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문제 정의
- 본 연구에서는 각 주광 조건 및 센서의 차단조건 아래에서 발생된 제어시스템의 디밍 효과를 분석하기 위하여 5가지의 범주를 선정하였다. 이는 기존의 연구에 적용되어 효과적인 판단기준으로 활용되었다.
- 따라서, 효과적인 조광제어시스템의 운영을 위하여 주어진 센서의 조건에 대하여 제어기의 알고리듬의 변화에 따른 디밍효율은 분석되어져야 한다. 본 연구에서는 고정된 위치에서 센서의 차단조건의 변화 및 제어기의 알고리듬의 변화에 따른 조광제어시스템의 제어효과를 분석한다. 소규모 사무실에 적용된 직/간접 조명방식을 대상으로 다양한 주광조건아래에서 컴퓨터 시뮬레이션을 실시 하여 최적 제어방안에 대하여 결정한다.
- 본 연구에서는 소규모 사무실내에 직/간접 조명장치가 조광제어시스템에 의하여 제어되는 경우 제어효과에 대하여 분석하였다. 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 조광제어 시스템을 적용하였을 경우 절약되는 조명에너지 절약양은 표 5에 나타나 있다. 본 연구에서는 시뮬레이션에 고려된 모든 경우에 대하여 조명에너지 절감량이 산정되었다. 그러나, 책상면에 목표조도를 성공적 으로 유지하지 못하는 경우는 시스템이 성공적으로 제어되지 않는 경우로 판단되어 에너지 절감량을 고려하는 대상에서 제외되었다.
- 연구에 사용된 적용공간 및 소프트웨어 등에서 유사성이 있으나, 본 연구에서는 제어 시스템의 구성인자가 전체 제어효과에 미치는 영향을 평가하기 위하여 동일한 공간에서 각기 다른 조건으로 설정된 조명기기 및 제어시스템에 대한 연구가 이루어졌다.
가설 설정
- 2로 각각 설정하였다. 1.5m(가로), 0.75m(세로), 0.75m(높이)의 크기인 책상이 실의 중심상선에 위치하며, 책상표면의 반사율은 0.3으로 가정되었다. 책상의 중심은 내부외피로부터 2.
- 9m로 가정되어 차양장치가 설치될 수 있는 공극(cavity)로 설정되었다. 공극공간의 양 측면부분에는 각 외피부분에 적용된 유리가 설치되는 것으로 가정하였다. 상부부분은 투과율이 없는 재료로 설정하여 이를 통한 주광의 입사는 없는 것으로 가정되었다.
- 내부외피와 외부외피사이의 거리는 0.9m로 가정되어 차양장치가 설치될 수 있는 공극(cavity)로 설정되었다. 공극공간의 양 측면부분에는 각 외피부분에 적용된 유리가 설치되는 것으로 가정하였다.
- 브라인드 슬랫은 수평으로 유지되어 이중외피를 통하여 유입되는 주광의 효과를 최대화 하는 것으로 설정되었다. 또한 실내공간내의 내부외피표면에는 투과율이 0.1인 섬유성물질(fabric material)로 조성된 차양장치가 설치되어 내부외피를 실의 천장으로부터 0%, 25% 및 50% 차양하는 것으로 가정되었다.
- 본 연구에서는 직/간접조명 시스템이 소규모 사무실에 적용되어 주광조건의 변화에 따라 조광제어시스템에 의하여 제어되는 것으로 가정하여 시뮬레이션이 실시되었다. 대상 공간은 그림 1-그림2에 나타나 있다.
- 부분차단조건으로 인하여 유리로부터 반사되어 센서에 직접 도달하는 성분은 효율적으로 차단되고 후벽면에서 반사되는 성분은 센서에 의하여 모두 감지된다. 부분차단 조건에 적용된 재료의 반사율은 0.71로 설정되었으나, 센서의 감지점(detection point)을 둘러싸고 있는 원형형태의 부분은 센서의 감지정도에 영향을 미치지 않는 것으로 가정되었다.
