1. 자연형 디자인

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[ChⅤ.자연요소의 활용1]

1. 자연형 디자인

- 환경조절(열, 빛 , 음 등) : 건축의 주목적임

- 전통건축이 지닌 기후 여과기로서의 환경조절 역할은 20세기 초 근대건축 이후에 큰 변화를 가져오게 됨

: 커튼월의 발달, 기계적 설비에 의한 환경조절 (냉난방시스템, 인공조명시스

5. 자연요소의 활용1 1 環境親和建築 (Green Architecture)

템) → 설비투자의 증가, 막대한 에너지의 소비 - 실내환경조절 : 자연형(passive)과 설비형(active)

< 출처 : 함정도, 친환경건축의 이해, 기문당, 2003. 80p >

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- 실내환경조절의 방법

: 1차적으로 미기후에 적응하도록 조절함 : 2차적으로 자연형 조절

: 3차적으로 설비형 조절에 의한 보완

- 자연형 디자인 방법 : 동계 수열량 및 방풍효과의 증대, 여름의 차양 및 통풍 증대, 구조체의 단열성능, 재료의 열적 특성, 건물의 좌향배치, 지중온도 변 화에 따른 열교환, 자연채광 등을 고려함

화에 따른 열교환, 자연채광 등을 고려함

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2. 기후디자인

1) 기후디자인의 개념

- 기후(climate)와 기상(weather)

: 기후(climate) – 특정지역에 있어서 일정기간에 걸친 기상의 평균상태 : 기상(weather) – 시시각각으로 변화하는 대기상태

- macro climate과 micro climate

: 지역기후(macro climate) – 지역의 기후

: 미기후(micro climate) – 대지 및 주변의 기후

- 지역기후(macro climate)의 요소 : 천문지리학적 요소(위도, 지형, 해류)와 기상학적 요소(대기환류, 기압, 기단)

- 미기후(micro climate)의 요소 : 지표면의 상태, 식재, 인공구조물

- 최근 도시지역에서는 미기후가 변화하여 대기오염과 고온화 현상 발생

: 열용량이 큰 재료의 사용(콘크리트, 아스팔트), 지표면의 상태변화(녹지나 유수면의 손실), 냉각작용 감소로 현열량 증가, 폐열의 방출 등이 원인임

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※ 식재

- 열손실과 열획득을 안정시킴 - 계절별 일사 및 통풍 조절 효과

- 식재의 종류와 밀도에 따라 지표면의 표면형태와 반사율을 조절할 수 있음 - 지표면의 함유 수분량에 따라 열흡수 및 저장능역이 증대하여 미기후의

안정에 기여함

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2) 기후대별 자연형 환경조절 계획방법

- 4가지의 기후대 : 북회귀선과 남회귀선 사이의 고온다습 및 고온건조기후대, 회귀선과 극권 사이의 온난기후대, 극권의 한냉기후대

① 한냉(cold)기후대

- 일사취득을 위한 건물 및 외창의 방위 - S/V비 : 입방체에 가까운 형태가 유리

- 단열시공, 2중의 작은 창호계획으로 열손실 최소화

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② 온난(temperate)기후대

- 더운 여름철과 추운 겨울철 : 환경계획의 어려움 - 일사조절을 위한 차양시설

③ 고온건조(hot & arid)기후대 - 사막성 기후, 일교차가 큼

- 작은 개구부의 외관, 주개구부는 중정을 향함

- 중정에는 풀이나 분수를 설치하여 가 습과 기화열에의 냉각효과를 유발시킴

- 투터운 흙재료의 중량벽 : 열전달 지연(time lag), 백색의 표면

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④ 고온다습(hot & humid)기후대 - 높은 습도와 작은 일교차

- 밤의 무더움을 해소하기 위하여 축열성이 낮은 경량구조가 바람직 - 남북측의 벽은 완전한 개방구조로 통풍량을 최대화함

- 지붕과 천장 사이의 여유공간 확보

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※ 기후대별 건축형태 : 대체로 동서방향으로 긴 형태가 적절함

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※ 자연에너지의 건축적 활용 - 태양에너지, 바람, 지열 등

