자연채광방식의 응용에 따른 시각적 쾌적성에 관한 연구
한상필*,한상철**
*상지영서대학교 소방안전과([email protected]),**상지영서대학교 소방안전과(@hanmail.net),
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Han,Sang-Pil*,Jeon,Yong-Han**
*Dept.ofFireProtectionandSafety,SangjiYoungseoCollege([email protected]), **Dept.ofFireProtectionandSafety,SangjiYoungseoCollege(@hanmail.net),
Abstract
Thepurposeofthisstudyistounderstandthechangeofimpressionbycomparingtheuniformitylightingwith thecompoundlighting.Inpreviousstudy,weproposedalightcontrollingmethodtoharmonizedaylightfrom a window andartificiallightsfrom aceilingandobtainedtheresultstosupportourmethod.Wereferredthismethod as the Adjusted Compound-Lighting Model(AC Model).The modelclaims thatlighting in a room with a side-window areperceivedasharmoniouswhentheoveralllightdistributionintheroom iswellapproximatedby acompoundoflightsfrom thewindow andtheentireceiling.Theexperimentiscarriedoutwiththescaled-models andmock-upspacesthatweresupposedtobeanofficespace.Oneislitbytheuniform lightingandtheother bythecompoundlightingineachexperimentalspace.Inordertopresentvaryingilluminancedistributions,thetwo variableswereusedinthisstudy.Onewastheratioofthelightfrom thewindow andceilinginthestandardand evaluationbox.Thestandardboxwasprovidedbytheratioof20% to40% from thewindow and80% to60% from theceiling astwolighting ratiopatterns[Wu20(=Cu80)andWu40(=Cu60)].Andtheevaluationbox was providedby thelightratioof0% to40from thewindow and100% to60% from theceiling [Wcp0(=Ccp100), Wcp20(=Ccp80)andWcp40(=Ccp60)].Theothervariablewasthemeanilluminancelevelinbothboxes.Twolevel ofmeanilluminance(700lxand300lx)wereusedinthisexperiment.Eachlightingconditionwasestablishedat equalhorizontalmeanilluminancelevel,heldconstantnear700lxor300lxinbothboxes.Bothofthem weresimilar intheshapeofdistributionwhenthereweresameratiosoflightsfrom thewindow andtheceiling.Subjectswere askedtoevaluatethepointofdifferencebysemanticdifferentialratingontheiroverallimpressionaftercomparing withtworooms.Theresultsshowedthattheimpressionsofcompoundlightingweremorepositivescorethanthat ofuniformitylightingontheitemsof‘dim-bright’,‘dislike-like’,‘artificial-natural’and‘closed-open’,andthatthere wasnosignificantdifferenceinimpressionsbetweentwospacesonotheritems.
