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빛 이 론

빛 스펙트럼

출처 : 건축환경공학; 김재수저; 서우; 2008; p 293

빛의 성질

• 투과(Transmission) : 빛은 직진하는 성질 • 투명체, 불투명체, 반투명체로 구분 • 어떤 물질이라도 완전불투명체, 완전투명체가 될 수 없

다. • 두께에 따라 투명도는 달라짐 : 매우 두꺼운 유리, 물은

불투명체가 되며 얇은 금속 막은 투명이나 반투명체 • 반투명체는 빛을 통과시키기는 하나 그 직진을 교란시켜

모든 방향으로 빛을 분산시킴으로써 확산광을 형성함

• 반사(Reflection) :

- 빛은 물질의 표면 특성에 따라 반사광이 난반사하여 확산광이 되는 확산반사와 동일방향으로 반사되는 경면반사

- 오목한 면은 빛이 한곳으로 모이고 볼록한 면은 확산함

• 반사율 :

- 총 입사빛에 대한 총 투과빛의 비율

- 반사된 나머지는 흡수되거나 투과

- 흡수 또는 반사는 재료의 타입과 입사각에 좌우됨


• 굴절(Refraction)

- 광선이 하나의 투명매체에서 다른 매체로 들어가면 그 방향이 변하는 것

- 입사광선, 법선, 굴절광선은 같은 평면상에 있다.

- 한 쌍의 투과매체에 대해서 그 굴절률은 일정하다(Snell의 법칙).

※ 굴절율

어떤 물질의 굴절률이 크다는 것은 그 물질에서 빛의 속력이 느리다는 것을 의미함

공기 물 유리 다이아몬드

1.0 1.33 1.5 2.42

• 비시감도 곡선 : 최대시감도( 파장 555nm의 방사)를 1로 하였을 때 다른 파장에 대한 비시감도를 곡선화

• 우리 눈으로 느끼는 가시광선 영역은 380 ~ 780nm이며 노랑~초록(550~560nm)영역을 가장 밝게 느낌

• 시감 : 빛의 강한 강도를 느끼는 능력

• 퍼킨제 효과 : 어두운 곳을 이동할 때 파란색이 붉은색에 비해 더 밝게 보이는데 이것은 주간시에서 야간시로 넘어가는 과정에서 생기는 현상

빛과 색

• 인간이 물체의 색채를 느끼는 것은 그 물체의 표면이 특정한 파장의 가시광선만을 반사하기 때문

• 입사된 태양광을 전부 흡수 : 검정색

• 입사된 태양광을 전부 반사 : 흰색

• 물체의 표면색

- 물체의 표면은 빛의 모든 파장에 대해 동일한 반사율을 가짐 : 중립적 반사 흰색, 회색, 검정색

- 대부분의 표면은 입사광의 일부 파장을 흡수 : 선택적 반사 특성 노랑색 페인트 : 파란색을 흡수하고 빨강, 노랑, 녹색을 반사함

• 색표시

- 먼셀표색계 : 색을 3가지 속성 색상, 명도, 채도로 구

별 5Y-5/10(색상 5- 명도 5 / 채도 10)

- 색상 : 빨강, 노랑, 파랑 등의 보통색의 용어를 사용

- 명도 : 0(완전흑색)~10(완전백색) 까지의 스케일에 따른 반사율 및 외관에 대한 명암의 주관적 척도

- 채도 : 색의 풍부성, 강도로 최소 10분류(파랑-초록), 최대 18분류(빨강)

먼셀색표계


빛의 단위

• 방사속(복사속) : 단위시간에 여러면을 통과하는 방사에너지의 양, Watt

• 광속 : 광원으로부터 나오는 모든 빛의 총량, lumen

1 lumen : 1cd의 광도와 동일한 점광원에서 발산하는 광속중 1입체각(1sr, Steradian)내에 방사하는 빛의 양


• 광도

- 어느 광원에서 발산하는 광의 세기

- 광원에서 발산하는 광속의 입체각 밀도

- 단위 : 촉광 또는 cd

1cd : 점광원을 중심으로 하여 반지름 1m2의 면적을 통과하는 광속이 1루멘 일 때 그 방향의 광도를 1cd라 함.


• 조도 - 어떤 면의 조도는 그 면에 투사되는 광속의 밀도, lx

1lx : 1m2에 1루멘의 광속이 투사되고 있음

• 휘도

- 광원면, 투과면 또는 반사면의 어느 방향에서 보았을 때의 밝기

단위 :sb(stilb)와 nt(nit)


• 광속발산도 - 어떤 물체의 표면으로부터 방사되는 광속밀도를 그 점의

광속발산도라 함.