- 건물배치, 건물형태, 및 평면구성, 외피구조, 개구부계획 : 일사 및 통풍 조절장치, 식재 및 가습, 지중의 항온성 이용

5. 자연요소의 활용1 9 環境親和建築 (Green Architecture)ㅍ

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3. 태양에너지

- 태양에너지 이용의 역사

: 그리스 주택 Delos - 남향 배치, 석재를 이용한 축열 특성 : 로마 오스티아의 공중목욕탕 – 두꺼운 축열벽 이용

: 1934년 시카고박람회의 크리스탈하우스 – 유리를 이용한 온실형 - 대체 에너지

: 1970년대의 에너지파동

: 가채년수 석유 40년, 천연가스 50년, 석탄 170년 : 21세기 중반에는 에너지 고갈됨

: 풍력, 수력, 조력, 지열, 태양에너지, 수소에너지, biomass - 자연형 태양열시스템의 분류

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1) 직접획득방식 (Direct Gain System)

- 건물 남측창을 통한 태양광을 바닥이나 벽에 배치된 축열재의 표면에 흡수하 여 열에너지로 전환시켜 난방에 이용함

- 여름철 과열방지를 위하여 처마깊이 산정 - 냉방효과를 고려한 환기창 설치 (clerestory에

의한 chimney effect)

- 야간 열손실을 고려하여 야간단열구조 설치

2) 축열벽방식 (Thermal Storage Wall System, Trombe Wall System)

- 열을 주간에 모았다가 야간에 이용함

- 집열창과 축열벽 사이의 공간에서 수집된 태양열의 복사 및 자연대류 - 조적벽(maisonry wall : 콘크리트, 벽돌, 모래, 돌 등),

물벽(water wall : 물, 용융소금, 파라핀 등의 상변화물질)

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3) 축열지붕방식 (Roof Pond System) - 축열체(물)가 건물의 옥상에 설치됨

- 실온이 비교적 안정되고 넓은 방열면으로 인해 쾌적한 실온상태 유지 - 장점 : 실의 배치가 자유로움

- 단점 : 구조적인 처리, 지붕의 형태 제약, 겨울철의 동파 우려

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4) 온실부착방식 (Attached Sunspace System) - 온실을 건물 남측에 배치하고, 집열된 태양

에너지를 온실과 건물 내부공간 사이에 설치된 축열벽에 저장한 후 실내 이용부위에 활용하는 방식

- 일광욕실(solarium), 온실, 아트리움

- 온실은 겨울철 주간에는 거주공간의 연장,

- 온실은 겨울철 주간에는 거주공간의 연장, 야간에는 보온적 완충공간

(heating buffer zone)으로 기능함

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5) 자연대류방식 (Thermosyphon System) - 별도의 집열판을 건축물과 분리하여

설치함

- 집열기 설치공간의 확보 문제 - 벽체나 개구부 설계의 융통성

6) 이중외피방식 (Double Envelope System)

7) 혼합방식 (System Combination) - 부착온실식+ 직접획득식

- 부착온실식+ 트롬벽식

- 부착온실식+ 직접획득식+ 트롬벽식

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※ 건물의 외피구조 - 차양시설

- 이중외피 시스템 (twinface facade, second skin façade) - photovoltaic cell에 의한 전기에너지 생산

※ 아트리움

- 공간적 측면, 환기 및 채광, 태양열 이용, 외부소음차단

- 내외부 공간 사이에서 열적 완충효과, 실내조경으로 실내 미기후 향상

※ 단열 및 차양장치

- 야간 열손실을 위한 단열장치

- 여름철 과열방지를 위한 차양장치

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※ 유리

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4. 지열

1) 지열의 이용

- 무한한 열원, 무공해의 친환경적 에너지 - 항온성(지하 8m 깊이에서 약 9℃ 유지) - 냉방의 경우 earth coil과

cooling tube(지중 콘크리트 터널)

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2) 지중건축의 특성 및 분류

- 건물을 지상이나 지하에 건설하되, 건물표면을 흙으로 텊은 형태의 건축 - 장점 : 에너지절약, 태풍, 지진, 화재, 소음, 진동으로부터의 보호, 건물의

수명 및 유지관리 측면에서 유리, 지상을 공원으로 활용 - 단점 : 환기, 채광, 습기 측면에서 불리

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- 분류

: 무창형(chamber type) – 봉토(burying)

