사무소 건물의 조명제어를 위한 천장면 조도 특성에 관한 연구 = A study on the illuminance characteristics of ceiling surface for lighting control in office buildings

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In modern office buildings, the lighting control is significant not only to provide the comfortable visual environment but also to reduce the energy consumption in buildings. For efficient lighting control, it is necessary to control lighting output according to the illuminance on the work plane; however, it is difficult to directly acquire the work plane illuminance because it is practically impossible to install the light sensor on the work plane and the occupant’s activities can affect the measured illuminance. For this reason, this study attempted to measure ceiling surface illuminance to control the illumination on the work plane.
To verify this assumption, experiments and simulation were conducted to investigate the relationship between the illuminance on work plane and ceiling surface. To fulfill the purpose of this study, a test-bed was constructed in order to analyze the illumination in typical office space. In addition, an Arduino-based illuminance sensors and recording system were also developed in order to acquire the simultaneous illuminance distribution on the work plane and the ceiling surface. Forty illuminance sensors combined with wireless signal transfer system were constructed to facilitate the data measurement and acquisition.
The developed measurement system was verified by comparing the result with those of the general-purpose illuminance meter, which has been already by other researchers. The by other researchers results showed that the accuracy of the Arduino-based measurement system is approximately 99.6% compared with the verified illuminance meter, which indicates that the developed measurement system could be successfully used to investigate the relationship between illuminance on work plane and ceiling surface.
In order to quantify the relationship between illuminance on work plane and ceiling surface, the illuminance ratio of ceiling surface to work plane was suggested in this study. Test-bed experiment results showed that the ratio ranges from 0.26 to 0.55 (average of 0.37), implying that such ratio can be used to determine the proper position of the illuminance sensor on the ceiling surface.
As the above-mentioned illuminance ratio will be affected by the reflectance of the wall, which has relatively large surface area in the space, it is necessary to investigate such ratio with other types of walls which has reflectance. Thus, the illuminance on work plane and ceiling surface was measured by applying three different wall papers with the reflectance of 0.834, 0.672, and 0.536, respectively.
In addition, the measured illuminance data was compared with the Relux simulation, which was conducted to investigate the relationship between illuminance on work plane and ceiling surface under more various room conditions such as wall reflectance. The discrepancy between measured and simulated illuminance was –5∼10% for work plane and –13∼10% for ceiling surface, respectively Therefore, it was found that the developed simulation model is suitable for the analysis of the illuminance ratio with different wall reflectance.
Using the simulation model, the correlation between wall reflectance and the illuminance ratio was analyzed. It was found that the correlation can be formulated with the regression equation Y = 0.1243X2 + 0.1534X + 0.1169 (R2 = 0.9993), where X is the wall reflectance and Y is the reflectance ratio. The derived regression equation can be used to determine the appropriate sensor position to control artificial lighting based on the ceiling surface illuminance.
As the regression equation was derived under the condition that the daylight is not introduced into the space, it may not be applicable to the space with the natural lighting. Therefore, in order to extend the applicability of this study, it was necessary to investigate the impact of natural lighting on the illuminance ratio. For this reason, additional experiments were conducted by introducing direct and indirect daylight in the test-bed space. It was found that the daylight tends to elevate the overall illuminance on work plane and ceiling surface, which also affects the illuminance ratio. Thus it is necessary to conduct more comprehensive study to quantify the impact of the natural lighting on the illuminance ratio under various outdoor how about the effect caused by the indirect daylight.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• I 서 론 1
• 1.1. 연구의 배경 및 목적 1
• 1.2. 연구의 방법 및 범위 4
• Ⅱ 기존 연구 고찰 7
• 2.1. 조도의 정의와 기준 7
• 2.2. 천장면 조도 특성 관련 기존 연구 9
• 2.3. 조도 해석 시뮬레이션 소프트웨어 11
• Ⅲ 작업면과 천장면 조도 측정 실험 14
• 3.1. 모델 건물 및 측정기기 구축 14
• 3.1.1. 모델 건물 구축 14
• 3.1.2. 조도 감지기 구성 15
• 3.1.3. 측정기기 사양 16
• 3.1.4. 아두이노 조도감지기와 범용 조도계 비교 20
• 3.1.5. 모델 건물의 조도 감지기 배치 25
• 3.1.6. 마감 재료의 종류와 반사율 27
• 3.2. 작업면과 천장면 조도 측정 실험 28
• 3.2.1. 작업면 조도 측정 28
• 3.2.2. 천장면 조도 측정 30
• 3.3 작업면과 천장면 조도 비율 분석 32
• 3.4. 벽체반사율 변화에 따른 작업면과 천장면 조도 측정 실험 34
• 3.4.1. 작업면 조도 측정 35
• 3.4.2. 천장면 조도 측정 38
• 3.5. 소 결 41
• Ⅳ 작업면과 천장면 조도 해석 시뮬레이션 43
• 4.1. 시뮬레이션 모델 43
• 4.2. 조도 해석 시뮬레이션 결과 57
• 4.2.1. 작업면 조도 57
• 4.2.2. 천장면 조도 59
• 4.3. 시뮬레이션-실측 데이터 비교 61
• 4.3.1. 작업면 및 천장면 조도 분포 비교 61
• 4.3.2. 단면 조도 분포 비교 62
• 4.4. 벽체 반사율에 따른 조도 해석 시뮬레이션 65
• 4.4.1. 벽체 반사율 조도 시뮬레이션 결과 65
• 4.4.2. 벽체 반사율별 시뮬레이션 모델 검증 68
• 4.5. 소 결 70
• Ⅴ 벽체 반사율의 천장면 조도 영향 분석 71
• 5.1. 벽체 반사율에 따른 작업면과 천장면 조도 비율 71
• 5.2. 벽체 반사율에 따른 작업면-천장면 조도 비율 회귀식 74
• 5.3. 소 결 83
• Ⅵ 주광 유입의 천장면 조도 영향 평가 실험 84
• 6.1. 모델 공간 구성 및 실험방법 84
• 6.2. 주광 직접유입에 의한 조도 측정 86
• 6.2.1. 주광 직접유입 조건에서의 천장면 조도측정 86
• 6.2.2. 주광 직접유입 천장면과 작업면 조도측정 비교 90
• 6.3. 주광 간접유입에 의한 조도 측정 94
• 6.4. 소 결 99
• Ⅶ 결 론 100
• 참고문헌 103
• 감사의 글 105

참고문헌 (Reference)

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15. 사무실 공간에서 광선반 적용조건에 따른 조명제 어 시스템의 효율 분석, 김수영, 윤연주, 문진우, 한국생활환경학회 학회지 제23권 제2호, , pp.310 ∼319, , 2016

16. 소규모 사무실 공간에서 광선반 디자인 형태에 따 른 디밍 시스템 제어효과, 문진우, 정성권, 김수영, 한국생활환경학회 학회지 제24권 제1호, , pp87 ∼94, , 2017

17. 소규모 사무실에서 디밍시스템 제어를 위한 완전차단조건 포토센서 의 민감도 제안, 김수영, 한국생활환경학회지 제15권 제2호, , pp.145∼154, , 2008

18. 적합한 조명시뮬레이션 사용을 위한 주관 시뮬레이션과 Mock-up 실험 비교에 관한 연구, 김유신, 최안섭, 한국조명전기설비학회 논문지 제24권 제1 호, , pp.35∼44, , 2010