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빛환경

빛환경과 건물계획

1. 빛의 흐름을 유도하는 형태디자인

- 건물의 형태, 아트리움, 광정, 중정 등을 통하여 주광을 이용

- 주광을 이용하기 위한 건물형태로 L형, U형, 도넛형, 계단형, 선형의 형태

- 건물의 두께를 줄이고 건물 전체에 충분한 주광을 사입하고자 함

- 대표건축가 : 루이스 칸

1) 선형형태

• 건물의 길이와 폭의 비가 같지 않음.

• 폭이 좁은 경우 측창채광

• 한 면이 다른 면보다 길기 때문에 건물의 방향이 중요

• 건물의 길이가 동서방향이면 자연채광은 계절적으로 자연형 난방, 냉방에 부합

• 창호의 위치는 방위와 기후, 바람, 주광과 태양열 취득, 환기 등을 효율적으로 조절할 수 있도록 각각의 입면에서 다르게 다루어져야 한다.

• 선형은 하나의 형태, 평행, 직각의 혼합 또는 다양한 각도, 군집의 형태 등으로 다양하게 될 수 있다.

• 단순한 하나의 선형 매스는 측면채광, 양면채광

2) 중심형태

• 내부코어를 갖고 있음 -> 주요한 시각적 공간

• 내부로 초점이 모아지고 외부에 대한 조망과 더불어 내부에 대한 조망도 있다.

• 보통 가로와 세로비가 같다.

• 중심형태의 깊이는 아트리움, 광정, 중정 등을 삽입하여 줄일 수 있음 -> 주요한 시각적 휴식공간

• 최상부에는 천창채광이 효과적

• 루이스 칸 ; 영국미술센터

출처 : http://blog.naver.com/bulreen?Redirect

3) 군집형태

• 여러 다양한 형태의 일련의 작은 매스로 구성

• 많은 외부의 면적에서 천창채광, 측창채광이 가능

• 내외부의 어느 공간도 주변의 공간으로부터 빛을 사입 할 수 있다.

• 깊이가 작고 다층적인 구조로 빛의 접근이 용이

2. 자연채광 기법

• 자연채광의 목적 : 자연채광의 사용을 극대화하여 건물의 에너지 소비를 최소화하며, 양질의 조명을 이용하는 것

• 자연채광의 효율적인 적용을 위해서는 초기설계 단계에서 디자인이 필요

• 효율적인 자연채광을 위해서 마감재의 선정은 초기에 검토되어야 함.

- 기본적으로 주광의 분포와 사입을 위해 밝은 마감이 필요

- 천창은 최대한 높은 반사율

- 바닥은 가장 낮은 반사율

1) 방위와 형태

• 직사일광의 유용성으로 남향이 가장 좋다.

- 태양빛을 비교적 일관되게 받음

- 겨울의 실내 온열환경에 도움

- 일사차폐 장치가 효과적

• 빛의 사입이 일정한 북향

- 빛의 양은 적지만 질은 높다.

- 직사일광으로부터의 눈부심도 적다.

- 매우 더운 기후에서는 남향보다 북향이 좋다.

• 동서향은 햇빛의 영향이 바람직한 겨울보다 여름에 최대로 많이 받는다.

- 태양이 낮아 눈부심을 야기

• 1층, 다층구조의 최상층 : 상부에 개구부

- 천창채광은 매우 넓은 실내 면적에 균일한 조도를 제공

- 천창채광은 빛의 강도가 겨울보다 여름이 강하고 수평의 유리는 차폐가 어렵다. -> 지붕에 수직 유리시스템 (클리어스토리, 모니터, 톱날창 등)을 사용

- 측창 창호는 5m이상 수평방향의 채광이 어렵다.

출처 : 건축환경학; 김강수외; 문운당; 2004; p283

빛환경과 개구부 계획

• 자연채광 : 외부의 자연광을 실내로 유입시키는 채광방식

• 결정요인 : 창문의 크기, 위치, 종류, 투과율, 건물의 형

태, 건물의 방향, 실내구성요소 등 • 창의 크기와 위치가 가장 큰 영향 미침 • 자연채광방식의 종류 1) 측창채광(Lateral Lighting) 2) 천창채광(Top Lighting) 3) 정측창채광(Top Side Lighting)

1) 측창채광

• 벽면에 대해 수직인 창에 의한 채광

• 편측채광과 양측채광으로 구분

• 편측채광 : 실내로 채광이 한쪽에서만 들어오기에 실의 조도분포가 균일하지 않음. 인공조명으로 보완

건축설계상 무리가 없음.

시각적으로 수평방향으로 외부를 봄

• 양측채광 : 조도측면에서 유리.

