Research Article

Journal of The Korean Society of Living Environmental System. 31 December 2024. 515-523
https://doi.org/10.21086/ksles.2024.12.31.6.515

ABSTRACT


MAIN

  • 1. 서 론

  • 2. 연구 방법

  •   2.1. 대상공간 및 조명기기

  •   2.2. 조광제어 시스템 및 시뮬레이션

  • 3. 결과 및 고찰

  •   3.1. 주광조도의 변화 및 조명제어 기준

  •   3.2. 조명 제어효과

  •   3.3. 제어효과 영향요인의 상관성

  • 4. 결론 및 향후 연구

1. 서 론

사무실 공간의 조명환경은 주어진 업무의 종류에 대하여 적용되는 책상면의 목표조도가 유지되도록 설계된다. 설정된 조도의 유지를 위하여 조명기기가 적절한 간격으로 배치되어 사무실 공간에 전반적으로 균등한 조도분포가 유지되도록 계획되어야 한다. 따라서, 사무공간에서 진행되는 다양한 업무기준에 따라 사무실의 목표조도는 조명설계에 반영된다(Dilaura, Houser, Mistrick, & Steffy, 2011).

설정된 목표조도 유지를 위하여 다양한 방식의 조명기기가 설치되며 조명에너지는 소비된다. 조명에너지의 절약을 위하여 다양한 조명제어 방안이 제시되고 있으며, 실내로 유입되는 주광(daylight)이 조명기기의 제어와 연계되는 조광제어(daylight dimming control) 시스템이 적절한 대안으로 활용된다(Bommel & Beld, 2004; Xiong, Tzempelikos, Bilionis, & Karava, 2019).

조광제어 시스템이 적용되는 경우, 주광의 변화에 따라 조명기기가 제어되어 조명환경이 유지되므로 실내로 유입되는 주광의 변화분포는 중요한 요인으로 작용한다. 또한, 건물이 위치된 위도의 차이에 따라 건물에 유입되는 주광의 분포는 연중 다양하게 변화된다.

특히, 고위도 지역에서 태양고도는 중위도 및 저위도 지역에 비하여 낮게 형성되므로 건물에 유입되는 주광의 효과는 예측되어 조광제어 시스템에 효과적으로 적용되어야 한다. 따라서, 본 연구에서 고위도 지역에 위치된 사무실에 적용된 조광제어 시스템의 효과적인 운용을 위하여, 주광에 따라 변화되는 조광제어 시스템의 성능이 분석되어 효과적인 조명제어 대안이 제시된다. 이를 위하여, 미국의 앵커리지(Anchorage)시에 위치된 소규모의 개인 사무소 공간에 대하여 다양한 주광조건이 설정되어 시뮬레이션(simulation)이 진행되었다.

2. 연구 방법

2.1. 대상공간 및 조명기기

고위도 지역에 위치된 사무실 공간에 대한 조광제어 시스템의 제어효과에 대한 분석을 위하여 소규모 개인 사무실 공간이 설정되었다. 대상공간의 세부사항은 Figure 1에 명시되어 있다. 사무실 공간은 폭 4.2 m, 깊이 5.4 m, 높이 2.7 m 로 구성되었다. 천장, 벽, 바닥표면의 반사율은 78.31 %, 50.51 %, 및 21.43 %로 설정되었다. 가로 1.5 m, 세로 0.8 m 크기의 책상이 공간의 남측벽과 북측벽의 중심점이 연결되는 선을 따라 배치되었다.

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Figure 1.

Layout of office space. (Top: Plan, Bottom: Elevation, unit: m )

공간의 남측에 폭 3.0 m, 높이 2.7 m의 창호가 설치되어, 빛에 대한 투과율 41.9% 의 복층유리(double pane)가 적용되었다. 해당창호의 유리부분 전체는 나무재질로 구성된 블라인드(blind)에 의하여 가려지는 것으로 설정되었다. 블라인드 슬랫(slat)의 깊이는 5.08 cm(2 inches)이며 각 슬랫 사이의 거리는 5.08 cm로 설정되었다. 블라인드 슬랫 표면의 빛에 대한 반사율은 45%로 가정되었다.

