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문제 정의
- 이러한 연구결과들은 LED광원을 이용한 국부조명 설계시 쾌적한 시환경을 위한 정성적인 평가로서, LED 광원의 효율적인 적용을 위한 기초자료로 활용하는데 연구의 의의가 있다고 사료된다. 차후의 과제로서 본 연구에서 사용된 LED광원을 적용한 조명환경에서 광원의 색온도가 시작업 성능 및 작업자의 선호도에 미치는 영향을 분석할 것이며, 피험자들을 대상으로 다양한 작업에 대한 수행 능력과 설문조사를 통한 주관적 반응 및 생리적 반응에 미치는 영향에 대한 연구를 진행할 것이다.
- 이에 본 연구는 국부조명원으로서의 일반 형광광원과 LED광원을 이용한 휘도 및 색온도를 비교분석하여 LED 광원의 광학적 및 환경적 특성을 이해하고 이러한 특성을 조명기구 설계 시 적절히 반영하기 위한 기초자료를 제시함에 목적이 있다.
제안 방법
- LED광원은 한국광기술원(KOSPI-T08-0041, 2008.02.13)에서 KS광원색의 측정방법을 기준으로 측정한 광원 자체의 색온도는 표 1과 같으며, 형광광원을 이용한 국부조명 1개와 함께 총 6개의 광원을 비교하였다. 본 실험에서 일반 형광광원은 「S1」, LED 광원은 「L1」,「L2」,「L3」,「L4」,「L5」으로 분류하였다.
- 본 모델의 작업면으로부터 광원의 높이는 40cm이며, 총 발광부의 크기는 가로 4cm, 세로 20cm이다. 또한 발광부 내 27개의 발광소자를 이용하여 5종류의 각각 다른 색온도의 빛을 발산시키며, 소비전력은 12W이고, 광속은 200～380lm이다.
- 8m(H)의 측창이 설치되어 있다. 또한 외부의 빛 유입을 차단하기 위해 남측에 설치된 측창면에 대하여 암막을 설치하였다.
- 또한, 본 논문의 저자는 2008년 8월 한국생태환경건축학회 하계학술발표대회를 통해 “LED광원과 형광광원에 의한 작업면의 조명환경 분석”을 통해 LED광원 5종류와 형광광원 1종류가 적용된 국부조명기구를 이용하여 작업면의 조도 및 균제도를 분석하였다.
- 13)에서 KS광원색의 측정방법을 기준으로 측정한 광원 자체의 색온도는 표 1과 같으며, 형광광원을 이용한 국부조명 1개와 함께 총 6개의 광원을 비교하였다. 본 실험에서 일반 형광광원은 「S1」, LED 광원은 「L1」,「L2」,「L3」,「L4」,「L5」으로 분류하였다.
- 본 연구에서는 LED광원의 조명환경 특성을 알아보기 위해 형광광원 1종류와 색온도가 각각 다른 LED광원 5종류를 적용한 조명환경의 책상 위 작업면 휘도 및 색온도를 측정하였으며, 작업면의 사용 면적을 크기에 따라 3종류로 구분하여 비교·분석하였다.
- 또한, 본 논문의 저자는 2008년 8월 한국생태환경건축학회 하계학술발표대회를 통해 “LED광원과 형광광원에 의한 작업면의 조명환경 분석”을 통해 LED광원 5종류와 형광광원 1종류가 적용된 국부조명기구를 이용하여 작업면의 조도 및 균제도를 분석하였다. 본 연구에서는 기존 연구에 수행되지 않았던 LED광원이 적용된 국부조명기구를 이용하여 작업면의 표면휘도 및 색온도를 측정하여 일반 형광광원과 비교․분석하였으며, 각 작업면의 크기를 A2, A3, A4 사이즈로 분류하여 작업 면적에 따른 휘도 및 색온도 특성을 분석하였다.
- 사용 면적을 A4, A3, A2 면적으로 구분했을 경우, 각 면적에 따른 작업면의 색온도와 사용하지 않는 책상면의 색온도를 측정하였다. 측정된 결과는 표 4와 같이 「S1」의 경우, 광원 자체의 색온도가 5,000K이나, 작업면 색온도는 5,810～5,860K으로, 800K이 증가된 값을 나타내고 있다.
- 작업공간의 조명환경을 평가하기 위한 항목으로 휘도비를산정하였으며, 북미 국제조명공학회(IESNA)에서 제시한 권장휘도비(표 3)를 평가지표로 선정하여 작업면과 주변사이, 작업면과 조금 떨어진 어두운 면, 작업면과 조금 떨어진 밝은 면의 평균 휘도를 분석하였다. 휘도비란 작업면의 휘도와 주변부의 휘도와의 비율로서, 작업 시 시대상 자체에 큰 휘도대비가 있으면 보는 정도가 약해지고 시각적인 불쾌감을 느끼게 된다.