주광선이 2개가 있어 그림자와 실공간의 분위기가 양분됨

• 측창채광의 장점

- 구조 및 시공이 용이

- 누수의 우려가 적고 개폐 및 기타 조작이 간단

- 통풍, 단열에 유리

- 글레어 방지를 위해 적정한 차양장치나 루버의 설치가 필요

출처 ; 건축환경공학; 김재수저; 서우; 2008; p 333

측창 설계시 유의사항

① 창호는 벽의 높은 곳에 넓은 면적으로 적정한 크기로 위치

- 창호의 위치를 높게 하려면 가능한 천장까지의 높이를 증가시킴

- 바닥면적 대비 창호면적은 20%를 넘지 않는 것이 여름의 과열방지 및 겨울의 열손실 방지를 위하여 바람직

- 반사판, 확산판 등을 이용해서 소형의 창도 많은 양의 주광을 획득할 수 있음.

② 주광을 천장에 반사시켜 보다 깊은 공간에 균등히 사입 시킴.

- 빛을 천장에 투사시키는 방법 :

1층 건물의 경우 밝은 색의 안뜰, 보도 등을 이용

다층건물의 경우는 구조체의 일부가 빛을 반사 (창의 넓은 아래 인방, 광선반)하는 데 이용

출처 : 자연과 함께 하는 건축; 김자경저; 시공문화사; 2008

• 광선반

- 눈레벨 이상으로 설치

- 광선반 아래의 창 : 조망용

광선반 위의 유리에 의한 눈부심은 루버로 조절

- 광선반은 광선반 아래의 위치한 유리에 차양의 역할

- 광선반은 창호의 내부, 외부 또는 내외부에 설치

③ 가능한 한 창호는 1개 벽면 이상에 설치

- 가능한 편측채광은 피하고 양측채광이 빛의 분포를 좋게 하고 눈부심 및 휘도비를 줄일 수 있다.

④ 창턱이나 창 위의 반사판을 이용하여 빛을 실내부 깊은 곳에 반사

⑤ 창을 실내벽 가까이에 설치

⑥ 직사일광은 차폐하고 주광은 최대한 사입

- 직사일광을 확산시키거나 천장에 반사시킬 수 없다면 사무공간 내에는 사입을 차단

- 로비, 라운지, 거실 등 시작업이 까다롭지 않은 곳은 일부 직사일광이 시각적, 심리적으로 유리

⑦ 주광을 여과

- 나무, 격자울타리, 스크린에 의해 여과되고 부드러워짐


천창채광기법(Top Lighting)

• 종류 : 천창, 모니터창, 클리어 스토리창

• 균일하고 높은 조도레벨을 제공

• 단점

- 다층건물에 적용불가

- 조망과 방위조절에 대한 요구를 만족시키지 못함

- 일부의 경우 눈부심을 야기함.

- 광막반사의 원인이 됨.

* 원인방지법 :

① 광원을 시각 불쾌존에서 멀리함으로 방지 -> 시작업 위치를 고정, 지붕의 개구부를 적절하게 배치

② 빛을 천장으로 반사시키거나 차폐장치를 사용하여 광원을 가림 -> 직접 현휘의 문제를 해결하는 방법임.

• 지붕에 수평 또는 약간 경사진 개구부로 설치 ->재실자는 외부하늘을 볼 수 있고 높은 레벨의 조도를 사입

• 천창에는 반투명 유리도 적절함

* 천창채광의 형태 : 광정, 광천정 등 광정(光井) : 외부의 빛을 천장 아래로 확산시키기 위해 확산유리를 사용하여 빛의 우물과 같은 형태로 만든 것 - 직사일광을 적당히 차단하고 북측광선만을 사입 - 실내 조도분포를 균일하게 할 수 있음


일반적 천창 채광기법

① 균일한 조명을 위한 천창의 간격

② 천창을 북쪽 벽 위에 설치

- 북쪽벽은 천창 빛의 확산체로 이용

- 북쪽 천장은 남쪽의 수직 개구부로부터 조도와 균형을 이룰 수 있음

③ 여름과 겨울에 주광 사입의 균형을 위해 가파르게 경사진 천창을 사용

④ 천창의 실제크기를 증가시키기 위해 벌어진 개구부를 사용


⑤ 여름과 겨울의 균형된 주광 사입을 개선하기 위하여

차양과 반사판을 사용 : 흰색 확산반사체

출처 : 자연과 함께 하는 건축; 김자경저; 시공문화사; 2008

⑥ 실내 반사판을 사용

- 반사판이 개구부 아래에 설치되어 빛을 천장에 반사시킬 수 있는 경우 천창은 매우 균질의 확산광을 제공

- 킴벨 미술관

출처 : http://blog.naver.com/miso0206?Redirect

⑦ 천창을 공간의 높은 위치에 설치

- 높은 위치에 설치된 천창은 빛이 바닥에 도달하기 전에 확산

- 직접현휘를 대부분 방지할 수 있다.

