재실자의 생체리듬에 영향을 주는 실내 조명환경의 Colour Quality 평가 툴 개발 및 정확도 평가 Development and Accuracy Evaluation of a Colour Quality Assessment Tool for Indoor Luminous Environments Affecting the Circadian Rhythm of Occupants원문보기
건축 조명환경은 실내에서 대부분의 시간을 보내는 현대인들에게 생리 및 심리적 영향을 미치는 중요한 환경 요소 중에 하나다. 과거의 조명환경은 재실자의 시각적 만족도를 위한 기능적인 측면만을 고려하여 고효율, 고연색성 조명기구 개발에 중점을 두었다. 반면, 최근에는 조명환경이 재실자에게 미치는 비시각적인 영향에 대한 연구가 활발히 진행되면서 재실자의 심리 및 생리적 측면을 고려한 조명기구 개발이 이루어지고 있다. 실내 조명환경의 밝기는 작업능률의 향상에 영향을 미치며 조명기구에 의한 과도한 ...
건축 조명환경은 실내에서 대부분의 시간을 보내는 현대인들에게 생리 및 심리적 영향을 미치는 중요한 환경 요소 중에 하나다. 과거의 조명환경은 재실자의 시각적 만족도를 위한 기능적인 측면만을 고려하여 고효율, 고연색성 조명기구 개발에 중점을 두었다. 반면, 최근에는 조명환경이 재실자에게 미치는 비시각적인 영향에 대한 연구가 활발히 진행되면서 재실자의 심리 및 생리적 측면을 고려한 조명기구 개발이 이루어지고 있다. 실내 조명환경의 밝기는 작업능률의 향상에 영향을 미치며 조명기구에 의한 과도한 눈부심은 재실자에게 불쾌감을 느끼게 하거나 시력기능에 손상을 줄 수 있다. 또한 실내 조명환경의 색(파장), 강도, 노출시간 등에 따라 재실자는 심리적 안정감 및 각성효과를 얻기도 하며 생체적 호르몬, 생체리듬의 영향을 받는다. 특히, 재실자에게 인지되는 조명환경의 색이 푸른색에 가까울수록 재실자의 생체 호르몬, 생체 리듬의 영향을 주는 정도를 나타내는 Circadian Action Factor (CAF, acv) 가 높아 멜라토닌 호르몬 분비 억제에 영향을 미친다. 멜라토닌 호르몬 분비가 억제되면 수면장애, 우울증, 성장장애 등의 악영향을 받는다. 따라서, 적합한 실내 조명환경을 계획하기 위해서는 재실자가 최종적으로 인지하는 공간의 색을 정확하게 예측할 수 있어야 하며 재실자에게 미치는 영향을 고려해야 한다. 실내 조명환경의 밝기, 눈부심은 실내 마감환경을 고려한 설계 및 평가 기준이 존재한다. 실내 조명환경의 밝기, 눈부심은 다양한 시뮬레이션 프로그램 또는 간단한 계산 방법에 의해 예측 가능하다. 실내 조명환경의 색은 일반적으로 조명기구에서 발산되는 색온도를 기준으로 설계하여 실내 마감환경을 고려하지않아 실제 재실자가 인지하는 실내 조명환경의 색과는 다르다. 재실자가 인지하는 실내 조명환경의 색은 조명기구에서 발산되는 색과 실내 마감재 등의 반사에 의한 빛의 색이 혼합된 색이므로 간략식을 통해 정확히 예측하기 어렵다. 따라서, 본 연구에서는 실내 내장재의 분광반사율과 조명기구의 S.P.D. Data를 활용하는 CQAT를 개발하여 실내 내장재의 색과 광원의 색에 따라 내장재에서 실제로 발산하는 빛과 재실자가 인지하는 빛의 양과 color quality (SPD data, Lumen, CAF, 색좌표, CCT, 구성성분) 를 정확하게 계산하고자 한다. 개발된 CQAT의 정확도를 제고하기 위해 Full scale mock-up 을 활용하여 실제 colour quality 측정값과 CQAT colour quality 계산값을 비교하여 CQAT의 정확도를 평가하였다. 정확도가 검증된 CQAT를 사용하여 다양한 실내 마감환경의 색에 따른 실내 조명환경의 colour quality 를 계산하고 재실자에게 미치는 영향을 분석하였다. 본 연구에서 개발한 CQAT를 통해 기존에 계산할 수 없었던 실내 마감재에서 발산되는 빛의 SPD 와 CAF 값을 다양한 조명기구와 마감재에 따라 자유롭게 계산할 수 있다. 본 연구에서 개발한 CQAT의 한계점을 추후 연구를 통해 보완한다면 재실자의 각성을 위해 CAF를 높게 설정해야 하는 공간 (카지노, 간호사 스테이션, 소방서, 경찰서 등 3교대 업무공간) 과 휴식과 안정을 위해 CAF 값을 낮게 설정해야 하는 건축 공간 (휴게실, 침실, 카페, 회복실 등) 의 CAF 값 현황 파악에 활용할 수 있으며, 현황 파악 결과를 토대로, 공간의 목적에 적합한 CAF 표준값 가이드 라인을 개발할 수 있다.
