건축적적용을위한자연채광시스템의유형별특성에관한연구 A Study on the Application Methods Characteristics of Daylighting gsystems to Buildings 발표자 : 송혜영지도교수 : 송규동 한양대학교건축환경시스템연구실 http://aesl.hanyang.ac.kr h
연구의배경 친환경요소를고려한건축설계및신재생에너지의활용 - 쾌적한시환경조성과청정의태양에너지를이용한자연채광에관심 실내조명효율개선을위한설비형자연채광시스템적용 - 광학및정밀제어기술을이용한다양한자연채광시스템의개발 자연채광시스템의적용검토의어려움 - 기존자연채광시스템의체계적특성분류미흡 - 자연채광시스템의건축물적용시일일이검토하는데어려움이따름 - IEA-SHC(International Energy Agency-Solar Heating & Cooling Program) Task21 등자연채광관련연구및세계적표준개발의미흡
연구의목적 자연채광시스템의광학적원리와특성에따른분석 / 분류 자연채광시스템의일반적이해와시장의요구에부응하는합리적인시스템적용의기회제공 자연채광시스템의사용목적과설계조건에적합한시스템을선정하기위한기초자료제공
연구의방법및절차 자연채광시스템과관련하여국내와국외의사례분석 자연채광시스템의유형별분류 현재건물에적용되고있는자연채광시스템의사례를통 한특성분석 위의과정을통해작성된표를참고로사례적용
자연채광시스템의정의 외부자연광을이용하여실내를조명하는장치 - 자연채광이건축적디자인요소에서설비적요소로발전함 자연광을받아들이는집광부 ( 수광부 ), 실내로빛을전달하는 광전송부, 실내의효율적인조명을위한산광부로구성 집광부광전송부산광부 자연광 실내조명 자연채광시스템
태양의빛에너지를직접전기에너지로변환하거나채광에이용하는설비 로태양광분야정의 ( 산업자원부에너지관리공단 ) - 태양광채광 ( 자연채광 ) 을재생에너지의항목으로포함 - 태양광채광장치를구동여부에따라자연형과설비형으로크게구분 자연채광계획과자연채광시스템에관련된국제적연구모임인 IEA-SHC Task21 에서는대표적인자연채광시스템을대상으로사용목적에따라차 양의기능이포함된자연채광장치 (Daylighting Systems with Shading) 와 차양의기능이 Withdout Shading) 으로구분 포함되지않은자연채광장치 (Daylighting Systems
자연채광시스템관련연구기관및기업현황 국내 연구기관 건축환경시스템연구실 (H 대학 ) 건축환경설비연구실 (D대학) 채광조명시스템연구실 (K대학) 찬성에너지 휠코리아 개발회사 국외 University of British Columbia( 캐나다 ) 미츠이조선 ( 일본 ): Mechatronics system 료코 ( 일본 ) : Solaris : Structured Surface Physics Laboratory 후지타 ( 일본 ) Ecole Polytechnique Federal De Lausanne( 스위스 ) Hazama( 일본 ) : Sun Chaser Sanyo( 일본 ) : So-Luminaire : Daylighting Laboratory Sun Direct( 미국 ) : Hybrid Solar Lighting Lawrence Berkeley National Laboratory( 미국 ) Mono draft( 영국 ) : Sunpipe Bomin solar( 독일 ) : Lightron, Heliostat : Windows & Daylighting Group Heliobus AG( 스위스 ) : Heliobus National Research Council Canada( 캐나다 ) Helioflex( 독일 ) : Helioflex Espacio Solar( 스페인 ) : Deplo Sun : Daylighting & Sustainable Design Group Kuzelka( 오스트리아 ) : Solar Mirror System IEA-SHC Task21 Egis( 독일 ) : Solar Tracker Solar global( 오스트리아 ) : Solar tube Bartenbach Lichtlabor( 오스트리아 ) Sun Dome( 미국 ) : Tubular skylight Norwegian University of Science and Technology( 노르웨이 ) Ciralight( 미국 ) : Sun Tracker Light Louver( 미국 ) : Light Louver 국내연구기관 : 3개소, 국내기업 :2개소 국외연구기관 : 7 개소, 국외기업 : 17 개소 총 100여개의자연채광시스템및적용사례분석
