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문제 정의
- 이에 본 연구는 IEA Task21의 내용을 기초로 본 실험의 채광성능평가를 위해서 물리량(실내조도, 실외조도)을 측정하였다. 실내 조도측정은 창의 수직중심선에서 작업면높이를 085[m]로 하여 조도를 측정하였다.
- 이에 본 연구는 실내공간에 서로 다른 투과성능을 가진 유리투과체가 적용되는 경우 유리투과체가 갖는 채광학적 특성이 실내의 조도분포에 미치는 영향과 투과체의 구성을 채광창과 조망 창으로 이루어진 경우 실내환경에 대한 영향을 분석하여 가변 유리투과체에 대한 효용성과 채광성능 자료를 제시하는데 목적이 있다.
제안 방법
- 2분간 측정된 값의 평균값을 구하고, 채광성능평가 지표로서 외부조도에 대한 내부조도의 비율인 주광 조도 비를 구하여 사용하였다.
- 각각의 유리투과체에 대해 10초간격으로 측정하여 2분간 실내의 작업면, 벽면, 천정면에 대한 조도를 측정하였다. 이와 동시에 기준실과 실험실위에 조도센서를 설치하여 외부수평면조도를 측정하였으며, 평균값을 구하여 사용하였다.
- 각실의 남측에는 실제 사무실에서 적용되고 있는 창의 형상 (4.8mxL8m) 을 축소하여 측창을 설 치 하여 자연광이 유입 되 도록 하였다. 창은 조망 창과 채광창으로 분리되었으며, 바닥위 창대 높이는 실제 시공상 적용되고 있는 높이 0.
- 측정점은 다음과 같이 선정하였다. 거주자의 앉은 때의 눈높이와 거의 같고, 서면 주위가 잘 보이는 눈높이 L2[m]에서 양측벽에 창으로부터 3.0[m], 6.0[m]지 점에 측정점을 선정하여 셀을 설치하였다. 또한, 벽면과 동일한 거리의 천장면에 셀을 설치하여 조도를 측정하였다.
- 0[m]지 점에 측정점을 선정하여 셀을 설치하였다. 또한, 벽면과 동일한 거리의 천장면에 셀을 설치하여 조도를 측정하였다. 조도센서를 작업면, 천정면, 벽면에 설치시 실험실과 기준실의 모습은 사진 2 및 사진 3과 같다.
- 또한, 채광성능평가를 정교하게 하기위하여 IEA에서 권장하는 벽면과 천정면에 대한 조도를 측정하였다. 측정점은 다음과 같이 선정하였다.
- 또한, 채광성능평가시 IEA모니터링 프로토콜을 적용하여 작업면, 벽면, 천정면에 대하여 조도를 외부조도와 동시에 측정하였고, 본 논문에서는 작업 면에 대한 채광성능평가를 중심으로 분석하였다. 평가지표로서 주광조도비를 사용하였으며, 일반형과 이중분할형에 대한 가변 유리투과체를 변화시켰을 경우 투과율에 따른 실내공간의 채광성능을 비교분석하였다.
- 본 연구에서는 투과체 구성에 따라 일반형과 이중분할형의 두 가지 유형을 설계 및 제작하여 실험을 수행하였다. 분할된 투과체에 동일한 투과율을 갖도록 한 투과체구성을 일반형이라 명하였으며, 빛을 적극적으로 유입하기 위하여 채광창에는 투명유리를 사용하고, 조망창에는 서로 다른 투과율을 갖는 유리투과체를 적용한 것을 이중분할형이라 명하였다.
- 표 1과 같다. 유리투과체의 형상은 사무소의 창호형상(4.8mxl.8m)을 1/10으로 축소하여 제작하였으며, 창틀의 두께도 실제 사용되고 있는 창틀의 기본 두께를 1/10으로 축소하여 흰색의 시트지로 제작하여 부착하였으며, 채광부분과 조망 부분으로 분할하여 투과체를 구성하였다.
- 오차를 갖는 것으로 확인되었다. 이것으로 IEA에서 제시한 모니터링시스템 적용시 시스템에 대한 신뢰성을 검증하였다.
