중복도 학교건물에 적용 가능한 애니돌릭 광덕트 시스템의 성능평가

Abstract

학교 시설의 빛환경은 건물의 사용시간이 주간동안 이루어진다는 점에서 온열 및 공기환경과 더불어 중요한 실내 환경 요소로서 작업공간 내충분한 조도를 확보해야 하며 채광에 대한 고려가 필요하다. 자연채광시스템의 한 종류인 애니돌릭 광덕트 시스템(Anidolic Light-Duct System)은 건물내부의 원하는 위치에 자연채광을 할 수 있는 수평형 광덕트 시스템이다. 기존연구를 살펴보면 학교교실에 애니돌릭 광덕트 시스템을 설치 하였을 시, 차양효과 및 조망확보에 유리하며 교실 안쪽의 조도가 향상되어 교실 내부에 균일하게 자연광을 공급할 수 있다는 연구결과가 있다. 그러나 이전연구의 경우, 애니돌릭 광덕트 시스템의 적용이 한 쪽 교실에만 가능 하였으며 중복도 형태의 학교에 시스템을 적용하기에는 한계가 있었으며 실험대상지역인 경기도 안산시의 경우 중복도 및 편·중복도혼합형 학교건물이 편복도의 학교건물 보다 월등히 높았으므로 학교교실및 사무실의 빛환경 개선 및 자연광을 중복도가 포함된 학교에 적용하기위한 자연채광 시스템의 연구가 진행되어야 한다. 본 연구는 관련연구 및 이론검토, 애니돌릭 광덕트 시스템의 설계를통한 Photon Map 알고리즘이 적용된 RADIANCE 프로그램을 이용하여채광성능을 평가하였다. 본 논문은 제 1 장의 서론, 제 2 장~제 5 장의 본론, 제 6 장의 결론으로 구성되어 있으며 각 장의 개오는 다음과 같다. 제 1 장에서는 연구의 배경 및 필요성, 연구의 목적, 연구의 방법 및절차에 대하여 기술하였다. 제 2 장에서는 애니돌릭 광덕트 시스템, 학교교실에서의 자연광의 효과, 학교교실의 조명기준에 대하여 기술하였다. 제 3 장에서는 애니돌릭 광덕트 시스템의 설계를 하기위한 실험 대상실 개요, 중복도용 애니돌릭 광덕트 시스템 설계, 중복도용 애니돌릭 광덕트 시스템 설치를 위한 구조 시스템에 대하여 기술하였다. 제 4 장에서는 시물레이션 프로그램에 대한 기본 이론과 시뮬레이션 조건 및 방법에 대하여 기술하였다. 제 5 장에서는 중복도용 애니돌릭 광덕트 시스템의 채광성능을 Photon Map 알고리즘이 적용된 RADIANCE 프로그램을 통해 채광성능을 평가하였다. 제 6 장에서는 본 논문의 결론에 대하여 기술하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같이 요약된다. 1) 애니돌릭 광덕트 시스템은 CPC(Compound Parabolic Concentrator)를이용하여 건물 외부로부터 자연광을 집광하여 실내의 작업면에 자연광을 전송하는 자연채광 시스템으로 각각교실 및 복도의 조도와 균제도를 향상시킨다. 2) 애니돌릭 광덕트 시스템은 청천공시 성능이 가장 좋게 나타 났으며 북측교실과 복도의 동지 16시를 제외한 모든 조건에서 기준조도인 400lx를 만족하였다. 3) 부분담천공시 애니돌릭 광덕트 시스템의 성능은 북측교실의 10시와 16시, 복도의 춘추분과 동지를 제외한 모든 계절의 시간대에서 기준조도인 400lx를 만족하는 결과를 나타냈다. 4) 담천공시 애니돌릭 광덕트 시스템 설치 후 남측교실과 북측교실의 주광률은 최저 주광률의 범위인 2% 이상을 만족하였다. 5) 애니돌릭 광덕트 시스템 설치 후 청천공시 남측교실과 북측교실의 균제도는 각각 시스템 설치 전보다 약 160%, 210% 가량 상승하였다. 6) 애니돌릭 광덕트 시스템 설치 후 부분담천공시 남측교실과 북측교실의 균제도는 각각 시스템 설치 전보다 약 150%, 400% 가량 상승하였다. 7) 복도의 경우 직접적으로 받아들일 수 있는 자연광이 없어 시스템 설치 전 조도분포는 기준조도인 100lx를 만족하지 못하였으나 시스템 설치 후 청천공시 동지 16시를 제외한 모든 조건에서 기준조도인 100lx를 만족하였다. 또한 복도의 균제도는 하지에서 오히려 설치 전보다 하락하였지만 2/3이상으로 이는 눈이 밝기의 다름을 느끼지 못하는 단계였다. 8) 담천공시 남측교실과 북측교실의 균제도는 각각 280%, 450% 가량 상승하였다.