[논문]채광시스템과 인공조명설비의 통합기술 및 성능평가연구

김곤; 김정태

채광시스템과 인공조명설비의 통합기술 및 성능평가연구
Predicted Performance of the Integrated Artificial Lighting System in Relation to Daylight Levels 원문보기

한국태양에너지학회 논문집 = Journal of the Korean Solar Energy Society, v.22 no.3, 2002년, pp.47 - 56

Abstract ▼ AI-Helper

The office is an excellent candidate for implementing daylighting techniques because of the relatively high electric lighting power densities and long daytime use pattern. The quantity of light available for a space can be translated in term of the amount of energy savings through a process of a building energy simulation. To get significant energy savings in general illumination, the electric lighting system must be incorporated with a daylight - activated dimmer control. A prototype configuration of an office interior has been established and the integration between the building envelope and lighting and HVAC systems is evaluated based on computer modeling of a lighting control facility. First of all, an energy-efficient luminaire system is designed for both a totally open-plan office interior and a partitioned office. A lighting design and analysis program, Lumen-Micro 2000 predicts the optimal layout of a conventional fluorescent lighting fixture to meet the designed lighting level and calculates unit power density, which translates the demanded amount of electric lighting energy. A dimming control system integrated with the contribution of daylighting has been applied to the operating of the artificial lighting. Annual cooling load due to lighting and the projecting saving amount of cooling load due to daylighting under overcast diffuse sky are evaluated by a computer software, ENER-Win. In brief, the results from building energy simulation with measured daylight illumination levels and the performance of lighting control system indicate that daylighting can save over 70 percent of the required energy for general illumination in the perimeter zones through the year. A 25 % of electric energy for cooling may be saved by dimming and turning off the luminaires in the perimeter zones.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

물체나 인물은 실루엣으로 보이며 실내는 더욱 어둡게 느껴진다. 이와 같은 현상을 막기 위해서는 실내의 인공조명을 창의 휘도에 비례하도록 하고 그 균형을 유지시키는 것이 필요하며 이를 휘도 기준형 상시인공보조조명 또는 완화조명이라 하며 에너지가 절약되는 동시에 양질의 조명환경을 확보하는 것을 목적으로 한다.

가설 설정

일정한 시력을 유지하면서 휘도를 점차적으로 감소시킬 수 있는 암순응을 위한 완화조명을 고려해야 하는 바, 실외에서 건물 내부 방향으로 10m정도가 이에 해당하는 공간으로 보행속도를 L5m/s로 가정하고 청천공의 주광 조도를 50, 0001ux, 사물의 평균 반사율을 10%라 가정할 때 실외의 평균휘도는 1600 cd/㎡이며 출입구에 접한 부근에서의 수직면 휘도는 실내 벽면 반사율을 40%라 할 때 10m 후면벽의 휘도는 16cd/m27} 된다. 이를 얻기 위하여 입구 정면의 벽면에 인공광원을 투광하여 최소 1251ux 이상의 수직면 조도를 확보하는 것이 일반적인 완화 조명 기법 중 하나이다.

