WO2015102332A1 - 자연채광장치용 픽셀 거울형 반사경 - Google Patents

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WO2015102332A1
WO2015102332A1 PCT/KR2014/012959 KR2014012959W WO2015102332A1 WO 2015102332 A1 WO2015102332 A1 WO 2015102332A1 KR 2014012959 W KR2014012959 W KR 2014012959W WO 2015102332 A1 WO2015102332 A1 WO 2015102332A1
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sunlight
reflecting
reflection
reflector
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PCT/KR2014/012959
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김승한
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㈜엔엘에스
현대산업개발(주)
한신공영(주)
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    • G02B7/1822—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors comprising means for aligning the optical axis
    • G02B7/1824—Manual alignment
    • G02B7/1825—Manual alignment made by screws, e.g. for laser mirrors

Definitions

  • the present invention relates to a natural light device, and more particularly, a plurality of reflection units made of a flat mirror that can be easily manufactured and utilize the maximum reflection efficiency so that the reflection angle is individually adjusted through the fastening member, sunlight and pixels
  • the present invention relates to a pixel mirror reflector for a natural light device capable of transmitting sunlight to enable light scattering area illumination design and free dispersion / concentration by using a characteristic relationship derived from a mirror.
  • High-rise buildings such as apartments and buildings always have sunlight on the front facing the sun (northern in the northern hemisphere), but the backside (north facing) of the building opposite to the sun is blocked by the shadow of the building itself.
  • other buildings located to the rear of the building are subject to sunshine infringement, in which sunlight is not even transmitted by the building in front.
  • modern people living in areas where windows are not installed southward or where sunshine is infringed by front buildings are very likely to suffer from modern diseases such as [sun deficient syndrome] due to lack of sunshine.
  • Such a natural light device uses a reflector or a convex mirror whose surface is formed to diffuse sunlight in order to enlarge the sunlight transmitted to the mining area.
  • the present invention is to solve the above problems, the plurality of reflective units made of a flat mirror that is easy to manufacture and to utilize the maximum reflection efficiency so that the reflection angle is individually adjusted through the fastening member, sunlight and pixel mirror It is to provide a pixel mirror reflector for a natural light device that can deliver sunlight to enable light scattering area roughness design and free dispersion / concentration by using the characteristic relations derived for.
  • the present invention is a reflector installed in the natural light reflecting light to the scanning area, the reflector, the reflector is a support plate having a predetermined area; A plurality of reflecting units provided as a plate-like flat mirror having a predetermined area and disposed to be adjacent to each other on one surface of the support plate; And at least one fastening member for fixing the plurality of reflecting units to one side of the support plate, respectively, wherein the plurality of reflecting units are individually adjusted to an initial set angle through the fastening member, and the plurality of reflections.
  • the unit provides a pixel mirror reflector for a natural light device, characterized in that the area of sunlight is enlarged and transmitted using the diffusion characteristic of sunlight.
  • the reflection unit can be obtained by the sunlight area 50 to 60 times larger than the reflection area of the reflection unit at a position spaced 80m when the size of 10cm ⁇ 10cm.
  • the sunlight area enlarged through the reflection unit may satisfy the following equation.
  • the fastening member has a predetermined length and is provided with a screw rod formed along the outer circumferential surface and a control nut fastened to one side of the screw rod and a fixed nut fastened in the middle of the length of the screw rod is disposed in contact with the rear of the reflective unit It may include.
  • a spring member may be inserted between the support plate and the reflective unit facing each other to surround the outer circumferential surface of the screw rod.
  • the reflection unit may be provided to have a circular surface, a polygonal surface or a surface shape combining them.
  • the plurality of reflection units may be individually adjusted the initial reflection angle through the adjustment of the adjustment nut.
  • the fastening member is provided in three, the three fastening members may be arranged to form a triangle.
  • a plurality of reflecting units made of a flat mirror are individually adjusted through the fastening member to reflect angles, and by using the characteristic relationship derived for sunlight and pixel mirrors, it is easy to manufacture and can utilize maximum reflection efficiency.
  • it is possible to freely set the dispersion or concentration of sunlight in the mining area there is an advantage that can increase the ease of use and reduce the initial installation cost.
  • FIG. 1 is an overall perspective view showing a pixel mirror reflector for a natural light device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram of adjusting the installation angle of the reflection unit through the adjustment nut in the pixel mirror reflector for a natural light device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is an overall perspective view showing a natural light device to which a pixel mirror reflector for a natural light device according to an embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 4 is an installation state diagram of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating a relationship between a reflection unit and a light emitting area in FIG. 4, in which a) shows scattered light and b) shows concentrated light.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a gradual increase / decrease relationship according to the distance between the reflection area of the reflection unit and the enlarged sunlight area.
  • the pixel mirror reflector 100 for a natural light device allows the plurality of reflection units 120 made of a flat mirror to individually adjust the reflection angles through the fastening member 130, and the sunlight and the pixels.
  • sunlight can be transmitted to enable the design of the lighting area roughness and the free dispersion / concentration.
  • sunlight in space is an omni-light that spreads in all directions from the sun as a light source, and the intensity of light decreases in inverse proportion to the square of the distance from the sun.
  • the sun's diameter and sun-mirror are transmitted to the mirror because sunlight coming into the mirror includes the characteristics of the size and shape of the sun (circular), so that light from many distant but circular suns is transmitted to the mirror.
  • the diffusion angle is formed by the relationship between the distances (above the earth).
  • the reflected light remains in the mirror form at a short distance immediately after being reflected from the mirror.
  • the circularly diffused reflected light naturally forms according to the circular characteristics of the sun, and the smaller the mirror, the greater the magnification of sunlight based on the same distance.
  • the present patent derives such a characteristic relationship between sunlight and pixel mirrors, and by using them, it is possible to design the illumination intensity (lux unit) and free dispersion / concentration for the light-emitting area.