- 책상에서 시작업 시 이용자의 시야와 동일한 각도로 책상 작업면의 표면 휘도를 측정하여 이용자가 실질적으로 느낄 수 있는 휘도 값을 측정하였다. 측정된 휘도 표 2에서와 같이 작업면에서 A4, A3, A2 면적에 대한 휘도의 분포와 각 면적당 평균 휘도를 측정하여 비교하였다.
- 책상에서 시작업 시 이용자의 시야와 동일한 각도로 책상 작업면의 표면 휘도를 측정하여 이용자가 실질적으로 느낄 수 있는 휘도 값을 측정하였다. 측정된 휘도 표 2에서와 같이 작업면에서 A4, A3, A2 면적에 대한 휘도의 분포와 각 면적당 평균 휘도를 측정하여 비교하였다. 측정 결과, 「S1」을 이용한 조명환경의 휘도는 A4 면적에서 144cd/㎡, A3 면적에서는 131cd/㎡, A2 면적은 117cd/㎡로 측정된 반면, LED 광원을 이용한 조명환경에서는 모든 광원에서 「S1」보다 높은 휘도값이 측정되었다.
- 측정된 휘도와 색온도는 시야 내에서 사용 면적의 작업면과 사용하지 않는 작업면의 차이를 비교·분석하였다.
- 휘도 및 색온도 측정은 작업 시 인간의 시야와 일치한 각도로 책상면의 표면 휘도 및 색온도를 측정하였으며, 책상에 A2, A3, A4 용지 면적에 대한 휘도 및 색온도를 비교하였다. 측정점은 그림 3과 같다.
대상 데이터
- LED광원의 휘도 및 색온도 측정실험을 위한 국부조명기구의 대상으로는 D사의 Q-200 모델을 선정하였다. 본 모델의 작업면으로부터 광원의 높이는 40cm이며, 총 발광부의 크기는 가로 4cm, 세로 20cm이다.
- LED광원의 휘도 및 색온도 측정실험을 위한 국부조명기구의 대상으로는 D사의 Q-200 모델을 선정하였다. 본 모델의 작업면으로부터 광원의 높이는 40cm이며, 총 발광부의 크기는 가로 4cm, 세로 20cm이다. 또한 발광부 내 27개의 발광소자를 이용하여 5종류의 각각 다른 색온도의 빛을 발산시키며, 소비전력은 12W이고, 광속은 200～380lm이다.
- 형광광원을 이용한 국부조명기구의 선정은 LED광원의 국부조명과 비교하기 위한 대상으로서 현재 시제품으로 판매되고 있는 국부조명 중에서 작업면으로부터 광원의 높이가 일치하고 발광부의 크기가 같은 모델을 선정하였다. 선정된 국부조명은 S전기의 SS-160모델이며, 소비전력 13W, 광속이 최대 750lm의 FPL13EX 형광램프를 사용하고 있다. 본 논문에 적용된 LED광원과 형광광원용 조명기구 및 광원의 형상은 그림 1과 같다.
- 실험용 책상의 경우, 일반적인 오피스 책상으로 1200×600×800mm 크기의 책상을 사용하였으며, 선정된 일반 형광광원 및 LED광원의 국부조명은 책상의 왼쪽 상단에 45 각도로 배치하였다.
- 측정을 위한 실험공간은 일반 사무실의 실내공간을 실물 크기로 형상화한 Mock-up 모델을 대상으로 선정하였다. 실험실의 형상은 4.
- 또한 주변의 다른 국부조명의 영향을 최소화하기 위해 그림 2와 같이 실험공간의 내부에 파티션을 설치하였다. 파티션은 일반 오피스 책상의 너비에 맞도록 1300mm로 제작하였으며, 깊이 1200mm, 높이 1600mm로 지정하였다. 실험용 책상의 경우, 일반적인 오피스 책상으로 1200×600×800mm 크기의 책상을 사용하였으며, 선정된 일반 형광광원 및 LED광원의 국부조명은 책상의 왼쪽 상단에 45 각도로 배치하였다.
- 형광광원을 이용한 국부조명기구의 선정은 LED광원의 국부조명과 비교하기 위한 대상으로서 현재 시제품으로 판매되고 있는 국부조명 중에서 작업면으로부터 광원의 높이가 일치하고 발광부의 크기가 같은 모델을 선정하였다. 선정된 국부조명은 S전기의 SS-160모델이며, 소비전력 13W, 광속이 최대 750lm의 FPL13EX 형광램프를 사용하고 있다.
데이터처리
- 측정기기는 캐나다 Radiant Imaging Inc.에서 개발한 ProMetric 1400을 사용하였으며, 측정된 이미지는 Radiant Imaging 8.0 프로그램을 통해 분석하였다.
성능/효과
- 1) LED광원을 이용한 조명환경은 작업면의 크기가 작을수록 높은 값을 나타냈으며, 작업면의 면적이 2배로 증가할 때마다, 휘도값의 변화는 약 11%가 감소한 것으로 측정되었다.
