실내 루버형 집광채광 시스템의 실내 빛환경 비교 분석 : 확산 및 경면반사형 슬랫을 중심으로 = Comparative Analysis of Indoor Light Environment Based on Reflection Types of an Indoor Louver-type Concentrating Daylighting:Focusing on Diffuse and Specular Reflection Slats

국문 초록 (Abstract)

탄소중립 및 건물 에너지 절감 정책 강화에 따라 건축물의 패시브 요소와 자연채광 활용의 중요성이 증대하고 있다. 이에 본 논문은 실내 루버형 집광채광 시스템（Indoor Louver-type Concentrating Daylighting System, ILCDS）의 반사 유형에 따른 실내 빛환경 특성을 분석하고, 실측 데이터 기반의 시뮬레이션 모델의 실내 빛환경 예측 가능성을 검증하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 부산 지역의 사무공간을 대상으로 확산반사형과 경면반사형 슬랫을 적용한 실측 실험을 수행하였으며, 하지와 추분 시기의 실내 조도 변화를 비교∙분석하였다. 아울러Rhino 및 Grasshopper를 활용한 3D 모델링과 Radiance 기반의 빛환경 시뮬레이션 엔진을 이용하여 예측 모델을 구축하고 실측 데이터와의 비교∙검증을 실시하였다. 실측 분석 결과, 확산반사형 ILCDS는 대부분의 시간대와 측정 지점에서 경면반사형 대비 우수한 실내 조도를 나타냈으며, 균제도 및 평균 주광률 측면에서도 상대적으로 균일하고 안정적인 광분포 특성을 나타냈다. 시뮬레이션 모델의 타당성을 검증하기 위해 ASHRAE Guideline 14의 예측 오차 평가지표인 NMBE와 CV（RMSE）를 산출한 결과, 일부 조건에서 통계적 허용 기준（NMBE ±10%, CV（RMSE） 30%）을 상회하였다. 그러나 실측치와 시뮬레이션 예측치 간의 선형회귀 분석을 수행한 결과, 두 데이터 간의 경향성에 대해 0.71에서 0.99 사이의 높은 결정계수（R^2）를 확보함으로써 시뮬레이션 모델의 실내 빛환경 변화 추종성과 유효성을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

With the strengthening of policies for carbon neutrality and building energy reduction, the importance of passive building elements and daylight utilization is continuously increasing. This study aims to analyze the characteristics of the indoor light environment according to the reflection types of an Indoor Louver-type Concentrating Daylighting System （ILCDS） and to validate the predictability of the indoor light environment through a simulation model based on empirical data. To achieve this, field measurements were conducted in an office space located in Busan, employing diffuse-reflection and specular-reflection slats, and the variations in indoor illuminance during the summer solstice and autumnal equinox periods were compared and analyzed. In addition, a predictive model was constructed using Rhino and Grasshopper for 3D modeling and the Radiance engine for light environment simulation, followed by comparison and validation against the empirical data.
The analysis of the measured data revealed that the diffuse-reflection ILCDS provided superior indoor illuminance compared to the specular-reflection type across most time intervals and measurement points. Furthermore, it demonstrated relatively uniform and stable light distribution characteristics in terms of uniformity ratio and average daylight factor. To validate the feasibility of the simulation model, the Normalized Mean Bias Error （NMBE） and the Coefficient of Variation of the Root Mean Square Error （CV（RMSE））—which are the predictive error evaluation metrics of ASHRAE Guideline 14—were calculated. The results showed that the metrics exceeded the statistical tolerance limits （NMBE ±10%, CV（RMSE） 30%） under certain conditions. However, a linear regression analysis between the measured and simulated values yielded high coefficients of determination （R^2） ranging from 0.71 to 0.99, confirming the simulation model’s strong tracking capability and validity regarding dynamic variations in the indoor light environment.

목차 (Table of Contents)

• 국문초록 i
• 목 차 iii
• 표 목 차 v
• 그 림 목 차 ix
• I. 서 론 1
• 1. 연구 배경 1
• 2. 기존 연구 동향 분석 3
• 3. 연구의 목적 10
• II. 이론적 고찰 12
• 1. 실내 루버형 집광채광 시스템 12
• 2. 확산반사형 실내 루버형 집광채광 시스템 15
• 3. 경면반사형 실내 루버형 집광채광 시스템 17
• 4. 실내 빛환경 평가 지표 19
• III. 모니터링 시스템 구축 및 실험실 환경 분석 21
• 1. 실측 실험실 구축 21
• 2. 측정 기기 및 로깅 시스템 24
• 3. 모니터링 시스템 구축 31
• 4. 실험실 환경 분석 32
• IV. 실측 실험 및 분석 36
• 1. 실측 실험 개요 36
• 2. 실측 실험 결과 39
• 3. 소결 85
• V. 예측 시뮬레이션 개발 및 타당성 검증 88
• 1. 시뮬레이션 개요 88
• 2. 시뮬레이션 입력값 91
• 3. 시뮬레이션 결과 94
• 4. 시뮬레이션 모델 검증 133
• 5. 소결 150
• VI. 결 론 153
• 1. ILCDS의 반사 유형별 조도 형성 성능 153
• 2. 빛환경 예측 시뮬레이션 결과 154
• 3. 빛환경 예측 시뮬레이션 타당성 154
• 4. 종합 결론 및 기대효과 155
• 참고문헌 157
• 부 록 161
• Abstract 169