KR20140047557A - 태양궤도 추적형 자연광 실내분배 극대화 반사 및 산광 패널 장치와 그 장치를 사용한 지붕설치형 광선반 장치 - Google Patents

태양궤도 추적형 자연광 실내분배 극대화 반사 및 산광 패널 장치와 그 장치를 사용한 지붕설치형 광선반 장치 Download PDF

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Abstract

태양궤도 추적형 자연광 실내분배 극대화 반사 및 산광 패널 장치와 그 장치를 사용한 지붕설치형 광선반 장치가 개시된다.
이 반사 패널 장치는 태양광의 반사를 위해 사용되는 복수의 반사 패널이 회전형 또는 고정형으로 형성되어 있다. 회전형의 경우, 링 형태의 하부 원형 프레임이 상기 복수의 반사 패널들의 양 단부를 지지하고, 고정형의 경우에는 상기 복수의 반사 패널들의 양 단부는 커버에 의해 지지된다. 회전형과 고정형의 경우, 각도 조절 구동부가 상기 복수의 반사 패널들에 결합되어 있는 구동 와이어를 통해 각도를 조절한다. 회전형의 경우, 회전 구동부가 상기 하부 원형 프레임의 중심을 축으로 하여 상기 하부 원형 프레임을 수평 방향으로 회전시켜서 상기 복수의 반사 패널의 방향을 조절한다. 이렇게 방향과 각도가 조절된 복수의 반사 패널들을 통해 실내로 인입되는 자연광은 다시 황산바륨과 같은 고 반사율 물질로 코팅된 백색 산광 패널을 통해 실내에 확산되어 실내의 균일한 조도 유지가 가능해진다.

Description

태양궤도 추적형 자연광 실내분배 극대화 반사 및 산광 패널 장치와 그 장치를 사용한 지붕설치형 광선반 장치{Solar Tracking Reflection and Diffusion Panel Apparatus for Maximized Indoor Natural Lighting, and Rooftop Sun Sheen Sunlight Light Shelf Apparatus using the same}
본 발명은 태양궤도 추적형 자연광 실내분배 극대화 반사 패널 및 산광 장치와 그 장치를 사용한 지붕설치형 광선반 장치에 관한 것이다.
최근 건축 환경에 대한 인식과 문화 수준의 향상으로 인하여 건축 공간의 질적 향상에 대한 요구가 나날이 증가하고 있다.
자연광은 에너지 절약만 아니라 밝고 쾌적한 실내 환경을 제공함으로써 작업성능을 향상시키고, 재실자에게 심리적, 생리적으로 긍정적인 영향을 미친다. 이러한 자연광을 주간 태양광의 방향에 대응해 효과적으로 조명에 이용하기 위하여 필요한 곳에 천창이나 측창을 설치하여 자연광이 실내로 유입되도록 한다.
그러나, 천창이나 측창을 통하여 자연광이 유입되면 자연광이 직접 비치는 위치와 가까운 곳의 주광조도는 지나치게 높아지고 멀리 떨어진 곳의 조도는 지나치게 낮아지기 때문에 인공 조명이 필요하게 된다는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 절기와 시간에 의해 결정되는 주광 추적 제어에 의해 주간 천창을 통해 실내에 유입되는 빛을 최대한 확보하여 균일하게 분포시켜 실내 조도를 균일하게 할 수 있는 반사 패널 및 산광 장치와 그 장치를 사용한 지붕설치형 광선반 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 반사 패널 장치는,
태양광의 반사를 위해 사용되는 복수의 반사 패널; 상기 복수의 반사 패널들의 양 단부를 지지하는 링 형태의 하부 원형 프레임; 상기 하부 원형 프레임의 중심을 축으로 하여 상기 하부 원형 프레임을 수평 방향으로 회전시키는 회전 구동부; 상기 복수의 패널들의 각도를 조절하는 각도 조절 구동부; 및 상기 복수의 반사 패널 및 하부 원형 프레임을 둘러싸는 커버를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 반사 패널 장치는,
태양광의 반사를 위해 사용되는 복수의 반사 패널; 상기 복수의 반사 패널들을 둘러싸도록 형성되며, 상기 복수의 반사 패널들의 양 단부를 지지하는 육면체 형태의 커버; 및 상기 복수의 패널들의 각도를 조절하는 각도 조절 구동부를 포함한다.
여기서, 상기 하부 원형 프레임의 하부에 위치하며, 레일을 사용하여 상기 하부 원형 프레임의 회전이 가능하도록 가이드를 제공하는 원형 프레임 구동 레일부를 더 포함한다.
