■발표·한앙대학교 성교동 교수

1. 서론
현대의 급속한 산업기술과 생산기술의 발전과 더불어 거주공간의 새로운 패러다임과 기술공학의 발달에 의한 건축적 성과는 20세기를 지나 21세기의 도시와 건축 환경을 예측할 수 없을 정도로 변화시켰다. 이는 보다 나은 환경을 요구하는 현대인들의 욕구를 충족시키기 위한 건축의 미래적 가능성을 열었으며, 그와 동시에 도시 및 건축에 있어서 가능성의 끝과 환경적인 문제를 함께 불러 일으켰다.
이러한 현실 속에서 급속하게 확산되어가고 있는 초고층 건축물은 새로운 기능성을 제공하는 단일 건축물로서의 중요성뿐만 아니라 기존의 도시 Context을 새롭게 구성하는 물리적 공간으로서 그의 미래적 가능성을 부각시켜 왔다.
그러나 초고층 건축물의 현대 도시에서 점하는 사회, 문화적인 가치와 상징성 그리고 도시적 기능에 따른 효용성과 의의와 더불어 그의 건축적인 규모와 기능은 또 다른 건축적 해결을 요구한다.
현재 이러한 관점에서 특히 건축물의 구조적, 시공적인 문제점에 대한 다양한 접근이 이루어지고 있으며 초고층 인텔리전트 빌딩과 같은 최첨단 기술이 집약된 통합적인 시스템이 대안으로 부각되고 있다.
건축물의 빛 환경 분야에서도 첨단 설비 시스템과 연계되어 최첨단 기술의 복합체라 표현되는 초고층 건축물에서 첨단 기술분야를 효율적으로 이용해 실내 시환경의 쾌적성과 이에 따른 작업성능 향상을 위해 자연채광과 인공조명의 통합적인 제어기술의 활용방안 그리고 에너지 절약에 대한 연구가 진행되고 있다.
최근 진행되고 있는 연구들은 사용자의 편의성, 안전, 에너지 효율성 그리고 건물 내 각 시스템들 상호간의 효과적인 연계성 등을 적절히 유지시킬 수 있는 조정 기능의 최적화에 집중되고 있다.
예를 들어 독일 프랑크푸르트의 Commerz Bank Tower에서는 설계 계획단계에서부터 자연채광과 인공조명을 고려해 최적의 상태로 설계되었다. 건물 중심에 삼각형 형태의 아트리움과 사무실 통로 사이에 설치된 유리로 된 칸막이 벽을 이용해 모든 작업공간에 자연채광을 유입시키고 자동 블라인드는 외부 방수스크린과 내벽 사이에 165mm 공백 사이에 있으며 자동으로 작동한다. 태양이 벽면에 비춰지면 자동으로 블라인드가 낮아지며, 여름이면 태양을 피하고 겨울이면 햇빛이 사무실 깊숙이 들어오도록 자동적으로 각도가 조절된다. 독일 Essen에 위치한 RWE-Headquarter의 경우에도 외피 중공층에 차양장치를 설치해 태양고도에 따른 자연채광의 유입을 컴퓨터를 이용해 자동적으로 조절하고 있으며 에너지 소비를 절약하고 있다.
초고층 건물에서의 빛 환경은 첨단 설비 시스템과 연계되어 실내 시환경의 쾌적성과 이에 따른 작업성능 향상을 위해 자연채광과 인공조명의 통합적인 제어기술과 활용방안 그리고 에너지 소비를 절약하는 것이 가장 중요하다.