설정된 대상공간은 사무업무를 위하여 활용되는 것으로 가정되어 업무조건에 요구되는 조도가 설정되었다. 업무에 따라 허용될 수 있는 최저 및 최고 조도기준이 결정되어 사무업무에 필요한 목표조도 유지를 위한 조명설계에 반영된다(Dilaura et al., 2011; Rea 2000). 따라서, 본 연구에서 설정된 목표조도는 730 lx이며, 해당조도의 확보를 위하여 형광조명 기기가 Figure 1에 명시된 바와 같이 배치되었다.

설치된 조명기기의 세부사항은 Figure 2에 명시되어 있다. 조명기기의 크기는 가로 0.6 m, 세로 0.6 m 이며 천장에 매립되는 형태로 적용되어 직접조명 방식의 조명환경이 유지되었다. 길이 0.6 m 의 T5 형광램프 3개가 조명기기에 적용되었다. 각 램프 당 소비되는 전력은 24W 및 발생되는 광속(luminous flux)은 1,750 lm 이었다. 형광램프 하단에 깊이 7.5 cm 의 루버(louver)가 설치되어 조명기기의 가로 및 세로 방향으로 각각 3개의 루버셀(louver cell)이 형성되었다. 조명기기의 설치간격 기준지수(spacing criteria)는 조명기기의 가로 및 세로방향으로 각각 1.61 및 1.23 이었다.

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Figure 2.

Configuration of lighting fixture.

2.2. 조광제어 시스템 및 시뮬레이션

설정된 대상공간에 설치된 조명기기의 제어를 위하여 조광제어 시스템이 적용되어 다양한 주광조건에 대하여 레이디언스(Radiance)가 활용된 시뮬레이션이 진행되었다. 레이디언스는 천공조건에서 발생되는 주광변화의 예측에 대한 신뢰도가 높은 것으로 알려져 있어 조명제어 분야의 연구에 효가적으로 활용되고 있다(Reinhart & Walkenhorst, 2001; Li & Tsang, 2008; Vaisi & Kharvari, 2019).

본 연구에서 활용된 조광제어 시스템은 포토센서(photosensor), 제어기(controller) 및 제어 알고리즘(control algorithm)으로 구성된 폐쇄회로(closed loop) 시스템으로 설정되었다. 폐쇄회로 시스템이 적용되는 경우, 주광과 조명기기로부터 발생되는 빛은 포토센서에서 연속적으로 감지되어 조명기기 제어에 반영된다. 포토센서에서 감지되는 빛은 제어기로 전달되어 제어기에 내장된 제어 알고리즘에 따라 최종 신호로 변경된 후 조명기기에 설치된 디밍 안정기(dimming ballast)로 전달되어 조명기기의 최종 출력량 결정에 사용된다.

적용된 포토센서에 대한 세부사항은 Figure 3에 명시되어 있다. 센서에서 빛이 감지되는 지점주위에 차단조건이 적용되어 센서로 유입되는 주광 및 조명기기로부터 발생되는 빛은 제한적으로 감지되었다. 센서에서 빛이 감지되는 지점은 중심점에서 북측벽면을 향하여 수평방향으로 135° 개방되어 남측에 설치된 창호로부터 직접 유입되는 주광은 차단되었다. 또한,포토센서의 감지점과 바닥면이 수직으로 연결되는 선을 기준으로 북측면 및 남측면을 향하여 각각 90° 및 35.54° 개방되어 전체적으로 124.54° 개방되었다.

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Figure 3.

Photosensor shielding condition. (Top: Plan, Bottom: Section)

센서에서 감지되는 빛은 Table 1에 명시된 제어알고리즘에 따라 신호로 변경되어 디밍 안정기로 전달되었다. 감지된 빛이 20 lx 미만의 경우 조명출력량은 최대로 유지되었으며, 600 lx 초과되는 빛이 감지되는 경우 조명기기의 출력량은 최소 5%로 유지되었다. 또한, 20 lx 와 600 lx 범위이내의 빛이 감지되는 경우 명시된 로그함수에 의하여 조명기기의 출력량은 제어되어 조도유지에 활용되었다.

Table 1.

