J. Korean Soc. Living Environ. Sys. Vol. 21, No. 5, pp 722~730(2014) 한국생활환경학회지제 21 권제 5 호 2014 년 지능형자동롤러쉐이드연동광센서조광제어시스템이실내조도분포및에너지절감량에미치는영향 정근영 김인태 최안섭 세종대학교건축공학과 Analysis on the Workplane Illuminance and Energy Consumption in a Daylight Responsive Dimming System Integrated with an Intelligent Automated Roller Shade System Keun-Young Joeng, In-Tae Kim and An-Seop Choi¹ Department of Architecture Engineering, Sejong University, Seoul, Korea Abstract : This study aims to analyze a illuminance level and lighting energy savings by intelligent automatic roller shade with daylight responsive dimming systems. It is important to precise control for automated roller shade height that prevents the inflow of direct sunlight from exceeding the preset control depth, depending on the time and sky conditions, independent of an occupant s operation. Shade height will be automatically controlled depending on the height calculated, using a profile angle for clear skies and partly cloudy skies, and having the shades fully up for overcast skies. The result of field test using the half-scale test-bed, in terms of the work-plane illuminance distribution, illuminance increased by up to 42-83% when intelligent roller shade was installed, compared to manual roller shade. When intelligent automated roller shade was installed, lighting energy was reduced by 53% in average, compared to manually operated roller shade. In office buildings with the curtain wall, therefore, the automated roller shade is absolutely essential to save energy. Key words : Intelligent Automated Roller Shade, Profile Angle, Daylight control, Clearness Index, Daylight Responsive Dimming System, Energy Savings 1. 서론 최근대부분의사무소건축물은커튼월구조로이루어져있는데이유는다음과같다. (1) 사무소건축물은대부분철골구조로이루어져있기때문에다른구조의파사드적용이어렵다. (2) 실내로최대한주광을유입시키기위함이다. (3) 실내에서의외부조망이잘될수있기위해서는창이커져야만한다. (4) 외관이미려할뿐만아니라다양한형태를만들수있다 (Park, 2010). 이러한커튼월구조는실내로유입되는직사일광이많아짐에따라재실자에게눈부심을줄수있으 교신저자 : 최안섭 ( 우 143-747) 서울시광진구군자동세종대학교충무관 705 호전화번호 : +82-02-3408-3761 E-mail:aschoi@sejong.ac.kr 며, 여름철에는실내열부하가증가함에따라냉방부하가증가하게되어건물의에너지낭비를초래할수있다 (Park, Choi, Jeong & Lee, 2011). 이와같은이유로인해커튼월을사용하는건축물에서는차양시스템의적용이필수적이다. 차양시스템을사용할경우조명용전기에너지를약 21~41% 까지줄여줄수있다는연구결과가있었다 (ND, PJ, DK, E & J, 2009, Hwang & Kim, 2011, Kim, Lim, Schaefer & Kim, 2013). 뉴욕타임스빌딩에서는실제 full scale mock up을이용하여측정한결과에의하면계절별, 천공별로약 5~59% 의전기에너지를줄일수있을뿐만아니라재실자에게발생될수있는눈부심을최소화할수있다는연구결과를발표하였다 (Lee & Selkowitz, 2006). 에너지가부족한현시점에 722