국내자연채광적용사례 국립중앙박물관 Helistat 의조명원리 전시실상부의 Helistat
국내자연채광적용사례 국립중앙박물관 Heliostat 에의한실내조명연출 Movable Prism System
국내자연채광적용사례 국립중앙박물관 사무실의 Daylighting Blind 전시실상부의 Static Prism system
국내자연채광적용사례 문래동 P 아파트 - Bomin-Solar( 독일 ) 의 Hli Helistat 4 대를설치하여일조환경을개선한사례
유한대학지하주차장
국내자연채광적용사례 울산무거터널 운전자의명암순응을위한방법으로터널돌출부천장에 St ti P i S t 을운전자의명 암순응을위한방법으로터널돌출부천장에 Static Prism System 을적용한사례
국내자연채광적용사례 부산명장정수장 벽채광기를이용하여커튼월형식의입면을구성한자연채광시스템적용사례
국내자연채광적용사례 기타 코엑스 2 층꿈나무어린이집 서초직장보육센터
국외자연채광적용사례 Sundirect 사 ( 미국 ) 의하이브리드자연채광시스템
국외자연채광적용사례 반사거울시스템을이용한일본의일조환경개선사례
국외자연채광적용사례 Arthelio 사 ( 독일 ) 의 Heliostat-Light Guide System
국외자연채광적용사례 JapanAerospaceExplorationAgency( 일본 ) 수평형광덕트방식의하이브리드채광시스템
국외자연채광적용사례 UBC 대학 ( 캐나다 ) 의건물입면형 Solar Canopy System
국외자연채광적용사례 Monodraft 사 ( 영국 ) 의 Sunpipe system
국외자연채광적용사례 Panrans 사 ( 스웨덴 ) 의 Skyport, 렌즈구동식광섬유채광시스템 두개의소형렌즈판을수평이동하여태양의위치를추적하는독특한방식의두개의형렌판을수평이동하여태양의위치를추적하는독특한방식의광섬유형채광시스템
자연채광시스템의사례조사 국외자연채광적용사례 Heliobus 사 ( 스위스 ) 의 Mirrorshaft system 지하층공간의환경개선의대안으로유용한시스템
자연채광시스템의분류항목 집광원리에따른분류광전송방법에따른분류사용목적에따른분류적용위치에따른분류특성에따른분류 반사형 굴절형 투과형 반사거울, 광선반, 유도반사체, 블라인드형, 루버형 렌즈, 프레넬렌즈, 프리즘패널 일반창, 덕트형 작동법에따른분류 고정식 공간전송방식, 광섬유에의한전송방식, 광덕트에의한전송방식 집광, 채광, 차양, 지붕 조명성능 현휘방지 천공조건 조망 광전송거리 전력소모 조명의균일성 산광부의경우, 실내조명연출및조명설계의관점에서고려되는부분에서그종류가다양하므로분류대상에서제외 사용목적에따른분류와설치위치에따른분류추가
집광원리에따른분류 집광원리에따른분류 반사거울 광선반 반사형 유도반사체 블라인드형 루버형
집광원리에따른분류 집광원리에따른분류 렌즈 굴절형 프레넬렌즈 프리즘패널 일반창 투과형 덕트형
집광원리에따른분류 작동법에따른분류 고정식
광전송방법에따른분류 광전송방법에따른분류 공간전송방식 광덕트에의한전송방식 광섬유에의한전송방식
사용목적에따른분류 태양직사광을차단하기위한차양, 태양광을집광하기위한집광, 청공광을유입시키기위한채광으로분류함 사용목적에따른분류 차양 집광 채광
적용위치에따른분류 적용위치에따른분류 수직창 천창 지붕
자연채광시스템의유형분류 반사형 굴절형 투과형 집광원리 반사거울 광선반 유도반사체 광전송방법 사용목적 적용위치 공간전송집광, 채광천창, 지붕 광섬유 집광 천창, 지붕 광덕트 집광 천창, 지붕 채광, 차양수직창공간전송고정식채광, 차양수직창 고정식 공간전송 집광 광덕트 집광 채광, 차양수직창블라인드형공간전송고정식채광, 차양수직창루버형고정식공간전송차양수직창공간전송집광지붕렌즈광섬유집광지붕 프레넬렌즈 프리즘패널 공간전송집광지붕광섬유집광지붕 공간전송 집광, 채광, 차양 광덕트 집광 고정식 공간전송 채광, 차양 광덕트 채광, 차양 일반창고정식공간전송채광 덕트형 고정식 수평덕트 채광 지붕, 천창 고정식 수직덕트 채광 지붕
