[국내논문]건축실내 인공조명의 불쾌글레어 평가실험에 적용된 실험변수의 민감도 분석에 관한 연구 Study on Sensitivity of Variables of the Experiment to Evaluate Discomfort Glare of Interior Artificial Illumination원문보기
본 연구에서는 한국인의 시각적 특성을 반영한 불쾌글레어의 합리적인 예측을 위해 국내에 실제적으로 적용 가능한 불쾌글레어 예측식을 작성하는 것이 최종목표로 하고 있으며, 본 논문에서는 주변의 일반적인 사무실 건물의 조명환경을 대상으로 기본 단위로 구획하여 실물대모형(Mock-up)을 제작하여 실험을 진행하고 글레어에 최대 영향요인인 광원휘도를 비롯한 배경휘도, 입체각, 광원면적, 루버종류와 불쾌글레어의 관계를 도출하는 것을 목적으로 하였다. 본 연구는 다음과 같이 4단계로 나누어 연구를 진행하였다. 첫째, 불쾌글레어 평가등급을 정의하고 분류하기 위하여 선행연구에서 사용된 평가등급을 조사하여 연구목적에 부합되도록 수정하여 실험에 적용할 수 있도록 하였다. 둘째, 기존 불쾌글레어 평가실험식에 대한 검토를 통해 실험변수, 변수범위, 평가대상, 평가내용 등을 선정하였다. 셋째, 연구의 목적에 부합되도록 실험변인을 조절할 수 있는 실물대모형(Mock-up)을 제작하여 불쾌글레어 평가실험을 실시하였다. 최종적으로 불쾌글레어감과 광원휘도, 루버종류, 광원면적, 피험자위치간의 관계분석을 통해 실험변수의 민감도를 분석하였다. 연구 결과 인공광원의 불쾌글레어감에 영향을 주는 주요 변수는 광원휘도, 루버의 유무, 광원면적, 피험자위치(입체각) 순으로 영향을 미치는 것으로 나타났다.
본 연구에서는 한국인의 시각적 특성을 반영한 불쾌글레어의 합리적인 예측을 위해 국내에 실제적으로 적용 가능한 불쾌글레어 예측식을 작성하는 것이 최종목표로 하고 있으며, 본 논문에서는 주변의 일반적인 사무실 건물의 조명환경을 대상으로 기본 단위로 구획하여 실물대모형(Mock-up)을 제작하여 실험을 진행하고 글레어에 최대 영향요인인 광원휘도를 비롯한 배경휘도, 입체각, 광원면적, 루버종류와 불쾌글레어의 관계를 도출하는 것을 목적으로 하였다. 본 연구는 다음과 같이 4단계로 나누어 연구를 진행하였다. 첫째, 불쾌글레어 평가등급을 정의하고 분류하기 위하여 선행연구에서 사용된 평가등급을 조사하여 연구목적에 부합되도록 수정하여 실험에 적용할 수 있도록 하였다. 둘째, 기존 불쾌글레어 평가실험식에 대한 검토를 통해 실험변수, 변수범위, 평가대상, 평가내용 등을 선정하였다. 셋째, 연구의 목적에 부합되도록 실험변인을 조절할 수 있는 실물대모형(Mock-up)을 제작하여 불쾌글레어 평가실험을 실시하였다. 최종적으로 불쾌글레어감과 광원휘도, 루버종류, 광원면적, 피험자위치간의 관계분석을 통해 실험변수의 민감도를 분석하였다. 연구 결과 인공광원의 불쾌글레어감에 영향을 주는 주요 변수는 광원휘도, 루버의 유무, 광원면적, 피험자위치(입체각) 순으로 영향을 미치는 것으로 나타났다.
The ultimate purpose of the study is to develop a discomfort glare forecasting formula that can be practically used in Korea in order to effectively forecast discomfort glare considering the optical characteristics of the Koreans. The study was to examine the relations between discomfort glare and t...