지능형자동롤러쉐이드연동광센서조광제어시스템이실내조도분포및에너지절감량에미치는영향 723 서커튼월을사용하는사무실건축물에반드시필요한시스템이라할수있다. 정부정책에따라이러한친환경적시스템을적용하였을경우 LEED 및친환경건축물인증에점수를주는인센티브제도가있다. 자동롤러쉐이드시스템과더불어건물에서사용하는조명에너지를절감하기위해실내로유입된주광만큼조명에너지를절감하는광센서조광제어시스템에대한연구가활발히진행중에있다. 광센서조광제어시스템은롤러쉐이드높이제어방법, 조광방법, 사용광원, 적용하는공간에대한반사율등에따라효율이달라지는특징을가지고있다 (Jeong, Hwang, Kim & Choi, 2007). 또한위두시스템을연동하여에너지절약을극대화할수있는기법이활발히연구중에있다. 그러나재실자의작동없이시시각각변화하는천공상태와시간에따라지능적으로구동되는자동롤러쉐이드에대한연구는부족한실정이다. 이에따라본연구에서는이전연구에서개발된제어알고리즘을적용한지능형자동롤러쉐이드를설치하였다. 이시스템은재실자의작동없이스스로직사일광의유입깊이에따라롤러쉐이드의높이를계산하여구동되는시스템이다. 그리고지능형롤러쉐이드에광센서조광제어시스템을연동하여테스트베드에함께설치한후실험을실시하여천공을분석하였다. 그리고시스템이실내조도분포에미치는영향을분석하였으며이에따른에너지절감량을분석하였다. 2. 본론 2.1. 테스트베드개요및측정장비본연구에서는크기와반사율이동일한 2 개의 Half scale 테스트베드에지능형자동롤러쉐이드와광센서조광제어시스템을각각설치하였다. 그리고 2 개의테스트베드 A, B room 에는조광이가능한 LED 조명기구 2 개씩 1 set 으로각각설치하여조명기구에서소모되는소비전력을측정하고자하였다. A room 에는수동조작에의한롤러쉐이드가설치되어있는데재실자는한번내리면다시올리지않은상태에서항상근무를하는것으로나타나항상 fully down 되도록설치하였다 (Hong, 2008). B room 에는지능형자동롤러쉐이드가설치되어시시각각변화하는일영각과천공상태에대응하여롤러쉐이드가구동되도록설치하였다. 테스트베드는위도 37 도 33 분, 경도 127 도 4 분의서울에위치하고있으며건물입면방위각은남서방향으로 33 을향하고있다. 실험실크기는 (L) 2.87 m Table 1. The outline of 1/2 mock-up test bed Category Description Location Latitude 37 33 Longitude 127 4 Test-bed Size (m) 2.870 1.510 1.640 Ceiling White paint / 0.84 Material/ Wall White paint / 0.84 Reflectance Floor Carpet / 0.26 Azimuth Southwest 33 Window Size (m) 1.290 1.215 Window Sill (m) 0.098 Figure 1. Section of 1/2 mock up test-bed. (W) 1.51 m (H) 1.64 m 이며천장과벽의마감재질은흰색페인트이며, 바닥은카펫으로마감되어있다. 마감재질의반사율은천장, 벽 0.84 이며바닥은 0.26 이다. 창문의크기는가로 1.290 m 세로 1.215 m 이며창틀의높이는 0.098 m 이다 (Table 1). Half scale 테스트베드에는실내조도분포를측정하기위해서각각의 room 에 3 개의조도센서가설치되었다. 지붕위에는 1 개의일사센서가설치되어있으며수평면을통해입사되는일사량을측정하고있다. 일사값은지능형자동롤러쉐이드의구동에필요한데이터값이다. 조도센서는 Half scale 테스트베드이기때문에일반적으로사무실의조도측정높이인책상높이 0.75 m (IESNA 권고기준 ) 의 1/2 인 0.375 m 에조도센서를설치한후조도를측정하였다 (Figure 1). 조도센서와일사센서는데이터로거를통해 1 초간격으로측정된데이터가실시간으로계속해서저장되도록하였다. 그후에측정상발생하는노이즈를제거하기위해 1 분단위로평균값을낼수있도록하였다. 롤러쉐이드가제어알고리즘에따라정확하게구동되는지를확인하기위해실내에는디지털카메라 400D 가 10 분간격으로직사일광유입깊이를촬영하도록자동으로설정되었다. 또한 LED 조명기구의에너지 제 21 권제 5 호 2014 년