  • This patent aims to solve the problem of insolation of sun protection between the front and rear buildings and the permanent shading problem behind the building by using the characteristic relationship derived from sunlight and paxel mirrors.
  • the pixel mirror reflector 100 for a natural light device is a support plate 110, a plurality of reflection units 120 and fastening members (as shown in Figs. 130).
  • the support plate 110 is provided so that one surface has a plane having a predetermined area, and the plurality of reflection units 120 are fixed to the plane.
  • the support plate 110 may be fixedly installed at one side of the natural light device 200 to reflect light from the sun and to be transmitted to another reflector or to receive light reflected from another reflector to transmit light to a desired light mining area. It is a support structure for fixing the plurality of reflective units 120 to be.
  • the plurality of reflecting units 120 are for reflecting the incoming light to a desired area by the user and transmitting the light.
  • the reflecting unit 120 is formed of a plate-shaped member having a predetermined area and provided as a flat mirror.
  • the present inventors have confirmed that the reflection area can be obtained by 50 to 60 times when the sunlight is reflected in a building about 80m away from the plane of a square plane having a size of 10cm ⁇ 10cm on a clear day.
  • a planar mirror capable of obtaining a reflection area enlarged by about 56 times is used.
  • the enlarged illuminance of the sunlight was confirmed by the reflectance and the enlargement ratio of the plane mirror as shown below.
  • Reflecting unit 120 in the present invention is provided with a rectangular flat mirror having a size of 10cm ⁇ 10cm as described above, when reflecting the sunlight to a building about 80m away is a plane mirror that can obtain a reflection area enlarged by about 56 times Use it.
  • the applicant derived a relationship between the enlarged sunlight area obtained at the scanning distance of 80m relative to the reflection area of the reflection unit 120 through various measurements by the following equation.
  • the reflective unit 120 used a square flat mirror having the same length and width.
  • the narrower the reflecting area of the reflecting unit 120 the narrower the enlarged sunlight area obtained in the mining area, and the larger the reflecting area of the reflecting unit 120, the larger the reflecting area obtained in the mining area. While it is possible to confirm that the sunlight area is wider, the narrower the reflecting area of the reflection unit 120, the larger the enlargement ratio of the sunlight area can be confirmed.
  • the reflecting unit 120 used in the present invention is not limited to a rectangular flat mirror having a size of 10 cm ⁇ 10 cm, as well as the area illustrated in Table 1, the above-described formula (2) and the reflecting unit derived from the reference Note that it can be provided with a plane mirror having an area of various sizes satisfying the gradual increase / decrease relationship according to the distance between the reflection area and the enlarged sunlight area.
  • FIG. 6 a gradual increase / decrease relationship according to the distance between the reflection area of the reflection unit and the enlarged sunlight area is shown in FIG. 6.
  • the reflecting area of the reflecting unit 120 is set in terms of a circular reflecting unit having the same area as the reflecting area of the reflecting unit regardless of the shape of the reflecting unit such as a square or a circle. This is the concept of equalizing the amount of sunlight introduced into the reflection unit.
  • Equation 2 and Table 1 are derived based on a distance of 80 meters apart, in the case of a mining area having a scanning distance of 40 meters apart, the sunlight area thereof is as shown in FIG. It can be calculated clearly using a gradual increase / decrease relationship.
  • the enlarged sunlight area can be calculated in the same manner as the method of calculating the enlarged sunlight area at the scanning distance 40 meters apart even for the scanning distance farther than the reference distance.
  • the pixel mirror type reflection unit 120 for a natural light device is disposed on one surface of the support plate 110 such that the plurality of reflection units 120 are adjacent to each other, as shown in FIG. 1.
  • the fastening member 130 is fixed to one surface of the support plate 110, respectively.
  • the fastening member 130 is provided with a predetermined length screw rod 131 along the outer circumferential surface and the adjustment nut is fastened to one side of the screw rod 131 to be disposed on the back of the support plate 110 133 and a fixing nut 132 disposed to be in contact with the rear surface of each of the reflection units 120 and fastened in the middle of the length of the screw rod 131.
  • a spring member 134 is inserted into the screw rod 131 so that one end is in contact with one surface of the support plate 110 and the other end is in contact with the rear surface of the reflection unit 120.
  • the reflection units 120 fixed to one surface of the support plate 110 through the fastening member 130 are fastened and loosened to the support plate 133.
  • the installation angles for 110 are each individually adjusted.
  • the three fastening members 130 are arranged to form a triangle, the three fastening members 130 can be adjusted appropriately to various installation angles.
  • the spring member 134 is compressed to store the elastic force, and then, when the adjusting nut 133 is released, the reflecting unit 120 is stored by the elastic force stored in the spring member 134. By pushing) in one direction, the installation angle of the reflection unit 120 is changed.
  • the pixel mirror reflector 100 for a natural light device has a plurality of reflection units 120 for adjusting the fastening member 130-more specifically, the adjustment nut 133 of the By adjusting the installation angle individually through adjustment, it is possible to disperse sunlight reflected in a desired lighting area so that the overall lighting is achieved, or intensive light can be performed in one place.
  • 120 reflective units 120 are disposed on one surface of the support plate 110. Then, the 120 reflecting units 120 are set so that the 10 reflecting units 120 each light the same area so as to light 12 total setting areas.
  • the 12 mining areas are a total of 12 glass windows installed in the building to be mined.
  • one natural light device 200 provided with a pixel mirror reflector 100 for a natural light device according to an embodiment of the present invention, all of the same sunlight is applied to various areas (windows) that are infringed by sunshine. Can be mined by sheep.
  • the reflecting unit 120 is set to transmit more light to a part of the selected part of the 12 setting areas than other setting areas. By adjusting the angle, you can easily adjust the amount of light transmitted.
