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조명과 열적 환경은 우리의 일상 생활에서 매우 중요한 요소입니다. 이 두 가지 요소는 우리가 작업하거나 휴식을 취할 때의 쾌적함과 생산성에 큰 영향을 미칩니다. 이번 블로그 글에서는 조명 관련 용어와 조도 계산 방법, 색채 조절, 인체의 온열 조건 등을 다루어, 어떻게 하면 우리의 환경을 보다 쾌적하게 만들 수 있는지에 대해 자세히 알아보겠습니다.
1. 조명 관련 용어와 단위
조명 설계에서 사용되는 주요 용어는 다음과 같습니다:
광속 (Luminous Flux)
정의: 단위 시간당 흐르는 전체 광의 양을 나타냅니다. 이는 조명 기구가 발산하는 빛의 양을 측정하는 중요한 지표입니다.
단위: 루멘 (lumen, lm)
조도 (Illuminance)
정의: 단위 면적에 입사하는 광속의 양을 측정합니다. 이는 작업 면이 얼마나 잘 조명되는지를 평가하는 데 사용됩니다.
단위: 럭스 (lux, lx)
광도 (Luminous Intensity)
정의: 점광원에서 단위 입체각당 방출되는 광속을 나타냅니다. 조명의 특정 방향에서의 밝기를 측정합니다.
단위: 칸델라 (candela, cd)
휘도 (Luminance)
정의: 발광 면의 단위 투영 면적당 발산 광속을 측정합니다. 이는 표면의 밝기나 반사도를 나타내는 중요한 지표입니다.
단위: 칸델라/㎡ (cd/㎡)
2. 빛의 측정
빛의 측정은 주로 두 가지 방법으로 이루어집니다: 조도의 계산과 광속 측정입니다.
(1) 작업 면의 조도 계산
조도의 계산식
조도 = 광도 / (거리)²
점주도 방식
수평면 점주도: 조도 = 광도 / (거리)² × cos θ
수직면 점주도: 조도 = 광도 / (거리)² × sin θ
배광 곡선: 조명 기구에서 발생하는 배광 형태를 각도에 따라 광도로 나타낸 그래프를 배광 측정기로 측정합니다.
광선 각도: 조명 기구에서 발생하는 방향성 광선의 가장 높은 광도와 이의 절반에 해당하는 광도가 형성하는 각의 2배를 광선 각도라고 합니다.
광속 (루멘) 방식
작업면 위의 평균 조도 계산
조도 = 총 광속 / 실면적 (㎡)
조도 계산식
조도 = (총 광속 × 전구 수 × 조명률 × 광 손실률) / 실면적
용어 정의
조명률 (U): 조명기구에서 발생한 광속의 100%가 작업 면에 도달하지 않고 천장, 벽, 바닥 등에 반사되거나 투과되는 비율
실질 수 (K): 실의 크기와 형태를 나타내며, 작업 면에 직접 도달하는 빛의 양은 천장의 높이에 따라 달라집니다.
보수율 (M): 조명기구의 효율 저하 정도를 나타내며, 전구의 광속 감소율과 가구의 광속 감소율을 포함합니다.
(2) 반사율
반사율의 정의
빛을 받는 평면에서 반사되는 빛의 밝기를 의미합니다. 실내조명의 분포는 광량, 광원 위치, 벽, 천장 등 표면의 반사율에 영향을 받습니다.
옥내 반사율 추천
천장: 80~90%
벽: 40~60%
가구: 25~45%
바닥: 20~40%
(3) 대비
대비의 정의
사물과 배경의 밝기 차이 및 색상 차이를 통해 사물을 인식하는 정도를 의미합니다. 대비는 보통 표적의 광속 발산도와 배경의 광속 발산도의 차이를 나타냅니다.
표적이 배경보다 어두울 경우: ±100%에서 0 사이
표적이 배경보다 밝을 경우: 0에서 -∞ 사이
3. 휘광 처리
휘광 처리란 눈부심을 줄이기 위한 방법입니다. 눈부심은 눈에 비해 훨씬 밝은 광원이나 반사광으로 인해 발생하며, 성가신 느낌과 불편함을 초래하고 시각 성능을 저하합니다.
