KR101141925B1 - 광선반을 구비한 건물의 이중외피 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 외기와 접하여 형성된 건물의 개구부에 설치되는 건물의 외피를 외측외피와 내측외피의 이중외피(double-skin facade) 구조로 설치하여, 내측외피와 가까운 장소와 멀리 떨어진 장소의 주광(晝光) 조도를 균일하게 하여 자연채광 효과를 극대화 하는 광선반을 구비한 건물의 이중외피에 관한 것이다.

본 발명에 따른 광선반을 구비한 건물의 이중외피는, 외기와 접하는 외측외피; 상기 외측외피와 일정간격의 공간부를 두고 실내측에 위치하는 내측외피로 구성되며, 상기 공간부는 상단부, 중단부, 하단부의 3개부분으로 구획되고, 3개부분은 외측외피와 내측외피를 연결하는 금속판으로 구획되며, 상기 상단부 및 중단부를 구획하는 금속판은 입사되는 태양광을 실내로 균일하게 분배하는 광선반으로 구성되고, 상기 광선반과 대향하는 상단부의 천정면은 상기 광선반으로부터 입사되는 빛을 실내로 반사시키는 반사판으로 구성되는 것을 구성적 특징으로 한다.

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Description

광선반을 구비한 건물의 이중외피{DOUBLE SKIN FACADE OF BUILDING WITH LIGHT SHELF}

본 발명은 광선반을 구비한 건물의 이중외피 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 외기와 접하여 형성된 건물의 개구부에 설치되는 건물의 외피를 외측외피와 내측외피의 이중외피(double-skin facade) 구조로 구성하여, 내측외피와 가까운 장소와 멀리 떨어진 장소의 주광(晝光) 조도를 균일하게 하여 자연채광 효과를 극대화 하는 광선반을 구비한 건물의 이중외피에 관한 것이다.

최근에는 건물의 고층화에 따른 구조체 및 외피의 경량화와 창의 면적증가로 건물 전체 열손실의 40%를 차지하는 외피의 열성능을 더욱 저하시키는 요인이 되고 있다. 또한 커튼월의 입면을 가진 국내의 고층 건물들은 자연환기보다는 기계식 강제환기를 적용하고, 자연 채광 보다는 인공조명에 의존함으로써 에너지를 낭비하고 있을 뿐만 아니라 밀폐된 거주공간 내의 거주자들에게 건물병증후군(Sick Building Syndrome)과 같은 불쾌감이나 통증, 각종 질병 등을 유발시켜 거주자의 건강에 나 쁜 영향을 미치고 있다.

따라서 거주자의 건강을 위한 실내환경의 질과 에너지 절감을 위하여 기계적 환기시스템보다는 자연 에너지를 적극 활용할 수 있는 외피구조를 필요로하고 있는 실정이다.

최근에는 건축 환경에 대한 인식과 문화 수준의 향상으로 인하여 건축 공간의 질적 향상에 대한 요구가 나날이 증가함에 따라, 기존의 외피(facade)에 하나의 외피를 추가 적용한 multi-layer의 개념을 이용한 이중외피구조의 창호를 사용하고 있다. 형태적으로는 외기와 접하는 외측 외피와 실내에 접하는 내측 외피 그리고 내-외측 외피 사이의 수평 블라인드가 설치된 중공층으로 구성된다. 다시 말해 이중외피 구조는 기존의 건물외피 앞에 어느 정도의 간격을 두고 또 다른 외피를 덧붙인 것인데, 일반적으로 두 외피사이의 거리를 약 20 ～140㎝ 정도로 하여 외피 사이의 공간에 차양 장치 등을 장착할 수 있다.

도 1은 종래의 단일 외피 구조 및 이중외피 구조를 도시한 단면도이다. 좌측에 도시된 것은 건물의 개구부에 설치하는 외피를 단일 외피(300)로 구성하여 환기 및 단열을 위한 창호(301)가 구비된 것인데, 상기의 단일 외피 구조는 실내 단열 및 외부 소음에 대한 취약점이 있어 이중 외피구조가 사용되는데, 우측에 도시된 것은 외측외피(100) 및 내측외피(200)로 구성된 이중외피 구조로, 상기 외피 사이에는 환기 및 단열을 위해 버퍼 존(203)을 설치한 것이다. 상기 외측외피(100)는 내측외피(200) 또는 건물벽체와 연결바(101)로 연결되어 지지되고, 실내 환기를 위한 내측창호(201) 및 외측 창호(202)가 구비된다.