Settings for dimming control

Setting Control Algorithm
1 If X < 20, then Y=100
2 If 20 ≤ X ≤ 600,
then Y = ‑29.89 log X + 196.22
3 If X > 600, then Y=5

where, - X : Photosensor illuminance [lx]

- Y : Light output of fixture [%]

Table 2.

Simulation conditions

Location Anchorage, AK, USA
(Latitude: 61.13°N, Longitude: 149.53°W)
Day Mar/21, June/21, Dec/21
Time 08:00-17:00 (hourly basis)
Sky CIE Clear, Intermediate, Overcast

대상공간에 적용된 주광조건은 Table 2에 요약되어 있다. 미국의 알라스카주에 위치된 앵커리지시가 설정되어 시뮬레이션에 적용되었다. 앵커리지 시는 북위 61.13°에 위치되어, 고위도 지역의 주광특성이 시뮬레이션에 효과적으로 반영된다. 공간의 창문은 정남향을 향하도록 설정되었고, Figure 4에 명시된 바와 같이 3개의 블라인드 조건이 적용되었다.

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Figure 4.

Blind condition.

레이디언스에 포함된 CIE(International Commission on Illumination) 청천공(Clear sky), 부분 담천공(Intermediate sky) 및 담천공(Overcast sky)이 적용되었다. 태양고도는 연중 다양하게 변화하므로, 대표적인 태양고도 조건의 반영을 위하여 춘분, 하지 및 동지의 3개 날자가 적용되었다. 선정된 날자에 대하여 오전 8시부터 오후 5시 까지 1시간 간격으로 시뮬레이션이 실시되었다.

Table 2에 요약된 모든 조건에 대하여 발생되는 주광조도변화 및 조광제어 시스템에 의한 조명기기의 출력량 변화에 따른 책상면의 최종 조도변화가 예측되어 조광제어 시스템의 제어효과는 분석되었다.

3. 결과 및 고찰

3.1. 주광조도의 변화 및 조명제어 기준

설정된 사무소 공간에서 각 주광조건에 대하여 예측된 책상표면의 평균 주광조도 변화분포는 Figure 5, 6, Figure 7에 명시되어 있다. 실내에서 주광에 의한 조도는 태양으로부터 발생되는 직사성분(direct component)과 천공표면에 의한 산란성분(diffused component)으로 구성된다. 본 연구에서 예측된 결과에서 직사성분에 의하여 발생된 5,000 lx 초과되는 조도는 책상면 조도의 분석에 반영되지 않았다. 각 그림의 범례에서 명시된 C, I, O 는 각각 청천공(clear sky), 부분 담천공(intermediate sky) 및 담천공(overcast sky)을 의미한다.

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Figure 5.

Hourly variation of daylight illuminance on desktop. (No Blind)

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Figure 6.

Hourly variation of daylight illuminance on desktop. (Horizontal blind)

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Figure 7.

Hourly variation of daylight illuminance on desktop. (45°blind)

설정된 사무소 공간의 창호는 남향으로 가정되었으므로, 책상면의 주광조도는 태양이 남측에 위치되는 조건인 12시 및 13시에 가장 높게 증가하는 것으로 나타났다. 사무소는 앵커리지(위도 : 61.13°N) 시에 위치되어 높은 위도의 영향이 반영된다. 따라서, 3월의 경우 가장 높은 책상면 조도가 발생되는 것으로 분석되었다. 또한, 12월과 6월의 경우 11시 ~ 15시 동안 유사한 조도분포가 예측되었다.

예측된 12월의 주광조도는 높은 위도의 영향으로 인하여 중위도 지역의 사무소 공간에 대하여 예측된 기존 연구결과와 다른 것으로 판단된다(Baik & Kim, 2023; Byun & Kim, 2021). 또한, 청천공 조건에서 조도는 가장 높은 것으로 나타났으며, 구름의 영향이 강한 담천공 조건에서 가장 낮은 조도가 예측되었다.

