자연채광은 건물 재실자에게 시각적 편안함과 쾌적함을 제공하여 건강성을 향상시키며 조명 에너지를 절약할 수 있는 중요한 조명환경 요소이다. 자연광에 의해 발생되는 창면에서의 글레어는 장시간 노출될 시 시각의 저하, 시각적 불쾌감의 원인이 된다. 창면에 의한 불쾌글레어 평가시에는 창면에서 글레어 광원을 어떻게 선별할 것인가가 중요한 문제이다. 기존의 불쾌글레어 평가법을 적용하더라도 글레어 광원을 한정할 방법이 없다. 따라서 본 연구에서는 글레어 광원 선별방법을 모색하기 위하여 불균일한 대광원의 휘도차가 불쾌글레어감에 미치는 영향을 검토하였다. 이를 위하여 $120{\times}120[cm]$의 정사각형 모형창을 제작하였다. 실험변수는 균일과 불균일한 휘도분포의 광원의 휘도비와 광원크기로 선정하였다. 실험방법은 모형창을 3분할한 후, 각기 다른 휘도비를 설정하여, 1[m], 1.5[m], 3[m] 거리에서 불쾌글레어를 평가하도록 하였다. 실험 결과 두 개의 결론을 얻었다. 첫째, 광원의 평균휘도가 증가할수록 불쾌글레어 평가값이 증가하였으며, 둘째, 창면 상부의 천공 부분만을 글레어 광원으로 볼 수 없으며 하부면도 블쾌글레어 평가에 영향을 주는 것으로 나타났다. 본 연구의 결과는 채광창으로부터의 불쾌글레어 평가 시 글레어 광원을 선택하는 기준으로 활용될 수 있을 것이다.
자연채광은 건물 재실자에게 시각적 편안함과 쾌적함을 제공하여 건강성을 향상시키며 조명 에너지를 절약할 수 있는 중요한 조명환경 요소이다. 자연광에 의해 발생되는 창면에서의 글레어는 장시간 노출될 시 시각의 저하, 시각적 불쾌감의 원인이 된다. 창면에 의한 불쾌글레어 평가시에는 창면에서 글레어 광원을 어떻게 선별할 것인가가 중요한 문제이다. 기존의 불쾌글레어 평가법을 적용하더라도 글레어 광원을 한정할 방법이 없다. 따라서 본 연구에서는 글레어 광원 선별방법을 모색하기 위하여 불균일한 대광원의 휘도차가 불쾌글레어감에 미치는 영향을 검토하였다. 이를 위하여 $120{\times}120[cm]$의 정사각형 모형창을 제작하였다. 실험변수는 균일과 불균일한 휘도분포의 광원의 휘도비와 광원크기로 선정하였다. 실험방법은 모형창을 3분할한 후, 각기 다른 휘도비를 설정하여, 1[m], 1.5[m], 3[m] 거리에서 불쾌글레어를 평가하도록 하였다. 실험 결과 두 개의 결론을 얻었다. 첫째, 광원의 평균휘도가 증가할수록 불쾌글레어 평가값이 증가하였으며, 둘째, 창면 상부의 천공 부분만을 글레어 광원으로 볼 수 없으며 하부면도 블쾌글레어 평가에 영향을 주는 것으로 나타났다. 본 연구의 결과는 채광창으로부터의 불쾌글레어 평가 시 글레어 광원을 선택하는 기준으로 활용될 수 있을 것이다.
Impact of daylighting on the visual environment can improve occupant's well-being by providing visual comfort. Also, daylighting can save energy. However, glare from window can be a direct hazard to vision and can cause serious discomfort. Selecting glare source on a window plane is very important f...