자연채광시스템의특성에따른분류 특성에따른분류 조명성능현휘방지천공조건조망광전송거리전력소모조명의균일성 시스템에서받아들이는채광또는집광량의정도를나타냄 ( 즉, 사용목적이차양일경우조명성능낮음 ) 실내의자연광유입에따른현휘의발생여부와이에대한개선방안의유무를나타냄 직사일광및확산천공광을동시에받는경우전청공, 태양광만을집광하는경우청천공으로분류 외부를조망할수있는정도로구분 빛이전달되는경로의길이로집광부에서산광부까지의유효거리구분 ( 원거리 :30m이상, 중거리 :10m이상 30m 이내, 근거리 :10m 이내 ) 집광원리와태양추적장치의유무에따른시스템의작동을위한부가적인전력소모여부구분 실내조명시피조면상의조도분포또는배광분포의균일성
자연채광시스템의유형및특성에따른분류 집광원리 광전송방법 사용목적 적용위치 조명성능 현휘방지 천공조건 특 조망 성 광전송거리 전력소모 조명의균일성 반사거울 공간전송집광, 채광천창, 지붕상 - 청천공 X 원 광섬유집광천창, 지붕상 - 청천공 X 중 광덕트집광천창, 지붕상 - 청천공 X 중 반사형 광선반 유도반사체 채광, 차양수직창중 청천공 X 단 공간전송고정식채광, 차양수직창하 전천공 X 단 X X 공간전송집광중 - 전천공 X 단 X 고정식광덕트집광중 - 전천공 X 중 X 블라인드형 고정식 공간전송 채광, 차양수직창중 전천공 단 X 채광, 차양수직창하 전천공 단 X X 루버형고정식공간전송차양수직창하 전천공 단 X 렌즈 공간전송 집광 지붕 상 - 청천공 X 원 광섬유 집광 지붕 상 - 청천공 X 중 굴절형 프레넬렌즈 프리즘패널 고정식 공간전송 집광 지붕 상 청천공 X 원 광섬유 집광 지붕 상 - 청천공 X 중 공간전송 집광, 채광, 차양 상 전천공 중 X 광덕트 집광 상 - 청천공 X 중 공간전송 채광, 차양 중 전천공 X 단 X 광덕트 채광, 차양 중 - 전천공 X 단 X 투과형 일반창 고정식 공간전송 채광 중 - 전천공 단 X X 고정식 수평덕트 채광 지붕, 천창 중 전천공 X 단 X 덕트형 고정식 수직덕트 채광 지붕 중 전천공 X 단 X
사례적용 고층의사무실빌딩 (1) 고층건물의각층별적용가능한시스템 덕트형제외 유지관리의어려움이없고, 에너지소비가없는시스템 제외 (3) 조명이고른시스템 조명성능이낮고, 조명의균일성이좋지않은시스템제외 (4) 눈부심이없는시스템 현휘방지가고려되지않은시스템제외
(1) 고층건물의각층별적용가능한시스템 광덕트제외 집광원리 광전송 사용 적용 방법 목적 위치 조명성능 현휘방지 천공조건 조망 광전송거리 특성 전력소모 조명의균일성 반사거울 공간전송 집광, 채광 천창, 지붕 상 - 청천공 X 원 광섬유 집광 천창, 지붕 상 - 청천공 X 중 광덕트 집광 천창, 지붕 상 - 청천공 X 중 반사형 채광, 차양수직창중 청천공 X 단 광선반공간전송고정식채광, 차양수직창하 전천공 X 단 X X 공간전송집광중 - 전천공 X 단 X 형유도반사체고정식 광덕트집광 중 - 전천공 X 중 X 블라인드형 채광, 차양수직창중 전천공 단 X 공간전송고정식채광, 차양수직창하 전천공 단 X X 루버형고정식공간전송차양수직창하 전천공 단 X 렌즈 공간전송집광지붕상 - 청천공 X 원 광섬유집광지붕 상 - 청천공 X 중 굴절형 프레넬렌즈 프리즘패널 고정식 공간전송집광지붕상 청천공 X 원 광섬유집광지붕상 - 청천공 X 중 공간전송 광덕트 공간전송 광덕트 집광, 채광, 차양 집광 채광, 차양 채광, 차양 상 전천공 중 X 상 - 청천공 X 중 중 전천공 X 단 X 중 - 전천공 X 단 X 투과형 일반창고정식공간전송채광 중 - 전천공 단 X X 고정식수평덕트채광지붕, 천창중 전천공 X 단 X 덕트형고정식수직덕트채광지붕중 전천공 X 단 X (1) (1)
