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문제 정의
- 본 연구에서는 광학설계 시뮬레이션에 의해 도출된 배광 데이터를 이용하여 조명설계 시뮬레이션을 수행하였다. 조명설계 시뮬레이션 조건은 다음 표 4와 같다.
- 본 연구에서는 반사판의 형태와 높이에 따른 간접반사형 LED 조명기구와 간접 반사형 형광램프 조명기구의 배광형태와 그에 따른 조명환경 변화를 비교분석하였다. 그 결과 간접 반사형 LED 조명기구의 효율을 향상시키기 위해서는 반사판 형태에 알맞은 반사판 높이의 도출이 함께 필요하며, LED 램프의 광효율 개선이 이루어진다면 현재 간접 반사형 형광램프 조명기구를 대신하여 간접 간접형 LED 조명기구의 사용이 가능할 것으로 보인다.
제안 방법
- 0을 이용하였다. Photopia 2.0을 이용하여 광학설계를 수행하기 위해서는 광원의 종류와 위치, 광학부품의 재질이 매우 중요하며, 표 3과 같이 광학부품의 특성 조건으로 시뮬레이션을 수행하였다. 광학설계 시뮬레이션에 사용된 광원은 28[W] T5 형광램프와 2.
- ReluxPro 시뮬레이션 결과로써 다음 표 8과같이 목표 조도인 400(±10[%])[lx]에 적합한 조명기구의 개수와 그 개수에 따른 작업면의 평균조도와 균제도(Emin/Eave), 그리고 UGR 계산 값을 도출하였다.
- 계산지점은 총 16지점으로 각 지점에서 가로와 세로 방향의 시점에서 UGR 값을 계산하였으며, 관측점에서는 짧은 벽면(가로 방향)을 바라보는 시점(시점각도 : 좌우 15[°])에서 UGR 값을 계산하여 평가하였다.
- 그에 따라 본 연구에서는 효율이 좀 높은25[°]로 LED 패키지의 설치 각도를 선정하였으며, 반사판 높이를 변수로 시뮬레이션을 수행하였다.
- 본 연구에서는 LED 램프의 직접적인 노출을 막아 불쾌글레어(Discomfort glare)를 줄인 간접 반사형 LED 조명기구의 반사판 형태에 따른 배광형태와 조명기구의 효율 변화를 형광램프 조명기구와 함께 비교하였다. 더불어 LED 조명기구와 형광램프 조명기구에 따른 조명환경을 비교 분석하였다. 이때 표 1과 같이 광학설계 소프트웨어인 Photopia 2.
- 본 연구에서는 LED 램프의 직접적인 노출을 막아 불쾌글레어(Discomfort glare)를 줄인 간접 반사형 LED 조명기구의 반사판 형태에 따른 배광형태와 조명기구의 효율 변화를 형광램프 조명기구와 함께 비교하였다. 더불어 LED 조명기구와 형광램프 조명기구에 따른 조명환경을 비교 분석하였다.
- 본 연구에서는 Photopia 2.0을 이용한 광학설계 시뮬레이션 결과로 도출된 ies 파일의 배광데이터(*.ies)를 이용하여 조명설계 시뮬레이션(ReluxPro)을 수행하였다. ReluxPro 시뮬레이션 결과로써 다음 표 8과같이 목표 조도인 400(±10[%])[lx]에 적합한 조명기구의 개수와 그 개수에 따른 작업면의 평균조도와 균제도(Emin/Eave), 그리고 UGR 계산 값을 도출하였다.
- 본 연구에서는 간접 반사형 LED 조명기구의 반사판 형태에 따른 배광 변화 및 조명환경 변화를 비교하기 위하여 기존에 상용화되어 있는 형광램프 조명기구의 반사판 형태를 활용하였다. 이때 사용된 조명기구는 간접 반사형 조명기구로 일반적인 직접조명 형태의 형광램프 조명기구에 비해 효율이 매우 낮다.
- 본 연구에서는 반사판 형태에 따른 간접 반사형 LED 조명기구의 배광형태 및 조명기구 효율의 변화를 형광램프 조명기구와 함께 비교하였으며, 더불어그에 따른 조명환경 변화를 분석하였다. 이때 기존의 간접 반사형 형광램프 조명기구의 반사판을 이용하였으며, 2가지 형태의 조명기구와 서로 높이가 다른 3가지 반사판을 사용하여 광학설계 소프트웨어인 Photopia 2.
- 본 연구에서는 표 3과 같이 두 가지 형태의 조명기구와 세 가지 높이가 다른 반사판을 이용하여 광학설계 시뮬레이션을 수행하였다. Phtopia 2.