Impact of daylighting on the visual environment can improve occupant's well-being by providing visual comfort. Also, daylighting can save energy. However, glare from window can be a direct hazard to vision and can cause serious discomfort. Selecting glare source on a window plane is very important for evaluating discomfort glare from windows. But former glare indices can not identify the range of the glare source properly. In this study, difference in glare sensation with uniform and non-uniform glare sources are evaluated to identify the range of the glare source. The glare source was assumed as $120{\times}120[cm]$ window model. The window was divided into three parts with different luminance values. The experiment was conducted under 1[m], 1.5[m], 3[m] distance from the glare source. Two results were obtained from the experiments. First, the degree of discomfort glare increased as average window luminance increased. Second, the middle and lower part of the window plane can affect evaluation of discomfort glare as well as the upper part of the window plan. These results can be used for selecting the glare source in a window with non-uniform luminance.
Impact of daylighting on the visual environment can improve occupant's well-being by providing visual comfort. Also, daylighting can save energy. However, glare from window can be a direct hazard to vision and can cause serious discomfort. Selecting glare source on a window plane is very important for evaluating discomfort glare from windows. But former glare indices can not identify the range of the glare source properly. In this study, difference in glare sensation with uniform and non-uniform glare sources are evaluated to identify the range of the glare source. The glare source was assumed as $120{\times}120[cm]$ window model. The window was divided into three parts with different luminance values. The experiment was conducted under 1[m], 1.5[m], 3[m] distance from the glare source. Two results were obtained from the experiments. First, the degree of discomfort glare increased as average window luminance increased. Second, the middle and lower part of the window plane can affect evaluation of discomfort glare as well as the upper part of the window plan. These results can be used for selecting the glare source in a window with non-uniform luminance.
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문제 정의
본 연구에서는 불균일한 휘도분포를 갖는 글레어광원을 만들기 위하여 인공조명의 글레어 광원용 모형창을 제작하고 이를 3분할하여 서로 다른 휘도를 설정하였다. 그림 1에 모형창의 모습을 나타낸다.
본 연구에서는 불균일한 휘도분포를 갖는 모형창의 불쾌글레어에 대한 주관적 평가를 실시하였다. 연구를 위하여 휘도비가 서로 다른 3분할된 모형창을 제작하여 비교면 휘도비를 다르게 설정한 휘도조건과 글레어 광원의 크기조건을 변수로 실험을 진행하였다.
본 연구의 최종목표는 불균일한 휘도분포를 갖는 창 면에서 글레어광원을 선별하는 방법을 제안하는 것이다. 본 연구에서는 모형창을 천공, 지물, 천공과 지물의 중간부분으로 3분할하여 불쾌글레어 평가를 진행하고 평가값을 정량적으로 분석하였다.
연구를 위하여 휘도비가 서로 다른 3분할된 모형창을 제작하여 비교면 휘도비를 다르게 설정한 휘도조건과 글레어 광원의 크기조건을 변수로 실험을 진행하였다. 실험을 통하여 창면의 싱하부 휘도차가 글레어 광원의 인식에 미치는 영향을 검토하였다. 분석된 결과는 다음과 같다
가설 설정
상부의 휘도를 고정시키고 각 비교면마다 균일한 휘도비 차이가 있도록 설정하였다. 또한 3 분할된 창면에서 상부를 천공, 하부를 지물, 중간부분을 천공과 지물의 교차지점이라고 가정하였다. 기준휘도별로 휘도 조절은 한지와 모조지를 이용하여 매수를 조정하면서 각각 약 0.
실험조건을 나타내고 있다. 본 실험을 위해 설정된 모형창의 휘도 기준은 일반적인 천공휘도가 4, 000[cd/E]에서 15,000[cdW] 사이라고 가정하여이 범위 안에서 4* , 173[cd/n (A세트) 8, 030[cd/m!](B 세트), 14, 867[cd/m'](C세트)로 각각 선정하였다. 광원휘도는 분할된 창면의 5지점을 선정하여 각각 CS-100휘도계를 이용하여 측정하였으며, 배경휘도는 모형창 주변의 20개 지점을 무작위로 선택하여 측정하고, 평균값을 사용하였다.