문제 발생 원인
주위가 어두울수록 광원이 밝을수록 눈부심이 강해집니다.
광원이 시선의 상하좌우 20º 안에 들어오면 눈부심이 증가합니다.
광원이 클수록 눈부심이 강해집니다.
처리 방법
직사 휘광 처리
창문의 높이 조절: 창문을 높게 설치합니다.
차양 설치: 차양, 발 드리우게, 수직날개를 설치하여 직사광선을 차단합니다.
광원으로부터의 직사 휘광 처리
광원의 휘도를 줄입니다.
광원의 수를 늘립니다.
광원을 시선에서 멀리 둡니다.
휘 광원 주위를 밝게 하여 광속 발산 비율을 줄입니다.
반사 휘광 처리
발광체의 휘도를 줄입니다.
빛을 반사하지 않는 무광택 표면 재료를 사용합니다.
반사광이 눈에 들어오지 않게 위치를 조정합니다.
일반(간접) 조명 수준을 높입니다.
4. 색채 조절
색채 조절의 목적은 사람의 감정적 효과를 고려하여 피로를 방지하고 생산성을 높이며 재해사고를 예방하는 것입니다. 색채는 우리의 시각적 인식과 감정에 큰 영향을 미칩니다.
효과
눈의 긴장감과 피로감을 줄입니다.
작업 효율을 높여 생산성을 향상합니다.
심리적으로 쾌적한 실내 분위기를 제공합니다.
사고나 재해를 줄입니다.
생활의 의욕을 높여 활발한 활동을 촉진합니다.
5. 인체의 온열 조건
인체의 열 생산, 열 손실, 열 평형은 쾌적한 실내 환경을 조성하는 데 중요합니다.
인체의 열 생산
음식물의 에너지는 80% 이상이 열로 변환됩니다.
기초대사와 근육 대사의 생화학적 과정을 통해 열이 생성됩니다.
인체의 열 손실
열 손실은 피부를 통한 수증기 환산, 땀 분비, 호흡, 복사 및 대류 등을 통해 이루어집니다.
인체의 열평형
인체는 주로 복사, 대류, 증발을 통해 열을 외부로 배출합니다.
증발은 땀과 호흡으로 발산되는 수증기의 잠열을 이용합니다.
실내 온도가 상승할수록 증발을 통한 열 손실이 증가합니다.
6. 인체의 온열 감각에 영향을 주는 열적 요소
물리적 변수
기온, 습도, 기류, 주변 벽의 복사열
개인적(주관적) 변수
착의 상태: 단열 재료로 작용하여 쾌적한 온도 유지를 돕습니다.
활동량: 나이가 많을수록 감소하며, 성인 여자는 남성보다 약 85% 정도입니다.
기타 변수: 환경 적응도, 신체 형상 및 피하 지방량, 음식과 음료, 연령과 성별, 건강 상태, 재실 시간 등.
7. 열 쾌적 범위
온도: 건구 온도의 쾌적 범위는 16~28℃입니다.
습도: 여름에는 4070%, 겨울에는 4050%가 쾌적합니다.
기류: 쾌적한 기류 속도는 0.25~0.5m/s이며, 더운 경우는 1.0m/s까지도 쾌적합니다.
복사열: 복사온도(MRT)는 기온보다 2℃ 정도 높을 때 가장 쾌적합니다.
8. 열쾌의 영향을 미치는 요소
열쾌적성은 다양한 요소에 영향을 받습니다:
환경 적응 정도
연령과 성별
신체의 형태
피하 지방량
건강 상태
음식과 음료
재실 시간
사용자 밀도 등
9. 온도에 의한 인체의 변화
고온
체온 상승
혈액 순환 증가
직장 온도 감소
발한 작용
저온
체온 감소
혈액순환 감소
직장 온도 증가
몸의 떨림