- 단위 : lm/m2

조명계산의 기초 – 입사각 여현의 법칙 (cosine law of incident light)

• 어떤 면의 조도는 기울어진 각의 cos θ에 비례

Es = E / cos θ


거리의 역자승 법칙

• 조도는 광도에 비례하고 거리의 제곱에 반비례

- 빛은 직진하므로 점광원에서 어느 한곳에 비해 거리가 두 배 떨어지면 조도는 1/d2배로 감소함


조도의 기준

• 보통 실내에서 얻어지는 정도의 밝기에서는 밝으면 밝을수록 시력이 증가하고 피로도 적다.

• 같은 면의 휘도는 조도가 높을수록 크다.

• 정밀한 작업이나 작업이 장시간 걸릴수록 높은 조도를 요구함

• 실용상 필요한 조도 : 작업의 종류 + 경제적 조건 + 사회적 제약 + 개인의 취향 + ….

• 작업실의 경우는 실내에서 가장 조건이 좋지 않은 부분에서도 작업에 지장이 없는 조도가 확보되어야 함.

조도단계 조도범위 적 용 예

700 1000~500 제도, 정밀실험, 계산

300 500~200 사무실, 도서실

150 200~100 식당, 조리, 회의실

70 100~50 병실, 화장실

30 50~20 창고, 복도, 관객석

15 20~10 차고, 물탱크실

균제도

• 조도분포의 정도를 말함. • 균제도 = 최저조도/최고조도

• 같은 작업이 행해지는 실에서는 일정하고 충분한 조도가

바람직함 • 휴식, 단란이 주가 되는 실에는 조도의 분포에 변화가 있

는 편이 바람직함 • 균제도는 빛에 확산성이 있을수록 높아짐 -> 광원의 면

적이 클수록 높아짐 -> 건축화조명에 의하면 균제도는 높아짐

간접조명은 광원면적이 커지고 균제도가 높아지나, 작업면의 조도는 저하됨.

• 균제도 : 조명의 경우는 1/3이상이 필요, 측창채광의 경우는 1/10이상이 필요

균제도 비고

실내

인공조명 1/3 이상

전반, 국부조명 1/10 이상

주광과 병용시의 인공조명

1/7 이상

주광조명 1/10 이상 편측채광의 경우

동일 작업 범위 내 2/3 이상

동일 작업 범위의 조도분포

• 작업면과 주위의 밝기는 동일하든가 작업면 쪽을 약간 밝게 함

- 작업면이 주위보다 어두운 것은 좋지 않음

- 작업면 쪽이 밝은 경우에도 주위가 어두운 것은 좋지 않음

• 동일작업면 내에서는 높은 균제도가 요구됨

• 일반적으로 1: 1.5 이상의 균제도가 되도록 조명방법을 고려

권장 조도 기준

장소 활동 조도분류

주택 거실 150-200-300

공용부분 로비 150-200-300

사무실 일반사무실 300-400-600

백화점 전시 1500-2000-3000

도서관 일반열람실 300-400-600

박물관 전시실 60-100-150

조명의 질

• 글레어(Glare) : 사람이 어떤 공간에서 느끼고 있는 휘도보다 현저하게 높은 휘도 부분이 있어 시력 저하나 눈의 피로감, 불쾌감, 시지각 등의 방해와 같은 장애


• 직접글레어 : 밝은 광원을 직접 봄으로써 생기는 글레어 현상

• 반사글레어 : 밝은 광원이 광택 있는 물체의 표면에 반사되어 눈부심을 일으킬 때 발생하는 글레어

- 거울, 광택이 나는 면으로부터의 눈부심

• 광막반사 : 광택 있는 물체의 표면에 반사된 광원에 의해 눈부심을 일으켜 물체의 형태를 잘 식별할 수 없는 현상

- 광원의 휘도가 비교적 낮고 물체의 표면에 광택이 있어 눈부심뿐 아니라 물체도 보기 어려운 경우의 반사

직접 글레어 방지법

• 광원과 주위 배경과의 휘도 비율을 감소

• 광원을 적절히 가리고 조절

• 글레어를 일으키는 고휘도의 광원을 전방 시야각(45°이내)이나 직접 눈부심 영역 밖으로 배치


반사 글레어, 광막 반사 방지

• 조명원을 반사 현휘 존에 있지 않도록 하여 반사의 가능성을 차단

• 작업공간 밝기와 눈의 순응레벨의 조절

• 작업대에 가깝게 작업등을 설치

• 광원특성의 조절

- 디밍제어

- 광원의 밝기조절

- 직접, 간접조명

• 책상면의 반사율이 35~50% 정도인 무광택 면을 사용

미술관, 박물관, 전시공간의 광원위치


주광글레어

• 불능 현휘 : 하늘을 직접 볼 수 없는 곳에서 일반적으로 생김.

