1. 자연채광이란?

 

 한국에너지공단의 제로에너지빌딩 요소기술 자료집에 따르면 자연채광이란, 햇빛을 활용하여 조명의 역할을 대신해 불필요한 조명의 사용을 줄여주는 기술이다. 자연채광을 활용하여 조명 에너지의 35% 이상을 절약 가능하다고 한다. 정리하자면 실내로 햇빛을 끌어들임으로써 적정 조도를 제공하는 동시에 조명을 사용하지 않고 실내 빛 환경 및 불필요한 에너지 소비를 줄이는 기술이라고 할 수 있다.

 

자연채광을 통해 심미적 디자인을 추구할 수도 있다.

(출처 : Capela de Santa Filomena)

 

 

 

2. 햇빛이 사람에게 미치는 영향

 

 날씨가 흐리지 않는 이상 매일 볼 수 있는 햇빛은 사람에게 다양한 영향을 준다. 크게 감성적인 영향과 신체적 영향으로 구분할 수 있다.

 감성적인 영향은 자연(대기)와 어우러진 백색 자연광 특성으로 인해 심리적인 안정과 감성적으로 매우 긍정적인 영향을 준다. 일례로 ‘날씨가 소비자의 행동의도 및 체류시간에 미치는 영향 : 감성욕구를 중심으로(김선욱, 2020)’라는 연구를 보면, 고객이 백화점에서 물품을 구입할 때 맑은 날의 구매 의도가 가장 높았고 지급 의도가 가능 높은 것으로 나타났으며, 이는 맑은 날 햇빛의 영향으로 소비자의 행동패턴에 긍정적인 영향을 미친 것으로 볼 수 있다. 또한 인간은 행복감을 느낄 때 세로토닌의 분비가, 우울감을 느낄 때 멜라토닌의 분비가 증가한다. 세로토닌은 맑은 날 다량의 햇빛으로 인해 분비가 높아지게 되며, 이는 비가 오는 날 쉽게 우울감을 느끼게 되는 원인이 된다. 세로토닌이 모자라면 우울증, 불안증 등이 생긴다. 또한 음식물 및 식욕에 있어서 중요한 조절자로 작용한다(Seo, Kim, Kim, Kang, Seo,& Park, 2015).

 

 

 

3. 에너지 생산효과

 

 자연채광의 또 다른 장점이 있다면, 조명설비를 대신 자연채광을 이용함으로써 생기는 에너지 절감 효과이다. 한국에너지공단은 최근에 자연채광 같은 집광채광분야를 신재생 에너지원에 포함시켜 단위 에너지생산량 등에 관한 지침을 마련하여 제공하고 있다. 한국에너지공단이 제공하는 단위 에너지생산량 지침은 최소 만족 기준이고, 자연채광 시공 및 제작업체마다 제공하는 성능이 각기 다르다. 대표적인 자연채광 시공업체인 ㈜현창네오텍에서 제공하는 자료는 다음과 같다.

㈜현창네오텍에서 제공하는 프리즘 및 광덕트 시스템 에너지 생산 효율

 

 

 

4. 자연채광의 종류

 

자연채광시스템은 태양광의 전송방식에 따라 광덕트형, 광케이블형, 반사거울형으로 분류된다.

 

1) 광덕트 시스템

 광덕트 방식은 건물외부나 지상에 태양광을 채집하는 집광기를 설치하고 광덕트를 활용하여 실내로 태양광을 전송하는 방식이다. 집광기는 대기 중에 있는 산란광까지 집광하여 태양광을 전송하기 때문에 시스템 중 유일하게 흐린 날에도 작동하며, 타 방식에 비해 외부환경 조건의 영향을 가장 적게 받는 장점이 있어 연중 운용효율이 가장 높은 시스템이다.

광덕트 자연채광시스템

 

 위 그림과 같이 광덕트 시스템은 집광부, 광이송부, 산광부로 이루어져있다. 집광부는 폴리탄산에스테르 재질로 이루어져 있고 내부면에 프리즘 가공이 되어 태양광을 채집하는 역할을 한다. 광이송부는 알루미늄 반사시트를 통해 산광부까지 태양광을 반사시켜 빛을 이송시키는 역할을 하며 이때 반사시트의 반사율은 95%이상이다. 산광부는 확산판으로 이루어져 내부에 태양광을 고르게 확산시켜준다.

