[논문]실거주환경 기반 빛환경 에너지 성능평가 방법 제안 연구

김상훈; 이행우; 김용성

실거주환경 기반 빛환경 에너지 성능평가 방법 제안 연구
A Study to Suggest a Method to Evaluate Light Environment Energy Performance based on Actual Residence Environments 원문보기

한국 디지털 건축·인테리어학회 논문집 = Journal of The Korean Digital Architecture · Interior Association, v.13 no.4 = no.32, 2013년, pp.33 - 39

김상훈 (국민대학교 테크노디자인전문대학원) , 이행우 (국민대학교 테크노디자인전문대학원) , 김용성 (국민대학교 테크노디자인전문대학원)

Abstract ▼ AI-Helper

As lighting energy consumption in buildings occupies high ratio, technical researches to solve it have been constantly carried out. However, basic studies on light environment performance evaluation is actually deficient and only at a level of a simple illumination monitoring. Thus, this study has suggest a light environment energy performance evaluation based on actual residence environments to allow setting lighting interoperation and user required illumination. Conclusions from the study are as follows: 1) As the performance evaluation suggested by this study has not only derived lighting energy usage as well as monitored simple indoor illumination distribution, it is quantitative and allows derivation of visual results. 2) The performance evaluation suggested by this study allows inputs of user required illumination through the performance evaluation server, which is able to support for performance evaluations for various works and users. 3) This study has verified validity of the performance evaluation method by analyzing results of lighting energy reduction by executing performance evaluation on changes of light shelf that is a natural lighting system through the suggested performance evaluation method. This study is significant from a viewpoint that it has suggested a quantitative performance evaluation method on the basis of actual residence environments. Those researches concerned on the energy performance evaluation should be constantly progressed from an aspect that they are another solution of the energy problems.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 건물에서 사용되는 조명에너지 저감을 위한 기술 및 연구에 대하여 정량적인 성능평가 방법을 제안하며, 제안된 성능평가 방법을 실제 적용해 봄으로써 유효성을 검증하였다. 이에 대한 결론은 다음과 같다.
이에 본 연구는 실거주 기반의 빛환경 에너지 성능평가 방법을 제안하며, 테스트베드를 통한 성능평가를 실시함으로써 유용성을 검증하는 것을 목표로 한다.
정량적 측면에서의 평가는 어떤 행위가 일어나는 다양한 공간의 용도에 맞는 필요 조도가 제공되었는지에 대한 것으로 각 국가별로 다양하게 조도기준을 지정하고 있다. 이에 본 절에서는 국내․외의 조도 기준을 살펴보고 사용자의 요구조도를 반영한 성능평가를 제안하고자 한다.

