건축과 환경
건축환경공학이란?
• 환경이란?
- 인간, 생물개체를 둘러싸고 상호작용을 미치고 있는 모든 외 부세계를 의미
- 환경 = 자연환경 + 사회환경
- 건축은 자연환경 중에 있지만 인간이 직접 영향을 받는 것은 실내환경이다.
- 실내환경은 건물부근의 외기온도, 풍속, 일조 등에 영향을 받 음.
• 건축환경공학이란?
- 생활공간에서 환경을 어떻게 제어하고, 어떻게 조성 하는가 하는 문제를 대상으로 한다.
건축환경공학 분야
건축환경공학
건축적 대응
열환경(단열, 결로, 환기, 일조 및 일영, 태양열), 빛환경(자연채광, 인공조명),
음환경, 공기환경
건축설비공학
기계적 대응
급배수 위생설비, 가스, 소화, 오수처리, 공기조 화, 냉난방설비, 전기설비, 승강설비, 자동제어 등
1. 건축과 기후
1.1 건축과 자연환경
• 원시시대 건물 : 자연환경(비, 눈, 바람 등)에 대한 피신 처(Shelter)의 개념
• 자연형 환경조절방법에 의존 토속건축(Vernacular Architecture)
• 산업혁명 이후 : 복잡하고 인위적인 환경조절시스템이 등장
1.2 건축과 기후
• 기후(Climate) : 어느 지역에서 일정기간에 걸친 기상의 평균상태를 의미
- 지역기후(Macro)와 미기후(Micro)로 분류
• 미기후를 발생시키는 요소
지형조건 대지의 경사도, 방위, 비바람의 정도, 해발, 언 덕, 계곡 등
지표면 지면의 반사율, 침투율, 토양온도, 토질 등
3차원적 물체 나무, 울타리, 벽, 건물 등
1.2.1 기후요소
1) 기온(Air Temperature)
• 대기의 온도
• 건구 온도계로 측정
• 척도 : 섭씨온도(oC), 화씨온도(oF), 캘빈온도(K) 등
• 열환경 지표의 하나
• 설계용 온도자료
- 연평균 기온, 최고 및 최저기온, 월평균 기온, 월평균 최 고 및 최저 기온, 일평균 최고 및 최저기온, 평균일교차 등
출처 : http://blog.naver.com/cerou14?Redirect=Log&logNo=130017513503
연교차 :
1년간 측정한 평균최저기온 (1월)과 평균 최고기온(7월) 의 차이
• 세계에서 가장 연교차가 큰 지역 : 대륙성 기후 시베리아, 베르토안스키 - 여름 : 36.7도
- 겨울 : 영하 68도
• 서울의 연교차 : 약 29 중강진의 연교차 : 약 39
출처 : http://blog.naver.com/cerou14?Redirect=Log&logNo=130017517381
1.2.1 기후요소
2) 습도(Humidity)
• 대기 중에 포함된 수증기의 양
• 적도부근에서 가장 높고 극지방으로 갈수록 감소
• 측정도구 : 건습구 온도계, 모발습도계, 노점습도계 등
• 표시방법 : 수증기압, 상대습도, 절대습도, 습구온도, 노점 온도 등
1.2.1 기후요소
3) 일사(Solar Radiation)
• 태양으로부터의 복사에 의한 에너지
• 자외선, 가시광선, 적외선으로 구성
• 파장 : 200 ~ 3,000nm
자외선 200~380nm 화학효과 표백, 피부를 태우는 효능
가시광선 380(보라)~
780nm(빨강) 광효과
단파 적외선 780~3,000nm 열적효과 열환경에 영향
출처 : http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=869628
• 우리나라는 연간 평 균 120kcal/cm2의 일 사량을 받고 있다.
• 설계관련 자료
- 지역별 수평면 일사량 - 수직면 일사량
출처 : 건축환경계획; 이 경회; 문운당; 2010; p 51
1.2.1 기후요소
4) 강수량(Precipitation)
• 강수란?