- 불쾌글레어는 Relux 소프트웨어에서 자동으로 생성하는 계산지점과 관측점을 공간의 중심에서 사람의 시선 높이(1.2[m])으로 지정하여 UGR 값을 계산하였다.
- 그리고 광학설계 시뮬레이션에 의해 도출된 배광데이터를 이용하여 설정한 목표조도(400±10[%] [lx])에 적합한 조명기구의 개수를 산정하였으며, 이때 목표조도를 400[lx]에서 ±10[%]로 설정한 이유는 오피스공간에 균일한 조명기구의 배치에 의해 400[lx]에 정확히 맞는 조명설계가 힘들기 때문이다. 산정된 조명기구를 설치하여 시뮬레이션 수행한 결과로 평균 조도와 균제도, 불쾌글레어를 평가하였다.
- 조명설계 시뮬레이션 조건은 다음 표 4와 같다. 시뮬레이션 공간은 오피스 공간으로 조명기구에 의한 조명환경 차이를 확연히 알아보기 위해 비교적큰 공간으로 설정하였다. 또한 다음 표 5와 같이 조도측정면은 작업면 높이(0.
- 본 연구에서는 반사판 형태에 따른 간접 반사형 LED 조명기구의 배광형태 및 조명기구 효율의 변화를 형광램프 조명기구와 함께 비교하였으며, 더불어그에 따른 조명환경 변화를 분석하였다. 이때 기존의 간접 반사형 형광램프 조명기구의 반사판을 이용하였으며, 2가지 형태의 조명기구와 서로 높이가 다른 3가지 반사판을 사용하여 광학설계 소프트웨어인 Photopia 2.0와 조명설계 소프트웨어인 ReluxPro를 이용하여 시뮬레이션을 수행하였다.
- 더불어 LED 조명기구와 형광램프 조명기구에 따른 조명환경을 비교 분석하였다. 이때 표 1과 같이 광학설계 소프트웨어인 Photopia 2.0 시뮬레이션을 통해 반사판의 형태에 따른 형광램프 조명기구와 LED 조명기구의 배광형태와 조명기구의 효율 변화를 비교하였으며, 조명설계 소프트웨어인 ReluxPro 시뮬레이션을 통해 조도 및 균제도, 불쾌글레어(UGR) 등의 조명환경을 평가하였다.
- 이와 같이 본 연구에서는 간접 반사형 조명기구의반사판 형태에 따른 형광램프 조명기구와 LED 조명기구를 조명설계 시뮬레이션을 통해 조명환경 변화를비교하였다. 그 결과, 조명기구의 설치 개수를 제외하고는 형광램프 조명기구와 LED 조명기구에 의한 차이가 크게 나타나지 않음을 알 수 있다.
대상 데이터
- LED 램프는 현재 사용화 되어 있는 N사의 2.6[W], 배광각도120[°], 광량 130[lm]인 LED를 사용하였으며, 총 30개를 사용하여 소비전력이 78[W], 총 광량은 3,900[lm]이다.
- 0을 이용하여 광학설계를 수행하기 위해서는 광원의 종류와 위치, 광학부품의 재질이 매우 중요하며, 표 3과 같이 광학부품의 특성 조건으로 시뮬레이션을 수행하였다. 광학설계 시뮬레이션에 사용된 광원은 28[W] T5 형광램프와 2.6[W] LED램프이며, 광학부품 ②의 위치에 설치되었다. LED 램프는 현재 사용화 되어 있는 N사의 2.
- 이때 사용된 조명기구는 간접 반사형 조명기구로 일반적인 직접조명 형태의 형광램프 조명기구에 비해 효율이 매우 낮다. 그리고 반사판의 형태에 따른 시뮬레이션 결과를 비교하기 위해 다음 표 3과 같이 형태가 다른 2가지 조명기구의 3가지 반사판 높이를 선정하였다.
이론/모형
- biz/)의 소프트웨어로서 실내외 공간과 도로 조명설계의 시뮬레이션이 가능하다. 그리고 광속전달법(Radiosity)을 기반으로 하는 독자적인 계산 알고리즘(Point-to-Point Calculation)을 사용한다. 또한 시뮬레이션 결과로 실내 공간의 조도분포 및 균제도, 휘도 평가와 더불어 다른 소프트웨어와 다르게 불쾌글레어(UGR) 평가가 가능하다[10].
- 본 연구에서는 간접 반사형 LED 조명기구의 반사판 형태에 따른 조명기구 배광형태 변화와 효율 분석을 위하여 광학설계 소프트웨어인 Photopia 2.0을 이용하였다. Photopia 2.
