제1장 서론 = 1
1. 연구의 필요성 = 1
2. 연구의 목표 = 3
3. 연구의 내용 및 범위 = 3
제2장 특수집광기를 활용한 자연채광장치 = 6
1. 특수집광기를 활용한 자연채광장치의 정의 = 6
1-1. 추미·채광부(追尾·採光部) = 8
1-2. 전송부(傳送部) = 9
1-3. 조사부(照射部) = 11
2. 특수집광기를 활용한 자연채광장치의 종류와 특징 = 12
2-1. 반사거울방식 = 12
2-2. 프리즘(광 파이프) 방식 = 13
2-3. 프리즘·거울 병용방식 = 15
2-4. 렌즈·광섬유방식 = 16
3. 자연채광장치의 자동제어시스템 = 17
3-1. 태양추적시스템에 따른 자연채광장치 분류 = 17
3-1-1. 채광부 구동축 수에 따른 분류 = 18
3-1-2. 채광부 구동축의 배열방식에 따른 분류 = 18
3-1-3. 태양추적신호의 생성 방식에 따른 분류 = 19
3-1-4. 전송부의 구조에 따른 분류 = 24
3-2. 자동제어시스템의 개발 방향 = 27
3-2-1. 태양추적시스템 = 28
3-2-2. 조명제어시스템 = 30
제3장 국외 특수집광기를 활용한 자연채광장치의 개발현황 = 31
1. 유럽의 개발현황 = 31
1-1. Solar Mirror System, Austria = 32
1-2. Solartube System, Austria = 34
1-3. Sunstar and Sunpipe System = 35
1-4. 헬리오스타트 시스템(Heliostat System) = 36
1-4-1. Solar Ⅱ Heliostat = 36
1-4-2. Power Tower System = 37
1-4-3. Parabolic Trough System = 38
1-4-4. Dish System = 38
1-4-5. Point-focus & Line-focus Parabolic System = 38
1-4-6. Heliobus System = 39
2. 일본의 개발현황 = 40
2-1. 네츄라이트(natulite), TECNET = 41
2-2. 자연채광시스템, 마츠시타전공(松下電工) = 43
2-3. 솔라이트(solite), 산요전기(三洋電機) = 44
2-4. 솔라리스(solaris), 료코(菱晃) = 46
2-5. 솔라리스(solaris), 후지타(富田) = 47
2-6. 히마와리(Himawari), 라포레 엔지니어링 = 48
제4장 건축유형별 특수집광기를 활용한 자연채광장치의 적용 = 53
1. 주택시설 = 53
1-1. 단독주택 = 53
1-1-1. 오오미야(大宮)시 주택, 일본 = 53
1-1-2. 요코하마(橫浜)시 주택, 일본 = 54
1-1-3. 동경도(東京都) 주택 Ⅰ, 일본 = 55
1-1-4. 나가노(長野)현 주택, 일본 = 55
1-1-5. Solartube System, Austria = 56
1-1-6. Sunstar, German & Sunpipe System, England = 57
1-1-7. 동경도(東京都) 주택 Ⅱ, 일본 = 58
1-1-8. 동경도(東京都) 주택 Ⅲ, 일본 = 58
1-2. 공동주택 = 59
1-2-1. 소가(草加)시 공동주택, 일본 = 59
1-2-2. 오오사카(大阪)시 공동주택 Ⅰ, 일본 = 60
1-2-3. 오오사카(大阪)시 공동주택 Ⅱ, 일본 = 60
1-2-4. Solar Mirror System, Austria = 61
1-2-5. 요코츠카(橫須)시 공동주택 = 62
1-2-6. 동경도(東京都) 공동주택, 일본 = 63
2. 업무시설 = 64
2-1. 상업용 건물 = 64
2-1-1. 센트럴 시티(Central City), 서울 = 65
2-1-2. Hong Kong & Sanghai Bank, Hong Kong = 66
2-1-3. JR 동일본·동경전력구(東京電力區) 사무소, 일본 = 67
2-1-4. 후나바시(船橋)시 사무소, 일본 = 68
2-1-5. Central United Methodist Church, Wisconsin = 68
2-1-6. Atlanta Marriott Marquis, Georgia = 70
2-1-7. Hyatt Regency Embarcadero Hotel, San Francisco = 71
2-1-8. 관서전력(關西電力) 신소네쟈키(新曾根崎) 변전소, 일본 = 72