  • each reflecting unit 120 individually adjusts the reflection angle through the fastening member 130 to distribute light to a desired region. Or you can perform focused mining.
  • the reflection unit 120 is shown and described as being provided with a rectangular flat mirror having a size of 10 cm ⁇ 10 cm, but is not limited thereto. Circular or polygonal surfaces and various plane shapes combining them Note that it can be provided to have.
  • Figures 3 to 5 is a natural light device 200 to which the pixel mirror reflector 100 for a natural light device according to an embodiment of the present invention is applied.
  • the natural light device 200 includes a main body, a primary reflection unit 230, and a secondary reflection unit 100.
  • the secondary reflector 100 is a pixel mirror reflector for a natural light device according to an embodiment of the present invention.
  • the main body is composed of a base portion 210 which is installed on the floor surface of the roof of the building, and a support portion 220 rotatably coupled to the upper portion of the base portion 111.
  • the main body is provided to be rotatable about a Z axis with respect to the base portion 210 to which the support 220 is fixed to the bottom surface. That is, a first motor 211 is provided at the base portion 210, and a gear box 212 connected to the first motor 211 is connected to the support portion 220 to support the support portion (eg, through the gear box). 220 is rotated with respect to the base portion 210.
  • the first motor 211 receives a signal from the control means 250 is controlled to drive. Accordingly, when the position (azimuth / altitude) of the sun changes with time, the first motor 211 is operated by the signal of the control means 250 so that the support part 220 is rotated so that the position of the sun 1 is increased.
  • the secondary reflection unit 230 is rotated so as to correspond to the position of the sun (azimuth / altitude) so that the incident angle of the sunlight entering the primary reflection unit 230 to the secondary reflection unit 100 is maintained at the same as the initial condition so that the light can be smoothly collected. To be able.
  • the support 220 has a lower side rotatably coupled to the base portion 210 and the primary reflecting portion 230 is connected to the upper side to move the primary reflecting portion 230 from the base portion 210 to the upper portion. It plays a role of supporting by separating it by a certain height.
  • the primary reflecting portion 230 is connected to the upper end of the support portion 220 to be able to rotate in the vertical direction.
  • the primary reflector 230 is configured to reflect the sunlight incident from the sun to the secondary reflector 100 by performing control corresponding to the position of the sun that changes with time.
  • the primary reflection portion 230 is provided with a plate-like flat mirror having a predetermined area, and is rotatably connected to the support portion 220. That is, the support part 220 is provided with a second motor 222 having a drive gear at an end thereof, and a driven gear meshing with the drive gear is provided with a swivel table 224 provided in the primary reflector 230. Connected. Here, the second motor 222 also receives a signal from the control means 250 is controlled to drive.
  • the driving gear is rotated by receiving the driving force from the second motor 222
  • the swivel table 224 is rotated by the engaged driven gear to rotate the primary reflector 230 to adjust the inclination. . Therefore, when the position (azimuth / altitude) of the sun changes with time, the driving motor is operated by the signal of the control means 250 to rotate the primary reflector 230 up and down to the primary reflector ( The incident angle of the sunlight entering the 230 to the secondary reflection part 100 is maintained to be the same as the initial condition so that the light can be smoothly collected.
  • the secondary reflection unit 100 is installed on the upper portion of the primary reflection unit 230 via a connection frame 240 extending from the base portion 210. Since the secondary reflector 100 is the same as the pixel mirror reflector 100 for the natural light device described above, a detailed description thereof will be omitted.
  • the natural light device 200 configured as described above may be mainly installed on the roof of the applied building 101.
  • the secondary reflection unit 100 is fixedly installed so as to be disposed above the primary reflection unit 230, the primary reflection unit 230 is a secondary reflection unit 100 disposed above the sunlight transmitted from the sun. ) Is set to reflect.
  • the plurality of reflection units 120 provided in the secondary reflector 100 may individually adjust the reflection angle through the fastening member 130 to light the shadow area S of the damaged building 102.
  • the plurality of reflection unit 120 has a plurality of shaded areas (A, B, C, D, E, F of the damage building 102, the reflection unit 120 of approximately the same number as shown in Figure 5a) , G, H, I, J, K, L may be set to share the light, respectively, and as shown in FIG. 5B, the plurality of reflection units 120 may partially cover the shadow areas A, B, C, D) may be set to concentrate light.
  • a plurality of shaded areas need to be lighted by one natural light device 200 is easy to manufacture and efficient performance It is possible to reduce the initial installation cost by mining together, and to adjust the reflection angle (or installation angle) of each reflection unit 120 through the adjustment of the adjustment nut to implement a variety of ways to light do.

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Abstract

자연채광장치용 픽셀 거울형 반사경이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 자연채광장치용 픽셀 거울형 반사경은 자연채광장치에 설치되어 유입된 광을 주사영역으로 반사하는 반사경에 있어서, 상기 반사경은 일정면적을 갖는 지지플레이트; 일정면적을 갖는 판상의 평면경으로 구비되어 상기 지지플레이트의 일면에 서로 인접하도록 배치되는 복수 개의 반사유닛; 및 상기 복수 개의 반사유닛을 상기 지지플레이트의 일측에 각각 고정하는 적어도 하나의 체결부재;를 포함하고, 상기 복수 개의 반사유닛은 상기 체결부재를 통하여 초기 설정각도가 개별적으로 조절되고, 상기 복수 개의 반사유닛은 햇빛의 확산 특성을 이용하여 햇빛면적을 확대하여 전달한다.

