[논문]휘도분포영상을 이용한 공간평가분석에 관한 연구

한상필; 김종윤; 조남철; 이용규; 김남진

doi:10.7836/kses.2013.33.5.076

휘도분포영상을 이용한 공간평가분석에 관한 연구
A Study on Analysis of Space Evaluation Using the Luminance Distribution Images 원문보기

한국태양에너지학회 논문집 = Journal of the Korean Solar Energy Society, v.33 no.5, 2013년, pp.76 - 81

한상필 (상지영서대학교 소방안전과) , 김종윤 (서정대학교 소방안전관리과) , 조남철 (신안산대학교 기계과) , 이용규 (제주대학교 건축학부) , 김남진 (제주대학교 에너지공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In our former study, we proposed that the AC-Model might be applied to various conditions. And we also introduced the method for daylighting that it was possible to reduce discomfort glare and to improve visual impressions as the supplementary type and blind-control type on the compound lighting. The purpose of this study was to examine the relationship between physical elements and psychological evaluation of lighting space. The study was made using an full-size space, which were equipped with various luminaries. We investigated the relationship between subjective evaluation and characteristics of light distribution and showed the high correlation between the evaluation rating and luminance distribution over whole room.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

DFE카메라의 이용은 실내공간의 1개 또는 특정된 지점의 조도만이 아니라 공간 면(Face)의 휘도 분포측정이 가능하여, 실내가구 및 장식물에 의한 반사율의 영향이 적고, 밝기감 및 불쾌글레어 등에 대한 재실자의 감각대응이 가능하다. 따라서 본 연구는 DFE 카메라를 이용한 휘도측정 및 분석시스템에 의해 재실자의 조명쾌적성을 고려한 인공조명의 제어방법을 제안하는데 그 목적이 있다.
본 연구에서는 주광이용 및 초기조도보정을 시행하기 위하여 조도감지센서를 대신하여 DFE카메라의 이용을 검토하였다. DFE카메라의 이용은 실내공간의 1개 또는 특정된 지점의 조도만이 아니라 공간 면(Face)의 휘도 분포측정이 가능하여, 실내가구 및 장식물에 의한 반사율의 영향이 적고, 밝기감 및 불쾌글레어 등에 대한 재실자의 감각대응이 가능하다.
본 연구에서는 채광을 도입한 두 가지 방식 중 기존의 균일조명방식과 새로운 합성조명방식의 휘도분포차이를 DFE 카메라를 이용하여 휘도측정시스템 적용함으로써 주광 및 인공광의 제어방법에 대하여 제안을 입증하고자 하였으며, 각 조명조건별 휘도를 측정하고 휘도차이와의 결과를 비교하여 분석함으로써 다음과 같은 결론을 도출할 수 있었다.