724 정근영 김인태 최안섭 Figure 2. Measuring equipments. Figure 3. Conceptual diagram demonstrating roller shade height by direct sunlight control depth. 절감량을측정하기위해전력분석계 (WM-01) 를각각의테스트베드에 1 대씩설치하였다. 측정기간은 2013 년 08 월 1 일부터 9 월 29 일중총 20 일간측정이진행되었으며측정시간은사무실에재실자가있다는가정하에보통의근무시간인오전 9 시부터오후 17 시까지로설정하여측정이진행되었다 (Figure 2). 2.2. 지능형자동롤러쉐이드식 (1) 은재실자의작동에관계없이시간과천공상태에따라재실자에의해미리설정된깊이이상으로직사일광이유입되지않도록하는자동롤러쉐이드의높이제어알고리즘을나타내고있다. 이알고리즘으로인해재실자는어떠한조작도없이직사일광을미리설정된깊이이상으로들어오지못하도록콘트롤할수있다. 알고리즘은기본적으로일영각 (A p.cal ) 를통해쉐이드의높이 (SH cal ) 가결정되며여기에창문턱의높이 (H ws ) 를빼야만한다. 공식은다음과같으며단면상의개념은 Figure 3 과같다. SH cal = D depth tan(a p.cal ) H ws (1) 여기서, SH cal = 롤러쉐이드높이 D depth = 재실자가설정하는직사일광유입깊이 A p.cal = 이론식에의한일영각 H ws = 창문턱높이 Table 2. Ranges of KT and roller shade height depending on the sky conditions. Sky conditions 2.3. 천공구분일사량측정데이터를이용하는 CI (Clearness Index) 방법론은해당지역의일사량을직접측정하여천공을구분하는방법이다. CI 방법론은 Erbs et al. (Four U.S. and one Australian station, 1982) 와 Orgill and Hollands (Canadian stations, 1977), 그리고 Reindl et al. (The United States and Europe, 1990) 에의해연구되었으며본연구에서는보편적으로사용되는 Orgill and Hollands 방법을사용하여천공을구분하였다 (Hong, 2008). Orgill and Hollands 에의하면 K T 값에따라 0.75 를넘을경우청천공이며 0.35 이하일경우담천공으로규정하였다. 또한 K T 범위가 0.35~0.75 사이에있다면부분담천공으로규정하였다. 이에따라쉐이드높이는 Table 2 와같이청천공과부분담천공일때는일영각을이용하여계산된쉐이드높이에따라자동구동된다. 담천공일때는롤러쉐이드가 fully up 되어외부천공광을최대한실내로유입될수있도록하였다. K T = I T ------- I Oh Orgill and Hollands 여기서, K T = CI(Clearness Index) I T = 실제일사량측정값 I Oh 360J = I SC 1+ 0.034 ----------- cosz 365, 대기권밖수평일사량 (W/m 2 ), cosz =cosφcosδ cosω +sinφsinδ Roller shade height Clear sky K T > 0.75 cycled P. cloudy sky 0.35 < K T 0.75 cycled Overcast sky K T 0.35 fully up (2) 한국생활환경학회지