Description

자연채광장치용 픽셀 거울형 반사경
본 발명은 자연채광장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제작이 용이하고 최대의 반사 효율을 활용할 수 있는 평면경으로 이루어진 복수 개의 반사유닛이 체결부재를 통하여 개별적으로 반사각도가 조절되도록 하고, 햇빛과 픽셀거울에 대하여 도출된 특징관계를 이용함으로써 채광영역 조도설계 및 자유로운 분산/집중이 가능하도록 햇빛을 전달할 수 있는 자연채광장치용 픽셀 거울형 반사경에 관한 것이다.
오늘날 현대인들은 아파트, 빌딩 등과 같은 고층건물에서 생활하는 경우가 빈번하다. 이러한 아파트나 빌딩과 같은 고층건물은 태양을 마주하는 전면(북반구의 경우 남향) 측에는 항상 채광이 이루어지지만, 태양과 반대편에 위치하는 건물의 후면(북향)은 건물 자체의 그림자에 의해 햇빛이 차단되며, 그 건물의 후방에 위치한 다른 건물은 전방에 위치한 건물에 의해 전면조차도 햇빛이 전달되지 않는 일조권 침해를 겪게 된다. 이에 따라, 창문이 남향으로 설치되지 않은 공간이나 전방 건물에 의해 일조권 침해를 겪는 곳에서 생활하는 현대인들은 일조량 부족으로 [햇볕 결핍 증후군]과 같은 현대병 질환에 걸릴 확률이 대단히 높은 실정이다.
따라서 이를 해결하기 위하여, 건물옥상과 같은 높은 지역에 자연채광장치를 설치하여 일조량을 확보하기 위한 노력이 지속적으로 일어나고 있으며, 이러한 자연채광장치는 실내 일부 영역에 한정적으로 햇빛을 공급하거나, 아파트나 빌딩 같은 고층건물의 옥상에 설치되어 햇빛이 도달하지 못하는 건물의 일부 영역에 햇빛을 보상해 줄 수 있는 장치이다.
이러한 자연채광장치는 채광영역으로 전달되는 햇빛을 확대하기 위해서, 햇빛이 확산되도록 표면이 형성된 반사판을 사용하거나, 볼록거울을 사용하였다.
그러나, 햇빛이 확산되도록 표면이 형성된 반사판을 사용하는 경우에는 햇빛이 반사되는 과정에서 채광영역 이외의 영역으로도 햇빛이 흐트러져 반사되므로 채광효율이 크게 떨어지는 문제점이 있었다. 그리고, 볼록거울을 사용하는 경우에는 자연채광장치와 채광영역과의 거리 및 확대율에 따라 맞춤제작된 별도의 금형이 필요하게 되는 문제점이 있었다. 또한, 공통적으로 채광영역에 대한 햇빛의 분산 또는 집중을 자유롭게 설정할 수 없다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 제작이 용이하고 최대의 반사 효율을 활용할 수 있는 평면경으로 이루어진 복수 개의 반사유닛이 체결부재를 통하여 개별적으로 반사각도가 조절되도록 하고, 햇빛과 픽셀거울에 대하여 도출된 특징관계를 이용함으로써 채광영역 조도설계 및 자유로운 분산/집중이 가능하도록 햇빛을 전달할 수 있는 자연채광장치용 픽셀 거울형 반사경을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 자연채광장치에 설치되어 유입된 광을 주사영역으로 반사하는 반사경에 있어서, 상기 반사경은 일정면적을 갖는 지지플레이트; 일정면적을 갖는 판상의 평면경으로 구비되어 상기 지지플레이트의 일면에 서로 인접하도록 배치되는 복수 개의 반사유닛; 및 상기 복수 개의 반사유닛을 상기 지지플레이트의 일측에 각각 고정하는 적어도 하나의 체결부재;를 포함하고, 상기 복수 개의 반사유닛은 상기 체결부재를 통하여 초기 설정각도가 개별적으로 조절되고, 상기 복수 개의 반사유닛은 햇빛의 확산 특성을 이용하여 햇빛면적을 확대하여 전달하는 것을 특징으로 하는 자연채광장치용 픽셀 거울형 반사경을 제공한다.
바람직하게는, 상기 반사유닛은 10cm×10cm의 크기일 때 80m 이격된 위치에서 상기 반사유닛의 반사면적보다 50~60배 확대된 햇빛면적이 획득될 수 있다.
바람직하게는, 상기 반사유닛을 통해 확대된 햇빛면적은 하기의 식을 만족할 수 있다.
확대된 햇빛 면적(㎠) = 7.7*반사유닛의 반사면적(㎠)+4900(㎠)
바람직하게는, 상기 체결부재는 일정길이를 갖추고 외주면을 따라 나사부가 형성된 나사봉과 상기 나사봉의 일측에 체결되는 조절너트 및 상기 반사유닛의 후면에 접하도록 배치되어 상기 나사봉의 길이중간에 체결되는 고정너트를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 서로 마주하는 지지플레이트와 반사유닛 사이에는 상기 나사봉의 외주면을 감싸도록 스프링부재가 삽입배치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 반사유닛은 원형면이나 다각면 또는 이들을 조합한 면형상을 갖도록 구비될 수 있다.
바람직하게는, 상기 복수 개의 반사유닛은 상기 조절너트의 조절을 통하여 초기 반사각도가 개별적으로 조절될 수 있다.
바람직하게는, 상기 체결부재는 3개로 구비되고, 상기 3개의 체결부재는 삼각형을 이루도록 배치될 수 있다.
본 발명에 의하면, 평면경으로 이루어진 복수 개의 반사유닛이 체결부재를 통하여 개별적으로 반사각도가 조절되도록 하고, 햇빛과 픽셀거울에 대하여 도출된 특징관계를 이용함으로써 제작이 용이하고 최대의 반사 효율을 활용할 수 있으며, 채광영역에 햇빛의 분산 또는 집중을 자유롭게 설정할 수 있게 되므로 사용편의성을 증대시키고 초기설치비용을 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자연채광장치용 픽셀 거울형 반사경을 나타낸 전체사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자연채광장치용 픽셀 거울형 반사경에서 조절너트를 통한 반사유닛의 설치각도를 조절하는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 자연채광장치용 픽셀 거울형 반사경이 적용된 자연채광장치를 나타낸 전체사시도이다.