- 2) 본 조명기기를 사용하는 사무소 공간에서 작업면과 주변사이의 권장휘도비는 3:1로, 형광광원과 2,800K의 LED광원에서 사용 면적의 작업면과 주변 작업면과의 휘도비는 면적의 크기와 관계없이 기준을 만족하지 못하였으나, 3,800K 이상의 LED광원에서는 작업면이 A4 면적일 경우 3.1:1로 권장 휘도비 기준을 만족하는 것으로 나타났다.
- 3) 형광광원의 경우, 광원 자체의 색온도가 5,000K이나, 작업면 색온도는 800K이 증가된 값을 나타내고 있다. 또한, 2,800K의 LED광원에서 약 500K이 증가된 작업면 색온도 값을 나타내고 있으며, 3,300K의 LED광원에서도 약 600K이 증가되었다.
- 4) 작업면의 색온도의 경우, 사용 면적의 색온도와 사용하지 않는 주변 책상면의 색온도는 광원 자체의 색온도가 높을수록 색온도 차가 더 높은 것으로 나타났다. 반면, 사용 면적에 따른 색온도의 차이는 거의 없는 것으로 측정되었다.
- LED광원을 이용한 조명은 형광 광원에 비해 광원 자체의 색온도와 작업면 색온도의 차이가 약 5% 적게 나타났으며, 사용면적과 사용하지 않는 주변 책상면의 색온도는 광원 자체의 색온도가 높을수록 색온도 차가 더 높은것으로 나타났다. 반면, 사용 면적에 따른 색온도의 차이는 거의 없는 것으로 측정되었다.
- 3) 형광광원의 경우, 광원 자체의 색온도가 5,000K이나, 작업면 색온도는 800K이 증가된 값을 나타내고 있다. 또한, 2,800K의 LED광원에서 약 500K이 증가된 작업면 색온도 값을 나타내고 있으며, 3,300K의 LED광원에서도 약 600K이 증가되었다. 3,800K이상의 LED광원에서도 마찬가지로 광원 자체의 색온도에서 600～700K이 증가된 작업면 색온도 값을 나타내고 있다.
- 측정된 결과는 표 4와 같이 「S1」의 경우, 광원 자체의 색온도가 5,000K이나, 작업면 색온도는 5,810～5,860K으로, 800K이 증가된 값을 나타내고 있다. 또한, 주변 책상면의 색온도는 4,930～5,040K으로 측정되었으며, 사용 면적에 따른 색온도의 차이는 거의 없는 것으로 나타났다. 「L1」에서는 2,800K의 광원에서 약 500K이 증가된 작업면 색온도 값을 나타내고 있으며, 「L2」에서도 약 600K이 증가되었다.
- 「L2」에서는 155cd/㎡ , 138cd/㎡ , 125cd/㎡로 측정되었다. 모든 광원에서 작업면의 크기가 A4 면적일 경우 가장 큰 값을 나타냈으며, 작업면의 면적이 2배로 증가할 때마다, 휘도값의 변화는 약 11%가 감소하였음을 알 수 있다. 각 면적당 작업면의 휘도 평균값은 그림 4와 같다.
- 본 조명기기를 사용하는 사무소 공간에서 작업면과 주변 사이의 권장휘도비는 3:1로, 「S1」와 「L1」에서 사용 면적의 작업면과 주변 작업면과의 휘도비는 면적의 크기와 관계없이 기준을 만족하지 못하였으나, 「L3」,「L4」,「L5」에서는 작업면이 A4 면적일 경우 3.1:1로 권장 휘도비 기준을 만족하는 것으로 나타났다. 그림 6은 사용면적에 따른 작업면과 주변 사이의 휘도비를 나타낸 그래프이다.
- 측정된 휘도 표 2에서와 같이 작업면에서 A4, A3, A2 면적에 대한 휘도의 분포와 각 면적당 평균 휘도를 측정하여 비교하였다. 측정 결과, 「S1」을 이용한 조명환경의 휘도는 A4 면적에서 144cd/㎡, A3 면적에서는 131cd/㎡, A2 면적은 117cd/㎡로 측정된 반면, LED 광원을 이용한 조명환경에서는 모든 광원에서 「S1」보다 높은 휘도값이 측정되었다. 가장 광원의 색온도가 낮은 「L1」은 면적당 각각 155cd/㎡ , 138cd/㎡ , 125cd/㎡로 LED 광원 중 가장 낮은 휘도값을 나타내었다.
후속연구
- 이러한 연구결과들은 LED광원을 이용한 국부조명 설계시 쾌적한 시환경을 위한 정성적인 평가로서, LED 광원의 효율적인 적용을 위한 기초자료로 활용하는데 연구의 의의가 있다고 사료된다. 차후의 과제로서 본 연구에서 사용된 LED광원을 적용한 조명환경에서 광원의 색온도가 시작업 성능 및 작업자의 선호도에 미치는 영향을 분석할 것이며, 피험자들을 대상으로 다양한 작업에 대한 수행 능력과 설문조사를 통한 주관적 반응 및 생리적 반응에 미치는 영향에 대한 연구를 진행할 것이다.
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