제안 방법

개구부 주위의 지면 반사율과 다양한 천장고와 그에 비례하는 창의 크기 및 일반적으로 적용되는 부분 차양과 완전차양을 포함하여 실질적인 선택적 대안이 가능하도록 고려하였다.
모델 사무소 공간의 작업면 설계조도를 5001ux 로 설정하여 40W 2구 하면 개방형 형광등기구의 레이아웃을 계획한 결과 모두 27개의 조명기구가 필요하여 건축 공간모듈에 대응한 3x9의 배치를 그림 7과 같이 실시하였다. 본 조명계획안은 남측 창을 통하여 유입되는 자연광량에 대응하여 연속적으로 조광 제어되어 통합관리시의 성능평가의 기본 인공조명안으로 이용된다.
본 연구는 자연채광 시스템과 인공조명의 통합기술과 운용기법을, 사무소 건물의 일반적 공간 모델에 적용했을 경우, 즉, 담천공하의 자연광의 분포에 의해 통합적으로 작동되는 인공조명 연속조광기가 설치 - 운용되는 경우에 예상되는 연간 전반조명에너지 및 냉방부하의 절감량을 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 예시하였다. 이를 위해 채광시스템에 의한 실내 조도분포를 제시하며 아울러 해당공간에 최적의 에너지 효율적인 인공조명레이아웃을 설계한다.
포괄적인 기후자료 및 다양한 건축설비의 성능자료를 데이터 베이스로 내장하고 있으며 건축적 대안 및 초기투자에 대한 경제성 검토까지 수행한다. 본 연구에서는 담천공하에서 남면 창에 의해 얻어지는 자연채광효과를 주광율 지표로 자료화하여 ENER-Win program에 입력하여 미국 Texas 주의 San Antonio (30oN, 97oW) 지역의 기후 자료를 이용, 년간 조명 에너지 절감량과 조명기구 점멸에 의한 년간 냉방 부하 절감량을 동시에 추출하였다. 에너지 분석을 위한 건물변수는 표 3과 같다.
기본적 인 수준의 수평면 조도를 확보하기 위한 가장 에너지 효율적인 방법이기 때문이다. 본 연구에서는 표 2와 같이 사무 공간에 가장 일반적으로 사용되는 광원인 40W 2구 하면 개방형 형광등기구를 이용하여 에너지 절약적인 조명설계를 실시하였다. 현휘방지를 위하여 반투명 유백색면을 부착한 경우 효율은 75%정도로 감소되었다.
7과 같이 실시하였다. 본 조명계획안은 남측 창을 통하여 유입되는 자연광량에 대응하여 연속적으로 조광 제어되어 통합관리시의 성능평가의 기본 인공조명안으로 이용된다. 계획된 조명안에 의하여 실내에 형성되는 조도의 분포를 그림 8 에 나타나고 있다.
실내의 크기는 폭 21m, 깊이 9m, 천장높이는 3m와 3.6m의 두 종류로 설정하였으며 장방형 창은 벽의 양단에서 30cm 씩 떨어뜨렸으며, 상인방 30cm, 하인방 75cm를 기준으로 건물 남면에 설치하였다. (그림 5-a) 또한 그림 5-(b)와 같이 일반적으로 사용되는 사무공간용 칸막이가 배치된 실내형상을 설정하여 조명환경의 현실성을 제고하였다.
통하여 예시하였다. 이를 위해 채광시스템에 의한 실내 조도분포를 제시하며 아울러 해당공간에 최적의 에너지 효율적인 인공조명레이아웃을 설계한다. 창면부의 현휘방지를 위한 질적 조명기법으로서 완화조명과의 통합 설계와 루버나 커버형 조명원이 사용될 경우 조명원적효율도 부가적으로 고려된다.
이는 실내조도의 균등한 분포를 통한 시각적 쾌적성과 변화하는 자연광량에 대응되는 연속적인 점멸로 에너지 절감을 유도할 수 있기 때문이다. 이와 같은 통합화의 성능을 정량적으로 분석하기 위하여 앞서 계획된 조명설계안에 그림 9에 도해된 바와 같이 실내 권역별 내부 수광기와 연속 조광용 디머를 설치하여 자연채광과 인공조명의 통합적운용을 실시하였다.
자연광과의 통합성능평가를 실시하기 위하여 먼저 일반적인 형태의 사무소 건물 외주부의 장방형의 일부분을 모델공간으로 그림 5와 같이 정형화하였다. 실내의 크기는 폭 21m, 깊이 9m, 천장높이는 3m와 3.
통합조명설비의 운용시 자연채광에 의한 실내조도가 8001UX 정도 되는 경우를 기준으로 실내조명기구가 점멸토록 하는 것이 일반적이나 본 연구에서는 실내 어느 지점에서나 기준조도를 유지할 수 있도록 하기 위하여 각 조명권역내에 창으로부터 가장 먼 위치에 감지기를 설치하였으며 현실적인 절감량을 예시하기 위하여 조도기준을 일반 사무소기준을 참조하여 6501x(60fc)로 설정하였다.

데이터처리

자연채광과 인공조명기구는 상호 연계적으로 작동하며 이에 대한 통합적인 효과는 건물 에너지 분석 프로그램인 ENER-Win 을 이용하여 실시하였다.

이론/모형

본 연구에서는 인공조명의 설계 및 성능평가를 위한 해석용 프로그램으로 Lumen-Micro 2000 을 사용하였다. 미국 Lighting Technologies 사에서 개발된 실내 조명환경의 성능분석을 위한 컴퓨터 프로그램 중 하나로 현재 학계와 산업계에서 그 우수성과 정확도를 인정받으며 널리 사용되고 있다.