대기 중에 있는 수증기의 응축현상, 지면에 생성된 수분 의 총칭
• 비, 눈, 우박, 이슬, 서리 등
• 우리나라 강수량 : 1,000 ~ 1,800mm
• 강수량의 분포 : 남에서 북으로 갈수록 감소
• 설계자료 : 월별 평균 강수량, 24시간 최다강수량, 시간당 최대강수량, 최심적설량 등
출처 : http://blog.naver.com/nulsan/100015141286
우리나라의 연평균 강수량
1.2.1 기후요소
5) 바람(Wind)
• 지구상의 계절별 기압분포, 지구의 자전, 육지와 바다의 가열이나 냉각의 일변화, 지형과 주위환경에 의해 결정
• 풍속계로 측정, 단위는 m/s, km/h, knot 등
• 설계자료 : 최대풍속, 24시간 평균풍속
출처 : 건축환경계획; 이경회; 문운당; 2010; p 55
1.2.2 기후도 (Climograph)
• 어떤 지역에 관한 기후의 체감을 표 현하기 위해 제안
• 호주의 Taylor교수 가 제안
• 기온과 습도의 조 합
• 냉난방장치의 용량계산을 위한 설계 외기조건
여 름 겨 울
건구온도 습구온도 건구온도 상대습도(%) 서 울 31.2 25.5 -11.3 63
인 천 30.1 25.0 -10.4 58 대 전 32.3 25.5 -10.3 71 광 주 31.8 26.0 -6.6 70 울 산 32.3 26.8 -7.0 70 부 산 30.7 26.2 -5.3 46
2. 건축환경의 조절 및 설계
2.1 건축환경의 조절
출처 : 건축환경계획;
이경회; 문운당; 2010;
p 6
2.1 건축환경의 조절
건축환경의 조절방법
•자연형조절
•설비형조절
• 혼합형조절
쾌적범위(20~26도)
2.1 건축환경의 조절
2.1.1 자연형 조절(Passive Control)
• 건물의 형태, 구조, 공간구성, 외피구성 등 건축계획을 통 해 기계적 장치 없이 실내환경조건을 조절하는 방법
• 외부의 자연환경이 갖고 있는 이점을 최대한 이용
출처 : 건축환경공학; 김재수저; 서우; 2008; p 42
2.1.2 설비형 조절(Active Control)
• 환경조절을 위하여 에너지를 소모하는 기계적 장치를 이 용하는 방법
• 실내환경에 대한 적극적인 통제 외부 환경조건에 관 계없이 실내환경을 쾌적하고 일정한 수준으로 조절 많은 에너지가 필요하다.
출처 : 건축환경공학; 김재수저; 서우; 2008; p 43
2.1.3 혼합형 조절(Hybrid Control)
• 자연형 조절 + 설비형 조절의 상호보완적인 조절방법
• 환경조절은 자연형이 우선하고 설비형은 자연형의 한계 를 보완하는 수단으로 이용
출처 : 건축환경공학; 김재수저; 서우; 2008; p 43
2.2 생체기후도를 이용한 건축환경 설계
2.2.1 생체기후도 (Bioclimatic Chart)
• Olgyay가 제안 : - 온대기후,
- 해발 1,000ft 이하, - 간편한 복장,
- 앉은 자세, - 경작업 기준
• 건구온도와 상대습 도로 쾌적영역 설정
A B C
출처 : 건축환경공학; 김재수저; 서우; 2008; p 44
2.2 생체기후도를 이용한 건축환경 설계
• 생체기후도를 이용한 자연형 조절방법의 설계기법 ① 일사도입에 의한 자연태양열 난방
② 증발냉각 ③ 자연통풍
④ 축열체를 이용한 자연냉각
⑤ 축열체를 이용한 자연냉각 + 야간통풍
2.2 생체기후도를 이용한 건축환경 설계
2.2.2 건물생체기후도
• Givoni와 Milne가 제안
• 한 지역의 기후조건을 관련시켜 환경설계기법을 습공기 선도 상에 표시한 것
• 건물에너지 해석의 초기단계에서 사용
• 자연형 조절방법과 설비형 조절방법을 판단할 수 있다.
출처 : 건축환경공학; 김재수저; 서우; 2008; p 46
2.2.3 생체기후도를 이용한 환경설계
1) 부지계획
① 방풍 : 겨울철 차가운 겨울바람의 실내 유입을 방지 - 건물 주변의 부지에 구조물을 이용, 나무 식재
- 건물의 형태, 위치는 겨울철 난기류를 막도록 계획
②식물이나 물의 이용 : 여름철 건물에 그늘 조성, 냉각효과 를 위하여 이용
- 지면에 물을 뿌려 증발효과
- 건물표면, 지붕, 옥상에 식물 식재 - 지붕연못
2) 외피계획
① 태양열 축열벽, 창문계획
- 지면반사율 향상, 건물의 외부측 겨울철 일사를 충분히 받도록 한다.
- 건물의 형태와 방향이 겨울철 일사에 노출되게 한다.
- 건물재료가 태양열 획득에 유리한 축열성능이 우수한 것 - 태양열 집열기 설치
② 열적 성능의 외피구성 - S/V, S/F비를 작게
- 실내와 외부에 완충공간 - 건물 내부에 열원을 집중 - 건물 틈새를 밀실하게
3) 건물의 매스 및 평면계획
① 여름철 냉방과 겨울철 난방을 위해 온실, 아트리움을 설치
- 완충공간 설치
- 태양열 흡수를 위한 공간 확보
② 겨울철 단열, 방풍 그리고 여름철 냉각을 위해 지면을 이용
- 지중건축 - 지열이용
- 지붕위에 잔디 식재