도 4는 도 3의 설치상태도이다.
도 5는 도 4에서 반사유닛과 채광영역과의 관계를 나타낸 개념도로써, a)는 분산채광을 하는 경우이고, b)는 집중채광을 하는 경우이다.
도 6은 반사유닛의 반사면적과 확대된 햇빛 면적의 거리에 따른 점진적 증/감 관계를 설명하기 위한 개략도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.
이하에서, 발명의 이해를 돕기 위해 도면부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면에 표시되었다 하더라도 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 자연채광장치용 픽셀 거울형 반사경(100)은 평면경으로 이루어진 복수 개의 반사유닛(120)이 체결부재(130)를 통하여 개별적으로 반사각도가 조절되도록 하고, 햇빛과 픽셀거울에 대하여 도출된 특징관계를 이용함으로써 채광영역 조도설계 및 자유로운 분산/집중이 가능하도록 햇빛을 전달할 수 있다.
통상적으로 우주 공간에서의 햇빛은 광원인 태양으로부터 사방으로 퍼지는 Omni-Light로서, 태양으로부터의 거리의 제곱에 반비례하여 빛의 세기가 약해진다.
그러나, 태양과 지구 사이의 거리는 워낙 먼 거리이므로 지구상에서는 서로 다른 두 지점의 거리 차가 무시될 수 있고, 따라서, 지구상에서 서로 다른 두 지점으로 들어오는 태양광은 퍼지지 않고 서로 평행하게 직진만 하는 이상적인 Spot-Light로 취급될 수도 있다.
하지만, 거울로 들어오는 햇빛은 태양의 크기와 형태(원형)의 특성을 포함하고 있는 것이므로, 멀리 떨어져 있으나 원형인 태양의 수많은 점에서 오는 빛이 거울로 전달되는 것이기 때문에, 태양의 지름과 태양-거울(지구 위)간 거리의 관계에 의한 확산 각도를 형성하게 된다.
이에 더하여, 지구상으로 유입되는 태양광은 지구의 대기권을 진입하면서 대기권에 존재하는 여러 입자들과 충돌함으로써 자연스럽게 퍼지는 산란 특성까지 함께 갖게 되기 때문에, 거울에서 반사된 직후의 근거리에서는 반사광이 거울의 형태를 그대로 나타내지만, 거리가 멀어지면 태양의 원형 특성에 따라 자연스럽게 원형의 확산된 반사광 형태를 갖게 되며, 거울이 작을수록 같은 거리를 기준으로 햇빛의 확대율이 현격히 증가하는 특성을 파악하였다.
본 특허는, 이러한 햇빛과 픽셀거울의 특징관계를 도출하고, 이를 이용함으로써 채광영역에 대한 조도(lux 단위)설계 및 자유로운 분산/집중이 가능하게 된다.
즉, 평면경으로 가까운 거리에 있는 벽면에 햇빛을 반사시키면, 상기 벽면에는 상기 평면거울의 반사면적과 거의 동일한 크기의 반사면적이 획득된다. 그러나, 상기 평면경으로 먼 거리에 있는 벽면에 동일하게 햇빛을 반사시키면, 먼 거리에 있는 벽면에 반사되는 햇빛은 크게 확대된다. 이는, 상술한 햇빛의 확산특성에 따른 것이다.
본 특허에서는 이와 같은 햇빛과 팍셀거울에 대하여 도출된 특징관계를 이용함으로써 앞/뒤 건물 사이의 일조권 침해문제 및 건물 뒤편의 영구음영 문제를 해결하고자 한다.
이를 위해, 본 발명의 일실시예에 따른 자연채광장치용 픽셀 거울형 반사경(100)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 지지플레이트(110), 복수 개의 반사유닛(120) 및 체결부재(130)를 포함한다.
상기 지지플레이트(110)는 일면이 일정면적을 갖는 평면을 갖도록 구비되며, 상기 복수 개의 반사유닛(120)이 상기 평면에 고정된다. 이러한 지지플레이트(110)는 자연채광장치(200)의 일측에 고정설치되어 태양으로부터 유입되는 광을 반사시켜 또 다른 반사판으로 전달하거나 다른 반사판으로부터 반사된 빛을 유입하여 원하는 채광영역 측으로 빛을 전달할 수 있도록 상기 복수 개의 반사유닛(120)을 고정하기 위한 지지구조물이다.
상기 복수 개의 반사유닛(120)은 유입된 광을 사용자가 원하는 영역으로 반사시켜 전달하기 위한 것으로, 일정면적을 갖는 판상의 부재로 이루어지며 평면경으로 구비된다.
한편, 본 출원인은 실험을 통하여 맑은 날 10cm×10cm의 크기를 갖는 사각형상의 평면경으로 햇빛을 약 80m 떨어진 건물에 비추어보면 50~60배로 확대된 반사면적을 얻을 수 있다는 것을 확인하였다. 바람직하게는 약 56배로 확대된 반사면적을 얻을 수 있는 평면경을 사용하도록 한다. 이때, 상기 확대된 햇빛의 조도는 아래식과 같이 평면경의 반사율과 확대비율에 의해 결정되는 것을 확인할 수 있었다.
수학식 1
Figure PCTKR2014012959-appb-M000001
본 발명에서의 반사유닛(120)은 상술한 바와 같이 10cm×10cm의 크기를 갖는 사각형상의 평면경으로 구비되어 햇빛을 약 80m 떨어진 건물에 반사시킬 때 약 56배로 확대된 반사면적을 얻을 수 있는 평면경을 사용하도록 한다.