- 근래에 건물의 유리창 면적의 증가는 현휘 가능성을 크게 하고 있다.

- 현휘지수(하늘에 의한 현휘의 조절)의 변수 :

천공의 휘도,

보이는 하늘 면적의 크기,

시야 내에 현휘 광원의 위치,

현휘 광원에 대해 배경을 형성하는 실내표면의 밝기

• 주광의 글레어 방지

- 창호 유리의 밝기를 감소

- 실 표면의 반사를 증가

휘도비

• 시각 성능은 대비가 있으면 증가 - 우리가 보고자 하는 개체와 그 주변의 밝기 차이가 있으면 증가

• 작업면과 그 주변 사이의 휘도 차이는 적도록 하여 불쾌현휘의 가능성을 제거해야 함.

휘도비 조 건

1 : 1/3 작업면과 주변 사이

1 : 1/10 작업면과 조금 떨어진 어두운 면

1 : 10 작업면과 조금 떨어진 밝은 면

20 : 1 창과 주변 사이

40 : 1 일반적인 정상시야 내

연색성(Color Rendering)

• 광원에 의하여 비추일 때 그 물체의 색의 보이는 방식을 결정하는 광원의 성질

• 광원이 물체의 색체를 보는데 미치는 효과.

실내에서는 광원의 분광특성과 실내표면 마감재의 색에 따라 좌우됨.

• 연색성이 좋지 않은 광원으로 조명하면 물체의 색은 다르게 보임.

• 연색 평가수를 이용하여 평가

- 주간의 자연광 아래서 보여지는 색과의 어긋남을 나타냄

- 자연광에 가까운 것이 연색성이 높다.

최고값은 100Ra

- 일반적인 사무, 주거공간 : 평균 연색성 평가수 60R 이상

- 연색성이 좋은 광원 : 에너지 효율이 낮음.

- 연색성이 나쁜 광원 : 에너지 효율이 높음.

자 연 광 원

1. 직사광과 천공광

• 주광(Daylight) = 직사광 + 천공광

• 직사광(direct sunlight) : 맑은날 지구에 도달하는 빛.

변동이 심함.

• 천공광(sky light) : 채광계획에서 광원으로 사용

천공광 = 청공광 + 담천광

• 청공광 : 직사광으로 산란된 빛의 일부는 직접 또는 산란을 반복해서 지표면에 도달

• 담천광 : 흐린날 지표면에서 반사되어 다시 구름에서 반사된 빛

출처 : 건축환경계획; 이경회저; 문운당; 2010년; p 351

2. 반사광

• 실내조명원(reflected sunlight)으로 사용

• 지면의 반사광은 실내의 천장에 도달하기 때문에 천장의 반사율이 중요.

• 실외반사성분을 조성하는 대향연직면은 보통 50%의 반사율을 가짐.

• 반사광은 직사광보다 실내의 깊은 곳까지 빛을 입사. 실 깊이의 함수로 나타나는 주광곡선은 천공성분의 주광곡선처럼 경사가 급하지 않음

• 태양고도가 가장 높은 정오의 연직면 조도는 매우 낮으나 지면의 조도는 매우 높다.

3. 주광조도(Daylight Illumination)

3.1 직사광에 의한 조도 - 지구 대기권 표면에 도달하는 태양광선의 총량 : 지구의 궤도

반경 변화 때문에 계절에 따라 약간씩 다름.

- 태양정수(J) : 대기권 표면에 도달하는 태양광선에 직각인 단위면적이 받는 태양복사에너지를 연간 평균한 값

J = 1.98cal/cm2min = 1.188kcal/cm2h = 1.3814kW/m2

- 일사의 산란, 흡수의 정도는 대기상태, 대기의 두께와 관련

- 대기질량(Air Mass) : 일사가 대기층을 통과하는 거리는 태양고도(h)가 높을수록 짧은데 이것을 나타내는 지표

m=1 : 태양이 천정에 있을 때

• 실외조도는 천기에 좌우

- 맑은 날의 수평면조도 100,000lx 이상

- 구름 끼고 안개 자욱한 날은 한낮 2,000lx 정도

• 시쾌적은 시야 내의 휘도에 좌우

예) 100,000lx의 조도 : 짙은 녹음에서 -> 매우 유쾌

백사장 -> 현휘 유발

• 태양으로부터 방위각이 α인 연직면상의 조도 Evα

• 대기투과율 P : 아주 맑게 개인 날 0.85, 청천시 0.75, 희미하게 보일 때 0.55


3.2 천공광 조도

• 천공광 = 청공광 + 담천공

• 천공광은 균등 확산면이나 휘도는 균일하지 않음 -> 자연채광 설계를 위하여 천공광의 휘도분포가 필요 -> 천공광 조도를 계산

• 직사일광은 너무 강하고 변동이 심하여 자연채광 설계의 기준광원으로 부적합.