⑧ 일광반사장치(Heliostat)를 이용

- 태양을 추적하여 태양의 각도와 관련 없이 빛을 건물 하부로 사입

⑨ 클리어스토리창과 모니터창의 이용

- 수직, 지붕 위에 가파르게 경사진 유리를 사용

- 1층 건물의 실내에 매우 조절된 빛을 사입

- 수직 남향 개구부 : 원치 않는 직사일광 차폐

- 북향 개구부 : 조도가 낮으나 일정하고 눈부심이 없는 빛

- 동서향 개구부 : 낮은 태양 차폐가 어려워 피함

정측창 채광(Top Side Lighting)

• 천창채광과 측창채광의 효과를 얻기 위해 지붕면에 수직이나 수직에 가까운 창에 의한 채광

• 미술관(전시공간의 벽면에 높은 조도가 필요), 공장(넓은 작업면에 주광율 분포가 일정) 등에 사용

• 반사성 고창, 톱니형 천창

• 반사성 고창 : 채광을 반사에 의해 실의 아래쪽 공간으로 입사시키고 간접광으로 확산

분위기 있는 효과를 부여

• 톱니형 천창, 솟을 지붕 : 균일한 조도를 유지

출처 ; 건축환경공학; 김재수저; 서우; 2008; p 335, 336

모니터, 클리어스토리, 톱날천창의 기법

① 모니터, 톱날형 창의 간격

② 지붕의 반사율을 높게 한다.

- 낮은 밝기를 가진 높은 양질의 조명이며 천장을 통한 열취득을 줄여준다.

③ 개구부를 남쪽을 향하게 한다.

- 직사일광의 문제를 고려하여 설계

- 겨울철 태양열 난방을 고려

④ 태양의 차폐장치를 설치 : 북향창의 외부에 차폐장치를 설치하여 반사된 빛을 추가로 유입

출처 : 건축환경학; 김강수외; 문운당; 2004; p290, 291

⑤ 실내 벽면에 빛을 반사

⑥ 차양이나 확산판을 이용

- 남향의 클리어스토리창이 차양 등에 의해 보호될 때 매우 확산되고 눈부심이 없고 높은 조도가 가능

- 차폐장치의 간격 : 직사일광이 직접 사입되지 않고 45º 이하의 시야에서 직접 현휘를 방지


출처 : 건축환경학; 김강수외; 문운당; 2004; p292, 293

⑦ 빛 스쿠프(Scoop)를 이용 : 톱니 클리어스토리창의 변형

- 알바알토의 리오라 교회

⑧ 직사일광은 극적인 효과에 사용

- 어려운 시작업이 아닌 공간에 사용

출처 : http://cafe.naver.com/archilabpcu

창호의 유리재료

• 적정한 유리재료의 선택은 자연채광 설계에 중요

• 맑은 유리, 색유리, 열 흡수유리, 반사유리 등

• 색유리, 열 흡수유리 : 주광이용에 부적절

• 맑은유리 : 주광을 최대한 사입, 과도한 휘도비에 의한 눈부심의 문제

• 색유리, 반사유리 : 창호의 눈부심을 경감

• 반사유리 : 자연채광을 추구하는 창호에는 부적합

- 자연채광이 필요한 곳보다 태양열의 취득을 감소시키는 곳에 적합

- 겨울철 태양열이 필요한 곳에 부적절

• 빛유도 유리블록 : 프리즘이 내장됨

- 실내공간 깊이 빛을 사입시킬 목적으로 태양빛을 천장에 유도시키는 데 사용

• 반투명유리 : 조망이 없음

- 낮은 빛투과율을 가진 반투명 재료 : 유리면적이 넓은 경우에 자연채광용으로 사용

자연채광의 설계시 유의사항

① 직사일광의 직접 유입 차단

② 직사일광의 이용은 주 업무공간이 아닌 곳

③ 반사되어 들어오는 빛을 이용

④ 부드럽게 확산되는 빛 이용

⑤ 나무나 차양장치를 이용하여 강한 직사일광을 조절하거나 차폐

⑥ 채광의 방향

- 남쪽은 강한 일사로 조도가 매우 높아 작업이 어려움

- 북쪽은 청공광을 이용하여 비교적 균일한 조도

⑦ 통합적인 설계 : 통풍, 광선반, 인공조명 등

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