더불어, 본 출원인은 다양한 측정을 통하여 반사유닛(120)의 반사면적 대비 주사거리 80m에서 획득되는 확대된 햇빛면적의 관계를 아래의 식으로 도출하였다.
여기서, 상기 반사유닛(120)은 가로 및 세로의 길이가 동일한 정사각형상의 평면경을 사용하였다.
수학식 2
Figure PCTKR2014012959-appb-M000002
표 1 주사거리 80m일 때, 반사유닛의 반사면적과 채광영역으로 전달되어 확대된 햇빛 면적
반사유닛의 반사면적(㎠) 확대된 햇빛 면적(㎠) 확대율
784 10936 14배
441 8992 19배
191 5945 32배
100 5670 56배
49 5281 108배
상기 표 1을 통해 확인할 수 있듯이 반사유닛(120)의 반사면적이 좁을수록 채광영역에서 획득되는 확대된 햇빛 면적은 좁아지고, 반사유닛(120)의 반사면적이 넓을수록 채광영역에서 획득되는 확대된 햇빛 면적은 넓어지는 것을 확인할 수 있는 반면, 반사유닛(120)의 반사면적이 좁을수록 햇빛면적의 확대율은 더욱 커지는 것도 함께 확인할 수 있다.
이는, 반사유닛(120)의 반사면적이 좁을수록 채광영역으로 전달되는 빛의 확대율은 상대적으로 커지나 전달되는 햇빛의 조도는 더 낮아진다는 것을 의미한다. 따라서, 실제 설치 시에는 본 발명의 반사경과 채광영역 사이의 주사거리 및 원하는 확대율에 따라, 상기 수학식 2 및 이를 기준으로 도출되는 반사유닛의 반사면적과 확대된 햇빛 면적의 거리에 따른 점진적 증/감 관계(도 6 참조)를 고려하여 적절한 반사면적을 갖는 반사유닛(120)이 다양하게 사용될 수 있음을 밝혀둔다.
더불어, 본 발명에 사용되는 반사유닛(120)은 10cm×10cm의 크기를 갖는 사각형상의 평면경으로 한정하는 것은 아니며, 표 1에 예시된 면적뿐만 아니라 상기의 수학식 2 및 이를 기준으로 도출되는 반사유닛의 반사면적과 확대된 햇빛 면적의 거리에 따른 점진적 증/감 관계를 만족하는 다양한 크기의 면적을 갖는 평면경으로 구비될 수 있음을 밝혀둔다.
일례로써, 반사유닛의 반사면적과 확대된 햇빛 면적의 거리에 따른 점진적 증/감 관계가 도 6에 도시되어 있다.
여기서, 반사유닛(120)의 반사면적은 사각형 또는 원형과 같은 반사유닛의 형상과 상관없이 반사유닛의 반사면적과 동일한 면적을 갖는 원형의 반사유닛으로 환산하여 설정한다. 이는 반사유닛으로 유입된 햇빛의 양을 동일화시키는 개념이다.
이때, 본 발명의 특허에서는 수학식 2 및 표 1이 80미터 이격된 거리를 기준으로 도출되었으므로, 만약 40미터 이격된 주사거리를 갖는 채광영역의 경우 그에 대한 햇빛 면적은 도 6에서의 그림과 같이 점진적 증/감 관계를 이용하여 명확하게 산출할 수 있다.
물론, 기준거리보다 더 먼 주사거리에 대해서도 40미터 이격된 주사거리에서확대된 햇빛 면적을 산출하는 방식과 동일한 방법으로, 확대된 햇빛면적을 산출할 수 있게 된다. 아울러, 확대비율로 반사유닛에서의 햇빛조도를 나누게 되면 해당영역에서의 채광조도 역시 산출할 수 있게 되고, 각 반사유닛별로 확대된 햇빛을 반사유닛의 각도를 세부적으로 조정하여 집중하거나 분산함으로써 채광영역에 대한 조도설계가 가능하게 된다.
본 발명의 일실시예에 따른 자연채광장치용 픽셀 거울형 반사유닛(120)은 도 1에 도시된 바와 같이 복수 개의 반사유닛(120)이 서로 인접하도록 상기 지지플레이트(110)의 일면에 배치되며 상기 체결부재(130)를 매개로 상기 지지플레이트(110)의 일면에 각각 고정된다.
여기서, 상기 체결부재(130)는 일정길이를 갖추고 외주면을 따라 나사부가 형성된 나사봉(131)과, 상기 지지플레이트(110)의 후면에 배치되도록 상기 나사봉(131)의 일측에 체결되는 조절너트(133) 및 상기 각각의 반사유닛(120)의 후면에 접하도록 배치되어 상기 나사봉(131)의 길이중간에 체결되는 고정너트(132)를 포함한다.
그리고, 상기 나사봉(131)에는 일단이 상기 지지플레이트(110)의 일면에 접하고 타단이 상기 반사유닛(120)의 후면에 접하도록 스프링부재(134)가 삽입설치된다.
이때, 상기 각각의 반사유닛(120)을 고정하는 체결부재(130)는 3개로 구비되고, 상기 3개의 체결부재(130)는 삼각형을 이루도록 배치된다.
이에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 지지플레이트(110)의 일면에 체결부재(130)를 통하여 각각 고정된 반사유닛(120)은 상기 조절너트(133)의 조임과 풀림을 통하여 상기 지지플레이트(110)에 대한 설치각도가 각각 개별적으로 조절된다. 그리고, 상기 3개의 체결부재(130)가 삼각형을 이루도록 배치됨으로써 3개의 체결부재(130)를 적절하게 조절하여 다양한 설치각도로 조정할 수 있게 된다. 여기서, 상기 조절너트(133)를 조이게 되면 상기 스프링부재(134)는 압축되어 탄성력을 저장한 후 상기 조절너트(133)를 풀게 되면 상기 스프링부재(134)에 저장된 탄성력에 의해 상기 반사유닛(120)을 일방향으로 밀게됨으로써 반사유닛(120)의 설치각도가 변경되게 된다.