The ultimate purpose of the study is to develop a discomfort glare forecasting formula that can be practically used in Korea in order to effectively forecast discomfort glare considering the optical characteristics of the Koreans. The study was to examine the relations between discomfort glare and the variables such as luminance, background luminance, solid angle, luminous area and louver. To this end, experiments were conducted in a mock-up office that emulates the lighting environment of an ordinary office. The study was conducted by four steps as follow. First, previous studies on discomfort glare rating to define and rate discomfort glare were analyzed and modified to be applied to the experiments of this study. Second, experiment variables, variable scope, evaluation objects and evaluation points were determined after review on existing discomfort glare evaluation experimental formulas. Third, experiments were conducted in a mock-up office to be able to control variables. Finally, sensitivity of experiment variables were analyzed through examination of the relation between discomfort glare and the variables such as luminance, solid angle, louver, luminous area and subject's position. The result showed that the most influential variables on discomfort glare of an artificial light source is luminance and louver, luminous area and subject's position(solid angle) followed.
The ultimate purpose of the study is to develop a discomfort glare forecasting formula that can be practically used in Korea in order to effectively forecast discomfort glare considering the optical characteristics of the Koreans. The study was to examine the relations between discomfort glare and the variables such as luminance, background luminance, solid angle, luminous area and louver. To this end, experiments were conducted in a mock-up office that emulates the lighting environment of an ordinary office. The study was conducted by four steps as follow. First, previous studies on discomfort glare rating to define and rate discomfort glare were analyzed and modified to be applied to the experiments of this study. Second, experiment variables, variable scope, evaluation objects and evaluation points were determined after review on existing discomfort glare evaluation experimental formulas. Third, experiments were conducted in a mock-up office to be able to control variables. Finally, sensitivity of experiment variables were analyzed through examination of the relation between discomfort glare and the variables such as luminance, solid angle, louver, luminous area and subject's position. The result showed that the most influential variables on discomfort glare of an artificial light source is luminance and louver, luminous area and subject's position(solid angle) followed.
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문제 정의
이에 본 연구에서는 한국인의 시각적 특성을 반영한 불쾌글레어의 합리적인 예측을 위해 국내에 실제적으로 적용가능한 불쾌글레어 예측식을 작성하는 것이 최종목표로 하고 있으며, 본 논문에서는 주변의 일반적인 사무실 건물의 조명환경을 대상으로 기본 단위로 구획하여 실물대모형(Mxk-up)을 제작하여 실험을 진행하고 글레어에 최대 영향 요인인 광원 휘도를 비롯하여 배경휘도, 입체각, 광원면적, 루버종류와 불쾌글레어의 관계를 도출하는 것을 목적으로 하였다.
제안 방법
다음의 표 2에 실험에 적용된 조명기구의 종류를 나타냈다. 각 조명기구는 8< 12< 16셀을 가지는 루버 부착형과 개방형으로 세분화하였다.
각각의 조명기구별로 0셀 &叟 12셀, 16셀의 루버를 적용시켜 실험을 진행하였다 루버의 유무 및 밀도에 따라 광원의 휘도가 달라지기 때문에 광원의 휘도에 따른 불쾌글레어감(GSV)을 각 루버 종류별로 분류하여 그림 3과 같이 나타내었다. 조명기구의 종류와 상관없이 루버의 유무가 불쾌글레어감에 가장 큰 영향을 주는 것으로 나타났으며, 루버의 밀도가 높아짐에 따라 불쾌글레어감이 줄어드는 것으로 나타났고, 이것은 루버의 밀도가 증가하면서 반대로 광원의 휘도가 낮아지기 때문인 것으로 파악된다.
건축물 실내에서 불쾌글레어감을 평가하기 위해서 직접적으로 광원을 바라보는 평가실험이 아니라 작업 책상에 위치해서 정면을 응시한 후 평가를 실시하였다. 실내에 존재하는 모든 광원이 불쾌글레어감에 영향을 미치나 가장 큰 원인은 피험자의 시야 내에서 가장 높은 휘도값을 보이는 광원이 글레어광원이 된다.