또한, 일측 선단이 상기 각도 조절 구동부에 결합되고 타측 선단이 상기 하부 원형 프레임 또는 상기 커버에 결합되는 구동 와이어를 더 포함하고, 상기 구동 와이어의 중간에 상기 복수의 반사 패널 각각이 회전이 자유롭게 결합되어 있으며, 상기 각도 조절 구동부가 상기 구동 와이어를 당기거나 풀어서 상기 복수의 반사 패널의 각도를 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 타측 선단의 단부에 복원 스프링이 결합되어 있어, 상기 각도 조절 구동부가 상기 구동 와이어를 푸는 경우 상기 구동 와이어에 복원력을 공급하여 상기 복수의 반사 패널의 각도를 변경하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수의 반사 패널 각각은, 태양광을 반사시키는 반사부; 상기 반사부의 뒷면에 설치되며, 태양열을 활용하여 온수를 생산하는 수냉식 냉각라인; 및 상기 반사 패널을 상기 하부 원형 프레임 또는 커버에 회전 가능하도록 힌지 결합시키는 하단부 지지축을 포함한다.
또한, 상기 반사부는 상단 평면부와 하단 곡면부로 이루어져 태양광의 반사 및 광원의 방향성을 제어한다.
또한, 상기 반사부의 뒷면은 단열재로 마감되고, 상기 수냉식 냉각라인은 각 라인의 반사 패널의 양 단부에서 수직으로 내려가는 구조 프레임겸 파이프에 연결되며, 상기 구조 프레임겸 파이프는 플렉시블 덕트를 통해 온수 탱크에 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반사부는 평면형, 오목 곡면형, 볼록 곡면형 또는 이들의 조합 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 광선반 장치는,
건축 공간의 천창이나 창호에 설치되어 외부로부터의 태양광을 실내로 반사시키되, 복수의 반사 패널의 방향 및 각도를 조절이 가능한 반사 패널 장치; 및 태양의 고도에 따라 상기 반사 패널 장치를 제어하여 상기 복수의 반사 패널의 방향 및 각도 조절을 제어하는 패널 제어부를 포함한다.
여기서, 상기 패널 제어부는, 상기 복수의 반사 패널의 각도 및 방향을 결정할 수 있는 태양의 고도 데이터가 저장되어 있는 메모리; 상기 메모리에 저장되어 있는 태양 고도 데이터에 따라 상기 반사 패널 장치를 제어하여 상기 복수의 반사 패널의 방향을 제어하는 회전 제어부; 상기 메모리에 저장되어 있는 태양 고도 데이터에 따라 상기 반사 패널 장치를 제어하여 상기 복수의 반사 패널의 각도를 제어하는 각도 제어부; 및 상기 회전 제어부 및 상기 각도 제어부가 상기 메모리의 데이터를 사용하여 상기 반사 패널 장치의 반사 패널의 방향 및 각도를 제어하도록 전체적인 제어를 수행하는 구동 제어부를 포함한다.
또한, 상기 반사 패널 장치는, 태양광의 반사를 위해 사용되는 복수의 반사 패널; 상기 복수의 반사 패널들의 양 단부를 지지하는 링 형태의 하부 원형 프레임; 상기 하부 원형 프레임의 중심을 축으로 하여 상기 하부 원형 프레임을 수평 방향으로 회전시키는 회전 구동부; 상기 복수의 패널들의 각도를 조절하는 각도 조절 구동부; 및 상기 복수의 반사 패널 및 하부 원형 프레임을 둘러싸는 커버를 포함한다.
또한, 상기 반사 패널 장치는, 태양광의 반사를 위해 사용되는 복수의 반사 패널; 상기 복수의 반사 패널들을 둘러싸도록 형성되며, 상기 복수의 반사 패널들의 양 단부를 지지하는 육면체 형태의 커버; 및 상기 복수의 패널들의 각도를 조절하는 각도 조절 구동부를 포함한다.
또한, 건축 공간의 두 개의 벽체 사이의 천창에 상기 반사 패널 장치가 설치되어 있는 경우, 상기 반사 패널 장치의 복수의 반사 패널에 의해 실내로 반사되는 빛을 확산시키기 위해 황산 바륨을 포함하는 고 반사율 물질로 코팅된 산광 패널이 상기 두 개의 벽체 중 하나에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 건축 공간이 연속적으로 구획된 공간들로 나누어져 있고 연속된 개별 공간들 상부에 상기 반사 패널 장치가 각각 설치되어 있는 경우, 상기 반사 패널 장치 각각의 반사 패널에 의해 실내로 반사되는 빛을 확산시키는 산광 패널이 상기 개별 공간들의 벽체에 각각 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 조명 시스템은,
건축 공간의 천창이나 창호에 설치되어 외부로부터의 태양광을 실내로 반사시키되, 태양의 고도에 따라 복수의 반사 패널의 방향 및 각도를 조절하는 광선반 장치; 실내의 조도를 감지하는 광센서; 실내를 비추는 광을 조사하는 적어도 하나의 조명을 포함하는 조명부; 및 상기 광선반 장치, 광센서 및 조명부를 제어하여 상기 건축 공간의 실내 조도를 제어하는 조명 제어부를 포함하며, 상기 조명 제어부는 상기 광선반 장치를 통해 상기 복수의 반사 패널의 방향 및 각도를 제어하여 외부로부터 실내로 인입되는 태양광의 양을 조절하고, 상기 광센서에 의해 감지되는 조도에 따라 상기 조명부를 제어하여 상기 건축 공간의 조도를 균일하게 제어하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 광선반 장치는, 상기 건축 공간의 천창이나 창호에 설치되어 외부로부터의 태양광을 실내로 반사시키되, 복수의 반사 패널의 방향 및 각도를 조절이 가능한 반사 패널 장치; 및 태양의 고도에 따라 상기 반사 패널 장치를 제어하여 상기 복수의 반사 패널의 방향 및 각도 조절을 제어하는 패널 제어부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 절기와 시간에 의해 결정되는 주광 추적 제어에 의해 주간 천창을 통해 실내에 유입되는 빛을 최대한 확보하여 균일하게 분포시켜 실내 조도를 균일하게 할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 곡면의 곡률과 크기 및 평면과의 기하학적인 비율 조합이 가능하게 이루어지는 반사 패널이 태양의 고도에 상관없이 효율적이고 효과적인 채광을 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 반사 패널의 폭, 표면 반사율, 대응 각도 제어를 통한 주요 변수의 최적화로 효과적인 천창 채광이 가능하다.
