, 2006.
Bok-Nyeo Im, Hwan-Yong Kim, "A Study on a Improving Effect of Light Environment according to Blind Angle Control using a Daylighting in a Lecture Room", The Regional Association of Architectural Institute of Korea, Autumn Conference, pp. 629-635, 2008.
Hwa-Young Shin, Seoung-Heon Baik, Hyun-Joo Hwan, Jeong-Tai Kim, "DayLit Environment of Offices with Light Guide and Blind Systems", Journal of the Korea Institute of Ecological Architecture and Environment, Autumn Conference, Vol. 6, No. 2, pp. 179-184, 2006.
Flank L. Pedrotti, Leno S. Pedrotti, "Introduction to Optics", Prentice-Hall International, Inc, pp. 32, 1987.

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