제안 방법

광선반의 성능평가를 위한 변인은 타입, 폭, 각도, 높이, 반사율이 있으나 본 연구에서는 광선반의 각도만을 변으로 설정하여 진행하였으며, 여타 변인은 표 X와 같이 폭 300mm의 외부형 광선반 타입, 광선반 높이 1800mm, 광선반 반사율85%로 통제하였다. 또한, 외부 환경은 동지, 하지, 춘추분에 대하여 정남향을 기준으로 진행하였다.
둘째, 채광시스템 및 조명제어 시스템의 정량적인 사용량 분석을 위하여 조명과 연동하여 사용자 요구 조도 기준에 따른 조명에너지 사용량을 도출하는 성능평가 방법을 제안한다.
또한, 본 연구는 제안된 성능평가 방법에 대한 유효성을 검증하기 위하여 다양한 자연채광시스템 중 광선반²⁾에 대하여 성능평가를 실시함으로써 유효성을 검증하였다. 제안된 실거주환경 기반의 빛환경 에너지 성능평가 사용된 사용자 조도 기준은 KS조도기준을 근거하였다.
광선반의 성능평가를 위한 변인은 타입, 폭, 각도, 높이, 반사율이 있으나 본 연구에서는 광선반의 각도만을 변으로 설정하여 진행하였으며, 여타 변인은 표 X와 같이 폭 300mm의 외부형 광선반 타입, 광선반 높이 1800mm, 광선반 반사율85%로 통제하였다. 또한, 외부 환경은 동지, 하지, 춘추분에 대하여 정남향을 기준으로 진행하였다.
또한, 챔버는 외부 빛환경 조성을 위하여 인공태양광조사장치를 구축하였으며, 인공태양광조사장치의 각도 및 높이 조절을 통한 태양의 고도 설정 및 광량을 통한 외부 조도 조절이 가능하도록 하였다. 성능평가를 위한 조도센서는 작업면 기준 높이인 450mm로 설정하였으며, 천장의 4개의 조명과 연동하기 위하여 그림4에서 나타나듯이 배치하여 이후 조명 연동할 수 있도록 하였다.
본 연구에서 제안하는 성능평가는 외부 빛환경과 성능평가 대상물인 채광시스템에 의하여 조성되는 실내 조도 분포 값을 근거로 조명제어가 이루어지며, 성능평가 간 사용자 요구조도 설정 값에 의하여 서버는 조명을 On/Off 제어를 실시한다. 또한 조명 제어에 따를 조명에너지 전력 사용량을 산출하여, 산출된 조명에너지 사용량은 성능평가의 정량적인 결과물이 된다.
본 연구에서 제안하는 실거주 환경은 실제 주거공간을 의미하여 그림 3에서 나타나듯이 실제 주거 공간과 동일하게 테스트베드를 구축하였다.
본 연구에서 제안하는 실거주환경 기반의 빛환경 에너지 성능평가는 그림 6에서 나타나듯이 사용자 요구조도를 에너지 성능평가 서버에 입력이 가능하여, 서버는 입력된 사용자 요구조도를 기준으로 조명을 제어한다. 이후 자연채광 시스템의 성능평가를 통한 유효성 검증에서의 사용자 요구조도는 거실 및 침실의 일반작업 작업의 표준도인 400lux 설정하여 진행하였다.
본 장에서는 자연채광 시스템의 하나인 광성반에 대하여 앞서서 제시한 실거주 기반의 빛환경 에너지 성능평가를 실시하며, 제시된 성능평가 방법에 대한 유효성을 검증하였다.
또한, 챔버는 외부 빛환경 조성을 위하여 인공태양광조사장치를 구축하였으며, 인공태양광조사장치의 각도 및 높이 조절을 통한 태양의 고도 설정 및 광량을 통한 외부 조도 조절이 가능하도록 하였다. 성능평가를 위한 조도센서는 작업면 기준 높이인 450mm로 설정하였으며, 천장의 4개의 조명과 연동하기 위하여 그림4에서 나타나듯이 배치하여 이후 조명 연동할 수 있도록 하였다.
셋째, 본 연구는 제안된 성능평가 방법을 통하여 자연채광시스템인 광선반의 각도 변화에 대한 성능평가를 실시하여 조명에너지 저감에 대한 결과를 분석함으로써, 성능평가 방법에 대한 유효성 검증을 하였다.
셋째, 본 연구에서 제안하는 성능평가를 근거로 테스트 베드 및 시스템을 구축하였으며, 이를 기반으로 자연채광 시스템인 자연채광시스템에 대하여 성능평가를 진행하여 성능평가 방법의 유효성을 검증한다.
본 연구에서 제안하는 실거주환경 기반의 빛환경 에너지 성능평가는 그림 6에서 나타나듯이 사용자 요구조도를 에너지 성능평가 서버에 입력이 가능하여, 서버는 입력된 사용자 요구조도를 기준으로 조명을 제어한다. 이후 자연채광 시스템의 성능평가를 통한 유효성 검증에서의 사용자 요구조도는 거실 및 침실의 일반작업 작업의 표준도인 400lux 설정하여 진행하였다.
앞서서 설정한 광선반의 각도에 대한 실거주환경 기반의 빛환경 에너지 성능평가 방법에 의한 결과는 표 6 및 표 7에서 나타나듯이 실내 조도 분포와 조명 에너지 전력 사용량으로 도출된다. 전력사용량은 정남향 1시간 기준으로 광선반 0˚, 10˚, 20˚, 30˚도 에 따른 동지, 하지, 춘추분에 대한 전력사용량을 산출하였다. 조명 제어는 앞서서 언급한 것처럼 400lux를 기준으로 이상인 경우에는 조명이 Off되며 이하의 경우에 On되도록 하였다.
첫째, 실거주 기반의 빛환경 에너지 성능평가를 제안하기 위하여 기존의 성능평가 방법 및 국내외 사례와 사용자 조도기준에 대하여 고찰하였다.
특히, 사용자 요구조도 및 실거주 기반의 빛환경 에너지 성능평가가 이루어지는 Master Bedroom은 표 4와 같이 폭 4.9m, 깊이 6.6m, 천장고 2.5m로 설계하였으며, 개구부 크기는 창호의 단열성능 및 기밀성능을 고려하여 건축물 에너지 절약을 위한 창호 설계 가이드라인⁵⁾에서 창 면적비를 40%이하로 제한 한다는 내용을 근거로 조정한 결과 폭 2.2m, 높이 1.8m로 하였다.

대상 데이터

또한 개구부의 유리 재질은 12T 복층유리를 사용하였다. 개구부는 성능평가 대상물이 탈부착이 가능하도록 구축하였으며, 다양한 빛관련 채광시스템에 대한 성능평가를 지원한다.

이론/모형

에 대하여 성능평가를 실시함으로써 유효성을 검증하였다. 제안된 실거주환경 기반의 빛환경 에너지 성능평가 사용된 사용자 조도 기준은 KS조도기준을 근거하였다.