또한, 건축 공간의 냉각 시스템의 수냉식 순환이 반사 패널을 통하도록 구성됨으로써 반사 패널에서의 폐열 회수를 통한 온수 생산으로 건축 공간의 열적 부하를 줄이고 급탕이나 난방을 위한 온수 공급을 통한 에너지 절감에 효과가 있다.
더불어, 광선반 장치 및 광센서를 이용하여 실내 환경에 적합한 2700K ~ 3600K 의 색온도로 실내를 조명할 수 있어 실내에 있는 사람이 생물학적 주기 리듬을 유지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 회전형 반사 패널 장치가 천창에 설치된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고정형 반사 패널 장치가 천창에 설치된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반사 패널 장치의 각도 조절 동작을 개략적으로 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반사 패널 장치의 반사 패널의 구체적인 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 도 3에 도시된 반사 패널의 형태 예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광선반 장치에서 실내 유입되는 빛의 확산을 수행하는 산광 패널이 설치된 예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 광선반 장치에서 다수의 구획 공간내로 유입되는 빛의 확산을 수행하는 산광 패널이 각 공간내에 설치된 예를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 광선반 장치의 구성 블록도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 광선반 장치를 이용한 조명 시스템의 구성 블록도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 회전형 반사 패널 장치가 천창에 설치된 상태를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고정형 반사 패널 장치가 천창에 설치된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
먼저, 도 1에 도시된 회전형 반사 패널 장치(10)가 건축 공간에 구비된 천창에 설치되어 있는 가정하여 설명한다.
도 1을 참조하면, 회전형 반사 패널 장치(10)는 반사 패널부(100), 원형 프레임 구동 레일부(200), 회전 구동부(300), 각도 조절 구동부(400) 및 커버(500)를 포함한다.
반사 패널부(100)는 외부로부터의 자연광을 실내로 반사시킨다. 이러한 반사 패널부(100)는 원형으로 형성된다. 이를 위해, 반사 패널부(100)는 복수의 반사 패널(110) 및 하부 원형 프레임(120)을 포함한다. 복수의 반사 패널(110)은 양측 선단의 일부가 하부 원형 프레임(120)에 회전 가능하도록 결합된다. 즉, 복수의 반사 패널(110)은 자연광인 주광의 입사각에 따라 실내로 유입되는 빛을 최대로 확보하기 위해 하부 원형 프레임(120)의 결합부를 기준으로 상하로 일부 회전 가능하도록 결합된다. 또한, 복수의 반사 패널(110)은 반사 패널부(100)가 원형의 형상을 가지므로 그 길이가 서로 동일하지 않을 수 있다. 이러한 반사 패널(110)의 구체적인 구조에 대해서는 후술한다.
원형 프레임 구동 레일부(200)는 그 상부에 반사 패널부(100)가 결합되어 중심을 회전축으로 하여 반사 패널부(100)가 수평방향으로 시계 방향 또는 반시계 방향의 회전이 가능하도록 레일을 사용한 가이드를 제공한다. 특히, 원형 프레임 구동 레일부(200)는 반사 패널부(100)의 하부 원형 프레임(120)과의 사이에 회전으로 인한 마찰을 최소화하여 반사 패널부(100)를 수평 방향으로 회전 구동하는 회전 구동부(300)의 구동 모터(도시하지 않음)에 걸리는 토크를 최소화하기 위해 하부 원형 프레임(120)과의 사이에 베어링이나 롤러 형태의 부품들을 사용한다. 여기서, 원형 프레임 구동 레일부(200)는 커버(500)에 고정 결합되거나 또는 천창에 직접 결합될 수도 있다.
