[해가패시브 칼럼 40편] 왜 자연채광인가 — 열 없는 빛과 데이라이팅의 목표

2026.11.09 · 조민구 건축사 · 해가패시브건축사사무소

자연채광은 창을 크게 내는 일이 아닙니다. 들어오는 빛의 양과 질, 그리고 빛과 함께 들어오는 열을 함께 다루는 설계입니다. 이번 글은 교재 13.1절부터 13.8절까지의 순서로 …

자연채광은 창을 크게 내는 일이 아닙니다. 들어오는 빛의 양과 질, 그리고 빛과 함께 들어오는 열을 함께 다루는 설계입니다. 이번 글은 교재 13.1절부터 13.8절까지의 순서로 자연채광의 역사와 필요성, 자연광의 성질, 실내 밝기를 판단하는 기준인 주광률, 열이 적은 빛, 그리고 자연채광 설계의 목표를 살펴봅니다.

1. 전등이 흔해지기 전의 건물은 빛을 어떻게 들였을까요?

20세기 후반 형광등과 값싼 전기가 보급되기 전까지는 자연채광의 역사가 곧 건축의 역사였습니다. 인공조명이 어둡고 비쌌기 때문에 건물은 자연광을 최대한 써야 했습니다. 로마의 교차 볼트는 원통 볼트보다 큰 창을 낼 수 있었고, 고딕 성당은 교차 볼트와 플라잉 버트레스로 벽이 있던 자리에 큰 창을 냈습니다. 르네상스 건축에서는 창이 입면을 차지했고, 영국의 하드윅 홀(1597)은 '벽보다 창이 많은 집'이라는 말로 남았습니다.

큰 건물의 평면도 빛에 맞춰졌습니다. 20세기 전까지 큰 건물은 E자나 H자처럼 날개를 뻗은 평면이 흔했고, 건물이나 날개의 깊이는 대개 18 m를 넘지 않아 어느 자리도 창에서 9 m 넘게 떨어지지 않았습니다. 천장과 창이 높았던 이 건물들에서는 자연광이 외벽에서 약 9 m 안쪽까지 닿았지만, 천장이 낮은 오늘날의 건물에서는 약 4.5 m까지만 닿습니다. 19세기에는 철과 유리로 크리스털 팰리스 같은 유리 건물이 나왔고, 20세기의 프랭크 로이드 라이트와 르코르뷔지에도 자연광을 기능과 표현 양쪽에 썼습니다.

2. 자연채광은 전기를 얼마나 줄일까요?

20세기 후반에는 효율 좋은 전등과 값싼 전기 덕분에 자연채광이 건축의 작은 주제로 밀려났습니다. 전등을 쓰면 창의 위치를 신경 쓰지 않고 평면을 짤 수 있었기 때문입니다. 1970년대 중반 에너지 위기 이후 자연채광이 다시 검토되었고, 지금은 에너지뿐 아니라 아름다움과 사람의 생물학적 필요를 채우는 수단으로도 평가됩니다.

교재가 인용한 미국 에너지부 자료에서 조명은 모든 건물이 쓰는 전기의 약 25%, 상업 건물이 쓰는 전기의 약 40%를 차지합니다. 이 전기의 절반가량은 자연채광으로 줄일 수 있고, 학교와 사무소에서는 조명 에너지의 약 70%까지 줄일 수 있습니다. 사무소와 학교 같은 건물에서는 조명이 에너지 사용의 약 40%로 가장 큰 몫이고, 냉난방과 나머지가 각각 약 30%입니다. 한 해 근무시간 약 2,000시간 가운데 80% 이상은 쓸 만한 자연광이 있는 시간입니다.

비용으로 보면 더 중요한 것은 최대 전력입니다. 한 해 전력 수요가 가장 큰 때는 냉방이 최대로 돌아가는 맑은 여름 오후인데, 이 냉방 부하를 만드는 해가 동시에 가장 많은 자연광을 줍니다. 이때 전등을 끄면 최대 전력을 최대 40%까지 낮출 수 있습니다. 발전소는 총사용량이 아니라 최대 수요에 맞춰 지어야 하므로, 최대 전력을 낮추면 전기요금도 줄고 새로 지을 발전소도 줄어듭니다. 교재는 0.9 × 1.5 m 창 하나가 60 W 백열전구 100개만큼의 빛을 들인다는 로키마운틴연구소의 그림으로 이 가능성을 보여 줍니다.

