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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 Palmero의 연구를 적용하여 기존 차양방식과 비교를 통해 채광성능면에서 국내 학교 교실에 적합한 차양장치 형태를 제시하고자 한다. 이에 따라 기존의 설계방법과 Palmero의 설계방법을 차양과 광선반에 적용하여 평가대상을 4가지 차양장치인 일반형 차양, 루버형 차양, 일반형 광선반, 루버형 광선반으로 구성하였 다.
- 본 연구에서는 4가지 차양장치를 적용한 교실의 채광성능 분석을 통해 최적의 차양장치 형태를 제시하고자 하였다. 이를 위해 평균조도와 균제도, 직사일광 면적을 분석하였다.
제안 방법
- 4가지 차양형태 중 최적의 차양을 제시하기 위해 실전체 및 공간별 평균조도, 균제도(최소조도/평균조도), 직사 일광 면적을 분석하였다. 평균조도와 균제도는 시뮬레이션 인 Radiance 2.
- 신화영(2007)은 광선반과 베네시안 블라인드를 통합적으로 이용하여 태양고도에 따른 실내 주광환 경특성에 대한 영향을 분석하였다. 광선반 설계방법은 하지에 실내로 직사광 유입을 방지하고 동지에 최대 직사광이 유입될 수 있도록 설정하였다[5].
- 교실에 적합한 차양장치 형태를 제시하기 위해 루버형과 일반형 차양장치를 적용한 채광성능을 분석하였다. 채광성능 분석요소에는 실전체와 공간별 평균조도, 균제도 및 직사일광 면적이 있다.
- 이는 다른 연구와 방법이 같지만 차양 형태가 루버라는 점에서 차이가 있다. 따라서 이 형태는 환기와 조망, 겨울철 적설하중 방지면에서 채광성능 및 에너지성능에 효율적이라고 판단하여 본 연구에 적용하였다.
- 위치는 서울로 설정하였고, 수평면 일영곡선(위도: 36°N)을 따라 헬리오돈을 이동시켜 관측하였으며 카메라를 남향창을 정면으로 하여 촬영하였다.
- 본 연구에서는 4가지 차양장치를 적용한 교실의 채광성능 분석을 통해 최적의 차양장치 형태를 제시하고자 하였다. 이를 위해 평균조도와 균제도, 직사일광 면적을 분석하였다.
- 따라서 본 연구에서는 Palmero의 연구를 적용하여 기존 차양방식과 비교를 통해 채광성능면에서 국내 학교 교실에 적합한 차양장치 형태를 제시하고자 한다. 이에 따라 기존의 설계방법과 Palmero의 설계방법을 차양과 광선반에 적용하여 평가대상을 4가지 차양장치인 일반형 차양, 루버형 차양, 일반형 광선반, 루버형 광선반으로 구성하였 다. 조도분석은 시뮬레이션을 이용하였고 직사일광 면적은 축소모형 실험으로 분석하여 적합한 차양형태를 제시하고자 한다.
- 이에 따라 기존의 설계방법과 Palmero의 설계방법을 차양과 광선반에 적용하여 평가대상을 4가지 차양장치인 일반형 차양, 루버형 차양, 일반형 광선반, 루버형 광선반으로 구성하였 다. 조도분석은 시뮬레이션을 이용하였고 직사일광 면적은 축소모형 실험으로 분석하여 적합한 차양형태를 제시하고자 한다.
- 측정점을 창가측(1-2m), 중간측(3-5m), 복도측(6-7m)으로 3등분하여 채광성능을 분석하였다. 측정일시는 춘분, 하지, 동지이며 9시부터 5시까지로 하였다.
- 측정점은 창으로부터 1m 간격으로 총 35개(7×5)를 두었고, 측정 높이는 작업면 기준인 750mm로 하였다. 측정점을 창가측(1-2m), 중간측(3-5m), 복도측(6-7m)으로 3등분하여 채광성능을 분석하였다. 측정일시는 춘분, 하지, 동지이며 9시부터 5시까지로 하였다.
대상 데이터
- 건물의 위치는 서울을 기준으로 하였고, 청천공 상태에서 분석하였다. 남중고도시의 외부조도는 춘분에 64,390lx, 하지에 81,154lx, 동지에 36,750lx로 나타났다.
- 따라서 본 연구에서는 대상공간의 면적을 7.5m×9.0m로 하였고, 높이를 3.0m으로 선정하였다[10].
- 본 연구에서는 스케일 모델의 축척을 1:20로 하였으며, 표면재료와 반사율은 시뮬레이션의 입력값과 최대한 비슷한 물성치를 가진 재료로 선정하였다(Table 2). 하지만 축소모형의 창문 재료는 직사일광의 판단에 더 효율적일 것으로 판단되어 생략하였다.
- 채광성능 분석요소에는 실전체와 공간별 평균조도, 균제도 및 직사일광 면적이 있다. 분석요소에 따라 춘분, 하지에는 평균조도가 낮고 직사일광 면적이 좁은 차양장치를 선정하였으며 동지는 그 반대의 경우를 선정하였다.
- 평균조도와 균제도를 분석하여 종합해본 결과는 다음 Table 8과 같다. 최적 차양장치 선정기준은 분석요소에 따라 춘분, 하지에는 평균조도가 낮고 직사일광 면적이 좁은 차양장치를 선정하였으며 동지는 그 반대의 경우를 선정하였다. 춘분에서는 평균조도가 낮고 균제도가 높으며 직사일광 면적이 좁은 루버형 광선반이 적절한 차양장치로 나타났다.