회전 구동부(300)는 하부 원형 프레임(120)을 회전 구동하며, 이를 위해 구동 모터(도시하지 않음)를 포함한다. 이 때, 회전 구동부(300)는 기어나 벨트 등의 결합 방식을 통해 하부 원형 프레임(120)을 회전 구동할 수 있다. 물론 이외에도 다른 결합 방식을 사용하여 하부 원형 프레임(120)을 회전 구동할 수 있음은 자명하다. 이러한 회전 구동부(300)는 커버(500)나 천창에 고정 결합될 수 있다.
각도 조절 구동부(400)는 반사 패널부(100)의 복수의 반사 패널(110)들의 각도를 조절하여 외부로부터 입사되는 자연광의 반사 각도를 조절한다. 이를 위해, 각도 조절 구동부(400)는 각도 조절을 위한 구동 모터(도시하지 않음)를 구비한다.
각도 조절 구동부(400)는 반사 패널부(100)의 복수의 반사 패널(110)들을 일률적으로 각도 조절을 행하기 위해 복수의 반사 패널(110) 각각의 일부가 고정 결합된 적어도 하나의 구동 와이어(410)를 구동 모터를 통해 당기거나 풀어서 복수의 반사 패널(110)들의 각도를 조절한다. 이러한 각도 조절 구동부(400)는 커버(500)나 천창에 고정 결합될 수 있다.
커버(500)는 외부의 환경으로부터 반사 패널부(100)를 보호하기 위해 반사 패널부(100)를 둘러싸는 형태로 구성되며, 바람직하게는 정육면체 또는 직육면체의 형상을 가진다. 여기서, 외부의 환경의 예로는 눈비나 바람 등의 영향을 들 수 있다. 한편, 이러한 커버(500)는 반사 패널 장치(10)가 천창에 형성되는 경우에 천창에 고정 결합된다. 또한, 커버(500)는 자연광인 주광을 실내로 투과시킬 수 있는 유리나 기타 투명한 재료로 구축될 수 있다.
이와 같이, 도 1에 도시된 회전형 반사 패널 장치(10)는 태양의 방향에 따라 회전 구동부(300)를 통해 반사 패널부(100)를 수평 방향을 회전 구동하고, 또한 태양의 고도 변화에 따른 자연광 인입 각도 조절을 위하여 각도 조절 구동부(400)를 통해 반사 패널(110)의 각도를 조절하는 방식으로 동작한다. 이를 통해 주간에 일정한 방향으로 최대의 태양광을 실내로 반사시킬 수 있다. 예를 들어, 건축물이 남향을 이루고 있는 경우에는 수평 방향의 회전없이 반사 패널(110)의 각도만을 조절하지만, 건축물이 남향을 이루고 있지 않고 임의의 각도로 부지에 위치한 경우에는, 태양을 추적하기 위해서 모든 반사 패널(110)들이 수평 방향으로 회전할 수 있게 하는 동시에 반사 패널(110)의 각도를 변화시킬 수 있는 이원화된 동작을 수행하게 된다. 이를 통해 주간에 변화되는 방향으로 최대의 태양광을 실내로 반사시킨다. 즉, 오전에는 동측을 향해 반사 패널부(100)를 회전시키고 태양의 일주 운동을 따라 오후에는 서측으로 반사 패널부(100)를 회전시킨다.
다음, 도 2를 참조하면, 고정형 반사 패널 장치(20)는 반사 패널부(600), 각도 조절 구동부(700) 및 커버(800)를 포함한다.
반사 패널부(600)는 도 1에 도시된 반사 패널부(100)와 유사하지만, 다른 점은 반사 패널부(600)가 커버(800)와 마찬가지로 정사각형 또는 직사각형으로 형성되므로, 복수의 반사 패널(610)을 결합하는 프레임이 별도로 존재하지 않고, 복수의 반사 패널(610)의 양측 선단의 일부가 직접 커버(800)에 회전 가능하도록 결합된다. 그리고, 복수의 반사 패널(610)의 길이가 모두 동일하다.
각도 조절 구동부(700)는 도 1에 도시된 각도 조절 구동부(400)와 그 구성이 동일하다. 즉, 각도 조절 구동부(700)는 반사 패널부(600)의 복수의 반사 패널(610)들을 일률적으로 각도 조절을 행하기 위해 복수의 반사 패널(610) 각각의 일부가 고정 결합된 적어도 하나의 구동 와이어(710)를 구동 모터를 통해 당기거나 풀어서 복수의 반사 패널(610)들의 각도를 조절한다. 이러한 각도 조절 구동부(700)도 커버(800)나 천창에 고정 결합될 수 있다.