유지관리의어려움이없고, 에너지소비가없는시스템 제외 반사형 집광원리 반사거울 광선반 광전송 사용 적용 방법 목적 위치 조명성능 현휘방지 천공조건 조망 광전송거리 공간전송집광, 채광천창, 지붕상 - 청천공 X 원 광섬유집광천창, 지붕상 - 청천공 X 중 광덕트집광천창, 지붕상 - 청천공 X 중 채광, 차양수직창중 청천공 X 단 공간전송고정식채광, 차양수직창하 전천공 X 단 X X 공간전송집광중 - 전천공 X 단 X 형유도반사체고정식광덕트집광중 - 전천공 X 중 X 굴절형 투과형 블라인드형 채광, 차양수직창중 전천공 단 X 공간전송고정식채광, 차양수직창하 전천공 단 X X 루버형고정식공간전송차양수직창하 전천공 단 X 렌즈 프레넬렌즈 프리즘패널 고정식 공간전송집광지붕상 - 청천공 X 원 광섬유집광지붕 특성 전력소모 조명의균일성 상 - 청천공 X 중 공간전송집광지붕상 청천공 X 원 광섬유집광지붕상 - 청천공 X 중 공간전송 광덕트 공간전송 광덕트 집광, 채광, 차양 집광 채광, 차양 채광, 차양 일반창고정식공간전송채광 덕트형 상 전천공 중 X 상 - 청천공 X 중 중 전천공 X 단 X 중 - 전천공 X 단 X 중 - 전천공 단 X X 고정식수평덕트채광지붕, 천창중 전천공 X 단 X 고정식수직덕트채광지붕중 전천공 X 단 X (3) (4) (4) (3) (3) (4) (3) (1) (1)
(3) 조명이고른시스템 조명성능이낮고, 조명의균일성이좋지않은시스템제외 반사형 집광원리 반사거울 광선반 광전송 사용 적용 방법 목적 위치 조명성능 현휘방지 천공조건 조망 광전송거리 공간전송집광, 채광천창, 지붕상 - 청천공 X 원 광섬유집광천창, 지붕상 - 청천공 X 중 광덕트집광천창, 지붕상 - 청천공 X 중 채광, 차양수직창중 청천공 X 단 공간전송고정식채광, 차양수직창하 전천공 X 단 X X 공간전송집광중 - 전천공 X 단 X 형유도반사체고정식광덕트집광중 - 전천공 X 중 X 굴절형 투과형 블라인드형 채광, 차양수직창중 전천공 단 X 공간전송고정식채광, 차양수직창하 전천공 단 X X 루버형고정식공간전송차양수직창하 전천공 단 X 렌즈 프레넬렌즈 프리즘패널 고정식 공간전송집광지붕상 - 청천공 X 원 광섬유집광지붕 특성 전력소모 조명의균일성 상 - 청천공 X 중 공간전송집광지붕상 청천공 X 원 광섬유집광지붕상 - 청천공 X 중 공간전송 광덕트 공간전송 광덕트 집광, 채광, 차양 집광 채광, 차양 채광, 차양 일반창고정식공간전송채광 덕트형 상 전천공 중 X 상 - 청천공 X 중 중 전천공 X 단 X 중 - 전천공 X 단 X 중 - 전천공 단 X X 고정식수평덕트채광지붕, 천창중 전천공 X 단 X 고정식수직덕트채광지붕중 전천공 X 단 X (3) (4) (4) (3) (3) (4) (3) (1) (1)
(4) 눈부심이없는시스템 현휘방지가고려되지않은시스템제외 반사형 집광원리 반사거울 광선반 광전송 사용 적용 방법 목적 위치 조명성능 현휘방지 천공조건 조망 광전송거리 공간전송집광, 채광천창, 지붕상 - 청천공 X 원 광섬유집광천창, 지붕상 - 청천공 X 중 광덕트집광천창, 지붕상 - 청천공 X 중 채광, 차양수직창중 청천공 X 단 공간전송고정식채광, 차양수직창하 전천공 X 단 X X 공간전송집광중 - 전천공 X 단 X 형유도반사체고정식광덕트집광중 - 전천공 X 중 X 굴절형 투과형 블라인드형 채광, 차양수직창중 전천공 단 X 공간전송고정식채광, 차양수직창하 전천공 단 X X 루버형고정식공간전송차양수직창하 전천공 단 X 렌즈 프레넬렌즈 프리즘패널 고정식 공간전송집광지붕상 - 청천공 X 원 광섬유집광지붕 특성 전력소모 조명의균일성 상 - 청천공 X 중 공간전송집광지붕상 청천공 X 원 광섬유집광지붕상 - 청천공 X 중 공간전송 광덕트 집광, 채광, 차양 집광 상 전천공 중 X 상 - 청천공 X 중 공간전송채광, 차양중 전천공 X 단 X 광덕트 채광, 차양 일반창고정식공간전송채광 덕트형 중 - 전천공 X 단 X 중 - 전천공 단 X X 고정식수평덕트채광지붕, 천창중 전천공 X 단 X 고정식수직덕트채광지붕중 전천공 X 단 X (3) (4) (4) (3) (3) (4) (3) (1) (1)
결론 총 29 의국내외자연채광관련연구기관및기업을대상으로자연채광시스템의구성및적용사례조사 자연채광시스템의집광및광전송방법에따른시스템구성의분류와사례조사를통한사용목적, 적용공간에따른분류 실내환경적측면에서의자연채광시스템별 7가지의특성 ( 조명성능, 현휘방지, 천공조건, 조망, 광전송거리, 전력소모, 조명의균일성 ) 분류 자연채광시스템의구성및특성분석에따른건물의계획단계에서대상공간의적합한시스템선정을위한가이드라인및초기검토자료로활용하는데도움을줄수있음