사람에게도 이롭습니다. 헤숑마흔 그룹의 연구에서 자연채광 학교의 학생들은 일반 학교보다 성적이 약 20% 높았고, 자연채광 매장은 매출이 약 3% 늘었습니다. 바깥이 잘 보이는 자리는 생산성과 기억력을 높이고, 바깥이 잘 보이는 병실의 환자는 더 빨리 회복한다는 연구도 있습니다. 유럽에서는 건축 법규로 일하는 사람에게 조망과 자연광을 보장합니다. 교재는 자연채광이 창을 늘리는 일이 아니라, 빛이 고르고 알맞게 들도록 창을 정밀하게 설계하는 일이라고 강조합니다.

3. 자연광은 어디에서 오고 얼마나 밝을까요?

창으로 들어오는 자연광에는 직사광, 맑은 하늘, 구름, 그리고 땅과 이웃 건물에서 반사된 빛이 섞여 있습니다. 하늘의 상태는 끝없이 바뀌지만, 흐린 하늘과 해가 비치는 맑은 하늘이라는 두 극단에서 맞는 설계라면 그 사이의 날씨에서도 맞습니다.

흐린 하늘은 머리 위가 지평선 쪽보다 약 3배 밝습니다. 흐린 날 바깥 조도는 5,000~20,000럭스로 낮은 편이지만, 실내에 필요한 밝기의 10~50배입니다. 맑은 날에는 해가 있는 쪽 하늘이 가장 어두운 쪽(해에서 90° 떨어진 쪽)보다 약 10배 밝고, 바깥 조도는 60,000~100,000럭스로 실내에 필요한 밝기의 100~200배입니다. 그래서 빛을 고르게 퍼뜨릴 수 있다면 맑은 날에는 창 넓이의 약 133배, 흐린 날에도 약 40배의 바닥을 밝힐 수 있습니다. 잘 설계한 창과 천창은 꽤 작아도 됩니다.

흐린 하늘에서는 빛의 양이, 맑은 하늘에서는 빛의 질이 설계의 과제입니다. 직사광은 아주 밝고 방향이 계속 바뀌어 눈부심과 과열을 부르기 쉽지만, 교재는 직사광을 빼지 말고 쓰라고 합니다. 직사광의 효율은 가장 좋은 전등과 비슷하고 연색성은 더 좋기 때문입니다. 북쪽 하늘의 빛은 푸른빛이 많아 연색성은 뛰어나지만 차가운 쪽입니다.

반사광도 큰 몫을 합니다. 흰색으로 칠한 건물과 반사유리는 받은 빛의 70%까지 되비추고, 짙은 잔디는 약 10%만, 그것도 주로 초록빛으로 되비춥니다. 앞에 밝은 건물이 있으면 북쪽 창이 남쪽 창만큼 빛을 받기도 합니다.

4. 창에서 멀어지면 왜 그렇게 빨리 어두워질까요?

직사광은 화살표로 그릴 수 있지만, 창이나 하늘처럼 넓게 퍼진 광원은 그렇게 그릴 수 없습니다. 교재는 3장의 평균 복사온도와 같은 방식으로 설명합니다. 퍼진 광원이 한 점을 밝히는 정도는 광원의 밝기와, 그 점에서 광원이 차지해 보이는 크기인 노출각(입체각)에 따라 정해집니다.

노출각은 세 가지에 따라 달라집니다. 창이 작을수록, 창에서 멀어질수록, 창이 책상에 대해 비스듬히 놓일수록 노출각이 작아집니다. 창가는 노출각이 커서 눈부실 만큼 밝고, 몇 걸음 안쪽은 노출각이 빠르게 줄어 어두워집니다.

단면으로 보면 책상을 밝히는 광원은 하늘과 천장 둘입니다. 하늘은 작아 보여도 아주 밝아서 가장 큰 광원이고, 천장은 밝기는 낮지만 크게 보이므로 무시할 수 없는 광원입니다. 벽이 밝은 색이면 벽도 빛을 보탭니다. 천장과 벽을 밝게 마감하는 일이 채광 설계의 일부인 까닭입니다.

5. 자연채광이 충분한지는 무엇으로 판단할까요?

자연광은 시간마다 바뀌므로 어느 한때 측정한 조도로는 설계를 판단하기 어렵습니다. 그래서 쓰는 것이 주광률(Daylight Factor, DF)입니다. 주광률은 흐린 날 실내 조도와 바깥 조도의 비율입니다. 주광률이 5%라면 바깥이 20,000럭스인 흐린 날 실내는 1,000럭스입니다. 바깥 밝기가 바뀌면 실내 밝기도 같은 비율로 바뀌므로 한 설계의 주광률은 일정하고, 서로 다른 때 측정한 모형끼리도 비교할 수 있습니다.