지능형자동롤러쉐이드연동광센서조광제어시스템이실내조도분포및에너지절감량에미치는영향 725 Figure 4. Daylight Responsive Dimming system, photosensor figure, and response curve. Table 3. Ratio by sky conditions depending on measurement period Measurement Period(20 days) Clear sky > 0.75 Partly cloudy 0.35 < 0.75 Overcast 0.35 August 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9,10, 11, 20, 25, 28, 29, 30, 31 September 1, 14, 28, 29 18.90% 26.93% 54.16% Time : 09:00-17:00 I SC = 1350(W/m 2 ), 태양상수 J = Julian date (1 J 365) φ = 위도 284 + J δ = 23.45sin( 360 ----------------- ), 적위 365 ω = Hour angle 2.4. 광센서조광제어시스템광센서조광제어시스템은실내로유입되는주광의양에시시각각반응하여, 인공조명의부하를실내조도기준에맞추어조도레벨을조절해주는기능을한다. 통합제어기술에기본이되는것은광센서조광제어시스템인데이단일시스템만으로도조명부하를약 30% 이상줄여줄수있다. 광센서조광제어시스템의성공적인실행여부는광센서가작업면조도를얼마나정확히나타내주는가에달려있으며, 광센서조광제어시스템의정확성에영향을미치는요소로서롤러쉐이드에의한주광의영향 (Transmittance) 을들수가있다. 본연구에적용된광센서조광제어시스템은광센서에의해조광이이루어지며광센서는주광에의한직접광을측정하는것이아니며실내바닥에반사된확산광을측정하는특성을가지고있다. 그이유는광센서의수광범위는최대 20,000 lx 까지측정가능하기때문이다. 또한 20,000 lx 까지는정확성이떨어지며 5,000 lx 까지는상당히정확한특성을가지고있는데인간의눈반응과유사한포토픽반응 (Photopic Response) 을가진센서이기때문이다. 외부조도의영향을받지않도록하기위해외부에직사일광을반사시켜센서에영향을주는모든사물은제거한상태이다. 센서는테스트베드의정중앙천장에설치되어있으며 수광각도는 60 로창문을향해설치되어있다. 현재실험에서는작업면의설정조도를 500 lx 로설정한상태이다. Figure 4 는광센서의형상및반응곡선과조광제어시스템을나타낸다. 3. 측정결과 3.1. 천공측정결과 8 월 1 일부터 9 월 29 일까지측정한결과총 20 일간의유효한데이터를측정할수있었다. 20 일간의외부일사량측정을통해천공을구분한결과는 Table 3 과같다. 청천공의비율은 18.90%, 부분담천공은 26.93% 로나타났으며담천공의비율은 54.16% 로나타났다. 자동롤러쉐이드가 cycle 되는비율은청천공과부분담천공의비율을합쳐야하므로이두천공의비율을합치면 45.84% 가된다. 즉, 측정기간동안 45.84% 만큼 cycle 되었다는것을알수있다. 담천공이다른천공의비율에비해 54.16% 로상당히높게나타났는데측정기간동안이비율로 fully up 되어외부의주광을최대한실내로유입시킨다는것을알수있다. 측정기간동안청천공의비율은 18.90% 이며자동롤러쉐이드제어알고리즘개발을위한천공구분때에측정된청천공의비율은 3.83% 이다. 청천공비율의차이는약 15.07% 가난다. 상당히차이가크게나타나는데자동롤러쉐이드을위한측정기간때는 11 월부터 2 월까지겨울동안측정이되었기때문에이러한차이가나는것이다. 다시말하면겨울철보다는여름철에자동롤러쉐이드의구동이많아진다는것을알수있다. 여름철에는부분담천공의비율은겨울철보다약 18.31% 제 21 권제 5 호 2014 년
726 정근영 김인태 최안섭 Table 4. Ratio by sky conditions depending on measurement date Date Clear (cycled) P.Cloudy (Cycled) Overcast (Fully up) Clear+ P.Cloudy (Cycled) 8/1 45.5 24.7 29.7 70.3 8/2 0.7 13.1 86.3 13.8 8/3 33.4 17.3 49.3 50.7 8/4 25.6 30.6 43.8 56.2 8/5 13.3 24.5 62.2 37.8 8/6 8.4 7.6 84.0 16.0 8/8 3.3 31.2 65.6 34.4 8/9 0 46.6 53.5 46.6 8/10 5.5 20.4 74.0 26.0 8/11 32.7 64.7 2.7 97.3 8/20 43.9 38.1 18.0 82.0 8/25 51.9 43.1 5.0 95.0 8/28 13.7 50.9 35.4 64.6 8/29 0 1.7 98.3 1.7 8/30 24.8 54.1 21.0 79.0 8/31 37.7 12.0 50.3 49.7 9/1 36.5 33.6 30.0 70.0 9/14 1.2 23.0 75.9 24.1 9/28 0 0 100 0 9/29 0 1.7 98.3 1.7 낮게나타났다. 