커버(800)는 도 1에 도시된 커버(500)와 마찬가지로, 외부의 환경으로부터 반사 패널부(600)를 보호하기 위해 반사 패널부(600)를 둘러싸는 형태로 구성되며, 바람직하게는 정육면체 또는 직육면체의 형상을 가진다. 또한, 커버(800)도 반사 패널 장치(20)가 천창에 형성되는 경우에 천창에 고정 결합되고, 자연광인 주광을 실내로 투과시킬 수 있는 유리나 기타 투명한 재료로 구축될 수 있다. 다만, 도 1에 도시된 커버(500)와 상이한 점은, 반사 패널부(600)의 복수의 반사 패널(610)이 커버(800)에 직접 회전 가능하도록 결합된다는 점이다.
이와 같이, 도 2에 도시된 고정형 반사 패널 장치(20)는 도 1에 도시된 회전형 반사 패널 장치(10)와 달리, 태양의 고도 변화에 따른 자연광 인입 각도 조절을 위하여 각도 조절 구동부(700)를 통한 반사 패널(610)의 각도 조절만이 가능하므로, 되도록, 건축물이 남향을 이루고 있는 경우에 설치되는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기한 반사 패널 장치(10, 20)는 천창과 함께 설치되거나 또는 외부로 돌출되도록 천창에 설치될 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 반사 패널 장치의 각도 조절에 대해 설명한다. 여기서, 반사 패널 장치(10, 20)의 각도 조절은 동일한 방식으로 수행되므로, 설명의 편의를 위해 도 1에 도시된 회전형 반사 패널 장치(10)의 구조를 사용하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반사 패널 장치의 각도 조절 동작을 개략적으로 설명하기 위한 개략도이다.
도 3을 참조하면, 반사 패널(110)의 양측 단부의 하부는 하부 원형 프레임(120)에 회전 가능하게 힌지 결합되어 있고, 상측 단부는 구동 와이어(410)에 또한 회전 가능하도록 결합된다.
구동 와이어(410)는 일측 단부가 각도 조절 구동부(400)에 고정 결합되고, 타측 단부가 복원 스프링(420)을 통해 하부 원평 프레임(120)의 일측에 고정 결합된다.
본 발명의 실시예에서, 반사 패널(110)의 각도는 특정 순간에 특정 각도로 일률적으로 변화시켜야 하므로 에너지 및 시설 상의 비용 절감을 위하여 적어도 하나의 구동 와이어(410)를 사용하여 반사 패널(110)의 각도 조절을 수행하지만, 본 발명의 기술적 범위는 여기에 한정되지 않고, 반사 패널(110)의 각도를 일률적으로 변화시킬 수 있는 다른 다양한 구성이 적용될 수 있다.
도 3에서, 각도 조절 구동부(400)의 구동에 의해 구동 와이어(410)가 당겨지는 경우에는 반사 패널(110)의 각도가 커지고, 반대로 구동 와이어(410)가 풀어지면 복원 스프링(420)에 의해 구동 와이어(410)가 각도 조절 구동부(400)의 반대쪽으로 당겨져서 반사 패널(110)의 각도가 작아지게 된다.
한편, 반사 패널(110)의 각도가 90도 미만인 경우에는 자중에 의한 복원력을 이용하고, 각도가 90도가 넘어가는 경우에는 이후 90도 이하 각도로의 복귀를 위하여 복원 스프링(420)에 의해 반사 패널(110)을 반대 방향으로 당기는 복원력을 제공한다. 이 때, 복원 스프링(420) 대신에 균형 추 등의 구성이 사용될 수도 있다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 반사 패널 장치(10, 20)의 반사 패널(110, 610)에 대해 설명한다. 여기서, 반사 패널(110, 610)은 그 구성이 동일하므로, 설명의 편의를 위해 도 1에 도시된 반사 패널(110)에 대해서만 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반사 패널 장치의 반사 패널의 구체적인 구성을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 반사 패널 장치(10)의 반사 패널(110)은 태양광을 직접적으로 반사시키는 반사부(111), 태양열을 활용하여 온수를 생산하는 수냉식 냉각라인(112), 하부 원형 프레임(120)에 반사 패널(110)을 고정시키는 하단부 지지축(113)으로 구성된다. 여기서, 도 2에 도시된 반사 패널 장치(20)의 반사 패널(610)의 하단부 지지축(113)은 하부 원형 프레임(120)이 아니라 커버(800)에 직접 결합되는 점에서만 반사 패널(110)과 차이가 있다.
반사부(111)는 상단 평면부와 하단 곡면부로 이루어져 태양광의 효과적인 반사 및 광원 방향성을 다양하게 제어할 수 있다. 상단 평면부와 하단 곡면부의 비율 및 곡면부의 곡률은 건축 공간의 규모 및 용도에 따라 기하학적으로 변형이 가능하다.
한편, 하절기 및 동절기시 반사 패널(110)의 온도가 대략 800도까지 올라가기 때문에 반사부(111)에는 냉각 시스템이 필요하므로, 반사 패널(110)에서 반사부(111)에 대응되는 뒷면에 수냉식 냉각라인(112)을 설치하여 반사 패널(110)을 냉각시키는 동시에, 반사패널(110)에서 발생되는 태양열을 활용하여 냉각 라인(112)을 데워서 온수를 생산함으로써, 폐열의 활용을 통해 건축 공간의 난방 및 온수 부하를 줄일 수 있다.