- 이러한 조명설계 소프트웨어를 이용하여 인공조명 시뮬레이션을 수행할 경우 서로 거의 유사한 시뮬레이션 결과가 도출된다[9]. 본 연구에서는 조명설계 소프트웨어로서 Relux를 이용하였다. Relux는 공개된 인터페이스(http://www.
성능/효과
- ReluxPro를 이용한 조명설계 시뮬레이션 수행 결과로 목표 조도에 적합한 조명기구 개수와 작업면 평균조도, 균제도, 그리고 UGR 값을 도출하였다. 그 결과 목표 조도에 적합한 조명기구의 개수는 효율이 높은LED 조명기구가 적었으나 아직 광효율([lm/W])이 형광램프보다 낮은 이유로 단위면적당 소비전력([W/㎡])은 LED 조명기구가 다소 높게 나타났다.
- 표 6에 표현한 배광데이터는 1,000[lm]기준으로 작성된 광도(cd)값이며, 직선은 수평각 0[°](또는 180[°])의 수직각별 광도 값을, 점선은 수평각 90[°](또는270[°])의 수직각별 광도 값을 나타낸 것이다. Type 1조명기구와 Type 2 조명기구의 시뮬레이션 결과, 반사판 높이에 따른 모든 경우에 있어서 형광램프 조명기구의 빔 각도(Beam angle)가 LED 조명기구의 빔 각도보다 다소 넓게 나타났다.
- 그 결과 Type 2 조명기구의 효율이 Type 1 조명기구의 효율보다 높게 나타났으며, Type 1 조명기구는 Type 2 조명기구보다 반사판의 높이가 높아질수록 향상되는 효율의 변화폭이 크게 나타났다. 그리고 2가지 조명기구 모두 반사판의 높이가 낮을수록형광램프 조명기구와 LED 조명기구의 효율 차이가 크게 나타났다.
- 그 결과 목표 조도에 적합한 조명기구의 개수는 효율이 높은LED 조명기구가 적었으나 아직 광효율([lm/W])이 형광램프보다 낮은 이유로 단위면적당 소비전력([W/㎡])은 LED 조명기구가 다소 높게 나타났다.
- 이와 같이 본 연구에서는 간접 반사형 조명기구의반사판 형태에 따른 형광램프 조명기구와 LED 조명기구를 조명설계 시뮬레이션을 통해 조명환경 변화를비교하였다. 그 결과, 조명기구의 설치 개수를 제외하고는 형광램프 조명기구와 LED 조명기구에 의한 차이가 크게 나타나지 않음을 알 수 있다.
- 그 결과 Type 2 조명기구의 효율이 Type 1 조명기구의 효율보다 높게 나타났으며, Type 1 조명기구는 Type 2 조명기구보다 반사판의 높이가 높아질수록 향상되는 효율의 변화폭이 크게 나타났다. 그리고 2가지 조명기구 모두 반사판의 높이가 낮을수록형광램프 조명기구와 LED 조명기구의 효율 차이가 크게 나타났다. 이때 Type 1 조명기구의 효율은 반사판의 높이가 높아질수록 효율이 높아지는 경향을 보였으나, Type 2 조명기구인 경우 반사판 높이가 80[㎜]인 경우에 가장 높은 효율이 나타났다.
- 이때 각 높이별 형광램프 조명기구와 LED 조명기구의 빔 각도 차이는 Type 2 조명기구가 Type 1 조명기구에 비해 더 크게 나타났다. 그리고 Type 1 조명기구의 빔 각도가 Type 2 조명기구보다 넓게 나타났으며, 전체적으로는 반사판의 높이가 높아질수록 조명기구의 빔 각도가 좁아졌으며, 형광램프 조명기구와 LED 조명기구의 빔 각도가 서로 비슷해졌다. 이는 반사판의 형태의 변화에 있어서 너비는 일정하고 높이만 높아졌기 때문이다.
- 57로 거의 동일하게 나타났다. 그리고 UGR계산 값의 경우, 전체적으로 형광램프 조명기구의UGR 값이 LED 조명기구의 UGR 값보다 낮게 나타났으나 그 차이는 최소 0.6에서 최대 2로 근소한 차이를 보였다. 대부분의 UGR 값이 18∼20으로 나타났으며 이는 불쾌현휘 평가기준에서 만족함을 알 수있다.