2. 자연채광
2.1 주광의 조절
주광은 직사일광, 확산천공광 그리고 인접건물 또는 지면에 의한 반사광으로 구분된다. 직사일관은 직접적으로 들어오는 태양광으로서 강한 방향성을 지니며 태양의 고도와 대기상태에 따라 그 강도가 변화한다. 직사일광은 천공광 및 확산천공광에 비해 강도가 세지만 기후나 시각에 따라 변화의 폭이 크다. 또한 방향성과 태양의 이동에 따른 시간적 변화는 직사일광의 이용 가능한 공간을 제한하고 균일하지 못하다. 따라서 부족한 직사일광을 보완하기 위해 광선반, 루버, 거울 등의 설비형 채광장치를 사용해 직사일광의 강도와 방향성을 조절하는 적극적인 채광설계가 이루어지고 있다.
천공광은 확산광원으로서 다소 변동은 있으나 직사일광에 비해 안전한 광원이다. 안전성과 북측 면을 포함해 모든 방향에서 이용할 수 있다는 장점이 있어 과거의 수동적인 채광계획에서는 직사일광을 차폐하고 천공관만을 광원으로 고려했으나 천공관만으로는 실내 소요조도를 만족시키기에 부족한 경향이 있다. 주광은 외부 기상조건에 따라 변화가 심하고 실 깊숙한 곳에서는 그 강도가 급격하게 감소하므로 보조적인 인공조명의 설치가 필요하다.
특히 초고층 건물의 경우 실의 수직적 위치에 따라 주변 환경에 의해 천공이 노출되는 양이 다르게 되어 실내로 유입되는 주광의 양이 다르게 나타난다. 따라서 자연채광의 설계 단계에서부터 이러한 지면 반사율 및 기타 주변환경에 의한 특성이 고려되어야 한다. 또한 건물 상부의 경우 하부에 비해 자연채광의 적극적인 유입이 용이하므로 건물의 조명용 에너지 소비량이 좀더 효과적으로 규제하기 위한 조명밀도의 경우, 같은 용도로 사용되는 공간일지라도 실의 위치에 따른 차등한 규제가 필요할 것으로 판단된다.

2.1.1 투과체의 의한 주광조절
투과체의 의한 주광의 조절은 유리의 투과율, 흡수율 및 반사율 등의 유리특성을 변화시켜 유입되는 주광을 조절하는 방식이다. 이때 투과체의 투과특성이 일정한 경우, 투과체의 투과율과 확산정도는 반비례하는 경향이 있어 투과체의 투과성과 확산성을 어느 정도 유지할 것인지는 신중하게 처리해야 한다.
보다 효과적인 주광 조절을 위해 가시광선의 투과율은 높이고 냉방부하절감을 위한 적외선 파장대의 투과율을 낮추기 위해 선택유리가 사용된다. 이 계열의 코팅 유리 중 유리의 표면 방사율을 낮추어 복사에 의한 열손실을 줄여 재실자의 쾌적성을 높인 저방사(Low-E) 유리가 있다.
1980년도 초에 개발된 저방사 유리는 투과율이 높아 겨울철 일사 획득에 유리하며 단열성능이 향상되어 한냉 지역에 특히 유리한 투과체이다. 여름철에 적외선은 차단하고 가시광선을 70% 이상 투과시켜 밝은 실내 분위기를 유지하며 코팅막의 단열효과로 바깥의 더운 열기의 실내 유입을 차단해 냉방비를 절감할 수 있다. 또한 겨울철에서는 설내 난방기구에서 발생하는 장파장의 열선을 실내로 재반사시켜 실내 보온성을 유지한다.
채광창의 열에너지 효율을 극대화하기 위해서는 히트미러 복층유리가 사용된다. 히트미러 복층유리는 두장의 판유리 사이에 특수 금속코팅 필름을 사입한 특수유리이다. 기존의 복층유리와는 달리 두 개의 건조 공기층이 형성되면 이로 인해 3종 복층유리와 같은 성능을 지니고 있다. 또한 필름에 의한 단열성능의 향상으로 창의 효용성과 단열성능을 증가시킨 특수 절연유리이다.
이 외에 특수유리로서 실내에 유입되는 주광을 반사 또는 굴절시켜 매우 효과적으로 이용할 수 있는 분광 판넬이 있다. 이 시스템은 다양한 각도로 들어오는 빛을 반사 또는 실내로 사입하며 이때, 입사각도의 조절로 필요한 부분에 주광을 공급할 수 있다.
분광 판넬은 태양빛을 차단하는 부분과 빛을 전달하는 부분으로 구성되며, 빛 차단부는 차양효과를 제공하고 빛 전달부는 빛의 방향과 강도를 변화시키면서 동시에 빛을 실내의 천장으로 보내게 된다.