• 천공광을 자연채광 설계의 기준으로 사용

• 전천공조도 : 천공광 중 장애물이 없는 수평면조도, 자연채광 설계의 기준

1) 담천광(Overcast Sky)

• 종류

- 표준담천공(Completely Overcast Sky)

- 균일담천공(Uniform Overcast Sky)

① 표준담천공 (CIE 담천공)

• CIE 표준담천공은 실제 담천공의 휘도와 유사한 상태의 모델

• 휘도는 지평상의 각도에 따라 변하므로 실제로 담천공의 휘도는 균일하지 않음

• 북유럽국가에서 나타나는 천공조건

• 국제조명위원회(CIE)에서 이를 표준설계천공으로 채택

• 불균일한 휘도분포 : 천정과 수평면의 휘도비 약 3:1

건물의 외부수평면 조도와 외부수직면 조도비 : 약 2.5:1

• 천정에서의 휘도는 수평에서의 휘도의 약 3배이며, 고도 42°에서 얻어진 휘도 L42에서 얻어진 조도와 동일(균일담천공이다.)


② 균일담천공

• 모든 시방향에서 동일한 조도를 갖는 기준 담천상태

• 균일한 휘도를 가진 완전확산 천공(= 천공휘도가 고도에 따라 변하지 않음)

• 영국에서 설계용 조도로서 5000lx를 기준 -> 천공상태가 거의 담천공일 때의 값

• 휘도분포는 모든 고도각에서 일정한 값 L cd/m2

반구로 둘러싸인 수평면상 점 C의 조도 E

E = π x L (lx)

• 외부수평면 조도는 천공휘도와 같으며, 외부수직면 조도에 비해 2배 정도

• 주광조도는 창의 위치와 시간, 계절에 따라 변함. ->

값이 일정하지 않다.

담천상태인 경우 조도는 지평면상의 천구의 모든 위치에서 동일하다고 본다.


2) 청공광(Clear Sky)

• 태양부근에서 가장 휘도가 높고 태양위치로부터 90°의 각도에서 가장 낮은 휘도를 가짐.

• 청공광의 휘도식은 Kittler에 의해 제시

• 천정과 수평면의 휘도비 약 1: 3 -> 표준담천공과 반대

• 표준적인 휘도분포

90°


• Kittler의 공식

- 천공은 태양부근에서 가장 휘도가 높고 현재의 태양위치로부터 90°의 각도에서 가장 낮은 휘도를 가진다.

- 맑고 건조하며 높은 고도에서는 천공이 짙은 청색,

저휘도 부분이 넓게 나타남

4. 채광주간과 설계용 전천공 조도

• 채광주간 : 태양의 고도가 10°이상인 천공을 채광이 유효하다고 보며 그 시간대를 말함. -> 일출, 일몰을 전후하여 태양고도가 낮을 때는 천공 휘도가 낮아지기 때문에 채광광원으로 부적당

북위 35°의 채광주간

출처 : 건축환경계획; 이경회저; 문운당; 2010년; p 360

• 설계용 전천공 조도

- 기본개념 : 옥외의 최저조도에 대하여 실내에 필요한 최저조도를 얻을 수 있도록 계획하는 것

- 조명의 목적과 허용조건에 따라 10, 15번째 퍼센타일의 조도가 설계의 기초로 사용 -> ∵ 주광 조명시간의 90%, 85%를 초과하므로 이 시간 동안의 조명광으로서 충분하기 때문

- 설계용 전천공조도(design sky) : 4000 ~ 6000 lx

지역별 설계용 천공조도(15번째 퍼센타일)

지역 위도(°) 조도(lx)

런던 52 5,000

호바트 43 5,500

멜버른 38 7,000

시드니 33 8,000

부리스베인 27 10,000

다윈 12 15,000

나이로비 1 18,000

빛 스펙트럼 - kocwelearning.kocw.net/contents4/document/lec/2013/chungang/...- 한 쌍의...

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