또한담천공은약 6.07% 정도높게나타났는데여름철일지라도비가많이왔기때문이다. Table 4 에서알수있듯이측정데이터에따르면 8 월 29 일과 9 월 28 일과 29 일, 총 3 일간에는담천공이거의 100% 에가깝게나타났다. 이날짜에는롤러쉐이드는항상 fully up 상태로고정되어있는것이며이 3 일을제외하면담천공의비율은 54.16% 에서 46.27% 로떨어지게된다. 즉, 비가온날을제외하면약 46% 정도는담천공이라는것을알수있다. 8 월 1 일에는청천공의비율이 45.53% 로상당히높게나타났는데이수치는겨울에측정하였을때는나타나지않던높은수치 이다. 그러나나머지날에는여름철에측정되었음에도불구하고그리높지않은청천공의비율을나타냈다. 즉, 여름철에도이러한비율이나타났다면다른계절에는이보다훨씬낮은비율을나타낼것으로예상할수있다. 측정기간동안측정된데이터를이용하여천공을구분한결과가정확한지를확인하기위해기상청에서제공되는평균운량데이터를조사하여비교해보았다. 측정일에구름이얼마나많은지측정된자료를확인하면본연구에서측정된천공구분이어느정도신뢰성이있는지판단할수있기때문이다. 그러나실시간으로측정된일사량에의한천공구분과기상청에서제공하는평균천공에대한구름량은 100% 일치하기는어렵다는연구결과가있었다 (Hong, 2008). 기상청에서제공되는운량데이터는천공이명백하게구분되는경우를제외하고천공의구분이모호하거나측정하는지역의위치, 전문가의주관적인판단 ( 목측에의한측정 ) 에따라오차가발생하기때문이다. 따라서절대적인수치로비교판단하기는불가능하지만본연구에서는대략적인수치에의한비교만하였다. 기상청에서제공되는평균운량은 0.0~10.0 으로표현되며강수유무와관계없이하루평균구름의양을나타내는것으로천공을구분하고있다. 9 월 28 일과 29 일에는담천공의비율이거의 100% 에가깝게측정되었다. 이날짜의날씨를기상청데이터와비교해보면구름의양은 9 월 28 일에 9.5 였으며 29 일에는 9.6 으로태양이없는날임을알수있다. 기상청의데이터로구름의양이 7.5 이상인날은 8 월 2 일, 9 일, 29 일, 9 월 14, 28, 29 일 6 일간이었는데측정데이터와비교해보면두값의차이가 16.3% 를나타냈다. 즉담천공일때는기상청의데이터와측정결과값이유사하다는것을알수있다 (Table 5). 그러나이와반대로구름의양이 3.5 이하인날, 즉청천공의비율이높은 8 월 1 일, 20 일, 31 과 9 월 1 일에는측정데이터와기상청제공데이터를비교해보면 5.8% 로작은차이를나타냈다. 그러나 8 월 1 일과 31 일은큰차이를나타내었는데이러한오차는기상청데 Table 5. Average cloud cover data from the National Weather Service Date 8/1 8/2 8/3 8/4 8/5 8/6 8/8 8/9 8/10 8/11 Avg. ratio of cloud 7.1 9.1 8.1 8.0 7.0 6.6 7.4 9.9 7.1 5.8 Date 8/20 8/25 8/28 8/29 8/30 8/31 9/1 9/14 9/28 9/29 Avg. ratio of cloud 3.0 4.1 5.4 9.4 5.1 5.6 3.0 9.1 9.5 9.6 한국생활환경학회지
지능형자동롤러쉐이드연동광센서조광제어시스템이실내조도분포및에너지절감량에미치는영향 727 Figure 5. Result of automated roller shade and workplane illuminance level on a clear sunny day, Aug 1, 2013. 이터의목측에의한측정이기때문인것으로판단된다. 따라서본연구에서반드시필요한천공을구분할경우기상청의데이터를사용하는것은불가능할것으로판단된다. 3.2. 조도분포및롤러쉐이드의높이 Figure 5 는청천공의비율이높은 8 월 1 일에작업면조도분포및롤러쉐이드높이를나타내고있다. 일영각에따라자동으로구동되는지능형롤러쉐이드의구동을측정한결과오전 9 시부터 11 시 58 분까지는직사일광이테스트베드에입사되지않기때문에 fully up 되었다. 그이유는테스트베드의방위각이남서향으로 33 도가기울어져있기때문이다. 본논문에서보정된일영각계산식에따라쉐이드높이가 1cm 가넘을때마다구동하게되는데 11 시 58 분이후부터 17 시까지는일영각에따라총 58 회가구동되었다. 