블라인드가 설치되지 않은 경우, 청천공 3월조건에서 최고 1097.8 lx 예측되었으며, 수평 블라인드가 설치된 조건에서 청천공의 경우 최고 조도는 3월에 792.1 lx 예측되었다. 블라인드 조건이 45°로 적용되는 경우, 책상면의 주광조도 변화는 최대 254.3 lx 이내에서 변화되어 월별 태양고도의 변화는 실내 주광조도의 변화에 강한 영향인자로 작용하지 않은 것으로 판단된다.

본 연구에서 적용된 조광제어 시스템은 가정된 주광조건에서 발생되는 조도에 따라 작동되어 책상면의 최종조도는 유지된다. 각 조건에서 발생되는 시스템의 제어효과 평가를 위하여 책상면의 목표조도 확보에 필요한 이상적인 최적 조명출력량이 산정되었다. 이는 책상면에 유입되는 주광조도에 따라 조명출력량이 변화되는 경우 변화되는 조명출력량에서 발생되는 오차제곱합(Error Sum of Square)이 최소화 되는 선형식(linear equation)으로 결정되었으며 각 조건에서 발생되는 실질적인 조명출력량과 비교되어 시스템의 제어효과 평가에 활용되었다.

각 주광조건에서 발생되는 제어시스템의 평가를 위하여 설정된 조광제어 시스템의 제어효과에 대한 평가기준은 Table 3에 요약되어 있다. 이상적인 조명출력량과 제어 시스템에 의한 실질적인 조명출력량의 차이 및 조명에너지 절감량에 따라 시스템의 효과는 최우수(best), 우수(good), 허용가능(acceptable), 주광부족(insufficient daylight), 추천제외(not recommended) 및 실패(fail) 로 분류되어 조명제어 시스템의 효과평가에 적용되었다.

Table 3.

Criteria for control performance

Performance Criteria
Best   D ≤10 and ES > 50
Good D≤10 and 25 < ES ≥ 50
Accept 10 < D ≤15 and ES > 25 D ≤10 and ES < 25
Insufficient Daylight D ≤15 and ES < 25
Not Recommended DMAI > 15
Fail DMAI < -15

where, - D : Absolute value of daily mean for (A-I) [%]

- A : Actual light output by dimming control [%]

- I : Ideal light output for target illuminance [%]

- ES : Daily mean lighting energy savings [%]

- DMAI : Daily mean of (A-I) [%]

3.2. 조명 제어효과

본 연구에서 가정된 다양한 주광조건에 대하여 분석된 조명제어 시스템의 효과는 Figure 8, 9, 10에 명시되어 있다. 각 그래프에서 변화되는 책상면 주광조도에 대하여 목표조도가 항상 유지되는 조건으로 적용된 이상적인 출력량은 실선으로 표시되어 있다. 또한, Table 2에 요약되어 있는 각 조건에 대하여 실질적으로 제어된 조명시스템의 출력량은 다양한 범례로 표시되어 있다.

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Figure 8.

Control performance of dimming system. (No blind)

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Figure 9.

Control performance of dimming system. (Horizontal blind)

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Figure 10.

Control performance of dimming system. (45° blind)

전반적으로, 이상적인 출력량과 근접한 실질적인 조명출력량이 발생되는 경우 조명제어효과는 우수한 것으로 평가된다. 각 조건에 대하여 예측된 실질적인 조명출력량과 이상적인 조명출력량의 차이는 Table 4에 명시되어 있다. 또한, 조건에 따라 예측된 조명에너지 절감량은 Table 5에 요약되어 있다. Table 3에 명시된 지표에 근거되어 평가된 시스템의 제어효과는 Table 6에 나타나 있다.

Table 4.

Difference between mean of absolute value of actual and ideal light output (unit: %)

Sky Blind Day
3/21 6/21 12/21
Clear    No 38.47 5.61 22.25
Horizontal 21.50 14.98 23.55
45° 16.61 17.39 25.30
Inter-
mediate
No 20.90 10.01 24.84
Horizontal 13.76 7.01 25.01
45° 24.14 22.97 27.29
Over-
cast
No 17.94 7.77 27.63
Horizontal 20.16 12.63 27.56
45° 26.79 25.60 27.67

블라인드가 설치되지 않은 경우, 6월의 청천공 및 부분 담천공 조건에서 ‘최우수’ 제어효과가 발생되었으며, 6월의 담천공 조건에서 제어효과는 ‘우수’로 나타났다. 위의 3개 조건에서 조명에너지는 각각 73.0%, 56.3% 및 45.9% 절감되었다. 이는 고위도 지역에 위치된 공간이 고려되었으므로, 6월의 경우 태양고도는 최고 52.3°로 형성되어 발생된 것으로 판단된다.