Keywords :시각적 쾌적성(Visualcomfort),시각적 비교방법(Visualcomparison method),합성조명(Compound lighting),균일조명(Uniform lighting)
한국태양에너지학회
VOL. 32, NO.1, 2012.3.29~30 대구EXCO
기 호 설 명
E(x) :실내 조도분포함수 Ew(x) :자연채광 조도분포함수 Ec(x) :천정조명 조도분포함수 a,b :상수(0≤a,b≤1,a+b=1) Wu :균일조명방식 Wcp :합성조명방식 1.서 론 인간은 조명을 통해 실내공간상에서 다양 한 시각적 인상을 받는다.예를 들어 빛의 조 건과 조명방법의 변화에 따라 기후 및 공간 지각을 달리 받아들일 수 있다.즉 조명패턴 에 따른 실내공간의 전체적 인상은 조도분포 의 변화의 영향으로 다른 심리적 평가를 유 발한다.특히 자연채광을 도입한 실내공간은 더 많은 문제를 야기할 수 있다. 최근의 조명방식은 창으로부터 자연채광을 도입한 경우에도 획일적으로 수평면 또는 작 업면의 조도를 유지하기 위하여 대부분 균일 조명방식을 도입하고 있다.수평면상에서 평 면적 혹은 단조로운 조도분포는 작업성 향상 에는 이점이 있으나,때때로 침침하고 부자 연스러운 인상을 줄 수 있다.따라서 실내오 피스조명에 있어 작업성을 높이는 것만이 좋 은 방법이라고는 볼 수 없다.예를 들어 DK Tiller1)는 균일적인 휘도분포를 갖는 공간보 다 비균일적으로 제공될 때 밝기감이 높았다 고 보고하였다. 이전의 연구2)에서 저자는 자연채광과 인공 조명을 조화시키는 합성조명모델(AC Model ;Adjusted Compound-Lighting Model)을 제안하였으며,가설에 따른 입증된 결과를 얻을 수 있었다.이는 편창을 지닌 실내조명 은 실전체의 빛분포가 창으로부터의 빛과 천정전체로부터의 빛이 합성될 때 재실자는 조화롭고 쾌적하게 지각하게 된다는 결과이 다.즉 조명은 다음과 같은 조도분포 E(x)로 제공될 때 시각적 쾌적감이 확보될 수 있다. (1) 이전 연구의 결과를 토대로,창으로부터의 빛과 천전전체로부터의 빛의 다양한 조합비 율에 따른 지각적 인상과 빛분포의 관계에 대하여 조사하였다3).그 결과,입사광(자연 채광)과 전반광(인공조명)의 비율이 변화될 때 조명분포가 변화되어 시각적 평가에 상 당한 영향을 미치는 것으로 나타났다.구체 적으로 실내조명비율이 창으로부터 20~40%, 천정으로부터 60~80%를 차지할 때,일반적 인 오피스공간의 시각적 인상이 현저히 높 았다. 그러므로 이와 같이 제안된 합성조명모델 이 실제 얼마만큼 적용가능한 방법인지에 대 한 검증이 시각적 쾌적성과 에너지절약,시 설비적인 측면에서 다각적인 검토가 실시되 어야 한다.따라서 본 연구에서는 합성조명 방식과 균일조명방식의 비교를 통한 지각적 인상을 비교함으로써 자연채광이 실시되고 있는 실내공간의 조명제어방법에 대해 축소 모형과 실물대공간을 활용한 실증적 검토를 실시하고자 하는데 그 목적이 있다. 2.축소모형을 이용한 비교평가 실험 2.1실험개요 합성조명방식의 시각적 인상을 평가하기 위하여 비교대상을 현재 통용되고 있는 균일 조명방식과 비교하는 것으로 하였다.본 실 험에서 실험적 모형공간은 측면의 창으로부 터의 빛과 상부의 천정으로부터의 빛에 의해 조명환경이 조성되며,균일조명공간을 기준 으로 하여 비교조건으로서 제시되는 합성조 명공간의 인상을 12개의 항목에 대해 SD법 (Semantic DifferentialMethod)통해 7단계 로 평가하였다.