성능/효과

둘째, 본 연구에서 제안하는 성능평가는 성능평가 서버를 통하여 사용자 요구조도를 입력할 수 있으며, 이는 다양한 작업 및 사용자에 대한 성능 평가 지원이 가능하다.
본 연구에서 제시된 성능평가 방법에 의하여 도출되는 조명에너지는 광선반 각도가 30˚의 경우가 가장 효율적이라 분석되며, 광선반 0˚, 10˚, 20˚에 대비하여 25%의 조명에저 저감이 가능하다. 이는 단순 조도 분석을 통하여 도출되는 결과와는 다른 의미를 가지며, 빛환경 관련 에너지 저감에 대한 정량적이며 시각적인 결과를 제공 받을수 있다는 점에서 유의미한다.
첫째, 실거주환경 기반 빛환경 성능평가는 실제 조명과 연동하였으며, 설정된 조도기준을 근거하여 조명을 제어함으로써 성능평가 결과물로 단순 실내 조도 분포 뿐만 아니라 조명에너지 사용량이 도출되어 정량적이며, 시각적인 결과 도출이 가능하다.

후속연구

본 연구는 에너지 문제에 대한 중요성이 부각되고 있는 현 시점에서 단순 환경정보센서에 의한 모니터링이 아니라 실제 조명과 연동하여 에너지 저감 정도를 분석하는 방법을 제시하였다는 점에서 유의미하며, 에너지 문제에 대한 기술 개발의 검증 및 개선을 위해서 보다 다각적인 측면에서 성능평가를 제시하는 연구는 지속되어야 한다고 판단된다.
우리나라의 주택 내 공간 조도기준은 표 4에서 나타나듯이 KS A 3011에서 정량적으로 제시하고 있으며, 국내 주택의 조도기준은 각 공간에 따라서 최저허용조도, 표준기준조도, 최고허용조도로 권장하고 있으며, 조도의 측정기준은 작업면의 수평조도를 나타낸다. 본 연구는 제안하는 용자 요구조도 및 실거주 기반의 빛환경 에너지 성능평가에서는 다양한 요구조도 기준에 대하여 대응하기 위하여 성능평가 간 요구조도 입력 및 변경이 요구된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	실거주환경 기반의 빛환경 에너지 성능 평가는 어떠한 절차로 제안되었는가?	첫째, 실거주 기반의 빛환경 에너지 성능평가를 제안하기 위하여 기존의 성능평가 방법 및 국내외 사례와 사용자 조도기준에 대하여 고찰하였다. 둘째, 채광시스템 및 조명제어 시스템의 정량적인 사용량 분석을 위하여 조명과 연동하여 사용자 요구 조도 기준에 따른 조명에너지 사용량을 도출하는 성능평가 방법을 제안한다. 셋째, 본 연구에서 제안하는 성능평가를 근거로 테스트 베드 및 시스템을 구축하였으며, 이를 기반으로 자연채광 시스템인 자연채광시스템에 대하여 성능평가를 진행하여 성능평가 방법의 유효성을 검증한다. 또한, 본 연구는 제안된 성능평가 방법에 대한 유효성을 검증하기 위하여 다양한 자연채광시스템 중 광선반2)에 대하여 성능평가를 실시함으로써 유효성을 검증하였다. 제안된 실거주환경 기반의 빛환경 에너지 성능평가 사용된 사용자 조도 기준은 KS조도기준을 근거하였다.
	건물에서 조명에너지 소비량은 어떠한가?	건물에서의 조명에너지 소비량은 전체 에너지 소비량의 22%1)로 냉방에너지 소비량의 다음으로 높은 비율을 차지하고 있어서 이를 해결하기 위한 채광시스템, 조명 제어시스템 등의 에너지 저감 기술개발 및 관련 연구의 필요성 및 중요성은 점차 증대, 부각되고 있다. 하지만 기존의 빛환경 관련 에너지 성능평가에 대한 기초자료가 부족한 상태이며, 조도센서에 의한 단순 실내 조도값 모니터링에 의하여만 이루어져 정량적인 에너지 저감률에 대한 정확한 근거자료가 되지 못하고 있다.
	실 거주공간의 조도기준에 맞는 조명계획의 적정성 여부 평가에 이루어져야 하는 것은?	실 거주공간의 조도기준에 맞는 조명계획의 적정성 여부를 판단하는 기준은 정성적 측면과 정량적 측면의 평가가 함께 이루어져야 한다3). 정성적 평가는 실거주자의 주관적 측면인 심리, 성향을 비롯한 다양한 영향을 받는 반면 정량적 평가는 정확한 데이터를 통한 보다 객관적인 평가가 이루어 질 수 있다.

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한국공업표준협회, 조도기준(KS A 3011), 1998(2003확인)

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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