그러나, 3월 및 12월의 경우, 부분 담천공 및 담천공에서 시스템의 제어효과는 ‘실패’로 분석되어 제어시스템의 적용가능성은 없는 것으로 판단된다. 목표조도에 초과되는 과도한 조도가 청천공 조건의 3월 및 12월에 발생되었다. 이는 태양의 최고 고도가 3월 및 12월에 각각 28.34° 및 5.47°로 낮게 유지되어 발생된 결과로 판단된다.

수평블라인드가 설치된 조건에 대하여 조명제어효과는 6월 부분 담천공에서 ‘우수’로 예측되었으며 조명에너지는 44.6% 절감되었다. 청천공 및 담천공조건의 6월과 부분 담천공 조건의 3월에 ‘허용 가능’ 제어효과가 발생되는 것으로 예측되었다. 부분 담천공 12월 조건, 담천공의 3월 및 12월 조건에서 조광제어 시스템 효과는 ‘실패’로 분석되었다. 청천공의 3월 및 12월에 조광제어 시스템에 의하여 목표조도가 초과되는 조명환경이 유지되었다.

한편, 45° 블라인드 조건에 대하여 분석된 제어시스템의 효과는 적용된 모든 날자와 천공조건에서 ‘실패’ 로 나타났다. 블라인드 각도가 변화됨에 따라 실내로 유입되는 주광은 감소되며 포토센서에서 감지되는 주광조도도 감소되어 일정한 범위에 분포된다. 따라서, 조명출력량은 증가되며, 포토센서에서 감지되는 조명기기에서 발생된 빛에 의한 신호는 증가된다. 이러한 과정이 반복되어 책상면의 최종 조도는 목표조도에 비교되어 낮게 유지되어 발생된 결과로 판단된다. 따라서, 주광조건에 대하여 조명기기의 출력량이 증가될 수 있도록 제어기의 설정조건이 변경되면 목표조도가 유지될 수 있을 것으로 판단된다.

Table 5에 요약된 각 조건별 조명에너지 절감량은 조광제어 시스템이 효과적으로 유지되는 조건에 국한되어 활용가능하다. 각 조건에서 조명 에너지의 절감이 효과적으로 달성되지만 목표조도가 유지되지 않은 경우, 조명 에너지 절감량은 활용되는데 한계가 있다.

Table 5.

Daily mean lighting energy savings (unit: %)

Sky Blind Day
3/21 6/21 12/21
Clear    No 74.7 73.0 55.0
Horizontal 63.0 46.9 52.9
45° 41.5 42.1 43.1
Inter-
mediate
No 54.3 56.3 41.4
Horizontal 46.5 44.6 40.9
45° 38.7 39.3 38.4
Over-
cast
No 41.8 45.9 37.9
Horizontal 39.0 40.8 38.0
45° 37.9 38.2 38.0
Table 6.

System performance of daylight dimming control

Sky Blind Day
3/21 6/21 12/21
Clear    No NR B NR
Horizontal NR A NR
45° F F F
Inter-
mediate
No F B F
Horizontal A G F
45° F F F
Over-
cast
No F G F
Horizontal F A F
45° FFF

where, - B: Best - G: Good - A: Acceptable

- F: Fail - NR: Not Recommended

3.3. 제어효과 영향요인의 상관성

조광제어 시스템은 포토센서에서 감지되는 신호에 근거되어 제어된다. 책상면 조도의 변화가 제어에 효율적으로 반영되기 위하여 포토센서는 책상면에 위치되어야 한다. 그러나, 포토센서가 책상에 배치되는 경우 사용자의 업무활동이 제한되므로, 포토센서는 다른 곳에 설치되어 시스템이 운용된다. 본 연구에서 포토센서는 천장에 위치되어 책상면에서 변화되는 조도의 분석에 활용되었으므로 포토센서와 책상면 조도 사이의 상관성이 분석되었다.