건축 조명환경은 실내에서 대부분의 시간을 보내는 현대인들에게 생리 및 심리적 영향을 미치는 중요한 환경 요소 중에 하나다. 과거의 조명환경은 재실자의 시각적 만족도를 위한 기능적인 측면만을 고려하여 고효율, 고연색성 조명기구 개발에 중점을 두었다. 반면, 최근에는 조명환경이 재실자에게 미치는 비시각적인 영향에 대한 연구가 활발히 진행되면서 재실자의 심리 및 생리적 측면을 고려한 조명기구 개발이 이루어지고 있다. 실내 조명환경의 밝기는 작업능률의 향상에 영향을 미치며 조명기구에 의한 과도한 눈부심은 재실자에게 불쾌감을 느끼게 하거나 시력기능에 손상을 줄 수 있다. 또한 실내 조명환경의 색(파장), 강도, 노출시간 등에 따라 재실자는 심리적 안정감 및 각성효과를 얻기도 하며 생체적 호르몬, 생체리듬의 영향을 받는다. 특히, 재실자에게 인지되는 조명환경의 색이 푸른색에 가까울수록 재실자의 생체 호르몬, 생체 리듬의 영향을 주는 정도를 나타내는 Circadian Action Factor (CAF, acv) 가 높아 멜라토닌 호르몬 분비 억제에 영향을 미친다. 멜라토닌 호르몬 분비가 억제되면 수면장애, 우울증, 성장장애 등의 악영향을 받는다. 따라서, 적합한 실내 조명환경을 계획하기 위해서는 재실자가 최종적으로 인지하는 공간의 색을 정확하게 예측할 수 있어야 하며 재실자에게 미치는 영향을 고려해야 한다. 실내 조명환경의 밝기, 눈부심은 실내 마감환경을 고려한 설계 및 평가 기준이 존재한다. 실내 조명환경의 밝기, 눈부심은 다양한 시뮬레이션 프로그램 또는 간단한 계산 방법에 의해 예측 가능하다. 실내 조명환경의 색은 일반적으로 조명기구에서 발산되는 색온도를 기준으로 설계하여 실내 마감환경을 고려하지않아 실제 재실자가 인지하는 실내 조명환경의 색과는 다르다. 재실자가 인지하는 실내 조명환경의 색은 조명기구에서 발산되는 색과 실내 마감재 등의 반사에 의한 빛의 색이 혼합된 색이므로 간략식을 통해 정확히 예측하기 어렵다. 따라서, 본 연구에서는 실내 내장재의 분광반사율과 조명기구의 S.P.D. Data를 활용하는 CQAT를 개발하여 실내 내장재의 색과 광원의 색에 따라 내장재에서 실제로 발산하는 빛과 재실자가 인지하는 빛의 양과 color quality (SPD data, Lumen, CAF, 색좌표, CCT, 구성성분) 를 정확하게 계산하고자 한다. 개발된 CQAT의 정확도를 제고하기 위해 Full scale mock-up 을 활용하여 실제 colour quality 측정값과 CQAT colour quality 계산값을 비교하여 CQAT의 정확도를 평가하였다. 정확도가 검증된 CQAT를 사용하여 다양한 실내 마감환경의 색에 따른 실내 조명환경의 colour quality 를 계산하고 재실자에게 미치는 영향을 분석하였다. 본 연구에서 개발한 CQAT를 통해 기존에 계산할 수 없었던 실내 마감재에서 발산되는 빛의 SPD 와 CAF 값을 다양한 조명기구와 마감재에 따라 자유롭게 계산할 수 있다. 본 연구에서 개발한 CQAT의 한계점을 추후 연구를 통해 보완한다면 재실자의 각성을 위해 CAF를 높게 설정해야 하는 공간 (카지노, 간호사 스테이션, 소방서, 경찰서 등 3교대 업무공간) 과 휴식과 안정을 위해 CAF 값을 낮게 설정해야 하는 건축 공간 (휴게실, 침실, 카페, 회복실 등) 의 CAF 값 현황 파악에 활용할 수 있으며, 현황 파악 결과를 토대로, 공간의 목적에 적합한 CAF 표준값 가이드 라인을 개발할 수 있다.
The colour of indoor luminous environments affects the circadian rhythm and awakening of humans. If the blue colour of a luminous environment perceived by an observer’s circadian action factor (CAF), which represents the impact of light on the hormones and biorhythm of an observer, is high, the secr...
