초록 ▼

최근 들어 도심지의 토지 이용율을 극대화시키기 위해 지하공간의이용에 관한 관심이 고조되고 있다. 지하공간은 지상공간에 비해 환경적인 측면에서 몇 가지 유리한 점을 갖고 있다. 즉, 열적인 측면에서 볼 때 지상공간에 비해 계절적으로 변동이적고 음향적인 측면에서 볼 때 외부 소음 등의 영향을 거의 받지 않는다. 그러나 지하공간이 지상공간보다 불리한 점은 지상 건축물과 달리 자연채광의 이용이 어렵다는 점이다. 따라서 적절한 자연광 유입구가 설치되지 않는 한 연중 대부분의 건물의 사용 시간 중에는 인공조명에 의존하게 되므로 전기에너

최근 들어 도심지의 토지 이용율을 극대화시키기 위해 지하공간의이용에 관한 관심이 고조되고 있다. 지하공간은 지상공간에 비해 환경적인 측면에서 몇 가지 유리한 점을 갖고 있다. 즉, 열적인 측면에서 볼 때 지상공간에 비해 계절적으로 변동이적고 음향적인 측면에서 볼 때 외부 소음 등의 영향을 거의 받지 않는다. 그러나 지하공간이 지상공간보다 불리한 점은 지상 건축물과 달리 자연채광의 이용이 어렵다는 점이다. 따라서 적절한 자연광 유입구가 설치되지 않는 한 연중 대부분의 건물의 사용 시간 중에는 인공조명에 의존하게 되므로 전기에너지의 사용량이 매우 커질 뿐 아니라 조명기구에서 발생하는 열을 제거하기 위한 냉방 에너지 또한 커지게 되므로 공간의 쾌적 환경 유지비가 커지게 될 우려가 있다.선진 외국의 경우 지하공간 또는 실 폭이 깊은 고층건물에 광덕트를 설치하여 외부의태양광과 주광을 실내의 깊은 곳과 지하공간의 거주 부분에 공급하려는 연구가 진행되어 왔다. 그러나, 우리 나라의 경우 지하공간의 환경 조절에 관한 연구 수준이 초보적인 단계이고 각종 건축 환경 요소(빛, 열, 음, 공기)의 적절한 제어를 위한 설계 지침이 마련되어 있지않다. 따라서 본 연구에서는 지하공간의 거주자들의 시작업성과 심리적 쾌적성을 증대시키기 위한 자연채광용 광덕트 시스템의 예측 및 평가 도구를 개발하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션과 모형 실험을 수행하였다. 본 연구에서 도출된 결론을 요약하면 다음과 같다.1)태양의 위치(고도 및 방위각)와 광덕트 제원의 상관관계를 나타내는 기하학적인 방법을이용하여 직사일광과 확산천공광을 정확하게 고려하는 수직장방형 광덕트의 광속전달율을예측하는 수치 모델을 개발하였다.2)다양한 천공 상태와 광덕트의 제원 및 반사율에 대하여 수치 모델의 계산 결과와 축소 모형 실험의 측정 결과를 비교하여 그 정확성을 검토하였다. 검토한 결과 담천공 상태와 청천공 상태에서 태양이 남중한 12시의 경우에는 너비 및 길이 방향의 그리드요소 수의 증가는계산 결과의 정확성에 영향을 미치지 않았으며 계산 시간은 상당한 증가를 보였다. 그러나,높이 방향의 그리드요소 수의 증가는 오차율을 ±5% 이하로 감소시켰다. 반면 청천공 상태에서 태양이 남중하지 않은 상태에서는 높이 방향의 그리드요소 수의 증가는 물론, 너비및 길이 방향의 그리드요소 수의 증가는 오차율을 ±5% 이하로 감소시켰다. 따라서, 담천공 상태와 청천공 상태 중에서 태양이 남중하는 12시의 조건에서는 너비와 길이 방향의 그리드요소 수를 1로 설정하고 높이 방향의 최적 그리드요소의 수를 설정하는 것이 계산 결과의 정확성을 증가시키고 계산 시간면에서도 효율적인 것으로 판명되었다.3)광속전달법(Luminous Flux Transfer Method)을 적용하여 수직장방형 광덕트에서의 광속전달율을 계산할 경우 계산의 정확성과 계산 시간의 단축을 동시에 고려한 최적 그리드요소의 수는 천공 상태와 광덕트의 제원에 따라 달라짐을 알 수 있었으며 그 결과를 <표 4.5>와 <표 4.6>에 제시하였다.4)축소 모형 실험을 통해 확산면을 갖는 수직장방형 광덕트를 설치한 지하공간에서 실내 공간의 직접성분 및 간접성분을 계산할 수 있는 그래프를 제시하였다.5)시뮬레이션을 통해 확산면을 갖는 수직장방형 광덕트를 설치한 지하공간에서 자연채광 효과를 예측 및 평가할 수 있는 설계도구로서 수직장방형 광덕트의 광속전달율을 나타내는 그래프를 제시하였다. 또한 수직장방형 광덕트를 설치한 지하공간 내에서 작업면 조도를 계산할 수 있는 수식을 제시하였다(식 6.3).

