설비형 자연 채광

소개글

설비형 자연 채광에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 설비형 자연 채광의 종류

2. 추미방식 채광방식 (반사경방식)

3. 덕트방식

4. 광섬유 케이블 방식

5. 선 스쿠프(sun scoop)를 이용한 자연채광

본문내용

변경할 수 없기 때문에 설계단계에서 예측되는 시스템을 고려해야만 한다. 도광덕트의 형태, 배광, 효율 및 설치시의 조명효과는 광로추적수법을 이용하여 컴퓨터로 계산된다. 예측조도와 실측조도의 차이는 10%이내이다.
4. 광섬유 케이블 방식
지하공간에 자연광을 전달하는 또 다른 방법으로 광섬유 케이블을 사용하는 것이 있다. 전술한 반사거울, 렌즈, 광덕트와 달리 광섬유 케이블은 구부릴 수 있고 기존 건물에도 작은 덕트를 통해 쉽게 설치될 수 있는 우수한 장치이지만 전달되는 빛의 양에 비해 가격이 비싼 단점이 있다. 물론 기술 개발에 따라 경제성은 개선될 수 있을 것이다. 이 시스템을 통하여 전달되는 빛의 특징은 적외선과 자외선이 모두 의도적으로 제거되었다는 것이다. 이는 개발자의 의도에 따른 것으로 중요한 장점일 수도 있지만 적절한 양의 자외선이 위생보건적 효과를 가지고 있는 것을 고려할 때, 반드시 장점이라고는 할 수 없다.
이 방식은 태양광 집광추적장치에서 태양을 자동으로 추적하여 태양광을 광학렌즈로 모아서 광섬유케이블을 통하여 필요한 곳에 보낼 수 있도록 구성되어 있다. 태양의 위치는 집광부의 중앙에 있는 태양위치 검출센서가 검출하고 그 자료를 기초로 하여 컴퓨터가 집광부의 적정 위치를 계산하고 구동용의 수평, 수직용 모터를 제어한다. 항상 높은 정밀도를 유지하며 태양의 위치를 추적하며 프레즈넬 렌즈(Fresnel Lens)로 빛을 모으도록 되어 있다. 이 렌즈는 광선을 광섬유 케이블의 매끄러운 끝부분에 초점을 맞춘다. 이렇게 하면 광섬유 케이블어 통하여 필요한 공간에 보내진 빛은 광섬유 케이블의 끝에서 약 45 의 각도로 방출된다. 방광부의 설치장소는 어느 곳이라도 가능한데 이것이 이 방식의 최대 장점이다. 광섬유 케이블 1본당 밝기는, 길이가 10m이고 날씨가 쾌청(옥외에서 태양의 직사광이 98,000lx)할 때 케이블 단말로부터 1m정도 떨어진 장소에서 조도는 약 2,500lx, 조사광속은 약 1,050lm정도 되는 것이 실용화되어 있다. 일본에서의 경우, 식물로 채워진 아트리움, 전시공간, 라운지와 같은 공간으로의 자연광 도입에 사용되고 있다.
광섬유 케이블은 플리마쿠라 화이버를 사용하고 40m를 도광할 경우 총효율은 12%이다.
1) 시스템의 구성
태양의 위치변화(태양고도각, 태양방위각)를 시가 파라미터로 하여 연산제어부로 산출하여 추미함으로써 태양광을 콜렉터로 집광하여 광화이버케이블로 도광한다. 제어부는 집광장치안에 내장해 두고, 광화이버 케이블은 건물내의 샤프트에 케이블루크를 부설하여 인슐록으로 묶어 배선한다.
2) 콜렉터의 투과특성과 효율
집광장치는 아크릴제의 돔으로 커버시키고 구동부와 일체로 콜렉터가 배치된다. 콜렉터는 지름 400mm의 반사집광방식으로 태양의 위치변화에 따라서 변한다. 한 개의 콜렉터로서 모을 수 있는 광속량은 광화이버 케이블의 길이가 40m일 경우, 약 1,300lx정도이다(실측치).