또한자동롤러쉐이드가구동하는 11 시 58 분이후부터는테스트베드 B 의창가쪽에설치된조도센서 (B-ES-1) 에서측정되는조도레벨이다른센서에비해상당히높은조도레벨을나타냈다. 이와반대로테스트베드 A 의창가쪽에설치된조도센서 (A-ES-1) 는수동조작에의한롤러쉐이드가항상 fully down 되어있기때문에조도레벨의변동율이크지않다는것을알수있다. 수동조작에의한롤러쉐이드가설치된테스트베드에서창가쪽에설치된조도센서 A-ES-1 의측정조도최소값은 415 lx 이며최대값은 1423 lx 이다. 자동롤러쉐이드가설치된테스트베드에위치한동일한센서 (B-ES-1) 의최소값은 438 lx 이며최대값은 2447 lx 로나타났다. 최소값은 6% 의차이로유사하게나타났지만최대값은약 72% 차이로지능형자동롤러쉐이드가높게나타났 다. 창반대편에설치된조도센서 A-ES-3 과 B-ES-3 의조도차이는창가쪽조도레벨보다적은 42% 로 B 테스트베드의조도가높게나타났다. 이것은지능형자동롤러쉐이드가실내조도분포에상당히큰영향을미친다는것을알수있다. Figure 6 은청천공의비율이높은 8 월 1 일에작업면조도분포및롤러쉐이드높이를나타내고있다. 롤러쉐이드의구동을측정한결과담천공이기때문에직사일광이테스트베드에입사되지않아오전 9 시부터오후 5 시까지 fully up 되어있다. 수동조작에의한롤러쉐이드가설치된테스트베드 A 의창가쪽에설치된조도센서 (A-ES-1) 에서측정된조도는최소 445 lx, 최대 655 lx 가측정되었다. 자동롤러쉐이드가설치된테스트베드 B 의창가쪽에설치된조도센서 (B-ES-1) 에서측정된조도는최소 585 lx, 최대 1474 lx 가측정되었다. 최소조도에서는약 32% 가차이났지만최대조도에서는약 167% 나차이가났다. 청천공일때는최대조도차이에서 72% 를나타냈지만담천공일때는청천공일때보다 95% 나높은큰차이를나타내었다. 즉, 담천공일경우많은외부천공광을실내로최대한많이유입시킴으로써인공조명에의한에너지를많이줄여줄수있을것으로판단된다. 측정된 20 일간의 A, B 테스트베드의창가쪽의조도센서 B-ES-1 과 A-ES-1 에서측정된조도를비교해보면최대값은약 96% 가량자동롤러쉐이드가설치된 B 테스트베드가높게나타났다. 이수치는수동조작에의한롤러쉐이드보다는자동롤러쉐이드가실내조도분포에상당한영향을미친다는것을의미한다. 또한이러한영향은에너지절약에큰도움을줄것이다. 테스트베드의중앙에설치된 B-ES-2 는 A-ES-2 대비 제 21 권제 5 호 2014 년
728 정근영 김인태 최안섭 Figure 6. Result of automated roller shade and workplane illuminance level on a overcast day, Sep 28, 2013. 약 41% 높게나타났으며 B-ES-3 은 A-ES-3 대비 89% 높게나타났다. B-ES-1 은창가쪽과반대편 B-ES-3 은상당히높은반면에 B-ES-2 는비교적큰차이를나타내지않았다. 테스트베드의중앙에설치되어있어인공조명의영향을크게받았기때문에큰차이가나지않는것이다. 최소값은 B-ES-1 은 A-ES-1 대비 12%, B-ES-2 는 25%, B-ES-3 은 25% 로최대값보다작은차이를나타내었다. 3.3. 에너지절감량 Half scale 테스트베드에설치된 LED 조명기구는 16.8 W 2 등용이설치되어있다. 총소비전력은 33.6W 이지만야간에측정한결과 Half scale 테스트베드이기때문에최대소비전력총 22 W 만사용하여도설정조도 500 lx 를만족시켰다. 따라서본연구에서는최대소비전력을 22 W 로설정하여에너지절감량을분석하였다. Figure 7 에서보는바와같이자동롤러쉐이드나수동롤러쉐이드의평균조명에너지절감량을보면유사한추세선을나타내고있다. 이것은외부천공구분및일사량에따라에너지절감량은차이가있지만유사한패턴으로에너지가절감되었다는것을알수있다. 20 일간측정된에너지절감량을분석한결과수동조작에의한에너지절감량은 54.4% 가절감되었으며전기에너지사용량은매시간마다평균 12 W 가절약되었다. 자동롤러쉐이드에의한에너지절감량은 76.7% 로나타났는데전기에너지는약 16.9 W 가절감되었다. 이두에너지절감량의차이는 22.3% 나차이가났다. 전기에너지절감량으로보면매시간평균 4.9 W 가절감된것이다. 두테스트베드의에너지절감량을비교해보면자동롤러쉐이드가설치된테스트베 Figure 7. Average lighting energy savings of intelligent automated roller shade and manually roller shade. 