- 부분차단조건은 센서가 설치된 천장의 남북중선을 기준으로 동측 및 서측으로 각 90도씩 차단되는 것으로 가정되었다. 이중외피방향으로 향한 수직차단각도는 33.
- 빛을 감지하는 포토센서(photosensor)는 천장의 중심부분에 설치되어 바닥면과 수직을 이루며 설치되는 것으로 가정되었다. 센서에는 부분차단조건(partially-shielded)과 차단 조건없음 (unshielded)이 적용되는 것으로 가정되었다.
- 사무실의 크기는 3.0m(폭), 3.6m(깊이), 2.7m (높이)로 가정되었으며, 주광의 영향을 최대한 고려하기 위하여 전면의 벽면에 유리가 차지하는 비율이 100%인 이중외피가 설치되는 것으로 가정하였다. 이중외피부분에서 내부외피 및 외부외피에는 동일한 유리가 적용되는 것으로 가정하였고, 유리의 투과율은 0.
- 공극공간의 양 측면부분에는 각 외피부분에 적용된 유리가 설치되는 것으로 가정하였다. 상부부분은 투과율이 없는 재료로 설정하여 이를 통한 주광의 입사는 없는 것으로 가정되었다. 이 부분은 오버행(overhang)으로 작용하여, 태양고도가 높아지는 조건에 대하여 주광의 입사를 효과적으로 차단하는 것으로 가정하였다.
- 빛을 감지하는 포토센서(photosensor)는 천장의 중심부분에 설치되어 바닥면과 수직을 이루며 설치되는 것으로 가정되었다. 센서에는 부분차단조건(partially-shielded)과 차단 조건없음 (unshielded)이 적용되는 것으로 가정되었다. 차단조건은 그림 4에 명시되어 있다.
- 시뮬레이션에 필요한 주광조건의 설정을 위하여, 분석대상으로 고려된 소규모 사무실 공간은 미국의 한 도시에 위치하는 것으로 가정되었다. (Ann Arbor, Michigan, 위도: 42o14', 경도: 83o32').
- 실내로 유입되는 주광에 대한 차양장치의 영향을 분석하기 위하여, 공극공간내의 외부 외피표면에 브라인드가 설치되는 것으로 가정하였다. 브라인드 슬랫(slat)의 반사율은 0.
- 1로 가정되었다. 실내로 유입되는 주광의 영향을 분석하기 위하여 이중외피가 설치된 대상공간의 전면(facade)은 남측 및 북측을 향하는 것으로 가정되었다.
- 상부부분은 투과율이 없는 재료로 설정하여 이를 통한 주광의 입사는 없는 것으로 가정되었다. 이 부분은 오버행(overhang)으로 작용하여, 태양고도가 높아지는 조건에 대하여 주광의 입사를 효과적으로 차단하는 것으로 가정하였다.
- 이곳에서 지표면의 반사율은 0.1로 가정되었다.
- 2cd가 투사되었다. 이를 이용하여 책상면의 목표조도는 760 lx (70 fc)로 유지되는 것으로 가정되었다. 조명기구의 단면 및 강도분포는 그림 3에 나타나 있다.
- 7m (높이)로 가정되었으며, 주광의 영향을 최대한 고려하기 위하여 전면의 벽면에 유리가 차지하는 비율이 100%인 이중외피가 설치되는 것으로 가정하였다. 이중외피부분에서 내부외피 및 외부외피에는 동일한 유리가 적용되는 것으로 가정하였고, 유리의 투과율은 0.6, 반사율은 0.07로 설정되었다.
- 포토센서에서 발생된 신호를 근거로 조명기기의 최종디밍량을 조정하는 제어기의 알고리듬은 선형적으로 변화하는 것으로 가정되어 적용되었다. 따라서, 동일한 양의 빛이 센서에 의하여 감지되는 경우, 알고리듬의 차이에 따라 각기 다른 최종 디밍량이 결정된다.
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