제안 방법

두 공간의 실내내장(벽 37%, 바닥 19.7%) 및 가구(책상 37.6%, 의자 12.7%, 책장 43.6%) 집기 등의 반사율에 의한 영향을 최소화하기 위하여 회색계통으로 마감된 4000×3000×2600㎜의 사무공간을 가정한 실물대공간을 활용하여 주간평가와 각 평균조도조건에 따른 휘도 분포를 측정하였다(Fig 1).
따라서 본 연구에서는 기준공간과 평가공간의 휘도차와 평가어휘와의 관계를 Rea& Parker의 상관계수의 해석법에 따라 ‘0.0～0.1 : 거의 관계없음’, ‘0.1～0.2 약한 양의 상관관계’, ‘0.2～0.4 보통의 양의 상관관계’, ‘0.4～0.6 비교적 강한 양의 상관관계’, ‘0.6～0.8 강한 양의 관계’, ‘0.8～1.0 매우 강한 양의 상관관계’로 분류하여 결과해석에 참고하였다.
본 실험은 오피스공간을 가정한 실물대 실험공간을 활용하였으며, 선행연구⁴⁾에서 제안된 합성조명방식과 균일조명방식의 비교를 통해 도출된 평가결과를 토대로 각 조명조건에 따른 휘도를 측정하여 기준공간과 평가공간의 차이(휘도차)에 따른 시각적 쾌적성과의 연관성을 비교, 분석하였다.
실험의 분석은 앞서 언급한 바와 같이 DFE카메라로 측정한 영상을 영상의 밝기를 절대 척도에 비교한 휘도데이터로 각각의 실험제시 조건에 따라 Matrix Laboratory를 이용하여 변환하였으며(Fig 3), 휘도로 변환된 수치데이터를 기준공간(균일조명방식)과 평가공간(합성조명방식)의 크로스매칭에 의한 차이를 평균으로 계산하여 정량화하였다. 이와 같이 얻어진 휘도차를 이전의 연구결과로부터 도출된 주관 평가값과 비교하여 상관성을 분석함으로서 휘도와 인상평가간, 즉 정량적 결과와 정성적 결과의 비교를 통해 실내공간에서의 조명환경특성을 분석하였다.
실험의 분석은 앞서 언급한 바와 같이 DFE카메라로 측정한 영상을 영상의 밝기를 절대 척도에 비교한 휘도데이터로 각각의 실험제시 조건에 따라 Matrix Laboratory를 이용하여 변환하였으며(Fig 3), 휘도로 변환된 수치데이터를 기준공간(균일조명방식)과 평가공간(합성조명방식)의 크로스매칭에 의한 차이를 평균으로 계산하여 정량화하였다. 이와 같이 얻어진 휘도차를 이전의 연구결과로부터 도출된 주관 평가값과 비교하여 상관성을 분석함으로서 휘도와 인상평가간, 즉 정량적 결과와 정성적 결과의 비교를 통해 실내공간에서의 조명환경특성을 분석하였다.

대상 데이터

예를 들어 ‘Wcp60*b1/3+20'은 실전체조명중 주광도입 60%이나 블라인드로 1/3을 감소시켜 창측 인공조명을 통해 20%를 보강한 형태이다. 또한 주관적 평가는 조명에 의한 공간의 쾌적성 평가에 활용되는 12개 형용사 평가어휘를 7단계 SD법을 이용하여 기준공간과 평가공간의 조명환경을 평가하였고⁴⁾, 실험에 참여한 피험자는 22~40세 사이의 11명(남:8명, 여:3명)으로 구성되었다.
실험은 균일조명방식의 기준공간과 합성조명방식이 평가공간의 2개 공간으로 구성하였다. 두 공간의 실내내장(벽 37%, 바닥 19.

성능/효과

(1) 동일한 평균조도레벨을 갖는 실내조명환경에 있어 조명방식의 차이에 따른 휘도차(휘도분포)는 공간지각에 영향을 미치는 것으로 알 수 있었다. 특히 접근성, 활동성, 친밀도, 편안함 등의 쾌적성 인자에 상당한 상관성을 지니고 있었다.
(2) 그러나 공간인지성과 밝기감 등 절대적 평가항목에서는 휘도차이가 평가의 영향을 거의 미치지 않았다는 점에서 인간의 공간 지각능력에 대한 절대적 기준을 재확인할 수 있었다.
. 또한 ACModel에 근거한 합성조명방식은 창에 의한 채광제어와 실내창측에서의 조명가미방식으로 응용되어 시각적 쾌적성을 확보하는 새로운 조명제어방식으로 활용할 수 있다는 것과 현저한 전력감소를 기대할 수 있다는 것을 알 수 있었다.⁴⁾
이전의 연구에서 채광과 인공조명의 시각적 조화를 검토하기 위해 가설적 조도분포와 실험적 조도분포의 차이를 비교한 결과를 토대로 합성조광조명모델(Adjusted Compound-light Model;이하 ACModel또는 합성조명모델이라 함)의 제안¹⁾과 전반조명방식과의 비교를 통해 시각적 쾌적성 확보를 확인할 수 있었으며²⁾, 창으로부터 실안측까지의 조도가 균일한 조명방식보다 합성조명방식에 의한 역동적 조도분포가 조성되는 방식에서 시각적 쾌적성이 현저히 높다는 것을 확인할 수 있었다³⁾. 또한 ACModel에 근거한 합성조명방식은 창에 의한 채광제어와 실내창측에서의 조명가미방식으로 응용되어 시각적 쾌적성을 확보하는 새로운 조명제어방식으로 활용할 수 있다는 것과 현저한 전력감소를 기대할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
특히 ‘Hazy-Clear'와 ‘Dislike-Like'의 접근성 항목의 상관계수가 각각 0.83, 0.74로 두 공간의 휘도차이가 클 때 공간평가도 높게 나타나 상당한 상관성을 확인할 수 있었다.

