KR101821877B1 - 하이브리드 채광 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하이브리드 채광 시스템을 개시한다. 본 발명은, 적어도 일부분이 경사지게 형성된 채광부와, 상기 채광부의 하면에 설치된 조명부와, 상기 채광부의 하면에 설치되며, 상기 채광부에서 입사한 자연광을 건물 내부로 반사하여 안내하는 도광부를 포함한다.

Description

하이브리드 채광 시스템{Hybrid daylight system}
본 발명은 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하이브리드 채광 시스템에 관한 것이다.
최근 건축 환경 및 에너지에 대한 인식이 높아지면서 건축 공간의 질적 향상에 대한 요구가 나날이 증가하고 있다. 자연광은 에너지 절약뿐만 아니라 밝고 쾌적한 실내 환경을 제공함으로써 작업 성능을 향상시키고, 재실자에게 심리적, 생리적, 정서적으로 긍정적인 영향을 미친다.
또한, 자연광이 가지고 있는 열 에너지까지 이용할 수 있게 함으로써, 신재생 에너지인 자연에너지를 활용하는 면에서 그 활용도가 극대화 할 수 있게 된다.
채광 시스템은 에너지 절약 및 지속 가능한 건축을 위한 태양광 에너지 활용시스템의 하나로 앞으로 시스템의 도입 및 확대가 크게 기대되는 자연에너지 활용장치이다.
일반적으로 채광이라 함은 실내공간에 창호 등을 내어 자연광을 받아들이는 것을 의미한다. 그리고 통상적으로 알려진 채광방식으로는 창호를 통해 자연광을 직접적으로 받아들이는 직접 채광방식과 반사판 등 보조기구 및 장치 등을 통해 자연광을 간접적으로 받아들이는 간접 채광방식이 이용되고 있다.
그러나, 전술한 직접 채광방식을 채택할 경우에는 조명도의 분포가 고르지 않아 반사 등으로 인하여 눈부심 현상이 발생되어 조망이 나빠지는 문제점을 가지고 있으며, 자연광의 입사공간이 적어 자연광을 통한 실내공간의 보온효과가 저하되는 문제점도 가지고 있다.
따라서, 최근에는 직접 채광방식의 문제점을 해소할 수 있도록 반사판 등을 이용한 간접 채광방식이 널리 이용되고 있다.
본 발명의 실시예들은 하이브리드 채광 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면은, 적어도 일부분이 경사지게 형성된 채광부와, 상기 채광부의 하면에 설치된 조명부와, 상기 채광부의 하면에 설치되며, 상기 채광부에서 입사한 자연광을 건물 내부로 반사하여 안내하는 도광부를 포함하는 하이브리드 채광 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 실내 또는 실외에서 조도를 측정하는 센서부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 센서부에서 측정된 센서를 근거로 상기 조명부의 밝기를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 채광부에 설치되어 상기 조명부와 전기적으로 연결되는 태양광모듈을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 채광부는, 상기 자연광이 투과하는 집광부와, 상기 집광부의 테두리 일부를 감싸도록 설치되어 투과된 상기 자연광 이탈을 방지하는 반사부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 집광부는 지면과 일정 각도를 형성할 수 있다.
또한, 상기 조명부가 설치되는 상기 채광부 부분은 지면에 수평할 수 있다.
또한, 상기 조명부 하면에 배치되어 상기 자연광 및 상기 조명부의 빛 중 적어도 하나를 차단하는 차단부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 날씨에 관계없이 실내를 일정한 조도로 유지하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 채광 시스템을 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 채광부의 일 실시예를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 채광부의 다른 실시예를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 채광부의 또 다른 실시예를 보여주는 도면이다.
본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 채광 시스템을 보여주는 단면도이다. 도 2는 도 1에 도시된 채광부의 일 실시예를 보여주는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 하이브리드 채광 시스템(100)은 채광부(110), 조명부(120), 도광부(130), 센서부(140), 제어부(150), 태양광모듈(160) 및 차단부(170)를 포함할 수 있다.
채광부(110)는 투명한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 채광부(110)는 폴리탄산에스테르, PMMA 등의 재질로 형성될 수 있다. 이때, 채광부(110)는 상기의 재료에 한정되는 것은 아니며 자연광을 투과시키는 모든 재질을 포함할 수 있다.
채광부(110)는 적어도 일부분이 경사지게 형성될 수 있다. 예를 들면, 채광부(110)는 적어도 일부분이 경사지게 형성될 수 있으며, 다른 일부는 평평하게 형성될 수 있다. 또한, 채광부(110)는 그 외연이 소정의 곡률을 형성하는 돔 형태일 수도 있으나, 반드시 상기 언급한 형상에 한정되지 아니한다.
