초록 ▼

대부분의 사무소 건물에서는 작업에 필요한 적정 조도를 확보하기 위해 주간에도 전기조명에 의존하는 경우가 많아 사무소 건물에서 사용되고 있는 총 전기에너지의 약 20~30%가 조명에너지에 의해 소비되며 조명 발열로인한 냉방에너지도 무시할 수 없는 수준이다. 전기조명에 비해 발광효율이 높은 자연채광을 효율적으로 활용하면 조명에너지를 절약할 수 있으며 또한 부수적으로 냉방부하도 줄일 수 있는 효과가 있다. 그동안 전기조명은 계절이나 시각, 날씨 등의 환경적인 시나리오에 따라 제어전략이 명확하지 않아 사용자의 판단에 의해 임의로 조절되는

대부분의 사무소 건물에서는 작업에 필요한 적정 조도를 확보하기 위해 주간에도 전기조명에 의존하는 경우가 많아 사무소 건물에서 사용되고 있는 총 전기에너지의 약 20~30%가 조명에너지에 의해 소비되며 조명 발열로인한 냉방에너지도 무시할 수 없는 수준이다. 전기조명에 비해 발광효율이 높은 자연채광을 효율적으로 활용하면 조명에너지를 절약할 수 있으며 또한 부수적으로 냉방부하도 줄일 수 있는 효과가 있다. 그동안 전기조명은 계절이나 시각, 날씨 등의 환경적인 시나리오에 따라 제어전략이 명확하지 않아 사용자의 판단에 의해 임의로 조절되는 경우가 많았다. 그러나 상황에 맞지 않는 제어전략은 에너지 소비를 부추기고 실내 환경을 쾌적하지 못하게 만들 수 있어 실험과 시뮬레이션을 통한 검증이 필요하다.
본 연구에서는 사무용 건물을 대상으로 컴퓨터 시뮬레이션과 측정을 통해 전기조명의 제어 전략에 따른 실내 빛 환경 조절 성능 및 에너지성능을 분석하여 실내 작업환경을 쾌적하게 만들기 위한 최적 제어 전략을 도출하였다.
LED 전기조명을 설치하여 Full Mock-up 실험실을 구축하고 주광을 활용한 디밍제어전략을 적용했을 때의 실내조도 및 조명에너지 소비량을 측정하였다. LED 조명을 on/off 제어할 때 청천공시 40%, 중간천공에서는 28%의 조명에너지를 절감할 수 있으나 주광을 활용하여 디밍제어할 경우에는 청천공시 77.2%, 중간천공시 64.1%의 조명에너지를 절감할 수 있어 디밍제어 전략이 조명에너지 절감에 중요한 역할을 함을 알 수 있다.
시뮬레이션 프로그램으로는 빛환경 분석을 위해 Daysim 프로그램을, 에너지 분석을 위해 EnergyPlus 프로그램을 사용하였다. EnergyPlus 프로그램은 에너지 성능 분석을 위한 대표적인 프로그램으로 세계적으로 사용자가 많고 정확한 결과를 얻을 수 있는 장점이 있으나 실내 조도 계산 알고리즘이 다소 취약하여 조명에너지 소비량 분석에는 경우에 따라 적합하지 않을 수 있다. 따라서 본 연구에서는 빛환경 분석 프로그램인 Daysim과 에너지성능 분석 프로그램인 EnergyPlus 프로그램을 접목시켜 조명에너지 소비량 예측 정확도를 높이고자 하였다. 연구 결과 EnergyPlus 프로그램만을 사용하여 조명에너지 소비량을 분석했을 때보다 Daysim 프로그램을 통합하여 적용하여 조명에너지 소비량을 분석할 경우 측정값과의 평균 오차율은 –10%로 예측 정확도가 약 24.6% 개선되어 실제 상황과 유사한 결과를 보이는 것으로 분석되었다.
측정 및 시뮬레이션을 수행하여 전기조명 제어 전략에 따른 조명에너지 소비량을 평가한 결과 재실자 센서와 주광센서에 의한 디밍시스템을 함께 적용할 때 조명에너지 절감율이 가장 큰 것으로 분석되었다.
정확한 시뮬레이션을 위해서는 실제 기상데이터를 활용하는 것이 필수이며 빛환경 및 에너지 성능 분석에 필요한 서울 지역의 기상데이터를 만들기 위하여 외부 일사량 및 조도 자료를 지속적으로 측정하였다. 측정기간동안 서울지역 전일사의 평균 발광효율은 126 lm/W, 확산일사의 평균 발광효율은 127 lm/W로 분석되었으며 본 연구 결과로 도출된 발광효율은 조도 분석을 포함한 다방면에서 활용될 수 있는 신뢰할만한 결과라고 판단된다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• I. 연구결과 요약문 ... 4
• II. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 7
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 8
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 8
• III. 연구성과 ... 9