- 측정점은 창으로부터 1m 간격으로 총 35개(7×5)를 두었고, 측정 높이는 작업면 기준인 750mm로 하였다.
데이터처리
- 4가지 차양형태 중 최적의 차양을 제시하기 위해 실전체 및 공간별 평균조도, 균제도(최소조도/평균조도), 직사 일광 면적을 분석하였다. 평균조도와 균제도는 시뮬레이션 인 Radiance 2.0을 통해 분석하였고, 직사일광 면적은 축소모형을 통해 분석하였다. 측정점은 창으로부터 1m 간격으로 총 35개(7×5)를 두었고, 측정 높이는 작업면 기준인 750mm로 하였다.
성능/효과
- (1) 평균조도, 균제도, 직사일광 면적을 분석한 결과 적절한 차양형태는 춘분과 하지에는 루버형 광선반, 동지에는 루버형 차양이 적절한 것으로 나타났다.
- (2) 동지에 최적의 차양으로 선정된 루버형 차양의 평균조도가 과도하게 높게 나타났다. 이는 눈부심의 발생 원인이 되므로 빛을 조절하는 것이 필요하다.
- 이는 루버형 광선반의 외부 길이가 길어지면서 창가측의 조도가 감소되었기 때문으로 판단할 수 있다. 균제도는 일반형과 루버형에서 큰 차이가 없었고, 차양보다 광선반의 균제도 가 약 2.5배 높은 것으로 나타났다. 따라서 춘분에는 루버형 광선반이 적합한 것으로 나타났다.
- 하지에는 모든 차양의 평균조도 값이 비슷하므로 균제도가 높고 직사일광 면적이 좁은 장치인 루버형 광선반이 가장 적절한 것으로 판단되었다. 동지에는 평균 조도와 균제도가 높고 직사일광 면적이 넓은 루버형 차양이 가장 적절한 것으로 판단되었다.
- 8%(225lx) 감소하였다. 따라서 실전체 평균조도 면에서 춘분에 루버형 광선반, 동지에 루버형 차양이 적합한 형태로 판단되었다.
- 광선반은 실내로 유입되는 자연광을 천정면 반사를 통해 깊은 실내공간까지 유입시켜 과다한 창면부의 빛의 양을 감소시킴으로서 차양 역할을 한다. 또한 실내 후면부의 조도를 증가시킴으로써 실내에 균일한 자연광분포를 조성하여 실내 빛환경의 질을 높이고 조명 에너지를 절감하는 효과가 있다. 차양은 학교건물에서 가장 일반적으로 설치할 수 있는 장치로, 창 상부에 건물 외피에서 돌출시킨 부위이며 직사일광이 건물 내에 들어오는 양을 제어할 수 있는 장치이다[4].
- 동지에 직사일광 면적은 루버형 차양이 69830pixel로 가장 높았고, 루버형 광선반이 42236pixel로 가장 낮게 나타났다. 일반형 차양에 비해 루버형 차양에서 4.4% 증가하였고, 루버형 광선반에 비해 일반형 광선반이 8% 증가한 것을 알 수 있다. 이를 볼 때 루버형 차양일 때 채광성능이 높은 것을 확인 할 수 있다.
- 하지에 직사일광 면적은 루버형 광선반이 2990pixel로 가장 낮게 나타났다. 일반형 차양에 비해 루버형 차양이 25% 감소하였고, 일반형 광선반에 비해 루버형 광선반이 32% 감소한 것을 알 수 있다. 이를 볼 때 춘분 때와 마찬가지로 루버형 광선반일때 차양률이 높은 것을 확인 할 수 있다.
- 춘분에 직사일광 면적은 일반형 차양이 8131 pixel로 가장 높았고, 루버형 광선반이 3422 pixel로 가장 낮게 나타났다. 일반형 차양에 비해 루버형 차양이 42% 감소하였고, 일반형 광선반에 비해 루버형 광선반이 51% 감소한 것을 알 수 있다. 하지에 직사일광 면적은 루버형 광선반이 2990pixel로 가장 낮게 나타났다.
- 최적 차양장치 선정기준은 분석요소에 따라 춘분, 하지에는 평균조도가 낮고 직사일광 면적이 좁은 차양장치를 선정하였으며 동지는 그 반대의 경우를 선정하였다. 춘분에서는 평균조도가 낮고 균제도가 높으며 직사일광 면적이 좁은 루버형 광선반이 적절한 차양장치로 나타났다. 하지에는 모든 차양의 평균조도 값이 비슷하므로 균제도가 높고 직사일광 면적이 좁은 장치인 루버형 광선반이 가장 적절한 것으로 판단되었다.
- 춘분에서는 평균조도가 낮고 균제도가 높으며 직사일광 면적이 좁은 루버형 광선반이 적절한 차양장치로 나타났다. 하지에는 모든 차양의 평균조도 값이 비슷하므로 균제도가 높고 직사일광 면적이 좁은 장치인 루버형 광선반이 가장 적절한 것으로 판단되었다. 동지에는 평균 조도와 균제도가 높고 직사일광 면적이 넓은 루버형 차양이 가장 적절한 것으로 판단되었다.
후속연구
- 따라서 춘분, 하지와 마찬가지로 동지에서도 평균조도가 낮고 직사일광 면적이 좁은 루버형 광선반을 선정할 수 있다. 추후 연구에서는 최적의 차양형태를 제시하기 위해 채광뿐 아니라 냉·난방부하 분석을 통한 차양장치의 열적성능을 통합한 분석이 필요할 것으로 판단된다.
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