2-2. 공공건물 = 73
2-2-1. 삼성 의료원, 서울 = 73
2-2-2. 용산 전쟁기념관, 서울 = 74
2-2-3. Heliobus System, 스위스 = 76
2-2-4. 상지(上智)대학교 紀尾井坂 빌딩, 일본 = 77
2-2-5. 동경(東京)도 전문학교, 일본 = 78
2-2-6. 게이오대학 쇼우난후지사와 캠퍼스 대학원 연구소, 일본 = 79
2-2-7. 요코하마(橫浜)시 노유자시설, 일본 = 79
2-2-8. 동경 아다치 병원, 일본 = 80
2-2-9. 春日井市民病院, 일본 = 80
2-2-10. 후쿠이현립(福井縣立) 아동박물관, 일본 = 81
3. 생산 및 기타시설 = 83
3-1-1. 군마(群馬)현 냉동공장, 일본 = 83
3-1-2. 영지버섯 재배공장, 일본 = 83
3-1-3. 東北電力女川原子力發電所, 일본 = 84
3-1-4. 오카야마(岡山)현 심볼타워와 지하광장, 일본 = 85
3-1-5. 동경 외곽순환도로 지하주차장, 일본 = 85
3-1-6. 코쇼쿠(更植)시 인터체인지 지하보도, 일본 = 86
3-1-7. 미야지마구치(宮島口)역 지하보도, 일본 = 86
3-1-8. 하마마츠(浜松)역 지하주차장, 일본 = 87
4. 건축유형별 적용방법 = 88
제5장 시뮬레이션을 통한 자연채광장치의 성능평가 = 92
1. 성능평가 방법의 고찰 = 92
1-1. 컴퓨터 시뮬레이션을 이용한 평가 = 92
1-2. 모형실험을 이용한 평가 = 98
1-3. 국내·외 조도기준 = 100
2. 자연채광의 정밀 성능평가 방법 = 103
2-1. 자연채광 간이계산 방법 및 알고리즘의 종류 = 103
2-2. 정밀계산에 의한 실내조도 수준의 예측방법 = 105
2-3. 광선추적 방식(Ray Tracing 방식) = 107
2-4. 복사열해석 방식(Radiosity 방식) = 109
2-5. 두 정밀 해석방식의 종합고찰 및 소결 = 111
3. 광덕트 시스템 성능평가 시뮬레이션 = 113
3-1. 시뮬레이션 개요 = 113
3-2. 시뮬레이션 결과 = 116
3-3. 소결 = 159
4. 태양추적 반사거울 시스템 성능시뮬레이션 = 161
4-1. 서론 = 161
4-1-1. 개요 = 161
4-1-2. 컴퓨터 모델 적용 해석방법 = 161
4-2. 해석 모델 = 163
4-2-1. 몬테카를로 방법 = 163
4-2-2. 광선 추적기법(Ray-tracing Technique) = 168
4-2-3. 외부 직달 조도의 계산 = 171
4-2-4. 컴퓨터 모델 = 173
4-3. 시스템 형태 = 181
4-3-1. 건축물 및 창문 유리 = 181
4-3-2. 1차미러(반사경) = 181
4-3-3. 2차 미러(반사경) = 181
4-4. 결과 및 고찰 = 183
제6장 태양추적시스템 설계 및 제작 = 191
1. 태양 위치 계산 = 191
1-1. 태양 고도각 및 방위각 계산 = 191
1-2. 태양 위치 계산식의 정확성 = 200
2. 프로그램식 태양추적시스템 = 204
2-1. 태양추적제어기의 기본 구조 = 204
2-2. 태양추적제어기의 Hardware 구성 = 205
2-2-1. 제어기 Block Diagram = 205
2-2-2. Memory Map = 206
2-2-3. System Digital I／O = 207
2-2-4. Stepping Motor 및 Drive = 211
2-2-5. Real Time Clock(RTC) = 214
2-2-6. 기타 Hardware = 216
2-2-7. 회로도 = 217
2-3. 태양추적제어기의 Software 구성 = 221
2-3-1. Main Software의 구조 = 222
2-3-2. 수동 운전 Software의 구조 = 223
2-3-3. 자동 운전 Software의 구조 = 224
2-4. 태양추적시스템 Mock Up Model = 225
3. 센서식 태양추적시스템 = 227
3-1. 태양추적제어기의 기본 구조 = 227
3-2. 태양센서 = 228
3-3. 태양추적제어기의 Hardware 구성 = 232
3-3-1. 제어기 Block Diagram = 232
3-3-2. Memory Map = 234
3-3-3. System Digital I／O = 234