The colour of indoor luminous environments affects the circadian rhythm and awakening of humans. If the blue colour of a luminous environment perceived by an observer’s circadian action factor (CAF), which represents the impact of light on the hormones and biorhythm of an observer, is high, the secretion of melatonin is supressed. To design an appropriate indoor luminous environment, the final colour of a space perceived by an observer must be accurately predicted and its effects on the observer must be considered. Therefore, this study developed a Colour Quality Assessment Tool (CQAT) that utilizes the spectral reflectance factor of interior finishes and the spectral power distribution (SPD) data of luminaires. In addition, this study evaluated the accuracy of the CQAT by comparing with full-scale mock-up, and analysed the difference between colour quality of light radiated by luminaire and colour quality of light perceived by observer using the CQAT. Based on accuracy evaluation of illuminance calculation by CQAT, high accuracy was shown with mean illuminance error within 1%. Based on accuracy evaluation of CIE 1931 x-y colour coordinates calculated by CQAT, error of 0.0012~0.0036 was shown compared to measurement values. This error range corresponds to MacAdam Ellipse Step 1~2, indicating extremely high accuracy where most people cannot identify colour difference. Based on accuracy evaluation of wall CCT calculated by CQAT, all cases showed extremely low mean error ratio of 0.63~2.04% except for [Case A 3], which showed relatively high mean error ratio of 7.37%. This is probably due to characteristics of the CIE 1931 chromaticity diagram where error of colour temperature increases as colour gets closer to blue. Based on accuracy evaluation of CCT, SPD and CAF of luminous environment perceived by the occupant calculated by CQAT, high accuracy was shown with mean error ratio of 1.5%, 1.37% and 0.56% compared to measurement values, respectively. The colour quality of different interior finishes was assessed using the CQAT, and the results showed that the luminous environment CCT perceived by an observer differed by 1,882 K (approximately 31%) or more and that the CAF differed by 0.16 (approximately 14%) or more based on the colour of the interior finishes. The errors in the CCT and CAF further increased as an observer moved closer to the walls. Therefore, when designing a human-centric luminous environment that considers the effect of the luminous environment on the observer, a tool similar to the CQAT proposed in this study should be used to account for the effect of the interior finishes. To increase the calculation accuracy, control functions for the room size, interior material specularity, and finite element size will be added. A tool will be developed that can consider the effect of furniture, daylight, individual characteristics of the occupants, and other factors. By making improvement on limitations of CQAT, CQAT can be ultimately applied to websites of luminaire manufacturers. Buyers can configure finishing materials by several clicks, select a luminaire to be purchased, and preview colour quality of luminous environment before purchase. If a finishing material for standard space is selected and target colour quality value is entered, the system automatically recommends a luminaire that can accomplish target colour quality and assists convenient and smart purchasing experience. In addition, CQAT can be utilized to evaluate popular Circadian light, light colour quality and indoor luminous environment or to develop evaluation indicators.
The colour of indoor luminous environments affects the circadian rhythm and awakening of humans. If the blue colour of a luminous environment perceived by an observer’s circadian action factor (CAF), which represents the impact of light on the hormones and biorhythm of an observer, is high, the secretion of melatonin is supressed. To design an appropriate indoor luminous environment, the final colour of a space perceived by an observer must be accurately predicted and its effects on the observer must be considered. Therefore, this study developed a Colour Quality Assessment Tool (CQAT) that utilizes the spectral reflectance factor of interior finishes and the spectral power distribution (SPD) data of luminaires. In addition, this study evaluated the accuracy of the CQAT by comparing with full-scale mock-up, and analysed the difference between colour quality of light radiated by luminaire and colour quality of light perceived by observer using the CQAT. Based on accuracy evaluation of illuminance calculation by CQAT, high accuracy was shown with mean illuminance error within 1%. Based on accuracy evaluation of CIE 1931 x-y colour coordinates calculated by CQAT, error of 0.0012~0.0036 was shown compared to measurement values. This error range corresponds to MacAdam Ellipse Step 1~2, indicating extremely high accuracy where most people cannot identify colour difference. Based on accuracy evaluation of wall CCT calculated by CQAT, all cases showed extremely low mean error ratio of 0.63~2.04% except for [Case A 3], which showed relatively high mean error ratio of 7.37%. This is probably due to characteristics of the CIE 1931 chromaticity diagram where error of colour temperature increases as colour gets closer to blue. Based on accuracy evaluation of CCT, SPD and CAF of luminous environment perceived by the occupant calculated by CQAT, high accuracy was shown with mean error ratio of 1.5%, 1.37% and 0.56% compared to measurement values, respectively. The colour quality of different interior finishes was assessed using the CQAT, and the results showed that the luminous environment CCT perceived by an observer differed by 1,882 K (approximately 31%) or more and that the CAF differed by 0.16 (approximately 14%) or more based on the colour of the interior finishes. The errors in the CCT and CAF further increased as an observer moved closer to the walls. Therefore, when designing a human-centric luminous environment that considers the effect of the luminous environment on the observer, a tool similar to the CQAT proposed in this study should be used to account for the effect of the interior finishes. To increase the calculation accuracy, control functions for the room size, interior material specularity, and finite element size will be added. A tool will be developed that can consider the effect of furniture, daylight, individual characteristics of the occupants, and other factors. By making improvement on limitations of CQAT, CQAT can be ultimately applied to websites of luminaire manufacturers. Buyers can configure finishing materials by several clicks, select a luminaire to be purchased, and preview colour quality of luminous environment before purchase. If a finishing material for standard space is selected and target colour quality value is entered, the system automatically recommends a luminaire that can accomplish target colour quality and assists convenient and smart purchasing experience. In addition, CQAT can be utilized to evaluate popular Circadian light, light colour quality and indoor luminous environment or to develop evaluation indicators.
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