제안 방법
본 실험을 위해 설정된 모형창의 휘도 기준은 일반적인 천공휘도가 4, 000[cd/E]에서 15,000[cdW] 사이라고 가정하여이 범위 안에서 4* , 173[cd/n (A세트) 8, 030[cd/m!](B 세트), 14, 867[cd/m'](C세트)로 각각 선정하였다. 광원휘도는 분할된 창면의 5지점을 선정하여 각각 CS-100휘도계를 이용하여 측정하였으며, 배경휘도는 모형창 주변의 20개 지점을 무작위로 선택하여 측정하고, 평균값을 사용하였다. 수직면 조도는 IM-5 조도계를 이용하여 사람의 평균 앉은키인 1.
또한 3 분할된 창면에서 상부를 천공, 하부를 지물, 중간부분을 천공과 지물의 교차지점이라고 가정하였다. 기준휘도별로 휘도 조절은 한지와 모조지를 이용하여 매수를 조정하면서 각각 약 0.2의 휘도비 차이가 있도록 하여, 창면 하부로 갈수록 휘도값이 낮아지도록 하였다.
실험자는 실험조건에 맞는 휘도를 설정하고 점등하면, 피험자는 점등된 광원에 따라 모형창의 중앙을 5초간 바라본 후 불쾌글레어 정도를 평가한다. 동일한 실험 순서로 균일한 휘도조건을 갖는 모형창에 대해서 l[rn]와 3[m] 지점에서 모형창의 중앙을 바라보고 불쾌글레어 정도를 평가한다. 그림 4에 실험 모습을 나타낸다.
교정상태는 비교정 7명, 안경 착용자 4명, 렌즈 착용자 4명이었다. 렌즈 착용여부와 성별에 따라서 큰 차이가 없었으므로, 결과값은 개인차를 구별하지 않고 분석하였다. 피험자 일반사항을 표 4에 나타낸다.
모형창에 설치된 백열등은 소비전력 100EWEA] 으로 가로, 세로 80[mm] 간격으로 14줄xl4줄을 격자형으로 설치하여 10, 000[ai/m2] 이상의 휘도를 얻을 수 있도록 설계하였다. 모형창 측벽과 내측면에 설치된 반사판은 알루미늄 박판으로 반사율 98[%] 이다 모형창 전면에 부착된 확산판은 50[mmJ 두께의 방화유리와 한지로 되어 있다.
본 연구에서는 모형창을 천공, 지물, 천공과 지물의 중간부분으로 3분할하여 불쾌글레어 평가를 진행하고 평가값을 정량적으로 분석하였다.
모형창의 상부는 기준면, 중·하부는 비교면이다. 상부의 휘도를 고정시키고 각 비교면마다 균일한 휘도비 차이가 있도록 설정하였다. 또한 3 분할된 창면에서 상부를 천공, 하부를 지물, 중간부분을 천공과 지물의 교차지점이라고 가정하였다.
광원휘도는 분할된 창면의 5지점을 선정하여 각각 CS-100휘도계를 이용하여 측정하였으며, 배경휘도는 모형창 주변의 20개 지점을 무작위로 선택하여 측정하고, 평균값을 사용하였다. 수직면 조도는 IM-5 조도계를 이용하여 사람의 평균 앉은키인 1.2[m] 높이에서 광원으로부터 l[m], 1.5[m], 3[m] 지점에서 광원의 중심 지점을 측정하였다. 표 2에 광원크기에 따른 실험조건을 나타낸다.
작업이 끝나면 피험자를 지정된 실험위치에 착석시킨다. 실험자는 실험조건에 맞는 휘도를 설정하고 점등하면, 피험자는 점등된 광원에 따라 모형창의 중앙을 5초간 바라본 후 불쾌글레어 정도를 평가한다. 동일한 실험 순서로 균일한 휘도조건을 갖는 모형창에 대해서 l[rn]와 3[m] 지점에서 모형창의 중앙을 바라보고 불쾌글레어 정도를 평가한다.
실험조건은 14, 867[cd/m, ]> 8, 030[cd/m!], 4, 173[cd/ 의 기준휘도에 대하여 비교면 휘도비를 다르게 설정한 휘도조건 12개와 글레어 광원 크기조건 9개를 합하여 총 21조건이었다.