성능/효과

있다. 개구부의 형상과 칸막이 존재 여부에 크게 관계없이 자연채광효율과 연계하여 인공조명을 운용할 경우 약 70%의 인공조명 에너지 절감의 효과를 제공하였다.
미국 Lighting Technologies 사에서 개발된 실내 조명환경의 성능분석을 위한 컴퓨터 프로그램 중 하나로 현재 학계와 산업계에서 그 우수성과 정확도를 인정받으며 널리 사용되고 있다. 본 프로그램은 현재 조명업계에서 개발된 대부분의 광원 및 조명 기구에 대한 광학 자료를 데이터 베이스로 제공하며 인공조명뿐 아니라 자연채광 기법의 성능평가도 동시에 할 수 있어 상호보완적인 조명계획이 일괄적으로 가능하다. 조도 수준의 평가 뿐 아니라 소요 에너지량 및 수직면 조도, 벽면 발산광량 등 다양한 결과를 수치와도 식을 통하여 나타내주며 일반적으로 조명환경성능평가 프로그램이 다루는 건축적 변수들 이외에 천창, 고창, 광선반, 차양, 외부 건물의 영향 등의 채광 성능평가가 가능하다.

후속연구

증대를 가능케 한다. 또한 공간의 시각적 흥미와 쾌적함을 창조하는데도 기여하는 등 긍정적인 효과가 매우 크고 다양하기 때문에 앞으로 조명제어 시스템을 도입하는 건물은 더욱 증가할 것으로 보인다. 특히 조명이 인간의 육체적, 심리적, 정서적인 면에 많은 영향을 미친다는 사실이 과학적으로 입증되고 있기 때문에 쾌적한 환경을 조성하여 안전하고 쾌적한 작업환경을 요구하는 작업자의 욕구를 충족시키고 나아가 작업능률을향상시키기 위한 목적에서도 조명제어 시스템의 활용은 두드러질 것으로 예상되고 있다.
통합의 기대효과가 극대화될 것이다. 또한 향후 조명제어 시스템은 외부의 주광량이 증대하는 경우 조광 유리를 이용하거나 자동블라인드가 작동되는 주광 차단기능이 내장된 첨단 채광창호 시스템 등 다양한 기능의 자연광 연계 조명시스템의 적극적 도입도 고려하여야 한다.
이에 자연광의 보다 깊숙한 실내사입이 가능한 첨단 채광시스템 및 채광설비의 도입이 선행되어야 통합의 기대효과가 극대화될 것이다. 또한 향후 조명제어 시스템은 외부의 주광량이 증대하는 경우 조광 유리를 이용하거나 자동블라인드가 작동되는 주광 차단기능이 내장된 첨단 채광창호 시스템 등 다양한 기능의 자연광 연계 조명시스템의 적극적 도입도 고려하여야 한다.

참고문헌 (12)

강도열, 이준웅, 인테리어를 위한 전기와 조명, 동일, 1997
김정태 외, 건축설비시스템, 기문당, 2002
박동화, 정용기, 조명설비 설계와 시공 가이드북, 의제, 1999
편집부, 에너지 절약을 위한 조명제어 시스템, 조명과 인테리어, Vol.58, pp.104-117 1998
편집부, 조명과 빌딩매니지먼트, 조명과 인테리어 , Vol.43, pp. 124-129, 1995
Ballman, T.L. and R.E. Leven. Illumnation in Partitioned Space, Journal of the IES, Summer, IESNA, New York, NY. pp. 31-49, 1987
Boyer, L.L. Multiple Validation of Annual Energy Savings Analysis Techniques for Preliminary Daylighting Design, Proc. 2nd International Daylighting Conference, Long Beach, 1986
Degelman, L.O. ENERCALC: A Weather and Building Energy Simulation Model Using Fast Hour-by-Hour Algorithms, The 4th National Conference on Micro-Computer Applications in Energy, April, Tucson, AZ., 1990
Hunt, D.R.G. Improved Daylight Data for Predicting Energy Savings from Photoelectric Controls, Lighting Research and Technology, Vol. 11, No. 1, The Chartered Institution of Building Services Engineers, UK. pp. 9-23. 1979

상세보기
IESNA, IES Recommended Procedure for Lighting Energy Limit Determination for Buildings, Journal of IES, IESNA, New York, N.Y., Vol(24:1), pp.188-207, 1995
Lighting Technologies, Lumen Micro 7User's Guide. 1998
Littlefair, P.J. Predicting Annual Lighting Use in Daylight Buildings, Building and Environment, Vol. 25 pp. 43-54, 1990

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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