교재가 제시하는 최소 주광률은 미술 작업실과 갤러리 4~6%, 공장과 실험실 3~5%, 사무실·교실·체육관·주방 2%, 로비·거실·교회 1%, 복도와 침실 0.5%입니다. 주광률이 5%를 넘으면 어려운 작업에도 전등이 거의 필요 없고, 4%에 못 미치면 어려운 작업을 할 때 작업등을 보태야 합니다. 흐린 날의 평균 바깥 조도는 위도가 높을수록 낮아서, 교재의 표에서 북위 34~38°는 8,000~8,500럭스입니다. 우리나라 남부와 중부가 이 범위에 듭니다.

주광률은 흐린 날을 기준으로 한 값입니다. 직사광을 들이는 설계라면 실내는 주광률로 예측한 것보다 훨씬 밝아지므로, 모형을 햇빛 아래에서도 시험해 계절마다 다른 해의 높이를 확인해야 합니다.

6. 열 없는 빛이 가능할까요?

모든 빛은 결국 흡수되어 열이 됩니다. 겨울에는 이 열이 도움이 되고 여름에는 부담이 됩니다. 같은 밝기라면 자연광은 전등보다 열이 적습니다. 하늘빛은 빛에 비해 열이 가장 적고, 직사광은 하늘빛보다 열이 많지만 어떤 흰색 전등보다도 적습니다. 같은 밝기에서 백열등은 자연광의 약 6배, 형광등은 약 1.5배의 열을 들입니다(형광등 약 90 lm/W, 자연광 약 120 lm/W).

계절에 따라 빛의 양을 정하는 규칙은 이렇습니다. 여름에는 전등을 끌 수 있을 만큼만 들이고, 빛을 고르게 퍼뜨려 필요 이상으로 밝지 않게 합니다. 난방이 필요한 건물이라면 겨울에는 눈부심과 지나친 밝기 차이만 막으면 들일 수 있는 만큼 들입니다. 난방이 필요 없는 건물은 겨울에도 여름 규칙을 따릅니다.

수평 천창은 겨울보다 여름에 햇빛을 훨씬 많이 받아 필요와 반대로 움직입니다. 남향 수직창은 여름보다 겨울에 더 많이 받아 난방 수요와 맞습니다. 겨울 일사 획득을 계산에 넣는 패시브하우스가 남향 수직창을 기본으로 삼는 것도 같은 이유입니다.

7. 빛은 들이고 열은 덜 들이는 유리가 있을까요?

햇빛의 열은 양뿐 아니라 파장 구성에도 달려 있습니다. 태양복사의 약 50%는 적외선인데, 적외선은 가시광선처럼 유리를 지나 들어오지만 밝히는 데에는 아무 보탬이 되지 않습니다. 구름이나 파란 하늘에서 오는 빛은 적외선이 적어서 직사광보다 시원한 빛입니다.

색유리는 빛과 적외선을 함께 막고 색을 왜곡하며, 빛을 흡수해 뜨거워집니다. 반사유리는 색을 왜곡하지 않지만 빛도 적외선만큼 되비칩니다. 열흡수 유리는 적외선을 조금 더 흡수하지만 흡수한 열을 실내로 다시 내보내 유리가 뜨거워집니다. 필요한 것은 가시광선은 통과시키고 적외선은 되비치는 유리로, 파장선택성 로이유리라고 부릅니다. 이런 유리와 코팅은 색을 바래게 하는 자외선도 막을 수 있습니다. 다만 가시광선, 특히 푸른빛도 색을 바래게 하므로 귀한 물건은 150럭스 이하에 두어야 합니다.

유리가 빛을 얼마나 통과시키는지는 가시광선 투과율(VT), 태양열을 얼마나 통과시키는지는 태양열 취득계수(SHGC)로 나타냅니다. VT를 SHGC로 나눈 값이 LSG이고, 이 값이 클수록 시원한 빛입니다. 교재의 복층유리 비교에서 투명유리는 VT 0.82, SHGC 0.75로 LSG 1.20, 브론즈유리는 0.62, 0.60으로 1.03, 반사유리는 0.20, 0.16으로 1.25, 파장선택성 유리는 0.70, 0.46으로 1.52입니다. 브론즈유리는 열보다 빛을 더 막으니 채광에는 맞지 않습니다.

8. 좋은 자연채광 설계는 무엇을 목표로 할까요?

양의 목표는 앞의 규칙과 같습니다. 질의 목표는 전등 조명과 같아서, 눈부심과 광막 반사를 줄이고 지나친 밝기 차이를 피하며 공간 전체에 고른 밝기를 주는 것입니다. 보통의 창은 이 목표를 맞추기 어렵습니다. 창 바로 안쪽은 넘치게 밝고 방 안쪽은 너무 어둡기 때문입니다.