그림 1.축소모형공간의 개요 그림 2.기준공간과 평가공간의 배치 ①어두운 --- ①'밝은 ②딱딱한 --- ②'부드러운 ③좁은 --- ③'넓은 ④흐릿한 --- ④'선명한 ⑤수수한 --- ⑤'화려한 ⑥활기없는 --- ⑥'활기있는 ⑦긴장된 --- ⑦'완화된 ⑧수수한 --- ⑧'세련된 ⑨싫은 --- ⑨'좋은 ⑩들어가기 어려운 --- ⑩'들어가기 쉬운 ⑪폐쇄된 --- ⑪'개방된 ⑫ #밝기감레벨 표 1.평가항목 2.2실험장비 및 기구 본 실험에서는 실내공간의 조명환경에 대 한 주관적 인상을 평가하기 위하여 오피스공 간을 가정한 축소모형공간을 이용하였으며, 전형적인 오피스공간을 구현하기 위해 책상, 책장,의자와 같은 가구를 배치하였다. 기준공간과 평가공간의 배열 및 축소모형 의 형상은 그림 1과 그림2과 같다. 앞서 언급한 바와 같이 2개의 축소모형공 간이 본 실험에 활용되었다.첫 번째는 평가 공간(그림 1-(a))으로서 다양한 형태의 합성 조명방식이 조건으로 제공되며,두 번째는 지각적인 평가를 위한 기준공간으로서 평면 상 획일적 조명분포를 갖춘 균일조명방식이 나타난다.이때 두 공간은 평면상 수직적으 로 놓여진다.양측 축소모형공간은 750㎜ (W)×450㎜(D)×300㎜(H)의 동일한 크기를 차 지한다.다만 조도분포,채광,실내인공조명 의 패턴을 제외한 모든 조건이 동일하게 적 용되었다.예를 들어 실제 공간감을 부여하 기 위하여 배치된 책상,의자,책장 등과 같 은 가구는 동일 위치에 동일 물체로 하였다. 이들 가구등의 반사율은 의자(청색)34%,책 상(베이지색)56%,책장(회색)71%로 하였 으며,재실 및 관찰시 시각적 영향에 가장 기 여하는 벽 및 바닥은 수광(受光)으로 인한 시각적 인상의 영향을 줄이기 위하여 회색
(31%)으로 도색하였다. 평가공간은 창으로부터의 채광과 7개소로 분할된 천정의 인공조명에 의해 실내조명환 경이 조성되어 다양한 조도분포를 구현할 수 있도록 하였으며,기준공간은 채광과 6개소 의 인공조명을 통해 수평적으로 균일한 조도 분포를 제공하도록 고안하였다.즉 합성조명 방식은 창으로부터 반대 실안측 벽면까지 중 앙부근에서 정점을 이루는 곡선형태의 조도 분포를 나타내며,균일조명방식을 창으로부 터 반대 실안측 벽면까지 거의 수평적 일직 선의 조도분포를 갖는다. 실험에의 조명기구는 기준공간의 창측이 컴팩 트타입(FDL27EX-N ×1ea,27W,Tc=5000K) 로 채광을 구현하였으며,천정조명은 3파장 형광램프(FDR20 EX-N/M × 6ea, 20W, Tc=5000K)로 조사(照射)되었다.평가공간은 창측을 컴팩트타입(FML36 EX-N × 2ea, 36W,Tc=5000K),천정조명을 3파장 형광램 프(FDR20EX-N/M ×4ea,20W,Tc=5000K) 로 하였다.또한 모든 공간의 조명은 조명량 을 변화시킬 수 있도록 조광기(Controller)를 설치하여 다양한 조명환경이 관찰될 수 있도 록 하였다. 2개 축소모형의 창측과 천정측의 내부에는 백색 아크릴보드(투과율:45%)를 부착하여 실내에 유입되는 빛이 확산되도록 하였다. 피험자(재실자)는 창측과 천정측의 조명 부분을 제외하고는 실내전체를 관찰할 수 있다. 2.3실험조건 및 실험방법 본 실험에서의 조명조건은 채광과 인공조 명을 조합한 방식에 기인한다.앞서 언급한 바와 같이 기준공간은 균일조명방식(Wu), 평가공간은 합성조명방식(Wcp)이다. 본 실험에서는 두 가지 변수를 활용하여 다 양한 조도분포를 제시하였다.첫 번째 변수 는 기준공간과 평가공간 양쪽 모두에 적용된 채광과 인공조명의 비율이다.기준공간에서는 채광 20%,인공조명 80%의 Wu20(=Cu80)과 채광 40%,인공조명 80%의 Wu40(=Cu60)의 조도분포를 갖는다.또한 평가공간은 채광이 0%,20%,40%,인공조명이 100%,80%,60%로 Wcp0(=Ccp100),Wcp20(=Ccp80),Wcp40(=Ccp60) 의 조도분포를 조합하였다.두 번째 변수는 실내공간의 수평면 평균조도이다.실험에는 평균조도 300lx와 700lx를 적용하였다.이는 첫 번째 변수에 의한 같은 조명비율을 갖는 조건에서는 평균조도조건만 상이할 뿐 조도 분포 형상은 300lx와 700lx가 거의 유사하다. 이때 조도는 창측바닥부터 실안측까지 균일 한 상태로 12포인트에서 측정하여 평균화한 값을 평균조도레벨로 하였다. 따라서 기준공간조건(×2),평가공간조건(×3), 평균조도레벨조건(×2)의 변수를 조합하여 12 개 실험조건을 표 2와 같이 적용하였다. 조명조건 평균조도레벨 기준공간 평가공간 700lx 300lx Wu20% Wcp0% #1 #7 Wcp20% #2 #8 Wcp40% #3 #9 Wu40% Wcp0% #4 #10 Wcp20% #5 #11 Wcp40% #6 #12 표 2.축소모형 실험조건 그림 3.기준공간과 평가공간