드 B 가 61.2% 높게에너지가절감되는것으로나타났다. 6 일에는테스트베드 A 는 13%, 테스트베드 B 에는 29% 가절감되어다른날에비해적은에너지절감량을나타났는데이날은담천공이기때문에다른날에비해상대적으로많은에너지를사용한것으로나타났다. 수동조작에의한에너지절감량을보면최하 2.8 W/ 일에서최대 18.5 W/ 일까지에너지가절감되었다. 지능형자동롤러쉐이드의경우최하 6.3 W/ 일에서최대 20.8 W/ 일까지에너지가절감되었다. 최소에너지절감량이나타난날은 8 월 6 일로나타났으며최대에너지가절감된날은청천공의비율이높은 8 월 28 일로나타났다. 청천공의비율이 47% 로비교적높게나타난 8 월 1 일의테스트베드에너지절감량을비교해보면테스트베드 A 는 78% 이며테스트베드 B 는 91% 로나타나자동롤러쉐이드가설치된테스트베드 B 의에너지절감량이평균 17.2% 크게나타났다. 이러한수치는다른천공에비하면크지않는수치이다. 담천공 한국생활환경학회지
지능형자동롤러쉐이드연동광센서조광제어시스템이실내조도분포및에너지절감량에미치는영향 729 의비율이가장높은 9 월 28 일에는에너지절감량의차이가 192.2% 까지상당히높게나타났다. 이러한수치는자돌롤러쉐이드가수동조작에의한롤러쉐이드보다외부날씨에능동적으로대처하기때문에큰에너지절감량을낼수있는것이다. 또한커튼월을사용하는오피스건축물에는반드시지능형자동롤러쉐이드의적용이필수적이라는것을알수있다. 4. 결론 커튼월구조의건축물특성상실내로유입되는직사일광이많아짐에따라재실자에게눈부심을줄수있으며, 여름철에는열부하로인해냉방부하가증가하게되어건물의에너지낭비를초래할수있다. 이와같은이유로인해커튼월을사용하는건축물에서는과도한직사일광을차단하기위해자동롤러쉐이드나수평블라인드와같은차양시스템의적용이필수적이다. 그러나수동식차양시스템은재실자가한번완전하게내려놓으면다시올리지않는단점을가지고있다. 이에따라본연구에서는재실자의작동없이스스로직사일광의유입깊이를계산하여구동되는지능형자동롤러쉐이드와광센서조광제어시스템을연동하여테스트베드에설치한후시스템이실내조도분포에미치는영향및에너지절감량을분석하였다. 총 8 월 1 일부터 9 월 29 일까지총 20 일간의데이터를측정하여다음과같이분석하였다. 20 일간의외부일사량측정을통해천공을구분한결과청천공의비율은 18.90%, 부분담천공은 26.93% 로나타났으며담천공의비율은 54.16% 로나타났다. 자동롤러쉐이드가 cycle 되는비율은청천공과부분담천공의비율을합쳐야하므로이두천공의비율을합치면 45.84% 가된다. 즉, 측정기간동안 45.84% 만큼 cycle 되었다는것을알수있다. 담천공이다른천공의비율에비해 54.16% 로상당히높게나타났는데측정기간동안이비율로 fully up 되어외부의주광을최대한실내로유입시킨다는것을알수있다. 측정기간동안측정된데이터를이용하여천공을구분한결과가정확한지를확인하기위해기상청에서제공되는평균운량데이터를조사하여비교해본결과담천공의비율이거의 100% 에가깝게측정되었다. 기상청의데이터로구름의양이청천공인날을측정데이터와비교해보면두값의차이가 16.3% 의차이가났다. 이러한오차는기상청데이터의목측에의한측정이기때문인것으로판단된다. 따라서본연구에서 반드시필요한천공을구분할경우기상청의데이터를사용하는것은불가능할것으로판단된다. 측정된 20 일간의 A, B 테스트베드의창가쪽에설치된조도센서 (A-ES-1&B-ES-1) 에서측정된조도를비교해보면최대값은약 96% 가량자동롤러쉐이드가설치된 B 테스트베드가 A 테스트베드보다높게나타났다. 테스트베드의중앙에설치된 B-ES-2 의최대조도값은 A-ES-2 대비약 41% 높게나타났으며 B-ES-3 은 A-ES-3 대비 89% 높게나타났다. 최소값은 B-ES-1 은 A-ES-1 대비 12%, B-ES-2 는 25%, B-ES-3 은 25% 로최대값보다는작은차이를나타내었다. 이러한수치는수동조작에의한롤러쉐이드보다자동롤러쉐이드가실내조도분포에상당한영향을미친다는것을의미한다. 20 일간측정된조명에너지절감량을분석한결과수동조작에의한에너지절감량은 54.4% 가절감되었으며자동롤러쉐이드에의한에너지절감량은 76.7% 로나타났으며이두에너지절감량의차이는 22.3% 나차이가났다. 이러한수치는자돌롤러쉐이드가수동조작에의한롤러쉐이드보다외부날씨에능동적으로대처하기때문에큰에너지절감량을낼수있는것이다. 또한커튼월을사용하는오피스건축물에는반드시지능형자동롤러쉐이드의적용이필수적이라는것을알수있다. 