 

대구 숙천초등학교의 광덕트 시스템 적용 모습

 

 

 

2) 광케이블 시스템

 광케이블 방식은 태양을 추적하는 구동장치에 프레넬 렌즈를 부착하여 태양광을 집광하며, 집광된 빛을 광섬유로 전송하는 방식이다. 유연한 구조의 유리 광섬유 또는 플라스틱 광섬유를 사용하므로 협소한 공간에도 적용이 가능하며 시공이 간편하여 복수측에도 동시에 태양광을 공급할 수 있는 시스템이다. 또한 LED와 결합하여 자동조도제어가 가능하고 필요에 따라 자외선, 적외선 도입 또는 필터링이 가능하다는 장점이 있다.

광케이블 시스템 개념

 

 

광케이블 자연채광시스템 집광부

 

 광케이블 자연채광시스템의 집광부는 태양위치 검출용 광센서를 활용한 추적방식으로 태양광을 일정하게 채집하여 조도 유지를 가능하게 한다.

 

 

 

3) 반사거울 시스템

 반사거울 방식은 반사거울이 태양광을 지속적으로 추적하여 빛을 필요로 하는 공간까지 태양광을 전달하는 시스템이다. 빛의 직진성을 이용하여 공중전송 방식으로 빛을 전달하며 태양의 궤도를 추적하므로 지속적인 자연광 공급이 가능하다. 장거리의 조사가 가능하여 공동주택, 일반주택, 초공층건물 등 다양한 건축물에 적용이 가능하며 건물의 일조권 침해를 해결할 수 있다.

반사거울 자연채광시스템

 

 시스템은 1차 반사경, 2차 반사경으로 이루어져 있다. 1차 반사경은 태양의 궤도를 지속적으로 추적하여 2차 반사경으로 태양과을 전송하는 역할이며 2차 반사경은 전송된 태양광을 지정된 공간으로 전송한다. 2차 반사경은 픽셀단위로 이루어져 빛을 확산시켜주기 때문에 최종 도입되는 자연광은 확산광의 형태이므로 눈부심 현상을 방지한다.

 2014년 국토해양부의 리모델링 수직증축이 허용됨에따라 건물의 인동간격 미확보로 인한 일조권 침해 발생 문제가 대두되었다. 리모델링은 건물의 구조를 그대로 유지하고 부분적인 보수만 이루어지므로 수직증축이 이루어질 경우 주변 건물의 저층부에 일조권 침해를 유발하게 된다. 이를 해결하기 위한 방안으로 반사거울 자연채광시스템이 가장 많이 적용되고 있다.

 

 

 

 우리는 높게 솟아있는 건물들 속에서 대부분의 시간을 보낸다. 심지어 지하철에서 건물 안으로 이어지는 생활 동선을 통해 하루에 단 1시간도 햇빛을 볼 수 없는 경우가 다반사다. 햇빛은 실내 환경의 질을 결정하고 우리 신체건강에도 중요한 역할을 한다. 이에 자연채광 시스템 기술은 태양에너지를 전기나 열로 변환하지 않고 직접 채광하여 조명으로 이용하는 기술로써 에너지 과다사용으로 인한 환경오염과 건물의 고층화, 집약화로 인해 부족한 일조를 보충하는 대안으로 적용되어 실내환경의 질을 높이고 있다. 채광을 통해 보건적, 환경적 측면의 요소뿐 아니라 에너지 절약 측면에서도 긍정적인 효과를 얻을 수 있어 다른 신재생에너지 시스템 대비 복합적인 효과를 나타내는 시스템이라고 할 수 있다. 하지만 국내 자연채광분야는 그 중요성과 기술개발의 파급효과로 볼 때 선진 외국에 비하여 도입이 매우 늦은 단계이고 관련 연구기관이나 사업체도 미미한 실정으로 많은 관심과 기술개발이 필요한 시스템이다. 이에 많은 설계실무자가 광덕트, 광케이블, 반사거울과 같은 자연채광시스템에 많은 관심을 가지고 다수의 건축물에 적용하여 자연과 사람이 건강한 환경이 실현되길 기대한다.

 

 

 

 

 

 

 

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작성자 : 강원권 김성수 기자 (gw_gr_reporters@naver.com)