3-3-4. DC Motor 및 DC Motor Drive = 236
3-3-5. OP Amp 및 A／D Board = 238
3-3-6. 기타 Hardware = 239
3-3-7. 회로도 = 239
3-4. 태양추적제어기의 Software 구성 = 245
3-4-1. Main Software의 구조 = 245
3-4-2. 수동 운전 Software의 구조 = 247
3-4-3. 자동 운전 Software의 구조 = 247
3-5. 태양추적시스템 Mock up Model = 249
4. 통합 제어 시스템 = 251
4-1. Master 제어 기능 = 252
4-2. 조명 제어 기능 = 253
4-3. 회로도 = 254
제7장 특수집광기를 활용한 자연채광장치 설계 및 제작 = 257
1. 자연 채광장치의 반사경 = 257
1-1. 태양 추적 시스템 = 257
1-2. 반사경(Reflector) 재질 = 258
1-2-1. Back-Surface Silvered Glass = 258
1-2-2. Front surface coated reflector(glass를 substrate로 사용 경우) = 259
1-2-3. Front surface coated reflector(metal를 substrate로 사용 경우) = 259
1-2-4. Plastic film = 260
1-2-5. Polished metal = 260
1-3. 측정 결과 및 분석 - Back & Front Silver Glass = 261
2. 광덕트 자연채광 시스템의 설계 및 제작 = 265
2-1. 채광부의 설계 = 265
2-1-1. 채광부의 집광장치 = 265
2-1-2. 채광부 및 도광부 내면의 반사면 = 265
2-2. 방광부의 설계 및 제작 = 266
2-2-1. 방광부 = 266
2-2-2. 인공조명에 의한 보상제어 장치 = 267
2-3. 제작 품목 및 방법 = 267
2-3-1. 요소 제작 품목 = 267
2-4. 고정형 자연채광장치 제작 및 설치 = 268
3. 반사거울 자연채광 시스템의 설계 및 제작 = 270
3-1. 시스템 설계 사양 = 270
3-2. 반사거울 시스템 제작 도면 = 272
3-3. 반사거울 시스템 제작 = 279
3-3-1. 채광 돔과 베이스제작 = 279
3-3-2. 구동기구 제작 = 282
3-3-3. 반사판 제작 = 283
3-3-4. 집광장치 설치 = 284
3-3-5. 가대 설치 = 284
제8장 특수집광기를 활용한 자연채광장치의 성능실험 및 평가 = 287
1. 기존 광덕트 시스템의 성능실험 및 평가 = 287
1-1. 실험장치 및 방법 = 287
1-2. 실험결과 분석 = 290
2. 광덕트 시스템(1차년도 시제품) 성능실험 및 평가 = 298
2-1. 성능실험 및 방법 = 298
2-1-1. 주광조도 측정 = 298
2-1-2. 특성실험 = 299
2-2. 시제품의 기초적 채광성능 평가 = 301
2-2-1. 주광조도 평가 = 301
2-2-2. 특성실험 결괄 분석 = 307
3. 채광 성능시험 및 평가 = 314
3-1. 실험장치 = 314
3-2. 실험방법 = 316
3-3. 성능평가 = 319
3-3-1. 채광장치의 가동여부에 따른 채광성능 평가(실험 Ⅰ) = 319
3-3-2. 수광부위가 천장인 경우에 대한 채광성능 평가(실험 Ⅱ) = 331
3-3-3. 2차 반사경의 형태를 바꾼 경우(실험 Ⅲ) = 333
3-3-4. 1차 반사경을 고반사율로 바꾼 경우(실험 Ⅳ) = 335
3-3-5. 채광성능 분석 결과 = 346
4. 반사거울형 자연채광장치의 에너지성능 평가 = 349
4-1. 성능평가의 조건 = 349
4-2. 에너지성능 평가 = 349
제9장 자연채광장치의 보급방안 = 352
1. 개발된 자연채광장치 보급의 필요성 = 352
1-1. 지구온난화 방지대책 = 352
1-2. 대체에너지의 개발 및 보급촉진 = 352
1-3. 쾌적한 주거환경의 조성 = 353
1-4. 새로운 산업의 창출 = 354
2. 개발된 자연채광장치 보급촉진 방향 = 355
2-1. 보급촉진을 위한 역할 = 355
2-2. 보급촉진을 위한 환경조성 = 356
제10장 결론 및 향후계획 = 357
참고문헌 = 361
부록 = 363