만약지능형자동롤러쉐이드의적용이불가능하다면수동조작에의한롤러쉐이드라도설치를해야만한다. 수동조작에의한롤러쉐이드만으로도약 54.4% 의에너지를절감할수있기때문이다. 현재측정은일사량이많은여름철에이루어졌기때문에두차양시스템에의한실내조명에너지절감량이크게나타날수있다. 상대적으로일사량이적은겨울철에는에너지절감량이낮게나타날수있을것으로예상된다. 본연구는특정향에서만실험이이루어졌기때문에다른향에서는시스템에어떤영향을미치는지에대한향후연구가필요하다. 또한실제사무소건축물에적용시에너지절약및실내조도분포가실험과같은결과를나타내는지와재실자의행위패턴이시스템에미치는영향에대한연구가이루어져야한다. 감사의말 이논문은 2013 년도교육과학기술부의재원으로한국연구재단의지원을받아수행된연구 (No. 20130 130) 임. 제 21 권제 5 호 2014 년
730 정근영 김인태 최안섭 REFERENCES Park, B. C. (2010). Improved Control Algorithm for the Integrated Systems of Automated Roller Shade Systems and Daylight Responsive Dimming Systems, Ph.D. Dissertation, Sejong University Park, B. C., Choi, A. S., Jeong, J. W., & Lee, E. S. (2011). Performance of integrated systems of automated roller shade systems and daylight responsive dimming systems, Building and Environment, 46, 747-757. Dahlan, N. D., Jones, P. J., Alexander, D. K., Salleh, E. & Alias, J. (2009). Daylight Ratio, Luminance, and Visual Comfort Assessments in Typical Malaysian Hostels, Indoor Built Environment, 18(4), 319-335. Hwang, T. Y., & Kim, J. T. (2011). Effects of Indoor Lighting on Occupants Visual Comfort and Eye Health in a Green Building, Indoor Built Environment, 20(1), 75-90. Kim, S. Y., & Song, K. D. (2007). Determining Photosensor Conditions of a Daylight Dimming Control System Using Different Double-skin Envelope Configurations, Indoor Built Environment, 16(5), 411-425. Jeong, K. Y., Hwang, M.G,. Kim, Y. S., & Choi, A. S. (2007). A Study on the Calibration Method and the Polling Period for Daylight Responsive Dimming Systems in Sky Conditions, Journal of Architectural Institute of Korea, 23(1), 255-262 Lee, E. S., & Selkowitz, S. E. (2006). The New York Times Headquarters Daylighting Mockup: Monitored Performance of the Daylight Control System, Energy and Buildings, 38, 914-929 Hong, S. K. (2008). Development and Algorithm of Integration Control Software of Daylight Responsive Dimming Systems and Automated Roller Shading Systems, Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineering, 20-28. 투고일 : 2014. 5. 26 수정접수일 : 2014. 9. 15 게재승인일 : 2014. 10. 29 한국생활환경학회지