두 변수 사이의 상관성 분석을 위하여 선형회귀분석(linear regression)이 적용되어 예측모델식이 제시되었다. 책상면의 주광에 의한 책상면 조도와 포토센서 조도는 각각 모델식의 독립변수와 종속변수로 설정되었다. 예측된 모델식에 대하여 통계이론에 근거된 ANOVA(Analysis of Variance) 분석이 적용되어 신뢰도 수준 0.05에서 검증되었다.

예측된 선형회귀 예측 모델식은 Figure 11, 12, 13 에 명시되어 있으며, 통계적인 검증결과는 Table 7, 8, 9 에 요약되어 있다. 제시된 모델식은 신뢰도 0.05에서 효과적인 것으로 평가되어 주광에 의한 책상면조도와 포토센서 조도변화의 예측에 활용될 수 있다.

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Figure 11.

Relationship between desktop and photosensor illuminance due to daylight. (Clear sky)

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Figure 12.

Relationship between desktop and photosensor illuminance due to daylight. (Intermediate sky)

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Figure 13.

Relationship between desktop and photosensor illuminance due to daylight. (Overcast sky)

Table 7.

Linear relationship between desktop and photosensor illuminance due to daylight (Clear Sky)

Blind Vari
able
U.C t Sig. ANOVA
B S.E
No C ‑59.95 47.75 ‑1.25 0.22 F(1, 25) = 49.24
Sig. = 0.00
r² = 0.6634
Sen 0.538 0.077 7.01 0.00
Hor C ‑40.83 20.5 ‑1.99 0.05 F(1, 27) = 83.01
Sig. = 0.00
r² = 0.7546
Sen 0.372 0.041 9.11 0.00
45 deg C 19.59 9.65 2.03 0.05 F(1, 28) = 14.44
Sig. = 0.00
r² = 0.3400
Sen 0.201 0.053 3.8 0.00

where, - U.C : Unstandardized Coefficient 

- S.E : Std. Error - C : Constant

- Sen : Daylight illuminance at photosensor [lx]

Table 8.

Linear relationship between desktop and photosensor illuminance due to daylight (Intermediate Sky)

Blind Vari
able
U.C t Sig. ANOVA
B S.E
No C 5.53 6.05 0.91 0.36 F(1, 26) = 284.30
Sig. = 0.00
r² = 0.9162
Sen 0.281 0.01 16.86 0.00
Hor C 27.18 4.79 5.66 0.00 F(1, 27) = 62.10
Sig. = 0.00
r² = 0.6969
Sen 0.135 0.01 7.88 0.00
45 deg C 24.94 2.16 11.51 0.00 F(1, 28) = 49.36
Sig. = 0.00
r² = 0.6375
Sen 0.128 0.01 7.02 0.00

where, - U.C : Unstandardized Coefficient 

- S.E : Std. Error - C : Constant

- Sen : Daylight illuminance at photosensor [lx]

Table 9.

Linear relationship between desktop and photosensor illuminance due to daylight (Overcast Sky)

Blind Vari
able
U.C t Sig. ANOVA
B S.E
No C 20.19 0.598 33.78 0.00 F(1, 28) = 3701.79
Sig. = 0.00
r² = 0.9924
Sen 0.177 0.003 60.84 0.00
Hor C 28.01 0.82 33.99 0.00 F(1, 28) = 330.13
Sig. = 0.00
r² = 0.9213
Sen 0.092 0.005 18.17 0.00
45 deg C 29.68 2.75 10.67 0.00 F(1, 28) = 8.88
Sig. = 0.01
r² = 0.2023
Sen 0.075 0.02 2.74 0.01

where, - U.C : Unstandardized Coefficient 

- S.E : Std. Error - C : Constant

- Sen : Daylight illuminance at photosensor [lx]

예측식의 결정계수(r2)는 천공 및 블라인드 조건에 대하여 최고 0.9924 로 나타났다. 각 천공 조건에서 블라인드가 없는 경우와 수평블라인드가 적용된 경우의 결정계수는 45° 블라인드 조건에 비교되어 높게 나타났다. 블라인드가 없는 경우와 수평블라인드가 적용된 경우, 청천공 조건에서 결정계수는 0.6634 및 0.7546로 예측되었고, 부분 담천공 조건에서 0.9162 및 0.6969로 나타났다. 또한, 담천공에서 0.9924 및 0.9213으로 분석되었다.