실시하였다. 연구를 위하여 휘도비가 서로 다른 3분할된 모형창을 제작하여 비교면 휘도비를 다르게 설정한 휘도조건과 글레어 광원의 크기조건을 변수로 실험을 진행하였다. 실험을 통하여 창면의 싱하부 휘도차가 글레어 광원의 인식에 미치는 영향을 검토하였다.
모형창 측벽과 내측면에 설치된 반사판은 알루미늄 박판으로 반사율 98[%] 이다 모형창 전면에 부착된 확산판은 50[mmJ 두께의 방화유리와 한지로 되어 있다. 인공창 점등 시 백열등으로 인한 인공창 내부 온도의 상승을 방지하기 위하여 흡기팬과 배기팬을 설치하여 외부공기가 계속해서 공급, 배출되도록 하였으며 온도센서를 통하여 온도를 실시간 측정하여 온도가 과상승하면 흡기 팬과 배기팬의 속도를 증가시키고, 온도가 떨어지지 않으면 전류조절기를 제어하여 전원이 자동 차단되도록 하였다. 휘도조절은 각 열마다 조절할 수 있고, 전체 전원을 차단할 수 있도록 제작하였다.
창면에 불균일한 휘도분포를 만들기 위하여 창면을 3 분할을 하였다. 모형창의 상부는 기준면, 중·하부는 비교면이다.
인공창 점등 시 백열등으로 인한 인공창 내부 온도의 상승을 방지하기 위하여 흡기팬과 배기팬을 설치하여 외부공기가 계속해서 공급, 배출되도록 하였으며 온도센서를 통하여 온도를 실시간 측정하여 온도가 과상승하면 흡기 팬과 배기팬의 속도를 증가시키고, 온도가 떨어지지 않으면 전류조절기를 제어하여 전원이 자동 차단되도록 하였다. 휘도조절은 각 열마다 조절할 수 있고, 전체 전원을 차단할 수 있도록 제작하였다.
대상 데이터
5 사이가 53[绚로 가장 많았다. 교정상태는 비교정 7명, 안경 착용자 4명, 렌즈 착용자 4명이었다. 렌즈 착용여부와 성별에 따라서 큰 차이가 없었으므로, 결과값은 개인차를 구별하지 않고 분석하였다.
수 있도록 설계하였다. 모형창 측벽과 내측면에 설치된 반사판은 알루미늄 박판으로 반사율 98[%] 이다 모형창 전면에 부착된 확산판은 50[mmJ 두께의 방화유리와 한지로 되어 있다. 인공창 점등 시 백열등으로 인한 인공창 내부 온도의 상승을 방지하기 위하여 흡기팬과 배기팬을 설치하여 외부공기가 계속해서 공급, 배출되도록 하였으며 온도센서를 통하여 온도를 실시간 측정하여 온도가 과상승하면 흡기 팬과 배기팬의 속도를 증가시키고, 온도가 떨어지지 않으면 전류조절기를 제어하여 전원이 자동 차단되도록 하였다.
본 실험은 4.9x4.9x2.6[m] 크기의 무창의 실내공간에서 진행되었다. 벽과 지붕은 샌드위치 패널로되어 있다.
실험에 참가한 피험자는 본 연구의 목적을 충분히 이해할 수 있는 건축공학과 학부생, 대학원생으로 구성되었으며 남자 7명, 여자 8명으로 총 15명을 대상으로 실험을 실시하였다. 피험자의 평균연령은 26.
광원의 휘도조건은 무작위로 순서를 설정하여 제시하였다. 실험은 각 기준휘도별로 총3세트로 진행되었으며 1세트 종료 후 약 10분간의 휴식 시간을 가졌다. 피험자 한 사람당 평가에 소요된 시간은 휴식시간을 포함하여 약 1시간 동안 진행되었다.
성능/효과
1) 휘도비에 따른 불쾌글레어 실험 결과, 비교 면의 휘도가 증가할수록 불쾌글레어가 증가되었다. 이 결과로 피험자가 창면의 하부면을 글레어광원으로 인식하고 있다는 것을 알 수 있었다.