반사 패널(110)은 반사율이 높고 내구성이 뛰어나며 열적 전도율이 높은 금속재료, 예컨대 스테인레스 플러싱 판재 등을 활용한다.
수냉식 냉각라인(112)은 열전도율이 높으며 내수성 및 내압성이 확보된 알루미늄 관재 등을 사용한다.
한편, 반사 패널(110)의 후면은 단열재(113)로 마감되고, 단열재(113) 사이를 가로지르는 수냉식 냉각라인(112)의 금속 파이프들은 각 라인의 반사 패널(110) 양 단부에서 수직으로 내려가는 구조 프레임 겸 파이프(114)에 연결되고, 다시 이 각각의 파이프(114)들은 반사 패널(110)이 힌지 결합된 하부 원형 프레임(120)에 연결되고, 여기서 다시 플렉시블 덕트(도시하지 않음) 등을 통해 온수 탱크까지 연결되게 된다. 이것은 도 1에 도시된 회전형 반사 패널 장치(10)의 경우이고, 도 2에 도시된 고정형 반사 패널 장치(20)의 경우에는 파이프(114)들이 반사 패널(610)이 힌지 결합된 커버(800)에 연결되고, 여기서 다시 플렉시블 덕트(도시하지 않음) 등을 통해 온수 탱크까지 연결되게 되는 점이 상이하다.
한편, 도 5를 참조하면, 상기한 반사 패널(110, 610)은 태양으로부터 전달되는 자연광을 실내에 어떤 패턴과 범위로 반사시키기를 원하는지에 따라 개별 반사부(111)가 평면형(도 5의 (b)), 오목 곡면형, 볼록 곡면형(도 5의 (d)) 또는 이들의 조합 형태(도 5의 (a) 및 (c))로 제작되어 질 수 있다.
도 5의 (b)에 도시된 평면형 반사 패널(110)은 자연광의 인입 각도와 반사 각도가 반사 패널(110)의 수직면에 대칭인 형식으로 반사광의 전달 범위가 결정된다.
도 5의 (d)에 도시된 볼록 곡면형 반사 패널(110)은 반사 패널(110)로부터의 반사광을 보다 넓은 영역에 확산시킨다.
도 5의 (a) 및 (c)에 도시된 평면형과 곡면형의 조합 방식의 반사 패널(110)의 경우에는 전체 반사 패널(110)을 구성하는 평면형 세그먼트와 곡면형 세그먼트의 구성 방식, 구성 비율과 곡면율 등에 따라 반사되는 자연광이 전체 반사광의 상부 혹은 하부쪽으로 확산 또는 수렴되는 효과를 가져오게 된다.
도 5에 도시되지는 않았지만, 오목 곡면형 반사 패널(110)은 반사 패널(110)로부터의 반사광을 보다 좁은 영역에 수렴시킨다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 반사 패널 장치(10, 20)가 두 개의 벽체(910, 920)로 이루어진 천창의 전체에 걸쳐 설치되어 있는 경우, 반사 패널(110, 610)과 더불어 실내에 반사되는 빛을 공간 깊숙이 산광시키기 위한 산광 패널(1000)을 벽체(910)의 상부에 설치할 수 있다.
이러한 산광 패널(1000)은 면 처리 상에 있어서 빛을 반사시키기보다는 확산시키기 위한 표면 미세 구조를 가지며, 반사 패널(110, 610)로부터 빛이 도달하는 실내 벽면(911) 혹은 별도의 수직 패널의 한쪽 면에 황산바륨과 같은 고도의 반사율을 지닌 물질을 코팅하거나 혹은 여타의 다른 물질이나 처리 방식을 통하여 대부분의 반사된 빛을 한쪽 방향으로 확산시키는 역할을 수행하게 된다.
여기서, 반사 패널(110, 610)과 산광 패널(1000)의 위치, 형태, 각도 및 마감 물질이나 면 처리 등은 반사율과 확산율을 극대화시키면서 동시에 원하는 영역으로 자연광을 최대로 전달하기 위한 빛 전달상의 기하학적 구조를 토대로 결정될 수 있다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 단층 건물 및 시설, 혹은 복층 건물이나 시설의 최상부층이 다수의 벽체(930, 940, 950, 960)에 의해 연속적으로 구획된 일련의 공간들로 나누어져 있는 경우, 연속된 개별 공간들 상부에 설치되는 각 반사 패널 장치(10, 20)의 반사 패널(110, 610)로부터 반사된 빛이 각 개별 구획 공간의 한쪽 벽면(931, 941, 951)에 부착된 산광 패널(1010, 1020, 1030)을 거쳐 해당 공간에 골고루 확산되게 함으로써 본 발명의 실시예에 따른 반사 패널 장치의 실내 광분배 극대화를 도모하게 된다.