채광부(110)는 집광부(112), 설치부(111) 및 반사부(113)를 포함할 수 있다. 이때, 설치부(111)는 지면과 평행하게 형성될 수 있다. 집광부(112)는 지면과 일정 각도를 형성하도록 경사지게 배치될 수 있다. 이때, 집광부(112)는 자연광을 투과시킬 뿐만 아니라 자연광을 굴절시킬 수 있다. 여기서, 집광부(112)의 내측면은 자연광을 굴절시킬 수 있도록 프리즘 형태로 형성될 수 있다. 또한, 집광부(112)는 피라미드 형태로 배열될 수 있다. 특히 복수개의 집광부(112)는 서로 동일하게 형성되어 설치부(111)를 중심으로 서로 대칭되도록 설치부(111)와 연결될 수 있다.
반사부(113)는 집광부(112)에서 굴절된 자연광이 채광부(110) 외부로 나가는 것을 방지시킬 수 있다. 이때, 반사부(113)는 집광부(112)의 적어도 일부를 감싸도록 설치될 수 있다. 예를 들어, 반사부(113)는 복수개의 집광부(112) 중 적어도 일부 집광부(112)의 내측면을 감싸도록 설치될 수 있다. 또한, 반사부(113)는 집광부(112)의 가장 하측에 배치될 수도 있다. 본 발명에 따른 반사부(113)가 마련되는 위치는 상기 위치로 한정되는 것은 아니며, 집광부(112)에서 굴절된 자연광이 채광부(110) 외부로 나가는 것을 방지시킬 수 있는 위치라면 기타 다른 위치도 가능할 것이다. 여기서, 반사부(112)는 빛의 반사율이 높은 소재가 이용될 수 있으며, 예를 들어, 알루미늄, 스테인리스 스틸 등과 같은 금속 재질로 형성될 수 있다.
조명부(120)는 채광부(110)의 하방에 설치될 수 있다. 이때, 조명부(120)는 설치부(111)에 설치될 수 있으며, 지면과 평행하게 배치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예로, 조명부(120)가 설치될 수 있는 위치를 복수의 집광부(111)가 둘러싼 위치에 마련된 설치부(111)로 설명하였으나, 반드시 이에 한정되지 아니하며, 실내를 밝힐 수 있는 위치라면 기타 위치에 설치되는 것도 가능하다. 예를 들어, 조명부(120)는 후술하는 도광부(130) 하단에 빛을 산광시키기 위하여 마련되는 산광부(미도시) 상에 설치될 수도 있다.
조명부(120)는 다양한 형태로 형성될 수 있다. 예를 들면, 형광등 등과 같은 일반적인 조명장치나 엘이디 모듈을 포함하는 엘이디 조명장치 등을 포함할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 조명부(120)가 엘이디 조명장치를 포함하는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
도광부(130)는 건물이나 지면 등에 설치되어 채광부(110)에서 입사한 자연광을 실내로 안내할 수 있다. 이때, 도광부(130)의 표면에서는 빛이 전반사 내지는 굴절함으로써 빛을 실내로 안내할 수 있다. 특히 이러한 경우 도광부(130)는 알루미늄 등과 같이 빛을 반사시키는 물질을 포함할 수 있다. 이때, 도광부(130)는 상기와 같은 물질의 단층이나 상기의 물질을 포함하는 층을 포함하는 다층으로 형성될 수 있다.
센서부(140)는 실외 또는 실내에 설치되어 조도를 측정할 수 있다. 이때, 센서부(140)는 조도센서를 포함할 수 있다. 다만, 이하에서는 센서부(140)가 실내에 설치되어 실내 조도를 측정하는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
제어부(150)는 센서부(140)에서 측정된 조도를 근거로 조명부(120) 및 차단부(170) 중 적어도 하나의 작동을 제어할 수 있다. 이때, 제어부(150)는 별도의 회로기판, 퍼스널 컴퓨터, 노트북 및 휴대용 단말기 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
태양광모듈(160)은 설치부(111) 상방에 마련될 수 있으며, 조명부(120)와 전기적으로 연결될 수 있다.
이때, 태양광모듈(160)은 설치부(111)에 평행하게 설치되어 조명부(120)와 대향하도록 배치될 수 있다. 이와 같이, 태양광모듈(160)을 설치부(111)에 평행하게 설치하면 시공상의 편의성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
한편, 태양광모듈(160)이 설치되는 구조의 다른 실시예로써, 태양광모듈(160)은 지면과 경사지게 집광부(112)의 상단에 마련될 수도 있다. 이와 같이, 태양광모듈(160)을 지면과 경사지게 집광부(112)의 상단에 마련시키면 태양광모듈(160)에 접촉되는 오수가 상기 경사에 의해 하방으로 배수될 수 있다는 장점이 있다.