교재는 여섯 가지 목표를 꼽습니다. 첫째, 빛을 건물 안쪽 깊이 들여 안쪽을 밝히고 창가와 안쪽의 조도 차이를 줄입니다. 둘째, 가리지 않은 창과 천창의 직접 눈부심을 줄입니다. 창 옆 벽이 빛을 받지 못해 어두우면 눈부심이 더 심해집니다. 셋째, 작업면이나 그 가까이에 햇빛이 고여 생기는 지나친 밝기 차이를 막습니다. 넷째, 천창이나 높은 창에서 오는 광막 반사를 막습니다. 낮게 들어오는 창빛은 대개 광막 반사를 만들지 않지만, 컴퓨터 화면에는 창이 비칠 수 있습니다. 다섯째, 천장과 벽에서 여러 번 반사시켜 빛을 부드럽게 퍼뜨립니다. 여섯째, 어려운 작업이 없는 공간에서는 직사광의 극적인 효과를 살립니다. 자연광이 시시각각 바뀌는 성질은 없앨 단점이 아니라 알맞게 다스릴 장점입니다.

자연채광은 전등처럼 나중에 더할 수 없습니다. 첫 선을 그을 때부터 건물 설계의 일부이고, 가장 중요한 결정은 건물의 형태와 방향입니다. 그다음이 창의 크기, 위치, 처리 방식이고, 실내 벽의 색과 칸막이 설계도 중요합니다. 칸막이는 유리가 아니면 빛이 퍼지는 것을 막기 때문입니다.

해가패시브건축사사무소는 창의 방향과 크기, 유리의 VT와 SHGC, 실내 마감의 반사율을 설계 단계에서 함께 정하고, 겨울 일사 획득과 여름 과열을 계산으로 확인하며 '데이터로 증명하는 건축가의 책임'을 다합니다.

자주 묻는 질문

자연채광을 위해 남향 창을 크게 만들면 여름에 집이 너무 덥지 않나요?

유리와 차양을 함께 계획하면 여름 과열을 막을 수 있습니다. 가시광선 투과율은 높고 태양열 취득계수는 낮은 파장선택성 로이유리를 쓰고, 바깥에 루버형 블라인드를 달면 들어오는 태양열을 약 4분의 1로 줄일 수 있습니다. 실내 차양은 들어오는 열을 10% 정도만 줄이므로 차양은 바깥에 두는 것이 효과적입니다. 남향 수직창은 해가 높은 여름보다 해가 낮은 겨울에 햇빛을 더 많이 받기 때문에, 차양만 잘 갖추면 겨울 난방에 도움이 되는 창입니다.

낮에 전등을 안 켜도 될 만큼 밝으려면 주광률이 얼마나 나와야 하나요?

주광률은 흐린 날 실내 조도와 바깥 조도의 비율입니다. 교재는 주광률이 5%를 넘으면 어려운 작업에도 전등이 거의 필요 없다고 봅니다. 4%에 못 미치는 곳에서는 어려운 작업을 할 때 작업등을 보태야 합니다. 공간별 최소값은 사무실·교실·주방 2%, 거실 1%, 침실 0.5%입니다. 숫자와 함께 창가와 방 안쪽의 밝기 차이를 줄여 빛이 고르게 퍼지게 하는 것도 목표로 삼습니다.

방 안쪽 깊숙이 자연채광을 들이려면 주택 설계에서 무엇을 고려해야 하나요?

빛이 들어가는 깊이는 천장과 창의 높이, 그리고 방 안의 한 점에서 창이 차지해 보이는 크기(노출각)에 따라 정해집니다. 천장과 창이 높았던 옛 건물은 외벽에서 약 9 m 안쪽까지 자연광이 닿았지만, 천장이 낮은 오늘날의 건물은 약 4.5 m까지만 닿습니다. 창을 벽 위쪽에 두어 노출각을 넓히고, 천장과 벽을 반사율이 높은 흰색(페인트 기준 70~90%)으로 마감해 들어온 빛을 안쪽까지 되비치게 합니다.

이 글이 만들어진 과정

이 연재는 Norbert Lechner의 『Heating, Cooling, Lighting』을 교재로 삼습니다. 책의 챕터 순서에 따라 다룰 주제를 나누고, 각 주제를 패시브하우스의 설계·시공과 연결해 글의 얼개를 구성합니다. 그 얼개를 바탕으로 한 초벌 원고 작성에는 생성형 AI의 도움을 받으며, 최종 원고는 필자가 내용을 검토하고 실무 경험을 더해 다듬은 것입니다. 이번 글은 책의 13장 「자연채광(데이라이팅)」의 13.1~13.8절 내용을 정리한 것입니다.

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