- 이와 동시에 기준실과 실험실위에 조도센서를 설치하여 외부수평면조도를 측정하였으며, 평균값을 구하여 사용하였다.
- 자연채광을 적극적으로 유입하여 실의 쾌적함과 업무능률향상을 조성할 수 있는 유리투과체에 대한 채광학적 연구의 필요성을 제기하면서 가변유리투과 체로 구성된 실내공간의 채광성능평가시 IEA모니터링 프로토콜을 적용하여 기초적 연구를 수행한 연구결과는 다음과 같이 도출하였다.
- 실내 조도측정은 창의 수직중심선에서 작업면높이를 085[m]로 하여 조도를 측정하였다. 측정점 은 창으로부터 0.5[m] 간격으로, 중앙부와 후면부는 l[m]간격으로 측정 위치를 선정하여 실험실(8점)과 기준실(8점)을 외부수평면 조도와 수직면조도를 동시에 측정하였으며, 측정점의 위치도는 그림 5와 같다.
- 복층유리로 제작하였다. 투과체에 따른 실내공간의 채광성능평가를 위하여 투과체의 구성을 일반형과 이중분할형으로 구성하여 기준 실과 실험실에 설치하였다.
- 평가지표로서 주광조도비를 사용하였으며, 일반형과 이중분할형에 대한 가변 유리투과체를 변화시켰을 경우 투과율에 따른 실내공간의 채광성능을 비교분석하였다.
대상 데이터
- 가변 유리투과체로 구성된 실내공간의 자연채광성능평가를 위하여 대상은 일반 사무실의 형상 (4.9n/7.2mx2.6m)을 기본으로 축소모형을 1/10으로 제작하였다. 모형은 동일한 영역에 두 개의 실 (기준실과 실험실)로 구성하였으며, 설치는 채광에 방해건물이 없는 K대학교 공과대학 건물 옥상에 남향으로 설치하였다.
- 유리 투과체를 선정하였다[1]. 구체적으로 보면, 투명유리(CL78), 색유리(GN66), 파스텔유리(P TS27), 로이유리(LE58)로 선정하였으며, 선정된 유리투과체는 6[mm]의 건조 공기층을 갖는 복층유리 로 제작되었다. 각각의 유리투과체의 특성은 다음과 같다.
- 이루어 졌다. 기상상태는 구름이 없고 외부조도가 80, 000[lx]이상인 청천공상태에서 수행되었다.
- 측정시스템은 Li-cor사의 실내외조도센서, mA를 mV로 전환해주는 Millivolt adaptor로 구성되었, 다. 또한, 데이터취득시스템은 Agillent사의 단자 채널, 데이터로거 그리고 PC로 구성되어 있으며, Agillent 4.1 프로그램을 사용하여 센서와 데이터로 거를 제어하였다. 모니터링시스템 구성도는 그림 4와 같다.
- 6m)을 기본으로 축소모형을 1/10으로 제작하였다. 모형은 동일한 영역에 두 개의 실 (기준실과 실험실)로 구성하였으며, 설치는 채광에 방해건물이 없는 K대학교 공과대학 건물 옥상에 남향으로 설치하였다.
- 서로 다른 투과율을 갖는 유리투과체가 실내공간에 미치는 영향을 채광학적으로 분석하기 위하여 일반 사무소에 적용되고 있는 유리투과체의 종류를 사례조사하여 실험을 수행하기 위한 4종류의 유리 투과체를 선정하였다[1]. 구체적으로 보면, 투명유리(CL78), 색유리(GN66), 파스텔유리(P TS27), 로이유리(LE58)로 선정하였으며, 선정된 유리투과체는 6[mm]의 건조 공기층을 갖는 복층유리 로 제작되었다.
- 실내마감은 일반 사무실에 적용된 마감재를 사용하였다. 기준실과 실험실 모두 밝은 색의 표면 (벽-아이보리색, 바닥-연갈색, 천장-흰색)으로 되어있으며, 가구는 배치 하지 않았다.
- 실험은 2004년 9월 24일 오후 1시 15분부터 1시 41분까지 방해건물이 없는 K대학교 공과대학 옥상에서 측정이 이루어 졌다. 기상상태는 구름이 없고 외부조도가 80, 000[lx]이상인 청천공상태에서 수행되었다.