그림 1에 표시된 4개의 Table에서 정면을 응시했을 때 피험자의 시야내에서 가장 큰 영향을 끼치는 광원을 기준으로 광원휘도를 측정하였고, 배경휘도는 글레어광원의 영향을 배제하여 산출하였다.
첫째, 불쾌글레어 평가등급을 정의하고 분류하기 위하여 선행연구에서 사용된 평가등급을 조사하여 연구목적에 부합되도록 수정하여 실험에 적용할 수 있도록 하였다. 둘째, 기존 불쾌글레어 평가실험식에 대한 검토를 통해 실험변수, 변수범위, 평가대상, 평가내용 등을 선정하였다. 셋째, 연구의 목적에 부합되도록 실험변인을 조절할 수 있는 실물대모형(Mock-up)을 제작하여 불쾌글레어 평가실험을 실시하였다.
실내에 존재하는 모든 광원이 불쾌글레어감에 영향을 미치나 가장 큰 원인은 피험자의 시야 내에서 가장 높은 휘도값을 보이는 광원이 글레어광원이 된다. 따라서, 시야내에서 가장 높은 광원 휘도가 글레어의 중심이 되며 본 분석에서도 시야 내의 최대 휘도를 중심으로 분석을 진행하였다. 실험 결과 나타난 광원휘도와 불쾌글레어감(GSV)의 관계를 그림 2에 나타내었다.
본 실험의 평가어휘는 불쾌글레어감(GSV), 눈부심감(DS)를 사용하였으며, 평가등급 0부터 3까지 4 단계를 적용하여 실험을 진행하였다. 실험은 그림 1 과 같이 4개의 피험자위치와 3가지 조명기구, 3단계 광원 휘도, 3단계 배경휘도 4가지 루버종류를 실험변수로 하여 평가실험을 실시하였다.
이용되고 있다. 본 연구에서는 기실험된 선행연구의 결과1)를 참고하여 이들 평가어휘중 대표어휘로 불쾌글레어감(GSV)을 선정하고, 전술한 글레어평가등급분류중 4단계 등급을 적용하여 평가어휘를 0~3단계까지 나누어 평가하도록 하였다.
말한다. 본 연구에서는 피험자가 책상에서 작업을 하면서 주변밝기에 순응하고 얼굴을 들어 정면을 10초간 보게 한 후, 불쾌글레어감을 평가하도록 하였다. 평가어휘는 표 9와 같이 4단계의 척도를 사용하였다.
둘째, 기존 불쾌글레어 평가실험식에 대한 검토를 통해 실험변수, 변수범위, 평가대상, 평가내용 등을 선정하였다. 셋째, 연구의 목적에 부합되도록 실험변인을 조절할 수 있는 실물대모형(Mock-up)을 제작하여 불쾌글레어 평가실험을 실시하였다. 최종적으로 불쾌글레어 감과 광원휘도, 루버종류, 광원면적, 피험자위치간의 관계분석을 통해 실험변수의 민감도를 분석하였다.
실내공간의 불쾌글레어의 발생을 피하고 전반적인 글레어 정도를 평가 . 규제하는 방법에 대해서는 서구 유럽과 미국을 중심으로 다수의 연구가 진행되어 왔다.
적용하여 실험을 진행하였다. 실험은 그림 1 과 같이 4개의 피험자위치와 3가지 조명기구, 3단계 광원 휘도, 3단계 배경휘도 4가지 루버종류를 실험변수로 하여 평가실험을 실시하였다.
대상으로 실험을 실시하였다. 연구의 목적에 부합되도록 다양한 실험변인과 조건들을 조절할 수 있고, 조명기구들을 교체가 용이하도록 실물대모형 (Mxk-up)을 제작하였고, 주광의 영향을 배제하기 위하여 무창공간으로 제작하여 실험을 실시하였다.
글레어 평가등급은 국내 . 외의 선행연구에서 사용된 평가등급을 조사하여 본 연구에 적용가능한 평가등급을 찾고 연구목적에 부합되도록 수정 및 보완을 실시하였다. 현재 많이 통용되고있는 글레어 평가등급분류를 표 1에 나타냈다.