이로 인해, 본 발명의 일실시예에 따른 자연채광장치용 픽셀 거울형 반사경(100)은 복수 개의 반사유닛(120)이 상기 체결부재(130)의 조절-더욱, 자세하게는 조절너트(133)의 조절을 통하여 개별적으로 설치각도가 조절됨으로써 원하는 채광영역에 반사된 햇빛을 분산하여 전체적인 채광이 이루어지도록 할 수도 있고, 한 곳에 집중적인 채광을 수행할 수도 있다.
구체적으로 설명하면, 일례로 상기 지지플레이트(110)의 일면에 120개의 반사유닛(120)이 배치되도록 한다. 그리고, 120개의 반사유닛(120)을 10개씩의 반사유닛(120)이 동일한 영역을 채광하도록 설정하여 총 12개의 설정영역을 채광하도록 설정한다. 여기서, 상기 12개의 채광영역은 채광하고자 하는 건물에 설치된 총 12개의 유리창이 된다.
이에 따라, 본 발명의 일실시예에 따른 자연채광장치용 픽셀 거울형 반사경(100)이 구비된 하나의 자연채광장치(200)를 사용하여 일조권 침해를 받는 여러 영역(창문)에 모두 동일한 햇빛의 양으로 채광할 수 있게 된다.
한편, 상기 12개의 설정영역 중 일부영역에 집중채광을 수행하고자 하는 경우에는 상기 12개의 설정영역 중 선택된 일부의 설정영역에 다른 설정영역보다 더 많은 수의 반사유닛(120)이 빛을 전달하도록 설정각도를 조정함으로써 간편하게 전달되는 빛의 양을 조절할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 자연채광장치용 픽셀 거울형 반사경(100)은 각각의 반사유닛(120)이 체결부재(130)를 통하여 반사각도가 개별적으로 조절됨으로써 원하는 영역에 분산 채광을 하거나 집중 채광을 수행할 수 있게 된다.
여기서, 도면과 설명에는 상기 각각의 반사유닛(120)이 10cm×10cm의 크기를 갖는 사각형상의 평면경으로 구비되는 것으로 도시하고 설명하였지만, 이에 한정하는 것은 아니며 원형 또는 다각면 및 이들을 조합한 다양한 면형상을 갖도록 구비될 수 있음을 밝혀둔다.
한편, 도 3 내지 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 자연채광장치용 픽셀 거울형 반사경(100)이 적용된 자연채광장치(200)이다.
이러한 자연채광장치(200)는 본체, 1차반사부(230) 및 2차반사부(100)를 포함한다. 여기서, 상기 2차반사부(100)는 본 발명의 일실시예에 따른 자연채광장치용 픽셀 거울형 반사경이다.
상기 본체는 건물 옥상의 바닥면에 설치되는 베이스부(210)와, 상기 베이스부(111)의 상부에 회전가능하게 결합되는 지지부(220)로 구성된다.
상기 본체는 상기 지지부(220)가 바닥면에 고정되는 베이스부(210)에 대해서 Z축을 중심축으로 회전가능하게 구비된다. 즉, 상기 베이스부(210)에 제1모터(211)가 구비되고, 상기 제1모터(211)와 연결된 기어박스(212)가 상기 지지부(220)에 연결되어 상기 기어박스를 통해 상기 지지부(220)가 베이스부(210)에 대해서 회전되도록 한다.
이때, 상기 제1모터(211)는 제어수단(250)으로부터 신호를 받아 구동이 제어된다. 이에 따라, 시간에 따라 태양의 위치(방위각/고도)가 변하게 되면 상기 제어수단(250)의 신호에 의해 상기 제1모터(211)가 작동되어 상기 지지부(220)가 회전됨으로써 상부에 위치된 1차반사부(230)가 태양의 위치(방위각/고도)에 대응되도록 회전되어 상기 1차반사부(230)로 들어오는 태양광의 2차반사부(100)로의 입사각이 초기 조건과 동일하게 유지되어 원활하게 집광될 수 있도록 한다.
상기 지지부(220)는 하부측이 상기 베이스부(210)에 회전가능하게 결합되고 상부측에 상기 1차반사부(230)가 연결되어 상기 1차반사부(230)를 베이스부(210)로부터 상부로 일정높이 이격시켜 지지하는 역할을 한다. 이때, 상기 지지부(220)의 상부단에는 상기 1차반사부(230)가 상하 방향으로 회동이 가능하도록 연결된다.
상기 1차반사부(230)는 시간에 따라 변화되는 태양의 위치에 대응하는 제어를 수행하여 태양으로부터 입사되는 태양광을 상기 2차반사부(100) 측으로 반사시키기 위한 것이다.
이러한 1차반사부(230)는 일정면적을 갖는 판상의 평면경으로 구비되며, 상기 지지부(220)에 대하여 회전가능하게 연결된다. 즉, 상기 지지부(220)에는 단부에 구동기어가 구비된 제2모터(222)가 구비되고, 상기 구동기어와 서로 맞물리는 피동기어가 상기 1차반사부(230)에 구비된 회전대(224)와 연결된다. 여기서, 상기 제2모터(222) 역시 상기 제어수단(250)으로부터 신호를 받아 구동이 제어된다.