상기 이중외피 구조는 태양열을 에너지원으로 이용하는 시스템 중의 하나로서, 외측 외피는 건물외부의 기상변화의 영향으로부터 내부를 보호하고, 건물외부에서 발생한 소음이 내부로 유입되는 것을 일차적으로 차단하는 기능을 가진다. 그리고 외피 사이의 중공층은, 실외와 실내 사이의 열적 완충공간 역할을 수행하는 단열재의 역할을 하기 때문에 하절기 및 동절기에 냉ㆍ난방냉기기의 사용을 감소시켜 에너지를 절감할 수 있으며, 또한, 자연 채광 및 외부의 소음을 차단할 뿐만 아니라 기존의 유리 외벽이 오염되는 것을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.

그러나, 종래의 이중외피 구조는 전술한 바와 같이 두 외피 사이에 간격을 두어 설치하였는데, 그에 따라 내측 외피에 설치되는 내측창을 개방하였을 때, 재실자의 부주의로 인해 외측 외피와 내측 외피 사이에 형성된 공간으로 물체가 추락하거나, 신체의 일부가 끼일수 있다. 특히 어린이의 경우에는 추락할 수 있는 안전상의 문제점이 있다.

특히 외피에 설치된 창호를 통해서 실내로 들어오는 자연광은 주간에 실내의 조명 사용을 감소시켜서 에너지를 절약할 뿐만 아니라 밝고 쾌적한 실내 시(視)환경을 제공함으로써 재실자의 업무 능률을 향상시키고, 재실자에게 심리적, 생리적 으로 긍정적인 영향을 미친다. 이러한 자연광으로 조명효과를 구현하기 위하여 필요한 장소에 창호를 설치하여 자연광이 실내로 유입되도록 한다. 그러나, 창호를 통하여 유입되는 자연광은, 창호와 가까운 장소의 주광(晝光) 조도를 지나치게 높게하여 재실자에게 눈부심을 일으키고, 창호에서 멀리 떨어진 장소의 조도를 지나치게 낮게하여 재실자가 인공조명을 사용하여야 하는 문제점이 있다.

상기 문제점을 해결하기 위하여 창호에 블라인드 등의 차양장치를 설치하여 직사광이 직접 실내로 유입되는 것을 차단하는 방안이 제시되었으나, 상기 블라인드는 직사광이 실내로 직접 유입되는 것은 방지할 수는 있지만, 실내 전체의 조도를 떨어뜨려 주간에도 인공조명을 작동시켜야 하며, 창호를 통하여 실내에서 외부를 조망할 수 없게 되는 문제점도 가지고 있다.

상기의 문제점을 해결하고자 본 발명에 따른 광선반을 구비한 건물의 이중외피는 재실자의 안전을 고려한 내부형 이중외피 구조를 계획하고, 자연채광 효과를 극대화할 수 있는 광선반 등의 장치가 설치된 구조를 제공하도록 개발된 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 건물의 개구부에 설치되는 외피를 외측 외피와 내측 외피의 이중외피(double-skin facade) 구조로 구성하여 건축비용을 과다하게 들이지 않고도 기존의 이중외피구조 보다 안정성을 가지며, 광선반 등의 채광장치를 설치하여 내측 외피와 가까운 장소 및 멀리 떨어진 장소의 주광(晝光) 조도를 균일하게 하여 자연채광 효과를 극대화 하고, 외측 외피와 내측 외피 사이에 형성되는 중공층(공간부)의 열적 버퍼작용으로 냉ㆍ난방에너지의 절감 및 소음차단 효과를 지닌 광선반을 구비한 건물의 이중외피를 제공하는데 있다.

