건축과 환경 - 친환경 건축(기후, 건축내부환경,환경조절방법,환경친화건축)

기후(일반기후, Macroclimate) 기상요소

1. 기상요소

• differential heating과 자전
• 적도, 런던, 러시아 : rainy vs 사막
• 권계면
• 전향력

 

2. 지리요소

A. 위도

왜 지구는 적도가 아닌 열대지방에서 가장 뜨거운가? 이 질문에 대한 답은 건조한 공기의 습한 열과 차이에 있다. 적도에 떨어지는 햇빛은 적도 지역에 구름 형성을 돕는 상승 기류를 생성하며, 그 후 비와 뇌우를 일으킵니다. 이것이 적도에 놓여지는 지역들이 더 낮은 온도를 경험하고, 지구상에서 가장 덥지 않은 이유입니다.

B. 토양의 열용량

C. 육지와 수원의 면적비

• 해륙풍 : 낮에는 육지가 빨리가열 - 저기압 - 바닷바람
• 계절풍

 

3. 지형요소

A. 해발고도

B. 푄현상

높은 산을 넘어온 고온 건조한 바람이 부는 현상. 산맥을 경계로 정상으로 향하는 동안 공기는 단열 팽창하여 많은 비나 눈을 내리고 건조하게 된다. 산의 정상을 지나 경사면을 타고 내려오면서 공기는 단열 압축되어 다시 온도가 올라가게 되는데 이 결과로 공기는 지면에 고온 건조한 바람을 불게 한다. 우리나라도 태백산맥을 경계로 푄 현상이 자주 나타난다.

 

• 건조단열감율
• 습윤단열감율
• 응결
• 상승응결고도

미기후 (microclimate)

• 현재의 site 상황에 따라 일어날 수 있는 상황
• 예 : 지형의 방위와 형상, 표면의 재료, 건물의 배치 및 물의 유무 등의 모든 문제가 미기후
• 관찰 필요, 계획에 따라 변화(ex. HeatIland)
• 수목은 그 지역의 역사, 기후를 보여주므로 수목 관찰 중요

* Heat Island

도시 열심 또는 (어번)히트 아일랜드(Urban Heat Island, UHI)는 주위 지역보다 주목할 정도로 따뜻한 대도시 지역이 나타나는 현상을 일컫는 용어이다. 온도 차이는 보통 낮보다는 밤에, 여름보다는 겨울에 더 크고, 바람이 약할 때 가장 두드러진다. 도시 열섬이 발생하는 주원인은 도시화로 인한 지표면 개발이며, 에너지 사용으로 발생한 잉여 열이 두 번째 원인이다. 인구 밀집도가 높아지면서 더 넓은 면적의 토지를 개발하게 되는데, 이로 인해 평균 온도가 상승한다.

 

원인 : 도시 열섬 현상의 원인은 Oke(1982)에서 소개된 것처럼 다양하다. 밤에 기온이 따뜻해지는 주원인은 (비교적 따뜻한) 건물이 (상대적으로 차가운) 밤 하늘을 가리기 때문이다. 지표면 재질의 열 특성 변화와 도시지역의 증발산량 부족 또한 원인이다. 아스팔트나 콘크리트처럼 도시에서 주로 사용되는 건축자재는 열 특성(열용량, 열전도성 등)이나 표면 반사도(알베도, 열방사력)에 있어서 주변의 농촌지역과 크게 다르다. 이는 도시 지역의 에너지 균형에 변화를 일으켜, 주변의 농촌지역에 비해 온도가 높게 만들곤 한다. 도시 지역에 녹지가 부족하여 증발산작용을 통한 냉각 효과가 줄어드는 것도 에너지 균형에 영향을 끼친다.

도시 열섬 현상의 다른 원인은 기하학적인 효과 때문이다. 도시에는 높은 빌딩이 많이 있기 때문에 햇빛을 반사하고 흡수하는 면적이 증가한다. 이에 따라 도시 지역의 열효율도 증가한다. 이를 "계곡 효과"라고 한다. 빌딩은 또한 바람을 막아 대류 현상에 따른 냉각화도 막는다. 에어컨 사용, 공장 등의 기타의 이유로 생겨나는 잉여 열도 도시 열섬 현상에 기여한다. 대기 오염이 심한 것도 도시 열섬 현상을 가속화하는데 대기 오염으로 인해 대기 중의 방사량이 변하기 때문이다. 미국 환경 보호청(EPA)에서는 도시 열섬 현상의 원인에 대해 다음과 같이 말하고 있다. "열섬은 인구가 늘어나서 녹지가 도로, 건물, 기타 구조물의 아스팔트나 콘크리트로 바뀌면서 생겨난다. 아스팔트나 콘크리트 표면은 태양열을 반사하기보다는 흡수하게 되며, 이로 인해 표면 온도와 그 주변의 전체 온도를 상승시킨다." 일부 도시에서는 특히 여름 밤에 열섬 현상이 가장 강하게 나타나는데, 이 때는 도심과 주변의 녹지의 기온이 수 도가 차이 나는 경우가 있다.