있다. 이러한 선행연구에서 제안한 평가식의 문제점을 보완하기 위해 실험변수와 불쾌글레어감과의 영향도 분석을 통해 보다 정확한 불쾌글레어를 평가식을 작성하기 위한 실험을 실시하였다.
이상의 연구에서는 인공광원의 불쾌글레어감에 영향을 미치는 실험변수를 선행연구와 평가실험을 통해 도출한 후 각각의 변수가 불쾌글레어감(GSV) 에 미치는 영향도와 관계를 분석하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
첫째, 불쾌글레어 평가등급을 정의하고 분류하기 위하여 선행연구에서 사용된 평가등급을 조사하여 연구목적에 부합되도록 수정하여 실험에 적용할 수 있도록 하였다. 둘째, 기존 불쾌글레어 평가실험식에 대한 검토를 통해 실험변수, 변수범위, 평가대상, 평가내용 등을 선정하였다.
대상 데이터
본 연구에서는 글레어를 발생시키는 광원으로 조광 (Dimming)이 가능한 281WI의 T5램프를 적용한 조명기구를 대상으로 실험을 실시하였다. 연구의 목적에 부합되도록 다양한 실험변인과 조건들을 조절할 수 있고, 조명기구들을 교체가 용이하도록 실물대모형 (Mxk-up)을 제작하였고, 주광의 영향을 배제하기 위하여 무창공간으로 제작하여 실험을 실시하였다.
3.1 실물대(Mock-up) 실험장치
실험실의 크기는 가로X세로X높이를 3, 200x8, 430 x3, 000[mm]로 하였다. 천정면에 조광이 가능한 조명기구를 그림 1과 같이 배치하였고, 실내의 배경휘도를 조절하기 위한 다운라이트 10개를 설치하였다.
000[mm]로 하였다. 천정면에 조광이 가능한 조명기구를 그림 1과 같이 배치하였고, 실내의 배경휘도를 조절하기 위한 다운라이트 10개를 설치하였다. 다음의 표 2에 실험에 적용된 조명기구의 종류를 나타냈다.
피험자의 구성은 연구목적에 부합하기 위해 건축 실내공간에 대한 이해가 가능한 건축학부 4학년 이상의 학부생 및 대학원생들로 구성하였으며, 남자 26 명, 여자 11명으로 총 37명을 대상으로 실험을 진행하였다. 피험자의 구성은 표 8에 나타내었다.
데이터처리
셋째, 연구의 목적에 부합되도록 실험변인을 조절할 수 있는 실물대모형(Mock-up)을 제작하여 불쾌글레어 평가실험을 실시하였다. 최종적으로 불쾌글레어 감과 광원휘도, 루버종류, 광원면적, 피험자위치간의 관계분석을 통해 실험변수의 민감도를 분석하였다.
성능/효과
1) 실험결과 실험에 사용된 조명기구의 종류와 무관하게 광원휘도가 3, 500[cdAn']미만에서는 조명기구 모두가 불쾌글레어감이 없고 거의 동일한 값을 나타내고 있으며, 광원휘도가 5, 000[ccV m!], 10, 000[cd/m!], 15,000[cd/m'] 일 때 불쾌글레어감은 4구형이 2구형보다 20[%], 12[%1 13[%] 높게 나타났고, 2구형이 1구형보다는 33[%丄 30[%], 30[%] 높게 나타났다
2) 조명 기구별로 0셀, 曜, 12< 16셀의 루버를 적용시켜 실험을 진행한 결과, 조명기구의 종류와 상관없이 루버의 유무가 불쾌글레어감에 가장 큰 영향을 주는 것으로 나타났으며, 루버의 밀도가 높아짐에 따라 불쾌글레어감이 줄어드는 것으로 나타났다. 루버의 유무 및 종류와 상관없이 3, 500[cdW]이하일 때는 불쾌글레어감을 인식하지 못하고 있었으며, 7, 000[cd/nV] 이상일 때부터 루버 종류별로 불쾌글레어감을 인지하기 시작하였다.