이는 블라인드가 설치되지 않은 조건 및 수평블라인드 조건에 대하여 책상면 주광조도가 활용되어 포토 센서의 주광조도가 예측되는 경우, 포토센서의 오차분산(error variance)은 청천공 조건에서 66.34%, 75.46%, 부분 담천공 조건에서 91.62%, 69.69%, 담천공 조건에서 99.24%, 92.13% 감소되는 것을 의미한다.

그러나, 청천공 및 담천공 조건에서 책상면 주광조도가 낮게 예측된 45° 블라인드 조건의 경우 결정계수는 각각 0.3400 및 0.2023 으로 나타나 포토센서의 오차분산(error variance)은 20.23 ~ 34.0% 이내로 감소되는 것으로 분석되었다. 이는 45° 블라인드 조건에서 책상면과 포토센서 감지되는 주광조도는 제한된 범위에서 변화되어 발생된 것으로 판단된다.

4. 결론 및 향후 연구

본 연구에서 고위도 지역으로 분류되는 앵커리지(Acchroage, 위도 : 61.13°N)시에 위치된 소규모 개인 사무실 공간에 적용된 조광제어 시스템에 의한 조명제어 효과가 분석되었다. 연구 결과는 다음과 같다.

1. 창호에 블라인드가 설치되지 않은 조건에 대하여 6월의 청천공 및 부분 담천공 조건에서 ‘최우수’ 제어효과가 달성되었고 담천공 조건에서 제어효과는 ‘우수’ 로 예측되었다. 청천공, 부분담천공, 담천공 조건에서 절약된 조명 에너지는 각각 73.0%, 56.3% 및 45.9% 로 분석되었다.

2. 수평블라인드가 설치된 조건에 대하여 조명제어효과는 부분 담천공 조건의 6월 조건에서 ‘우수’로 예측되었으며, 조명에너지는 44.6% 절감되었다. 또한, ‘허용 가능’의 제어효과는 청천공 및 담천공 조건의 6월과 부분 담천공 조건의 3월에 발생되는 것으로 예측되었다.

3. 45° 블라인드 조건이 적용되는 경우, 모든 조건에서 설정된 목표조도 보다 낮은 조도가 형성되어 조광제어 시스템의 효과는 부정적인 것으로 분석되었다. 따라서, 창호를 통하여 실내로 유입되는 주광의 변화에 대하여 조명기기의 출력량이 증가될 수 있도록 제어기의 디밍(dimming) 설정조건이 변경되어 적용되어야 할 것으로 판단된다.

4. 블라인드가 설치되지 않은 경우와 수평블라인드가 적용된 조건에서 분석된 책상면의 주광조도와 포토센서 주광조도 사이의 결정계수는 45° 블라인드 조건에서 나타난 결정계수보다 높은 것으로 분석되었다. 블라인드가 설치되지 않은 조건 및 수평블라인드 조건에 대하여 책상면 주광조도가 활용되어 포토센서의 주광조도가 예측되는 경우, 포토센서의 오차분산(error variance)은 청천공 조건에서 66.34%, 75.46%, 부분 담천공 조건에서 91.62%, 69.69%, 담천공 조건에서 99.24%, 92.13% 감소되었다.

본 연구에서 고위도 지역에 위치된 사무소 공간을 대상으로 다양한 조건에 대하여 시뮬레이션이 진행되어 제어효과가 분석되었다. 현장평가 결과와 유사하다고 평가되는 예측 프로그램에 의한 분석결과가 도출되었으나, 실질적인 조건이 반영되는데 한계점이 있다. 따라서, 향후 다양한 조건의 현장실험 결과와 비교되어 평가되면 효과적일 것으로 판단된다.

Acknowledgements

본 논문은 2024년도 서일대학교 학술연구비에 의하여 연구되었음.

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