상기와 같은 태양광모듈(160)은 태양전지를 포함할 수 있다. 다른 실시예로써 태양광모듈(160)은 태양전지 이외에도 이차전지를 포함할 수 있다. 이러한 경우 태양전지에서 발생한 전류는 이차전지에 저장된 후 차후에 조명부(120)에 제공되는 것도 가능하다.
차단부(170)는 선택적으로 자연광 및 조명부(120)의 빛 중 적어도 하나를 차단할 수 있다. 이때, 차단부(170)는 제어부(150)의 제어에 따라서 움직이는 것이 가능하고 사용자의 조작에 따라 작동하는 것도 가능하다.
차단부(170)는 구동부(172)와, 구동부(172)와 연결되는 가림부(171)를 포함할 수 있다. 이때, 구동부(172)는 모터 및 기어 또는 실린더 등을 포함할 수 있다. 또한, 가림부(171)는 스크린, 플레이트, 셔터 등을 포함할 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 구동부(172)는 모터 및 기어를 포함하고, 가림부(171)는 스크린을 포함하는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
한편, 상기와 같은 하이브리드 채광 시스템(100)의 작동을 살펴보면, 자연광이 집광부(112)를 통하여 굴절되어 외부로부터 내부로 입사할 수 있다. 이때, 굴절된 자연광은 도광부(130)에서 전반사 또는 반사되어 실내로 입사할 수 있다.
상기와 같은 경우 센서부(140)는 실내 조도를 감지할 수 있다. 감지한 결과는 제어부(150)로 전송되어 제어부(150)는 센서부(140)에서 측정된 조도를 근거로 기 설정된 조도와 비교할 수 있다.
센서부(140)에서 측정된 조도가 기 설정된 조도 미만인 것으로 판단하면 제어부(150)는 조명부(120)를 작동시킬 수 있다. 이때, 제어부(150)는 센서부(140)에서 측정된 조도와 기 설정된 조도의 차이에 따라 조명부(120)의 밝기를 조절할 수 있다. 예를 들면, 센서부(140)에서 측정된 조도와 기 설정된 조도의 차이가 큰 경우 조명부(120)의 밝기를 밝게 할 수 있으며, 센서부(140)에서 측정된 조도와 기 설정된 조도의 차이가 작은 경우 조명부(120)의 밝기를 줄일 수 있다.
반면, 센서부(140)에서 측정된 조도가 기 설정된 조도를 초과하는 경우 제어부(150)는 차단부(170)를 제어하여 실내 조도를 맞출 수 있다. 특히 제어부(150)는 가림부(171)를 통하여 빛이 들어오는 면적을 조절함으로써 실내 조도를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(150)는 조명부(120)를 완전히 꺼버리거나 조명부(120)가 약한 빛을 방출하도록 제어하는 것도 가능하다.
조명부(120) 및 차단부(170)의 작동은 상기의 경우 이외에도 사용자의 외부 신호의 입력에 따라서 조절되는 것도 가능하다. 예를 들면, 사용자의 실내 조도를 일정 값으로 설정하면 이러한 값은 제어부(150)로 전달되어 기 설정된 조도로 설정될 수 있다. 이때, 제어부(150)는 조명부(120) 및 차단부(170) 중 적어도 하나를 제어하여 기 설정된 조도를 맞추도록 조절할 수 있다. 구체적으로 센서부(140)에서 측정된 조도가 사용자가 입력한 조도보다 큰 경우 제어부(150)는 상기에서 설명한 바와 같이 가림부(171)를 통하여 자연광 및 조명부(120)의 빛을 가리도록 제어하여 조도를 조절할 수 있다. 또한, 센서부(140)에서 측정된 조도가 사용자가 입력한 조도보다 작은 경우 제어부(150)는 상기에서 설명한 바와 같이 가림부(171)를 더 개방 및 조명부(120)에서 발생하는 빛의 세기를 더 강하게 할 수 있다.
상기와 같이 조명부(120)가 작동하는 경우 태양광모듈(160)은 외부의 자연광으로부터 전류를 생성하여 조명부(120)에 제공할 수 있다. 이때, 태양광모듈(160)은 상기에서 설명한 바와 같이 날씨가 좋을 때 발전한 전류를 이차전지에 저장한 후 날씨가 흐리거나 비가 오는 등과 같이 자연광이 부족할 때 또는 밤에 조명부(120)에 제공하는 것도 가능하다.
따라서 하이브리드 채광 시스템(100)은 자연광을 통하여 조명부(120)의 전원을 공급할 수 있다. 또한, 하이브리드 채광 시스템(100)은 환경의 조도를 측정하여 실시간으로 반영하여 사용자가 원하는 실내의 조도를 확보할 수 있다.
하이브리드 채광 시스템(100)은 흐린 날, 야간 등과 같이 일조량이 적은 경우에도 일정한 조도를 유지하는 것이 가능하다. 또한, 하이브리드 채광 시스템(100)은 사용자가 원하는 조도로 조절하는 것이 가능하여 사용자 편의성이 증대될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 채광부의 다른 실시예를 보여주는 도면이다.