Abstract ▼

Recently, the utilization of underground spaces for variouspurposes to enhance the land use in urban areas became an important issue. Theunderground spaces have several advantages over conventional building spaces in termsof physical environment. The underground spaces provide thermally s

Recently, the utilization of underground spaces for variouspurposes to enhance the land use in urban areas became an important issue. Theunderground spaces have several advantages over conventional building spaces in termsof physical environment. The underground spaces provide thermally stable environmentthroughout the year and they are mostly free from exterior airborne noises. However,the underground spaces have difficulties in utilizing daylight for interior illumination.Consequently, without a proper daylighting aperture system, the underground spacesmust depend upon artificial electric energy for most of the occupied hours throughoutthe year. This disadvantage will result in not only a large amount of electric energyfor the lighting system, but significantly increased air-conditioning load due to the heatgenerated by the lighting fixtures.In developed countries, research on light admitting and guiding systems such aslight duct and fiber-optic systems have been being lively conducted in order to createmore energy-efficient and visually comfortable underground spaces. In Korea, researchon environmental control systems for underground spaces is still in its initial stage andproper design guidelines have not been fully developed. Therefore, this research focuseson developing design tools of daylight duct systems for the creation of energy-efficientand visually comfortable underground spaces. To achieve this goal, this researchdepends upon computer simulation and physical scale model experiments in order toidentify key parameters that affect the daylighting performance of daylight duct systemsand the interrelationships between the parameters. The products of this research includecomputer models and a group of tables and graphs which can be used by buildingdesigners at the early stages of design process. The results and findings of this studycan be summerized as follows.1)The numerical model was developed to predict luminous flux transfer ratios, which isthe ratio of output flux to input flux, of vertical rectangular daylight wells with diffuseinside surfaces under not only diffuse sky conditions, but direct sunlit conditions aswell.2)The accuracy of the numerical model was examined through scale modelmeasurements under various skies with different solar angles. Results showed that thepercent errors between calculated values and field measured values were less than ±5%.3)The optimum number of grid elements, which can quarantee 95% of accuracy, weresuggested for different sky and sunlight conditions as shown Tables 4.5 and 4.6 inChapter 4.4)As a result of scale model measurements for various underground space with variousdaylight duct systems, a group of graphs were generated to calculate illuminance levelsof direct and indirect components in underground spaces with daylight duct systems.5)As design tools to predict and evaluate daylighting effects in underground spaces withdaylight duct systems, a group of graphs to predict the luminous flux transfer ratios ofvertical rectangular daylight duct were produced through computer simulation(SeeChapter 6 and Index 1).

목차 Contents

• 제1장 서론...8
• 제2장 문헌 및 기본이론의 고찰...11
• 제3장 수직장방형 광덕트의 광속전달율 예측 수치 모델 작성...15
• 제4장 축소 모형 실험을 통한 수치 모델의 타당성 검증...24
• 제5장 광덕트를 설치한 지하공간 내의 조도...36
• 제6장 지하공간내 자연채광 조도 시뮬레이션 및 설계도구의 개발...40
• 제7장 결 론...43
• 참고문헌...45
• 부록1:수직장방형 광덕트의 광속전달율...46
• 부록2:수직장방형 광덕트를 갖는 지하공간 내의 조도 [직접성분, 간접성분]...47
• 연구수행관련 논문발표목록서...51
• 자체평가서...52