상기의 문제해결을 위하여 본 발명에 따른 광선반을 구비한 건물의 이중외피는, 외기와 접하는 외측외피; 상기 외측외피와 일정간격의 공간부를 두고 실내측에 위치하는 내측외피로 구성되며,

상기 공간부는 상단부, 중단부, 하단부의 3개부분으로 구획되고, 3개부분은 외측외피와 내측외피를 연결하는 금속판으로 구획되며, 상기 상단부 및 중단부를 구획하는 금속판은 입사되는 태양광을 실내로 균일하게 분배하는 광선반으로 구성되고, 상기 광선반과 대향하는 상단부의 천정면은 상기 광선반으로부터 입사되는 빛을 실내로 반사시키는 반사판으로 구성되며, 상기 중단부의 하면에 설치되는 금속판은 태양광을 실내로 반사시키는 것을 구성적 특징으로 한다.

상기 금속판은 수평 연결바에 지지되고, 상기 반사판은 적정 반사도를 지니도록 표면 처리하는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 것과 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 광선반을 구비한 건물의 이중외피는, 내측 외피를 건물의 안쪽에 추가로 시공하므로 건축비용을 과다하게 들이지 않고도 시공할 수 있으며, 내측 외피를 건물의 안쪽에 내측 외피를 설치함으로써 재실자의 안전을 도모할 수 있고, 외측 외피와 내측 외피 사이의 중공층의 열적 버퍼작용으로 인해서 냉ㆍ난방 부하 절감 및 외부의 소음을 차단할 수 있으며, 외측 외피와 내측 외피 사이의 상부 공간에 광선반 등의 채광장치를 설치하여 자연광을 균일하게 실내로 유입시켜 실내의 자연채광이 가능해져서 재실자의 눈부심을 방지하여 실내공간의 시각적 안정성을 제공하여 재실자의 쾌적감을 증대시킬수 있으며, 또한 주간에는 조명기구의 사용을 줄일 수 있어 에너지를 절감할 수 있다.

도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 광선반을 구비한 건물의 이중외피의 실시예를 설명한다.

본 발명은 외기와 접하는 건물의 개구부에 설치되는 건물의 외피를 외측외피와 내측외피의 이중외피(double-skin facade) 구조로 설치하여 자연채광을 가능하게 하는 광선반을 구비한 건물의 이중외피에 관한 것으로, 상기 이중외피(double skin facade)는, 외기와 접하는 외측외피(1); 상기 외측외피(1)와 일정 간격의 공간부(5)를 두고 실내측에 위치하는 내측외피(2)로 구성되며, 상기 공간부(5)는 상단부(5a), 중단부(5b), 하단부(5c)의 3개부분으로 구획되고, 3개부분은 외측외피(1)와 내측외피(2)를 연결하는 금속판(30,40)으로 구획되고, 상기 상단부(5a) 및 중단부(5b)를 구획하는 금속판(30)은 입사되는 태양광을 실내로 균일하게 분배하는 광선반(20)으로 구성되고, 상기 광선반(20)과 대향하는 상단부의 천정면(10)은 상기 광선반(20)으로부터 입사되는 빛을 실내로 반사시키는 반사판(10)으로 구성되며, 상기 중단부(5b)의 하면에 설치되는 금속판(40)은 태양광을 실내로 반사시키는 것을 구성적 특징으로 한다.

상기 외측외피(1)와 내측외피(2)는 동일한 격자 형상의 프레임(6)으로 각각 구획되어, 각 구획부에는 유리가 끼워지는 것이 바람직하다.

후술에서는 금속판을 제1 금속판(30) 및 제2 금속판(40)으로 구분해서 설명하기로 한다.

상기 공간부(5)의 상단부(5a) 및 중단부(5b)를 구획하는 제1 금속판(30)은 입사되는 태양광을 실내로 균일하게 분배하는 광선반(20)으로 구성되고, 상기 광선반(20)과 대향하는 상단부의 천정면은 광선반(20)으로부터 입사되는 빛을 실내로 반사시키는 반사판(10)으로 구성된다. 상기 외측외피(1)를 구성하는 프레임(6)과 내측외피(2)를 구성하는 프레임(6)은 수평 연결바(6a)로 연결되어 상기 금속판(30,40)을 안전하게 지지한다. 상기 제1 금속판(30)은 상기 수평 연결바(6a)에 지지되고, 중단부(5b) 및 하단부(5c)를 구획하는 제2 금속판(40)도 수평 연결바(6a)에 지지된다. 상기 상단부(5a), 중단부(5b) 및 하단부(5c)의 범위는 외측외피(1)와 내측외피(2)에서도 동일하게 적용된다.