다음, 본 발명의 실시예에 따른 반사 패널 장치(10, 20)를 사용하는 광선반 장치(1100)에 대해 설명한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 광선반 장치(1100)의 구성 블록도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 광선반 장치(1100)는 반사 패널 장치(10) 및 패널 제어부(1110)를 포함한다. 여기서, 반사 패널 장치(20)가 반사 패널 장치(10) 대신에 사용될 수 있으며, 또한 복수의 반사 패널 장치(10, 20)가 함께 사용될 수도 있으나, 여기서는 설명의 편의를 위해 하나의 반사 패널 장치(10)가 사용되는 것으로 가정하여 설명한다.
반사 패널 장치(10)는 상기한 바와 같이 건축 공간의 천창이나 창호에 설치되며, 상기한 도 1을 통해 이미 설명한 바와 같은 동일한 구성을 가진다.
예를 들어, 반사 패널 장치(10)는 반사 패널(110)과 하부 원형 프레임(120)으로 구성되는 반사 패널부(100), 회전 구동부(300) 및 각도 조절 구동부(400)를 포함한다. 여기서, 반사 패널(110)은 복수의 반사 패널(110)인 것을 가정한다.
패널 제어부(1110)는 태양의 고도에 따라 반사 패널 장치(10)의 반사 패널(110)을 회전시키거나 그 각도를 조절하는 제어를 수행한다. 여기서, 패널 제어부(1110)는 반사 패널 장치(10)의 커버(500) 내에 설치되거나 또는 반사 패널 장치(10)와 별도로 건축 공간 내부에 설치될 수 있다.
이를 위해, 패널 제어부(1110)는 메모리(1111), 회전 제어부(1112), 각도 제어부(1113) 및 구동 제어부(1114)를 포함한다.
메모리(1111)는 반사 패널(110)의 각도 및 방향을 결정할 수 있는 데이터, 즉 태양의 고도와 관련된 데이터를 저장한다. 이러한 데이터는 해당 날짜의 시간별 고도 데이터일 수 있으며, 이러한 데이터는 예를 들어 기상청 서버나 다양한 루트를 통해 제공받을 수 있다. 예를 들어, 이러한 데이터는 절기와 시간에 의해 결정될 수 있다.
회전 제어부(1112)는 메모리(1111)에 저장되어 있는 태양 고도 데이터에 따라 반사 패널(110)의 반사부(111)가 태양을 향하도록 반사 패널 장치(10)의 회전 구동부(300)를 통해 반사 패널(110)의 방향을 조절한다. 즉, 회전 제어부(1112)는 회전 구동부(300)를 통해 반사 패널부(100)의 하부 원형 프레임(120)을 회전 구동하여 이에 결합되어 있는 반사 패널(110)의 방향을 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시켜서 방향을 조절할 수 있다.
각도 제어부(1113)는 메모리(1111)에 저장되어 있는 태양 고도 데이터에 따라 반사 패널(110)의 반사부(111)가 태양을 향하도록 반사 패널 장치(10)의 각도 조절 구동부(400)를 통해 반사 패널(110)의 각도를 조절한다. 즉, 각도 제어부(1113)는 각도 조절 구동부(400)를 통해 반사 패널(110)에 결합되어 있는 구동 와이어(410)를 잡아당기거나 풀어줘서 반사 패널(110)의 각도를 조절할 수 있다.
구동 제어부(1114)는 회전 제어부(1112) 및 각도 제어부(1113)가 메모리(1111)의 데이터를 사용하여 반사 패널 장치(10)의 반사 패널(110)의 방향 및 각도를 제어하도록 전체적인 제어를 수행한다.
다음, 본 발명의 실시예에 따른 광선반 장치(1100)를 이용한 조명 시스템(1200)에 대해 설명한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 광선반 장치(1100)를 이용한 조명 시스템(1200)의 구성 블록도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 조명 시스템(1200)은 광선반 장치(1100), 광센서(1210), 조명부(1220) 및 조명 제어부(1230)를 포함한다.
광선반 장치(1100)는 천창이나 창호에 회전형 또는 고정형으로 설치되어 태양의 고도에 따른 반사 패널(110)의 방향 및 각도를 제어하여 태양광의 실내 분배를 극대화하는 장치로써, 상기한 도 8을 통해 이미 설명한 바와 동일한 구성을 가진다.
광센서(1210)는 실내의 조도를 감지한다.
조명부(1220)는 실내를 비추는 광을 조사하는 적어도 하나의 조명을 포함한다. 조명부(1220)에 포함되는 조명은 조명 제어부(1230)의 제어에 의해 그 밝기의 조절이 가능하다.