후속연구

요컨대 동일조도레벨을 갖는 기준공간과 평가공간는 휘도차이의 변화에 따라 쾌적성 등 공간지각에 관련한다는 사실을 추론할 수 있었으며, 이는 향후 채광을 포함한 조명설계에 있어 수광적 측면의 조도 또는 발광적 측면의 휘도의 일원적, 획일적 요소에 의한 것이 아니라 복합적, 다각적 측면으로 고려된 조명계획 및 설계가 실시되어야 할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	조명 설비의 에너지절감수법으로 무엇이 구현되고 있는가?	최근 건축물에 사용되는 전기에너지 중 시환경(visual environment)과 관련된 조명설비가 전체소비에너지의 약 20~40%정도를 차지하고 있는 실정이다. 조명 설비의 에너지절감수법으로서는 채광량에 따른 조도감지센서를 이용한 조명출력의 제어와 인체감지센서를 활용하여 점등제어가 구현되고 있다. 조도감지센서는 조명기구에 연결하여 천정 또는 창측 부근에 설치함으로써 인공조명을 제어할 수 있다.
	조도감지센서의 단점은?	조도감지센서는 조명기구에 연결하여 천정 또는 창측 부근에 설치함으로써 인공조명을 제어할 수 있다. 그러나 창측에 설치하게 되면 주광을 직접 감지하거나 센서부근의 반사율에 영향을 받는 문제점을 안고 있어 재실자에게 불쾌감을 줄 우려가 높아 그 사용이 제한적이다.
	조도감지센서는 무엇을 제어할 수 있는가?	조명 설비의 에너지절감수법으로서는 채광량에 따른 조도감지센서를 이용한 조명출력의 제어와 인체감지센서를 활용하여 점등제어가 구현되고 있다. 조도감지센서는 조명기구에 연결하여 천정 또는 창측 부근에 설치함으로써 인공조명을 제어할 수 있다. 그러나 창측에 설치하게 되면 주광을 직접 감지하거나 센서부근의 반사율에 영향을 받는 문제점을 안고 있어 재실자에게 불쾌감을 줄 우려가 높아 그 사용이 제한적이다.

참고문헌 (5)

Han. S. P, A Study on Lighting Control Method for Harmonization of Daylighting and Artificial Lighting, Journal of Architectural Institute of Korea., Vol. 26, No. 8, 2010.
Han. S. P, The Effect of Compound Ratio for Daylighting and Artificial Lighting in Visual Impression, Journal of Architectural Institute of Korea., Vol. 26, No. 12, 2010.
Han. S. P, Jeon. Y. H, Han. S. C, A Study on Visual Comfort for Compound lighting Control Method of Applied Daylighting, Journal of the Korea Solar Energy Society, Vol. 32, No. 3, 2012.

원문보기 상세보기
Han. S. P, A Study on Daylight Control Method for Scuring Visual Comfort and Reducing lighting Loads on Interior lighting Environment, Journal of the Korea Solar Energy Society, Vol. 32, No. 3, 2012.
Peter R Boyce, Human Factors in Lighting - Second Edition, Taylor & Francis, 2004.

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