또한, 상기 중단부(5b) 및 하단부(5c)를 구획하는 제2 금속판(40)은, 물품의 낙하 및 재실자의 부주의로 인한 안전사고를 방지하기 위해서 외측외피(1)와 내측외피(2) 사이의 하부 공간을 폐쇄하는 역할을 한다. 상기 하부 공간을 활용하여 실내에서 사용되는 물품의 일정량을 수납할 수 있는 수납공간을 형성할 수 있다.

바람직하게는, 상기 외측외피(1) 및 내측외피(2)의 상단부(5a) 및 중단부(5b)에는 환기창(1b,1c,2b,2c)을 더 구비하여 외부의 신선한 공기를 실내로 유입하고, 실내의 오염된 공기를 외부로 배출 시킬수 있도록 한다. 상기 환기창은 내측 및 외측 상단창(2b,1b) 과 내측 및 외측 중단창(2c,1c)으로 구성되며, 공기의 유출이 가능한 환기 및 채광을 위한 구성이다.

계절에 따라 태양광이 건물로 입사되는 각도가 다르기 때문에, 즉 하절기에는 태양의 고도가 높으므로, 태양광이 실내로 깊숙이 유입되지 않아 광선반(20)의 내부쪽(내부측과 접하는 지점))으로는 많은 양의 태양광이 도달하지 못하게 된다. 상기와 같은 경우를 대비하여 광선반(20)과 대향하는 천정면을 반사판(10)으로 구성함으로써 광선반(20)의 외부면(외부측에 접하는 지점)으로 입사되는 태양광을 상기 광선반(20)이 반사시키면 반사판(10)으로 입사된다. 상기 반사판(10)으로 입사된 태양광은 다시 반사되어 실내로 유입된다.

상기 태양광의 일부는 반사판(10)을 통해서 실내로 유입되므로 상기 반사판(10)을 반사도가 너무 높은 금속류로 설치하면 창측에 위치한 재실자에게 눈부심을 유발할 수 있기 때문에, 반사판(10)은 반사도를 낮출 수 있게 표면 처리(코팅 처리 등)된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기와 같은 광선반(20)과 반사판(10)의 작용으로 태양의 고도에 영향을 받지 않는 자연적인 채광이 가능하다.

상기와 같이 반사판(10) 및 광선반(20)을 이용한 채광은, 창측 부분의 극단적인 조도를 감소시키며, 실내 깊숙히 자연광을 입사, 분배함으로써 실내의 조도 분포를 균일하게 하여 쾌적한 실내환경을 조성하고, 주간에 과도한 조명 사용을 줄일 수 있어 조명 에너지를 절감할 수 있다.

태양광은 중단부(5b)의 하면에 설치되는 제2 금속판(40)에 반사되어 실내로 유입될 수 있는데, 상기 중단부(5b)로 유입되어 상기 제2 금속판(40)으로 반사되는 직사광의 양이 너무 과다하면 창측의 재실자에게 눈부심이 발생하여 시각적인 안정성을 해할 우려가 있다. 따라서 직사광의 반사가 억제되도록 상기 제2 금속판(40) 의 표면은 도료 등의 재료가 도포된 제품을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 상기 제2 금속판(40)과 대향하여 중단부(5b)의 상면에 설치되는 제1 금속판(30)도 도료 등의 재료로 표면 처리된 것을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 외측외피(1)와 내측외피(2) 사이에 일정 간격을 두고 중공의 공간부(5)가 형성되는데, 상기 공간부(5)는, 외측외피(1)와 접하는 외기를 직접적으로 내측외피(2) 및 실내로 접하지 못하게 하므로, 동절기에는 차가운 외기가 실내로 직접 전달되지 못하고 상기 공간부(5)를 거치면서 일사(日射)에 의해 온도가 상승되어 내측외피와 접하게 되므로 실내의 온도를 외기로부터 빼앗기지 않아 건물의 난방 에너지 손실을 최소화 할 수 있다.

즉 상기 공간부(5)는 열적 완충지역으로 실내의 온도 손실을 막아주는 단열(斷熱) 작용을 한다. 하절기에는 더워진 외기가 직접 실내와 접하지 않고 상기 공간부(5)와 접하면서 공간부(5)의 단열작용으로 실내의 기온이 상승하는 것을 방지하여 건물의 냉방 에너지를 절감할 수 있다.