- 그러나 그 밖의 조명환경 요소에 있어서 반사판의 형태와 높이 따른 형광램프 조명기구와 LED 조명기구를 적용하였을 때 그 차이가 크게 나타나지 않았다.그리고 조명설계 시뮬레이션을 수행함에 있어서 형광램프 조명기구와 LED 조명기구의 광손실율을 0.67로 동일하게 적용하였는데, 일반적으로 광속 저하률이 형광램프보다 LED 램프가 낮기 때문에 결과적으로LED 조명기구을 적용하였을 때 더 효율적인 것으로 판단된다. 이와 같이 LED 조명기구의 광효율이 개선된다면 간접 반사형 LED 조명기구로써 현재 간접형 형광램프 조명기구를 대체할 수 있음을 의미한다.
- 이는 반사판의 형태의 변화에 있어서 너비는 일정하고 높이만 높아졌기 때문이다. 또한 LED 조명기구의 경우는 반사판 높이에 따른 빔 각도의 변화 폭이 형광램프 조명기구의 변화폭에 비해 작게 나타났다. 이는 집속성이 강한 LED 램프의 광특성에 의해 반사판 높이에 의한 배광 변화가형광램프에 비해 작기 때문으로 사료된다.
- 또한 이러한 LED 램프의 광특성에 의하여 LED 조명기구의 효율이 형광램프 조명기구의효율에 비해 약 1.5∼2.3배 정도 높게 나타났다.
- 먼저 Photopia 2.0을 이용한 광학설계 시뮬레이션을 수행한 결과 각각의 반사판 높이에 따른 시뮬레이션 결과에서 형광램프 조명기구의 빔 각도가 LED 조명기구의 빔 각도보다 다소 넓게 나타났다. 그리고 전체적으로 반사판의 높이가 높아질수록 좁아지는 배광형태의 변화를 보이면서 서로 유사한 배광형태를 보였는데, 이는 반사판의 너비는 일정한데 반해 높이만 높아졌기 때문으로 사료된다.
- 본 저자는 예비 연구로 LED 램프의 집속성의 광특성을 고려하여 설치 각도 고려하여 시뮬레이션을 수행하였으며, 그 결과 LED 패키지의 각도에 의한 배광형태와 효율의 차이기 미비하였다. 다음 표 4는 LED패키지의 설치 각도 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다.
- 그리고 2가지 조명기구 모두 반사판의 높이가 낮을수록형광램프 조명기구와 LED 조명기구의 효율 차이가 크게 나타났다. 이때 Type 1 조명기구의 효율은 반사판의 높이가 높아질수록 효율이 높아지는 경향을 보였으나, Type 2 조명기구인 경우 반사판 높이가 80[㎜]인 경우에 가장 높은 효율이 나타났다. 이는간접 반사형 LED 조명기구의 효율을 높이기 위해서는 반사판 형태에 따른 적정 높이의 도출이 필요함을 의미한다.
- 이는 집속성이 강한 LED 램프의 광특성에 의해 반사판 높이에 의한 배광 변화가형광램프에 비해 작기 때문으로 사료된다. 이와 같이간접 반사형 LED 조명기구의 배광형태 변화를 살펴본 결과 반사판의 높이보다 반사판의 형태에 따른 영향에 따른 배광형태의 변화가 큰 것으로 나타났다.
후속연구
- 본 연구에서는 반사판의 형태와 높이에 따른 간접반사형 LED 조명기구와 간접 반사형 형광램프 조명기구의 배광형태와 그에 따른 조명환경 변화를 비교분석하였다. 그 결과 간접 반사형 LED 조명기구의 효율을 향상시키기 위해서는 반사판 형태에 알맞은 반사판 높이의 도출이 함께 필요하며, LED 램프의 광효율 개선이 이루어진다면 현재 간접 반사형 형광램프 조명기구를 대신하여 간접 간접형 LED 조명기구의 사용이 가능할 것으로 보인다. 그러나 이 연구는 시뮬레이션으로만 이루어진 것으로 향후 실제 간접 반사형 LED 조명기구를 이용한 실험을 통해 검증이 필요하다.
- 그 결과 간접 반사형 LED 조명기구의 효율을 향상시키기 위해서는 반사판 형태에 알맞은 반사판 높이의 도출이 함께 필요하며, LED 램프의 광효율 개선이 이루어진다면 현재 간접 반사형 형광램프 조명기구를 대신하여 간접 간접형 LED 조명기구의 사용이 가능할 것으로 보인다. 그러나 이 연구는 시뮬레이션으로만 이루어진 것으로 향후 실제 간접 반사형 LED 조명기구를 이용한 실험을 통해 검증이 필요하다.
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