5. 선 스쿠프(sun scoop)를 이용한 자연채광
1) 플라자의 내부환경
홍콩 상하이 은행본점의 신축계획에서 중요한 목적의 하나는 지상층에 있는 플라자에 가능한 한 매력적인 환경을 조성하는 일이었다. 이를 위하여 바람의 난류를 막는 방법을 연구하기 위해 상세한 풍동 실험을 실시하였으며, 또한 은행 홀의 패인 곳을 거쳐서 플라자에 이르는 건물 중심부분에 햇빛을 입사시키는 계획을 고안하였다. 이것은 이 건물의 가장 독특한 특징의 하나로 되어 있는 장치, 즉 선 스쿠프 시스템으로서 반사거울을 설치하는 것이었다. 하나의 선 스쿠프는 내부의 아트리움 꼭대기에 설치하고, 도 다른 하나는 이와 평행하게 건물 남쪽 바깥에 설치되어 있다.
건물 외부의 선 스쿠프는 1년 내내 태양을 추적하여 2층 높이를 지닌 11층에서 일하는 사람들의 머리 위를 아무 지장 없이 통과하며 건물 내부열로 향하여 햇빛을 반사하고 있다. 내부의 거울은 아트리움 윗부분 전체에 걸쳐 만곡한 스크린을 형성하며 패인 곳을 거쳐서 유리 소피트(glass soffit)를 투과하며, 플라자 바닥까지 자연광을 비친다.
2) 거울 가동형 컴퓨터 시스템
독일의 Metalbau Mockmah 사가 조립한 외부의 스쿠프는 각각 24개의 거울을 장치한 20기의 알루미늄제 가대(rack)로 서울 가대의 조절장치는 홍콩의 경우는 하지와 동지사이에는 태양이 45도 이동한다는 계절적 변동을 근거로 태양을 추적하도록 되어 있다.
이를 위하여 Solar 프로그램과 Fshaft프로그램을 개발하여 태양광이 아트리움의 바닥에 입사되는 것을 평가하였다. IBM의 퍼스날 컴퓨터에 자료를 입력했을 때 일넌내내 동일한 궤도를 통과하며 태양광선을 보낼 수 있는 프로그램을 개발하였다. 가대는 1시간마다 조금씩 방향수정을 하며, 선형 액츄에이터(linear actuator)는 거울을 조작해서 1분간에 0.5mm의 비율로 작동하고, 이때 모터의 기어비는 18,000:1이 필요하였다. 개발된 프로그램은 건물 안의 사람들에게 눈을 현혹시키지 않고, 가능한 한 많은 빛을 보낼 수 있도록 내부구조상의 장애물을 되도록 피할 수 있는 궤적으로 빛의 방향을 설정하였다. 또한 아트리움의 주광환경을 모형 실험을 실시하여 실태 밝기에 따른 실내 환경을 분석하였다.
최근, 자연광의 이용에 관한 관심이 증가하면서 여러 가지 채광방법이 고안되고, 인공적으로 태양광을 도입할 수 있는 시스템을 필요로 하고 있다.
현재 일본의 경우 일영부의 태양광을 실용화 단계까지 이르고 있다. 높이 100m가 넘는 초고층 맨션, 인텔리젠트 빌딩의 건설과 더불어 일조 문제의 증가는 어쩔 수 없이 인공적으로 도입하여도 일조대책으로서는 인정되지 않지만 이용자가 증가하고 기술개발 및 장치의 저렴화가 계속되고 있는 실정이다. 앞으로 우리 나라도 설비를 이용한 자연채광 시스템에 대해서는 많은 수요가 예측되므로 우리 나라도 이에 대한 개발에 적극적으로 대응해야 할 것이다.
참고자료
1. 지하공간의 자연채광을 위한 광덕트 시스템의 설계에 관한 연구 (서광범, 1997. 2)
2. 건축환경계획원론 (이상우 외, 태림문화사, 1994)
3. 설비형 자연 채광 (서울대학교 건축환경계획 연구실)

키워드

태양광,   건축,   환경,   설비,   자연,   채광,   시스템