조명 제어부(1230)는 광센서(1210), 조명부(1220) 및 광선반 장치(110)를 제어하여, 건축 공간 실내의 조도를 제어한다. 예를 들어, 조명 제어부(1230)는 광센서(1210)로 실내 조도를 감지하여 주광이 분포된 실내의 조도를 반영하여 조명부(1220)에서 실내를 조명하는 양을 제어함으로써 최적의 실내 조도를 유지할 수 있다. 또한, 조명 제어부(1230)는 조명부(1220)에 의한 조도를 광센서(1210)를 통해 감지한 후, 광선반 장치(1100)의 반사 패널(110)의 방향 및 각도를 조절하여 실내 조도를 조절할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 반파 패널 장치(10, 20), 광선반 장치(1100) 및 조명 시스템(1200)은 천창을 설치할 수 있는 건축물이나 천정을 통해 실내에 자연광의 유입이 필요한 공간, 혹은 자연광을 이용한 다층 재배형 온실이나 양계장, 축사, 기타 다층으로 자연광을 유입하여 특정 동식물이나 미생물을 배양하는 시설 등에 활용될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (10)

  1. 태양광의 반사를 위해 사용되는 복수의 반사 패널;
    상기 복수의 반사 패널들의 양 단부를 지지하는 링 형태의 하부 원형 프레임;
    상기 하부 원형 프레임의 중심을 축으로 하여 상기 하부 원형 프레임을 수평 방향으로 회전시키는 회전 구동부;
    상기 복수의 패널들의 각도를 조절하는 각도 조절 구동부; 및
    상기 복수의 반사 패널 및 하부 원형 프레임을 둘러싸는 커버
    를 포함하는 반사 패널 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하부 원형 프레임의 하부에 위치하며, 레일을 사용하여 상기 하부 원형 프레임의 회전이 가능하도록 가이드를 제공하는 원형 프레임 구동 레일부를 더 포함하는 반사 패널 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    일측 선단이 상기 각도 조절 구동부에 결합되고 타측 선단이 상기 하부 원형 프레임 또는 상기 커버에 결합되는 구동 와이어를 더 포함하고,
    상기 구동 와이어의 중간에 상기 복수의 반사 패널 각각이 회전이 자유롭게 결합되어 있으며,
    상기 각도 조절 구동부가 상기 구동 와이어를 당기거나 풀어서 상기 복수의 반사 패널의 각도를 조절하는
    것을 특징으로 하는 반사 패널 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 타측 선단의 단부에 복원 스프링 또는 복원력 제공을 위한 장치가 결합되어 있어, 상기 각도 조절 구동부가 상기 구동 와이어를 푸는 경우 상기 구동 와이어에 복원력을 공급하여 상기 복수의 반사 패널의 각도를 변경하는 것을 특징으로 하는 반사 패널 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 반사 패널 각각은,
    태양광을 반사시키는 반사부;
    상기 반사부의 뒷면에 설치되며, 태양열을 활용하여 온수를 생산하는 수냉식 냉각라인; 및
    상기 반사 패널을 상기 하부 원형 프레임 또는 커버에 회전 가능하도록 힌지 결합시키는 하단부 지지축
    을 포함하는 반사 패널 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 반사부는 상단 평면부와 하단 곡면부로 이루어져 태양광의 반사 및 광원의 방향성을 제어하는 반사 패널 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 반사부의 뒷면은 단열재로 마감되고,
    상기 수냉식 냉각라인은 각 라인의 반사 패널의 양 단부에서 수직으로 내려가는 구조 프레임겸 파이프에 연결되며,
    상기 구조 프레임겸 파이프는 플렉시블 덕트를 통해 온수 탱크에 연결되는
    것을 특징으로 하는 반사 패널 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 반사부는 자연광의 실내 유입 면적 및 깊이를 포함하는 요건을 충족시키기 위해 평면형, 오목 곡면형, 볼록 곡면형 또는 이들의 조합 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 반사 패널 장치.
  9. 건축 공간의 천창이나 창호에 설치되어 외부로부터의 태양광을 실내로 반사시키되, 복수의 반사 패널의 방향 및 각도를 조절이 가능한 반사 패널 장치; 및
    태양의 고도에 따라 상기 반사 패널 장치를 제어하여 상기 복수의 반사 패널의 방향 및 각도 조절을 제어하는 패널 제어부를 포함하고,
    상기 건축 공간의 두 개의 벽체 사이의 천창에 상기 반사 패널 장치가 설치되어 있는 경우, 상기 반사 패널 장치의 복수의 반사 패널에 의해 실내로 반사되는 빛을 확산시키는 산광 패널이 상기 두 개의 벽체 중 하나에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광선반 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 건축 공간이 연속적으로 구획된 공간들로 나누어져 있고 연속된 개별 공간들 상부에 상기 반사 패널 장치가 각각 설치되어 있는 경우, 상기 반사 패널 장치 각각의 반사 패널에 의해 실내로 반사되는 빛을 확산시키는 산광 패널이 상기 개별 공간들의 벽체에 각각 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광선반 장치.
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