- 이를 위해 본 연구는 우리나라에서 적용되고 있는 유리투과체를 조사하여 투과율이 다른 4종류 즉, 투명유리, 색유리, 파스텔유리, 로이유리를 선정하여 복층유리로 제작하였다. 투과체에 따른 실내공간의 채광성능평가를 위하여 투과체의 구성을 일반형과 이중분할형으로 구성하여 기준 실과 실험실에 설치하였다.
- 모니터링 시스템의 구성은 측정 시스템과 데이터 취득시스템으로 구성되었다. 측정시스템은 Li-cor사의 실내외조도센서, mA를 mV로 전환해주는 Millivolt adaptor로 구성되었, 다. 또한, 데이터취득시스템은 Agillent사의 단자 채널, 데이터로거 그리고 PC로 구성되어 있으며, Agillent 4.
이론/모형
- 이에 본 연구에서는 IEA의 모니 터 링시스템을 적용하여 구성하였다. 모니터링 시스템의 구성은 측정 시스템과 데이터 취득시스템으로 구성되었다.
성능/효과
- 각각의 투과체의 경우 그림 8~그림 10과 같이 채광성능을 증가시키기 위한 이중분할형이 일반형에 비해 실중간부와 후면부의 주광조도비가 증가한 것으로 나타났다. 이는 일반형보다 채광창을 적용한 이중분할형이 실의 중간부와 후면부에 크게 기여한 것으로 판단된다.
- 이는 채광창에 사용된 투명유리의 높은 투과성능이 창으로부터 거리가 l[m]인 측정점에 큰 영향을 준 것으로 사료된다. 또한, 모든 측정점에서 일반형에 비해 조도비가 높은 것으로 나타나 이중분할형이 실내공간에 채광 학적 기여를 증대시키는 것으로 분석되었다.
- 많은 양의 채광확보를 위하여 채광창에는 투명유리를 사용하고, 조망창에는 서로 다른 투과성능을 가지는 유리투과체를 사용한 이중분할형의 측정결과, 그림 7과같이 창에 근접한 실의 전면부 중 l[m]인 측정점에서는 투과율이 낮을수록 높은 주광조도비가 나타났으며, 창으로부터 0.5[m]인 측정점, 실의 중간부와 후면부에서는 투과율이 증가할수록 높은 주광조도비를 나타내었다. 이는 채광창에 사용된 투명유리의 높은 투과성능이 창으로부터 거리가 l[m]인 측정점에 큰 영향을 준 것으로 사료된다.
- 실내공간에 일반형을 적용하여 서로 다른 투광성능을 가진 유리투과체가 적용된 경우 외부조도에 대한 내부조도비율은 투과율이 증가할수록 일정하게 증가하는 것으로 나타났다. 이는 투과체가갖는 투과성능의 영향으로 판단된다.
- 일반형에 비해 이중분할형은 채광창으로 유입되는 채광학적 기여가 증가하여 살 전체의 조도를 증가시키며 특히, 실 중간부와 후면부의 경우 채광적 잠재력이 증대되어 실의 쾌적함과 시 환경적 질이 증대될 것으로 판단된다.
- 채광창과 조망창이 단일 투과체로 구성된 일반형의 작업면 조도에 대해 창으로부터 이격거리에 따라 측정한 결과, 그림 6과 같이 투과율이 2배, 3배 증가할수록 외부조도에 대한 내부조도의 비율이 일정하게 증가하는 것으로 나타났다. 또한, 이는 빛의 채광학적 특성이 유리투과체의 투과능력에 따른 것으로 사료된다.
- 측정에 앞서 측정에 사용될 센서값의 오차를 알아보기 위하여 조도측정에 사용된 조도센서 (LI-210SA) 와 Topcon IM-5조도계와 조도값을 비교해본 결과 3[%] 이내의 오차를 갖는 것으로 확인되었다. 이것으로 IEA에서 제시한 모니터링시스템 적용시 시스템에 대한 신뢰성을 검증하였다.
후속연구
- 현재 유리건축물에 많이 적용되고 있는 저 투과체에 이중분할형을 적용할 경우 채광학적으로 많은 효과가 있을 것으로 기대된다.
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