3) 광원의 면적에 따른 실험결과 루버의 종류에 따라 불쾌글레어감의 정도차이는 있지만 모든 루버에 대하여 불쾌글레어감이 광원의 면적에 비례하는 것으로 나타났다. 루버가 없는 조명기구의 광원면적에 대한 불쾌글레어감의 변화폭이 루버가 있는 조명기구에 비해 상당히 큰 것으로 나타났고, 루버의 셀수가 많아질 수록 광원 면적에 대한 불쾌글레어감의 변화가 적어지는 것으로 나타났다.
4) 피험자의 위치별 불쾌글레어감 평가결과 시야 내에 존재하는 글레어 광원의 수에 큰 영향을 받는 것으로 나타났다.
2구형 조명기구의 경우에는 광원휘도가 5, 000 [cd/H]이상일 때부터 불쾌글레어감을 인식하기 시작하였으며, 광원휘도가 15,000[cd/m‘] 이상일 때 약간의 불쾌감을 느끼는 것으로 나타났다. 4구형 조명기구의 경우에는 4, 000[c(ym1 이상일 때부터 불쾌글레어감을 인식하기 시작하였으며, 광원휘도가 18, 000 [即就]이상일 때 정면을 응시하는 것에 불쾌감을 느끼고 있으나 광원휘도가 20, 000[cd/m']에 이르러도 참기 힘든 상태는 도달하지 않는 것으로 나타났다. 또한 광원휘도가 3, 500[cd/H]미만에서는 조명기구 모두가 불쾌글레어감이 없고 거의 동일한 값을 나타내고 있으며, 광원휘도가 5000[c?m, 10, 000[cd/m!], 15, 000[c田m']일 때 불쾌글레어감은 4구형이 2 구형보다 20[%], 13[%] 높게 나타났고, 2구형이 1 구형보다는 33[%1 30[%], 30[%] 높게 나타났다.
루버의 유무 및 종류와 상관없이 3, 500[cdW]이하일 때는 불쾌글레어감을 인식하지 못하고 있었으며, 7, 000[cd/nV] 이상일 때부터 루버 종류별로 불쾌글레어감을 인지하기 시작하였다. 높은 광원휘도로 진행될수록 불쾌글레어감을 평가하는데 루버의 중요성이 더욱 커지는 것으로 나타났다.
4구형 조명기구의 경우에는 4, 000[c(ym1 이상일 때부터 불쾌글레어감을 인식하기 시작하였으며, 광원휘도가 18, 000 [即就]이상일 때 정면을 응시하는 것에 불쾌감을 느끼고 있으나 광원휘도가 20, 000[cd/m']에 이르러도 참기 힘든 상태는 도달하지 않는 것으로 나타났다. 또한 광원휘도가 3, 500[cd/H]미만에서는 조명기구 모두가 불쾌글레어감이 없고 거의 동일한 값을 나타내고 있으며, 광원휘도가 5000[c?m, 10, 000[cd/m!], 15, 000[c田m']일 때 불쾌글레어감은 4구형이 2 구형보다 20[%], 13[%] 높게 나타났고, 2구형이 1 구형보다는 33[%1 30[%], 30[%] 높게 나타났다.
그림에 나타난 것과 같이 루버의 종류에 따라 불쾌글레어감의 정도 차이는 있지만 모든 루버에 대하여 불쾌글레어감이 광원의 면적에 비례하는 것으로 나타났다. 루버가 없는 조명기구의 광원면적에 대한 불쾌글레어감의 변화폭이 루버가 있는 조명기구에 비해 상당히 큰 것으로 나타났고, 루버의 셀수가 많아질수록 광원 면적에 대한 불쾌글레어감의 변화가 적어지는 것으로 나타났다.