도 5 및 6은 창가로부터 각각 상이한 이격거리에서 실내 조도레벨의 패턴을 도시한 것인데, 본 그래프에 나타나듯이 동절기의 오후 1시경에는 모든 지점에서 하절기보다 조도레벨이 높게 나타나고, 특히 모든 시간대에 3ｍ 이상 지점에서는 조도레벨이 더 높았다. 이것은 하절기와 비교해서 태양의 고도가 낮기 때문에 태양 광이 실내로 조사되는 유입(influx)범위는 증가한 것처럼 보이나, 일반적으로 태양광이 조사되는 유입(influx)량은 하절기에 비해 감소한다.

상기 도 5 및 6을 참조하면, 하절기에 오후 7시를 제외하고는 창가로부터 이격거리 1ｍ에서 5ｍ 사이의 평균조도 차이는 최소 250룩스에서 최대 1350 룩스(Lx) 이다. 만약 업무시간인 오전 9시에서 오후 6시까지 책상면의 조도레벨이 300 룩스라면 창문을 통한 자연채광으로 창가로부터 3ｍ이내 에는 인공조명의 사용이 불필요하다.(일반적으로 사무실의 조도는 300 내지 600룩스(Lx)가 적당)

이에 반해 창가로부터 이격거리가 4ｍ 이상인 실내의 경우에는 자연채광이 제대로 되지 않아 오후의 일정시간을 제외하고는 인공조명이 필요한데, 본 발명에 따른 이중외피 구조에 설치된 반사판(10) 및 광선반(20)을 이용하면 태양광을 실내 깊숙이 유입 시킬 수 있어 인공조명을 사용하지 않고도 실내의 조도를 균일하게 유지할 수 있다.

상기에서 설명되지 않은 도면 부호 1a는 외측 상단 및 중단창 손잡이, 2a는 내측 상단 및 중단창 손잡이, 3은 실내 천정, 4는 실내 바닥을 표기한 것이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 게시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 일반적인 단일 외피 및 이중외피를 도시한 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 광선반을 구비한 건물의 이중외피의 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 광선반을 구비한 건물의 이중외피의 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 광선반을 구비한 건물의 이중외피의 채광을 도시한 단면도이다.

도 5 및 6은 각각 동절기 및 하절기에 창가로부터 각각 상이한 이격거리에서 실내 조도레벨의 패턴을 도시한 참고도이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

1. 외측외피 1a.외측 상단창, 중단창 손잡이 1b.외측 상단창 1c.외측 중단창

2.내측외피 2a.내측 상단창, 중단창 손잡이

2b.내측 상단창 2c.내측 중단창

3.천정 4. 바닥

5.공간부 5a.상단부

5b.중단부 5c.하단부

6.프레임 6a.수평 연결바

10.반사판 20.광선반

30.제1 금속판 40.제2 금속판

Claims (4)

1. 건물의 개구부에 이중구조로 설치되어 자연채광 효과를 극대화 하는 광선반을 구비한 건물의 이중외피에 있어서,

   외기와 접하는 외측외피;

   상기 외측외피와 일정간격의 공간부를 두고 실내측에 위치하는 내측외피;

   로 구성되며,

   상기 공간부는 상단부, 중단부, 하단부의 3개부분으로 구획되고, 3부분은 외측외피와 내측외피를 연결하는 금속판으로 구획되며, 상기 상단부 및 중단부를 구획하는 금속판은 입사되는 태양광을 실내로 균일하게 분배하는 광선반으로 구성되고, 상기 광선반과 대향하는 상단부의 천정면은 상기 광선반으로부터 입사되는 빛을 실내로 반사시키는 반사판으로 구성되고, 상기 중단부의 하면에 설치되는 금속판은 태양광을 실내로 반사시키며, 상기 금속판의 표면은 도료로 처리하는 것을 특징으로 하는 광선반을 구비한 건물의 이중외피.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 외측외피 및 내측외피의 상단부 및 중단부에는 환기창이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 광선반을 구비한 건물의 이중외피.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 금속판은 수평 연결바에 지지되는 것을 특징으로 하는 광선반을 구비한 건물의 이중외피.
4. 삭제

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