그림 4.기준공간과 평가공간의 조도분포 여기에서 ‘W’는 채광되는 조명환경을 의미 하며,첨자는 조명패턴(u:균일조명,cp:합성 조명)을 지시한다.첨자뒤 숫자는 채광의 조 명비율을 나타낸다. 상기 조명조건은 기준공간과 평가공간의 시각적 인상에 있어서 표 1의 평가항목에 대 한 차이를 평가하도록 제시되었으며,평균조 도 700lx일 때,조도분포와 실제 광경은 그림 3과 4과 같다. 2.3실험결과 먼저 각 조건에 따른 평가항목상 인상평가 평균값의 유의성을 검증하기 위하여 분산분 석(ANOVA ;AnalysisofVariance)을 실시 한 결과,몇몇조건(#2,#6,#12)을 제외하고 유의차가 없는 것으로 나타났다(p>0.05) 저자는 실험결과에 대해 균일조명방식과 합성조명방식의 현저한 시각적 인상차가 있 는지를 분석하였다.실내평균조도레빌 700lx 와 300lx의 결과는 유사한 평가경향으로 나타났기에 700lx의 결과로 설명하고자 한 다. 그림 5는 균일조명을 기준으로 비교하여 합성조명의 시각적 인상에 때한 평가를 평균 화하여 나타낸 결과이다.각 막대의 중간이 피험자간 표준편차이다.시각적 인상측면에 서 기준공간이 평가공간과 거의 유사하다고 판단될 때 0의 값이며,-가 부정적 측면을 + 가 긍정적 측면의 값을 나타낸다. Wg,Wcp20,Wcp40의 3가지 합성조명패턴 결과 중 무채광 전반조명방식(Wg=Wu0)은 균일조명방식보다 현저히 낮은 평가를 나타 냈으며,합성조명방식 Wcp20은 균일조명방 식과 거의 유사한 조명환경을 조성하는 것으 로 파악할 수 있었다.그러나 ‘싫은-좋은’, ‘활기없는-활기있는’,‘폐쇄된-개방된’의 항목 에서는 합성조명방식이 부정적 인상을 갖는 것으로 나타났다. 합성조명방식 Wcp40은 균일조명방식과 비 교하여 현저한 시각적 인상차이를 보였으며, ‘복잡한-간단한’, ‘흐릿한-선명한’의 항목을 제외하고는 모든 평가항목에서 긍정적 인상 을 보였다. 평가항목 중 밝기감레벨은 기준공간과 평 가공간의 상대비교가 아닌 각 조명공간의 절 대평가값에 대한 결과이다.모든 조건에서 평균값 4이상의 충분한 밝기를 확보하고 있 었다. 5.결 론 본 연구는 합성조명모델(ACModel)에 기초 한 합성조명방식의 시각적 쾌적성을 검증하 기 위하여 축소모형과 실물대공간을 활용한 실험을 실시하였다.그 결과 일반적으로 통 용되고 있는 균일조명방식과 비교하여 여러 측면에서 우수한 시각적 쾌적성을 확보하고 있는 것을 다음과 같이 확인할 수 있었다. (1)채광되는 조명공간의 시각적 쾌적성이 인 공조명에 의한 공간보다 높은 것을 알 수 있었다. (2)채광이 낮은 조건에서는 균일조명방식과 합성조명방식의 시각적 인상평가가 거의 유사한 것으로 알 수 있었다. (3)동일한 평균조도레벨상의 실내공간에 있
그림 5.평균조도레벨 700lx일 때 균일조명과 합성조명의 인상비교 어서 채광이 높은 비율을 차지하는 공간 이 보다 역동적인 조도분포의 형태의 영 향으로 긍정적 측면의 시각적 인상을 부 여하는 것을 확인할 수 있었다. 참 고 문 헌 1.Tiller. D. K and Veich. J. A(1995). Perceivedroom brightness:Pilotstudy on theeffectofluminancedistribution, LightingRes.Technol.27(2)
2.한상필, 채광과 인공조명을 조화시키기 위한 조명제어방법에 관한 연구-실내공 간에서 시각적 쾌적성·조화감에 관한 모델 제시-,대한건축학회논문집,26(8),2010.8 3.한상필, 주광과 인공조명의 합성비율의 변화가 시각적 인상에 미치는 영향,대한 건축학회논문집,26(12),2010.12 4.KW Houser,DK Tiller,CA Vernecker andRCMistrick.,Thesubjectiveresponseto linearfluorescentdirect/indirectlighting systems,LightingsRes.Technol.34(3), 2002
5.A.Pellefrino.,Assessment of artificial lighting parametersin avisualcomfort perspective,LightingsRes.Technol.31(3), 1999
6.P.L.Vrabel,C.A.Bernecher and R.G. Mistrick..,Visualperformanceandvisual clarify underelectriclightsources,Part I:VisualPerformance,J of the IES, 24(no.1),2000