그림에 나타난 것과 같이 루버의 종류에 따라 불쾌글레어감의 정도 차이는 있지만 모든 루버에 대하여 불쾌글레어감이 광원의 면적에 비례하는 것으로 나타났다. 루버가 없는 조명기구의 광원면적에 대한 불쾌글레어감의 변화폭이 루버가 있는 조명기구에 비해 상당히 큰 것으로 나타났고, 루버의 셀수가 많아질수록 광원 면적에 대한 불쾌글레어감의 변화가 적어지는 것으로 나타났다.
본래 4번 Table에서 가장 많은 개수의 광원이 보이고 그로 인해 가장 불쾌글레어감이 크게 나타나야 하지만 그림에서 보듯이 3번 Table에서의 불쾌글레어감이 가장 높다는 실험결과가 나타났다. 제한된 공간의 실물대 실험장치이기 때문에 변화의 폭이 크지 않고, 다른 요인들의 영향도에 비하면 미미한 수준을 보이고 있다.
실험결과 실험에 사용된 조명기구의 종류와 무관하게 광원휘도가 3500[cd/m']이하일 때는 불쾌글레어감을 인식하지 못하는 것으로 나타났으며, 1 구형 조명기구의 경우에는 광원휘도가 10, 000[cd/m‘] 이상일 때 불쾌글레어감을 느끼기 시작하는 것으로 나타났다. 2구형 조명기구의 경우에는 광원휘도가 5, 000 [cd/H]이상일 때부터 불쾌글레어감을 인식하기 시작하였으며, 광원휘도가 15,000[cd/m‘] 이상일 때 약간의 불쾌감을 느끼는 것으로 나타났다.
이상의 연구 결과 인공광원의 불쾌글레어감에 영향을 주는 주요 변수는 광원휘도, 루버의 유무, 광원 면적, 피험자위치(입체각)인 것으로 나타났다. 앞으로 계속되는 실험결과를 통해 불쾌글레어감과 각 변수들 간의 회귀식을 비롯한 관계식을 도출하고, 변수들 간의 상관관계를 분석하여 변수들간의 영향도를 고려한 불쾌글레어 예측지표작성을 위한 지침으로 활용될 것이다.
조명기구의 종류와 상관없이 루버의 유무가 불쾌글레어감에 가장 큰 영향을 주는 것으로 나타났으며, 루버의 밀도가 높아짐에 따라 불쾌글레어감이 줄어드는 것으로 나타났고, 이것은 루버의 밀도가 증가하면서 반대로 광원의 휘도가 낮아지기 때문인 것으로 파악된다. 루버의 유무 및 종류와 상관없이 3, 500〔cd/nV] 이하일때는 불쾌글레어감을 인식하지 못하고 있었으며, 7, 000[cdM이상일 때부터 루버 종류별로 불쾌글레어감을 인지하기 시작하였다.
후속연구
앞으로 계속되는 실험결과를 통해 불쾌글레어감과 각 변수들 간의 회귀식을 비롯한 관계식을 도출하고, 변수들 간의 상관관계를 분석하여 변수들간의 영향도를 고려한 불쾌글레어 예측지표작성을 위한 지침으로 활용될 것이다.
Vanden Berg, T. J. T. P., IJspeert, J. K., de Waard, P. W. T. & Meire, F., Functional quantification of disphany, Documenta Ophthalmologica, 25, pp239-246, 1990
Jin-Sook Lee, Byoung-Soo Kim ; Sensitivity Analysis of Variable Factor for Evaluation Test of Discomfort Glare Index Caused by Windows, Architectural Institute of Korea (AIK) 20 (5), 2004. 5
Jin-Sook Lee, Byoung-Soo Kim ; Analysis on comparing with the DGI and PGSV to establish discomfort glare index caused by windows, Architectural Institute of Korea (AIK) 19 (9), 2003. 9
Jin-Sook Lee, Won-Do Kim, Byoung-Soo Kim ; The Fundamental Research for Discomfort Glare Evaluation of Building Interior Artificial Illumination, Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers Vol.20 No.1, 2006. 1
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