빌딩 유형의 실증적 분석을 통한 지속 가능한 가변형 차양장치 디자인 -순천시 노후 공동주택을 중심으로-
Sustainable Kinetic Shading Device Design Proposal Based on an Empirical Analysis of Building Typologies - Focused on Old Apartment Housing in Suncheon -
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초록
(연구배경 및 목적) 전라남도 순천시는 1980년 이후 신도시화가 진행되면서 원도심 내부 공간구조가 급격하게 변화하였으며, 주거 및 상업 기능이 신시가지로 이동하면서 원도심의 쇠퇴 현상이 심각한 사회 문제로 대두되고 있다. 이러한 노후화된 원도심 활성화 방안 중 하나로, 주거시설 중심의 건축 유형 및 형태를 분석하여 맞춤형 주거환경 개선 방향을 도출하는 것이 필요하다. 본 연구는 원도심 내 노후 공동주택단지의 일조 환경을 분석하여 실내 환경의 열적 성능을 향상하고, 에너지 효율을 높일 수 있는 가변형 차양 시스템 적용 방안을 제안하는 것을 목표로 한다. 이를 통해 실내 열적 쾌적성을 개선하고, 지속 가능한 주거 환경을 구축할 수 있는 건축 형태 디자인을 탐색하고자 한다. (연구방법) 본 연구는 건물통합정보 공간데이터를 활용하여 순천시 원도심 내 노후 아파트 단지가 밀집된 지역을 선정하는 것으로 시작하였다. 대상 지역으로는 석현주공 아파트 단지를 선정하였으며, 해당 단지의 물리적 현황을 분석하기 위해 라이노(Rhino 3D) 모델링을 수행하였다. 이후, 레이디버그 툴(Ladybug Tools)을 활용하여 실내외 일조 환경을 분석하였으며, 이를 기반으로 공동주택 환경 개선을 위한 외피 대안 형태를 생성하였다. 또한, 레이디버그 허니비 레디언스(HB-Radiance)를 이용하여 생성된 외피에 따른 실내 공간의 에너지 변화를 분석하였다. 태양 일사량과 주광 시뮬레이션 데이터를 활용하여 가변형 차양 장치의 적용 가능성을 검토하였으며, 이는 거주자의 입장에서 노후 아파트의 실내 환경을 개선하고, 열적 쾌적성을 향상하는 데 기여할 수 있도록 하였다. 마지막으로, 다목적 최적화 툴 디스커버(Discover)를 사용하여 다양한 대안을 검토하고, 기능성과 효율성을 고려한 최적안을 선정하여 최종적으로 제안하였다. (결과) 최종적으로 도출된 가변형 차양 장치의 프로토타입을 대상 노후 건축물의 주거동 남측면 일부에 적용하였으며, 렌더링 도구를 활용하여 시각화하였다. 이를 통해 노후 공동주택단지의 입면 변화를 유도하여 미관을 개선하는 동시에, 열적 효율성이 높은 지속 가능한 건축 유형(Building Typology)을 탐색하여 제안하였다. (결론) 본 연구를 통해 원도심 노후 주거단지의 재생 방안을 마련하기 위해 기존 건축물 유형을 분석하고, 가변형 외부 차양 장치를 활용한 일조 환경 개선을 통한 에너지 저감 모델을 검토하였다. 이러한 연구 결과는 공동주택뿐만 아니라 단독주택 및 근린생활시설 등 다양한 건축물에 적용될 수 있으며, 미래 친환경 도시 개발과 저탄소 환경 조성을 고려한 친환경 생태 도시 구현이라는 핵심 가치와 밀접한 관련성을 가진다. 따라서, 향후 연구에서는 다양한 환경 조건에서의 실증 실험을 통해 가변형 차양 시스템의 최적화 모델을 구축하고, 이를 도시 재생 및 친환경 건축 설계에 적극적으로 활용할 필요가 있다.
Abstract
(Background and Purpose) In Suncheon, the internal city spatial structure of the old downtown has rapidly changed along with new urbanization phenomenon on periphery since 1980. Residential area and commercial functions are re-organized into new towns, and the decline of the old downtown is one of emerging serious social problems. Recently, as part of the revitalization of the old downtown, through the analysis of old residential building topologies, customized solutions and architectural suggestions for environmental improvement have become the conversation topic. The aim of this study is designing sustainable and proper kinetic louver system on old housing complex block as applicable prototypes to improve thermal condition and energy efficiency of the indoor through energy performance analysis. (Method) Using GIS(Geographic Information System) urban-related data, the concentrated area of old apartment complexes are selected in old downtown. To analyze the physical building and urban environment condition of Seokhyeon-jugong apartment complex, Rhino 3D and Grasshopper Ladybug tool programs are operated. For better indoor and outdoor daylight environments, the form of generated alternatives for facade are verified by Grasshopper (HB-Radiance) tool in terms of heat-map and the amount of cumulative daylight performance. Through data of solar radiation and daylight factors from simulation, the investigation of 3 dimensional movable solar shading device and the application allow us improve old building environmental performance and thermal comfort of occupants in seasons. In the process of alternatives’review, the genetic algorithm-based optimization plug-in Discover were used to determine the optimized result with data of thermal functionality and efficiency. (Results) As an alternative facade design, the final prototype of 3 dimensional kinetic shading device was applied onto partly the southern elevation surface of the selected residential building and visualized in rendering program and retouched. Finally, the adaption of sustainable building typology with high thermal efficiency caused the rhythmic change of elevation and improvement of the aesthetics in old housing blocks. (Conclusions) The analysis of existing residential complex typologies and the applicable consideration of energy saving building models is a fundamental study for city regeneration. As one of the revitalization methods in the old downtown, the consideration of old residential building type and shapes and the suggestion of the kinetic louver system for energy reduction and environmental improvement would be widely utilized in terms of green remolding of other facilities of old building, such as small housing and commercials. Moreover, it is closely related to the core value of low carbon environment, eco-friendly urban development in city.