도 3을 참고하면, 채광부(110A)는 설치부(111A), 집광부(112A) 및 반사부(113A)를 포함할 수 있다. 설치부(111A)는 지면과 평행하게 배치될 수 있다. 이때, 집광부(112A)는 지면과 경사지게 배치되어 설치부(111A)에 연결될 수 있다. 특히 집광부(112A)는 설치부(111A)를 중심으로 다면 형상을 형성할 수 있다. 예를 들면, 집광부(112A)는 전체 8면체를 형성할 수 있다. 반사부(113A)는 상기에서 설명한 바와 같이 집광부(112A)의 하면에 배치되어 집광부(112A)를 외부 구조물에 고정시킬 수 있다. 이때, 반사부(113A)는 집광부(112A)에 입사한 자연광이 굴절될 때 집광부(112A) 외부로 굴절된 자연광이 빠져나가는 것을 방지할 수 있다.
상기와 같은 경우 채광부(110A)는 다양한 각도에서 입사되는 자연광을 굴절시켜 도광부(미도시)로 안내할 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 채광부의 또 다른 실시예를 보여주는 도면이다.
도 4를 참고하면, 채광부(110B)는 설치부(111B), 집광부(112B) 및 반사부(113B)를 포함할 수 있다. 이때, 설치부(111B) 및 반사부(113B)는 상기에서 설명한 것과 동일 또는 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
집광부(112B)는 설치부(111B)를 중심으로 설치부(111B)의 각 변에 대응되도록 배치될 수 있다. 이때, 집광부(112B)는 서로 연결될 수 있으며, 설치부(111B)와 일정 각도를 형성하도록 설치부(111B)와 연결될 수 있다.
상기와 같은 경우 설치부(111B)는 집광부(112B)의 각 변에 대응되도록 복수개 구비될 수 있다. 이때, 복수개의 집광부(112B)는 지면에 대해서 서로 상이한 각도를 형성할 수 있다. 또한, 복수개의 집광부(112B)는 서로 상이한 면적을 갖도록 형성될 수 있다.
예를 들면, 복수개의 집광부(112B) 중 남쪽에 위치한 집광부(112B)가 지면에 대한 각도가 가장 작을 수 있다. 또한, 남쪽에 위치한 집광부(112B)의 면적이 다른 집광부(112B)의 면적보다 크게 형성될 수 있다. 따라서 자연광이 가장 많이 입사하는 남쪽에 태양이 위치하는 경우 자연광을 최대한 많이 받아들임으로써 자연광에 의한 실내 조명 효율을 최대화시킬 수 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
100: 하이브리드 채광 시스템
110, 110A, 110B : 채광부
111, 111A, 111B : 설치부
112, 112A, 112B : 집광부
113, 113A, 113B : 반사부
120 : 조명부
130 : 도광부
140 : 센서부
150 : 제어부
160 : 태양광모듈
170 : 차단부
171 : 가림부
172 : 구동부

Claims (8)

  1. 설치부와, 상단부가 상기 설치부와 연결되며 자연광이 입사되는 집광부 및 상기 집광부의 하단부를 감싸도록 설치되어 상기 입사된 자연광의 이탈을 방지하는 반사부를 포함하는 채광부;
    상기 설치부의 하면에 설치된 조명부; 및
    상기 채광부의 하방에 설치되며, 상기 채광부를 통해 입사되는 자연광을 건물 내부로 반사하여 안내하는 도광부;를 포함하며,
    상기 집광부는, 지면에 대해서 서로 상이한 각도를 형성하는 적어도 2개의 영역을 구비하는, 하이브리드 채광 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    실내 또는 실외에서 조도를 측정하는 센서부;를 더 포함하는 하이브리드 채광 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 센서부에서 측정된 센서를 근거로 상기 조명부의 밝기를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 하이브리드 채광 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 채광부에 설치되어 상기 조명부와 전기적으로 연결되는 태양광모듈;을 더 포함하는 하이브리드 채광 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 집광부는 지면과 일정 각도를 형성하는 하이브리드 채광 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 설치부는 지면에 수평한, 하이브리드 채광 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 조명부 하방에 배치되어 상기 자연광 및 상기 조명부의 빛 중 적어도 하나를 차단하는 차단부;를 더 포함하는 하이브리드 채광 시스템.
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KR101034477B1 (ko) * 2009-12-31 2011-05-17 (주)현창네오텍 자연광을 이용하는 실내조명장치
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KR101258152B1 (ko) * 2012-11-28 2013-04-25 (주)에이비엠그린텍 반사 면을 가지는 암막과 인공 광원 모듈이 겸비된 고정 방식의 하이브리드 태양 광 조명 장치

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