이에 따라, 상기 제2모터(222)로부터 구동력을 전달받아 상기 구동기어가 회전되게 되면 맞물려 있는 피동기어에 의해 상기 회전대(224)가 회전됨으로써 상기 1차반사부(230)가 회동되어 경사도가 조절된다. 이로 인해, 시간에 따라 태양의 위치(방위각/고도)가 변하게 되면 상기 제어수단(250)의 신호에 의해 상기 구동모터가 작동되어 1차반사부(230)를 상하로 회동시켜줌으로써 상기 1차반사부(230)로 들어오는 태양광의 2차반사부(100)로의 입사각이 초기 조건과 동일하게 유지되어 원활하게 집광되게 된다.
상기 2차반사부(100)는 상기 베이스부(210)로부터 연장되는 연결프레임(240)을 매개로 상기 1차반사부(230)의 상부에 설치된다. 이와 같은 2차반사부(100)는 상술한 자연채광장치용 픽셀 거울형 반사경(100)과 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이와 같이 구성된 자연채광장치(200)는 주로 가해건물(101)의 옥상에 설치될 수 있다. 이때, 상기 2차반사부(100)는 상기 1차반사부(230)의 상부에 배치되도록 고정설치되며, 상기 1차반사부(230)는 태양으로부터 전달된 태양광을 상부에 배치된 2차반사부(100)로 반사하도록 설정되어 있다. 그리고, 상기 2차반사부(100)에 구비되는 복수 개의 반사유닛(120)은 피해건물(102)의 음영지역(S)을 채광하도록 체결부재(130)를 통해 반사각도가 개별적으로 조절되어 있다.
이때, 상기 복수 개의 반사유닛(120)은 도 5a에 도시된 바와 같이 대략 동일한 숫자의 반사유닛(120)이 피해건물(102)의 복수 개의 음영영역(A,B,C,D,E,F,G,H,I,J,K,L)을 각각 분담하여 채광할 수 있도록 설정될 수도 있고, 도 5b에 도시된 바와 같이 복수 개의 반사유닛(120)이 음영영역 중 일부(A,B,C,D)를 집중적으로 채광하도록 설정될 수도 있다.
이로 인해, 본 발명의 일실시예에 따른 자연채광장치용 픽셀 거울형 반사경(100)을 적용하게 되면, 제작이 용이하고 성능이 효율적인 한 대의 자연채광장치(200)로 채광이 필요한 다수의 음영영역을 함께 채광할 수 있음으로써 초기 설치비를 획기적으로 줄일 수 있으며, 조절너트의 조절을 통해 각각의 반사유닛(120)의 반사각도(또는 설치각도)를 개별적으로 조절함으로써 다양한 방식의 채광을 구현할 수 있게 된다.
상기에서 본 발명의 특정 실시예와 관련하여 도면을 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명을 이와 같은 특정 구조에 한정하는 것은 아니다. 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상을 벗어나지 않고서도 용이하게 수정 또는 변경할 수 있을 것이다. 그러나, 이러한 단순한 설계변형 또는 수정을 통한 등가물, 변형물 및 교체물은 모두 명백하게 본 발명의 권리범위 내에 속함을 미리 밝혀둔다.

Claims (8)

  1. 자연채광장치에 설치되어 유입된 광을 주사영역으로 반사하는 반사경에 있어서,
    상기 반사경은 일정면적을 갖는 지지플레이트;
    일정면적을 갖는 판상의 평면경으로 구비되어 상기 지지플레이트의 일면에 서로 인접하도록 배치되는 복수 개의 반사유닛; 및
    상기 복수 개의 반사유닛을 상기 지지플레이트의 일측에 각각 고정하는 적어도 하나의 체결부재;를 포함하고,
    상기 복수 개의 반사유닛은 상기 체결부재를 통하여 초기 설정각도가 개별적으로 조절되고,
    상기 복수 개의 반사유닛은 햇빛의 확산 특성을 이용하여 햇빛면적을 확대하여 전달하는 것을 특징으로 하는 자연채광장치용 픽셀 거울형 반사경.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 반사유닛은 10cm×10cm의 크기일 때 80m 이격된 위치에서 상기 반사유닛의 반사면적보다 56배 확대된 햇빛면적이 획득되는 것을 특징으로 하는 자연채광장치용 픽셀 거울형 반사경.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 반사유닛을 통해 확대된 햇빛면적은 하기의 식 및 이를 기준으로 도출되는 반사유닛의 반사면적과 확대된 햇빛 면적의 거리에 따른 점진적 증/감관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 자연채광장치용 픽셀 거울형 반사경.
    확대된 햇빛 면적(㎠) = 7.7*반사유닛의 반사면적(㎠)+4900(㎠)
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 체결부재는 일정길이를 갖추고 외주면을 따라 나사부가 형성된 나사봉과 상기 나사봉의 일측에 체결되는 조절너트 및 상기 반사유닛의 후면에 접하도록 배치되어 상기 나사봉의 길이중간에 체결되는 고정너트를 포함하는 것을 특징으로 하는 자연채광장치용 픽셀 거울형 반사경.
  5. 제 4항에 있어서,
    서로 마주하는 지지플레이트와 반사유닛 사이에는 상기 나사봉의 외주면을 감싸도록 스프링부재가 삽입배치되는 것을 특징으로 하는 자연채광장치용 픽셀 거울형 반사경.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 반사유닛은 원형면이나 다각면 또는 이들을 조합한 면형상을 갖도록 구비되는 것을 특징으로 하는 자연채광장치용 픽셀 거울형 반사경.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 복수 개의 반사유닛은 상기 조절너트의 조절을 통하여 초기 반사각도가 개별적으로 조절되는 것을 특징으로 하는 자연채광장치용 픽셀 거울형 반사경.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 체결부재는 3개로 구비되고, 상기 3개의 체결부재는 삼각형을 이루도록 배치되는 것을 특징으로 하는 자연채광장치용 픽셀 거울형 반사경.
PCT/KR2014/012959 2013-12-30 2014-12-29 자연채광장치용 픽셀 거울형 반사경 WO2015102332A1 (ko)

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