: 중정형( atrium or courtyard type) - 평지에 적합

: 입면형(elevational type) - 건물의 한면에 모든 창호를 설치하고 나머지 부분은 흙으로 덮음, 경사지에 적합

: 관통형(penetrational type) - 채광,환기에 유리

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3) 지중건축 이용의 변천과정

- 원시 : 천연동굴(혹독한 기후변화와 맹수로부터 보호 하기 위한 은신처, 식량비축 및 매장시설)

- 고대

: 튜니지아 마트마타 지역 - 고온건조의 산악지대 , 수천명이 동굴에 기거 : 기원전 4세기 중국 하남과 산서지방 : 5천명이 지하혈거 생활

: 미국 콜로라도주 키바의 인디언 동굴 주거지 : 미국 콜로라도주 키바의 인디언 동굴 주거지 - 중세

: 중세 로마의 카타콤 - 분묘, 주거, 신전, 사원의 역할

: 8세기 터키 카파도시아의 지하도시 - 기독교도의 은신처 6km의 지하통로, 3~10층 규모, 3만명 수용

- 근대

: 18세기 산업혁명 이후 화약과 굴착기술의 발달 - 인공동굴 및 터널개발 : 2차대전 이후 - 각종 군사시설 및 지원시설

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- 현대

: 토지이용의 극대화, 경제성, 에너지절약, 도시경관보존, 자연보호 측면 : 노르웨이 요빅 아이스하키 경기장 - 1994년 동계올림픽, 6000명 수용,

핵전쟁시 민방위대피시설

: 스웨덴 베르발트 할렌 지하음악당 - 지상의 공원녹지 확보, 외부소음 저감 : 미국 미네소타주립대학의 토목광물학과 - 겨울철 영하20℃ 이하의 기온과

강설량이 많은 지역, 지하7층 14000㎡

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5. 바람

- 자연의 바람을 이용하는 두가지 방법 : 직접적 방법 - 자연환기 및 통풍냉각

: 간접적 방법 – 풍차를 이용한 전기에너지 생산 - 건물과 관련된 기류분석

: 자연풍의 실내유입방법 및 기류경로의 검토

: 컴퓨터 시뮬레이션 및 축소모형을 이용한 풍동실험

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- 자연환기

: 바람에 의한 환기 - 기압차

: 굴뚝효과에 의한 환기 - 온도차 (아트리움 상부천창의 개폐조절장치) : 사무공간 외부의 상부창과 하부창

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6. 우수

- 건물의 옥상녹화 및 입체녹화로 빗물 수집 → 중수로 사용

- 화장실 및 실내조경을 위한 수량의 50~60%를 중수로 공급가능함 - 아트리움의 유리 지붕에 스프링클러로 중수 분사 : 외피냉각

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7. 빛

- 자연광 및 인공조명

- 자연광 이용의 기본방향 : 실내 깊숙히 자연광 도입, 눈부심 방지 - 건축적인 빛의 실내분포 조절장치 : 광선반, 반사형 루버, 천창 - 인공조명에 대한 에너지 절약 대책

: 회로구성 - 지역별, 등기구의 그룹화

: 스위치 - on/off방식, 다단방식, 디밍방식

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8. 자연요소의 활용과 환경친화건축

- 건축 및 도시에 대한 환경친화적 접근방식 : 자연공생 및 환경에 대한 부하량 축소

: 지속가능한 개발(ESSD) 및 자원절약형 설계(Energy Conscious Design)

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- 환경친화건축의 방식

: 건물형태 및 배치에 의한 미기후조절, 단열보강 등의 기본적 조치 : 자연에너지의 적극적 도입에 의한 기후 조절

: 기계설비의 의존도의 최소화 : 환경친화적 건축재료의 선정

: 엔트로피개념에 의하여 전체 환경부하량의 증가를 최소화하는 방향

- 미래에 대한 건축가의 자세

: ‘다가올 미래에 대하여 현시점에서 올바른 방향으로 대처하고 있는가?’를 항상 재고하여, 미래의 건축이 다음 세대를 위해 보다 세심하고 사려깊은 설계가 되도록 노력함