3. 미기후 요소

A. 해발고도와 방위

B. 대지의 방향과 경사도

• 일사량과 바람의 방향을 결정
• 남향경사지
• 우리나라 기후에 맞는 계획

C. 수원의 크기, 모양, 근접성

D. 식생, 토양, 인공구조물

• 반사율, 흡수율, 열용량!
• 식생을 이용한 일사조절 : Coniferous, Insidious
• 열섬현상

 

건축내부환경

• 인간은 일정한 체온 유지로 균형을 유지하려는 향상성을 가짐
• 외부환경에 대응하기 위해 의복과 건물

1. 열환경

• 열환경을 구성하는 물리적 변수 : 평균복사온도, 기온, 기류, 습기온도 등
• 개인적변수 : 착의량, 활동량, 나이, 성별 등

A. 인체의 신진대사

• 현열 / 잠열
• 복사 60%, 대류 / 복사 15%, 증발 25%
• 1 met = 1.8m2의 인체표면적에서 58.1W/m2 정도를 외부로 배출(105W)하는 열발산량, 성인남성
• 1clo = 0.155m2C/W의 열 저항값

B. 인체의 열평형

• 생리학적 평형상태
• Cold-땀구멍 수척, 발한작용 감소, 모세혈관 수축, 심장박동 감소, 반무의식적 활동, 소름, 옷으로 단열층
• Hot- 반대로, 혈액이 피부 가까이 이동

 

C. 열환경의 쾌적영역

• Victor Olgyay 열환경을 구성하는 물리적요소 - 생체기후도 - Comfort Zone
• 복사 열교환은 항상 발생(절대 영도: 물리학에서 거시적으로 이론적인 온도의 최저점으로 o 켈빈의 온도를 의미한다. 섭씨로는 -273.15'c에 해당)
• 공기의 이동 : 피부위로 공기가 이동하면서 대류, 혹은 고온이라도 증발유도 (상대습도과 관계)
• 전도
• 쾌적감

 

2. 빛환경

A. 눈과 시지각 - 시야의 한계

• 시각인지
• 맑은 여름의 태양광에서 달빛조차 없는 별빛까지의 주위 환경을 볼 수 있다. 이 환경조명의 차이는 10,000,000 : 1
• 독립된 2개의 시각 시스템 : 망막 내의 광수용기(photoreceptor)는 간상체(rod)와 추상체(con) 2개의 유형으로 구성
• 간상체는 추상체보다 더 민감

B. 빛환경과 시작업

명시성을 좌우하는 조건 : 피사체의 크기와 밝기 관찰자의 눈의 상태, 장소의 조명조건

 

3. 음환경

a. 귀와 청각

• 음원 - 대기의 진동 - 음파 - 신경충격 - 대뇌의 감각중추 
• hear vs listen
• 진동수, 파장, 진폭

b. music

• 음악과 미술의 차이
• 음의 비례 vs 형태의 비례
• 높다 / 낮다

4. 환경조절방법

1. 열환경조절 - 냉난방 : 열환경의 일정성유지와 열적 대칭성 유지 어려움

A. 대류를 이용한 열환경 조절

• 일단은 공기..
• 일반적 냉방은 대부분 대류, 경제적 간단
• 단점 : 타임랙, 우리나라 경우 대부분 철근콘크리트이므로 열용량이 큼, 열적 성층화

B. 복사를 이용한 열환경조절

• 복사난방패널
• 복사난방은 주위공기의 온도, 습도, 움직임과 무관, 쾌적범위의 복사열이 모든 방향에서 온다면 괜찮지만 실제로는 어렵다.
• 냉각코일을 사용하면 냉방가능하나 결로가 문제

 

2. 빛환경조절

• 주광(자연광)의 필요성
• 왜 조절이 필요한가
• 일정한 광원이 될 수 있는가?

a. 주광의 조절

• 변수가 너무 많으므로 조절이 어려움, 그렇다면 왜 주광을 힘들게 사용할까요
• 빛 뿐 아니라 열 조절도 필요하다.
• 자연광의 유입과 조망의 쾌적성은 항상 일치하는 것은 아니다
• 자연광을 조절하기 위한 장치들은
• Glare?

b. 인공광원의 조절

• 종합적인 내부 빛환경 구축은 인공광원 없이 불가
• 광량, 조도, 연색성, 색온도, 휘도, 휘도비, 경제성, distribution map

3. 음환경조절

a. 실내의 음환경조절

• 실내의 음향현상은 수많은 변수에 영향
• 음원의 타입, 음원의 위치, 실의 크기와 형태, 표면, 재실자
• 고려할 네가지 현상 : 반사, 회절, 잔향, 공명 - 음향성능

b. 소음의 조절

• 차음성능은 벽의 재료와 구제에 따라 다름 : 벽의 면밀도 + 벽의 구성

 

5. 환경친화건축

1. 환경친환건축의 필요성

• 폐기물, 공기, 물, 토양의 오염, 지구온난화의 가속
• 화석에너지 소비 이로 인한 이산화탄소 증가 - 온난화
• 개발도상국
• 기술의 혁신, 신재생 에너지

2. 필수요소

• 건물의 에너지 소비는 거의 40%에 육박 : 실내공조, 조명, 수송설비 등
• 이산화탄소 생애 배출량

3. Vernaculat Achitecture