2) 광원크기와 불쾌글레어와의 관계를 분석한 결과 광원크기가 커질수록 불쾌글레어 평가값은 증가하였다. 증가비율은 광원의 크기가 대수값 1이 증가하면 불쾌글레어는 1.
이 결과로 피험자가 창면의 하부면을 글레어광원으로 인식하고 있다는 것을 알 수 있었다. 또한 광원의 평균휘도가 높을수록 글레어감이 증가되므로 불쾌글레어는 광원의 평균 휘도와 비례 관계가 있음을 알 수 있었다.
또한 일반적으로 글레어의 정도는 광원의 휘도가 높을수록 증가되는데 본 실험에 의하면 분할면 모형 창의 평균휘도가 높을수록 불쾌글레어 평가값이 증가되는 것으로 나타났다. 이 결과를 통하여 불쾌글레어는 광원의 평균휘도에 비례하며 광원의 평균 휘도가 불쾌글레어에 영향을 주는 것으로 나타났다.
분할면의 휘도비와 평가값의 관계를 분석한 결과, 균일한 창면이 불균일한 창면보다 높은 불쾌글레어평가값을 나타냈다. 불균일한 창면에서는 비교면의 휘도가 증가할수록 글레어감이 높아지는 것을 알 수 있다.
불쾌글레어 평가값은 글레어 광원의 크기가 커질수록 증가하였다. 광원휘도 4, 173[cd/m‘]에서는 광원 크기가 커질수록 불쾌글레어 평가값이 1.
증가되었다. 이 결과로 피험자가 창면의 하부면을 글레어광원으로 인식하고 있다는 것을 알 수 있었다. 또한 광원의 평균휘도가 높을수록 글레어감이 증가되므로 불쾌글레어는 광원의 평균 휘도와 비례 관계가 있음을 알 수 있었다.
것으로 나타났다. 이 결과를 통하여 불쾌글레어는 광원의 평균휘도에 비례하며 광원의 평균 휘도가 불쾌글레어에 영향을 주는 것으로 나타났다.
증가비율은 광원의 크기가 대수값 1이 증가하면 불쾌글레어는 1.25등급 증가하였다.
휘도비가 균일한 1: 1 : 1인 창면을 기준으로 휘도 비가 0.2씩 증가함에 따라 불쾌글레어 평가값을 분석해 본 결과, 기준휘도 4, 173[cd4n']에서는 비교 면의 휘도비가 증가함에 따라 불쾌글레어 평가값은 1 등급씩 차이가 있었으며, 기준휘도 8, 030[cdM에서는 평균 1등급 기준휘도 14, 867[al/m']에서는 평균 1 등급의 차이를 나타냈다.
후속연구
광원의 휘도로 사용하였다. 본 연구에서 얻어진 연구결과를 통하여 하부에 보이는 지물도 휘도에 따라 선별적으로 광원으로 취급해야 함이 증명되었다.
추후연구는 창면에서 휘도비의 차이가 있을 때 글레어 광원의 범위와 기준 정립에 대한 연구가 될 것이다.
참고문헌 (16)
CIE S 008/E-2001, "Lighting of indoor work places", CIE 2001
이진숙, 김원도, "조명광원의 휘도 및 면적 변화에 따른 불쾌글레어감의 영향분석", 대한건축학회논문집, 제23권, 제12호, 2007
김원우, 김정태. "창면의 상하부 휘도차에 따른 글레어 광원의 인식 변화", 한국생태환경건축학회 논문집, 2007.08
Hopkinson R.G., Bradley R.C., "A Study of glare from very large sources, Illumination Engineering, 1960, 55, pp.291
이진숙, 김병수, 김선화, "창면불쾌글레어 평가를 위한 인공창 실험의 타당성 검토연구", 대한건축학회논문집,2003.12
Wonwoo Kim, Hyun Tae Ahn, Jeong Tai Kim, "A first approach to discomfort glare in the presence of non-uniform luminance" Building and Environment, 43,2008
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