2.1.2 스크린에 의한 주광 조절
효율적인 주광 조절장치는 변덕스러운 기상변화에 맞추어 즉각적을 대처할 수 있으며 주광의 유입을 허락하며, 태양빛의 눈부심을 막아줄 수 있어야 한다. 또한 유리의 기본특성인 투명성과 개방감을 살릴 수 있는 장치로 경제성과 실용성이 뛰어나며 제어가 용이한 스크린이 흔히 사용되고 있다. 스크린의 설치는 사입되는 주공을 최대 88%까지 차단할 수 있어 여름철 냉방에 소모되는 에너지의 25~40%를 절감하는 효과를 볼 수 있다.
또 스크린이 지닌 투시성은 스크린 적용으로 발생할 수 있는 재실자의 시각적 폐쇄감을 최소화할 수 있으며 최근 소재의 발전으로 인해 변형·탈색이 비교적 적은 합성섬유나 폴리에스터의 개발되어 유지관리에도 비교적 용이한 조절장치이다. 게다가 조작이 간단해 많은 건축물에서 응용되고 있다. 경사창, 수평천창 그리고 곡면창 등 일반 스크린의 설치가 어려운 채광창을 위해 개발된 시스템으로 F.T.S(Fabric Tension System)이 있다.

2.1.3 루버에 의한 주광 조절
루버는 직사일광이 실내에 직접 유입되는 것을 방지하고 반사·확산시켜 실내 깊숙이 사입하는 주광 조절장치이다. 그러나 루버의 설치는 외부조망을 저해하며 이로 인해 보통 천창채광에 많이 쓰이며 측창채광에서는 글라스 루버와 같이 외부조망이 가능한 루버가 사용된다.
루버의 기하학적 형상과 직사일광을 반사하는 반사면의 마감처리에 따라 루버의 자연채광 성능이 결정된다.
고정식 루버는 광선반과 같은 채광성능을 지니며 한정된 태양고도에서만 유효해 보통 측창에서 많이 적용된다. 그러므로 고정식 루버는 천창채광 방식의 직사일광 사입을 적절히 차단하지 못해 실내 냉·난방부하를 증가시킬 수 있으며 루버에 반사된 태양빛으로 인해 불쾌글래어의 발생이 우려된다. 가동식 루버는 태양의 위치 변화에 따라 적극적으로 직사일광을 반사·확산시켜 사입할 수 있으나 초기비용 및 유지관리의 어려움이 있다.
글라스 루버는 넓은 채광창을 지닌 대형공간의 냉방부하 감소와 디자인 요소로서 외부 선 스크린의 기능을 동시에 지닌다. 루버의 각도는 태양각의 입사각에 따라 조절되어 차양효과와 실내에 지속적인 자연환기를 제공할 수 있어 냉방부하의 탁월한 절감효과를 얻을 수 있다.
이 외에 톱날지붕과 같은 채광성능을 제공할 수 있는 선실드 루버가 있다. 선실드 루버는 보통 복층유리의 중공층에 설치되며, 그리드(Grid) 형태로 직사일광 차단 영역(Blocking zone)과 유입(Non-Blocking zone)이 연속적으로 배치된다.
직사일광 차단 영역은 금속막이 코팅되어 강한 직사일광을 외부로 반사시킨다. 선실드 루버는 아트리움과 같은 거대공간에 쾌적한 실내환경을 유지하며 시각적으로 투명한 실내공간 창출을 가능케 한다.

2.1.4 설비형 자연채광 장치
현재 개발되어 건축에서 사용되고 있는 태양광집광기를 활용한 자연채광장치는 주로 채광방식에 의해 분류할 수 있으며 반사거울 방식, 프리즘(광 파이프) 방식, 프리즘·거울 병용방식 그리고 렌즈·광섬유 방식 등이 있다.
1) 반사거울방식
반사거울방식은 평면 또는 곡면거울 등을 이용해 태양광을 소정의 장소로 전달하는 방식이다. 필요에 따라 2차 반사거울을 사용해 보통 빛의 직진성을 이용해 공중전송 방식으로 빛을 전달하며, 비교적 장거의 조사도 가능하다. 그러나 정밀한 조사위치의 조절이 어려워 보통 조사거리를 30m 이내가 바람직하다.
반사거울방식을 이용해 빛을 장거리로 조사하기 위해서는 빛을 조사하려는 장소에 정확히 빛을 유도하기 위해 높은 시공상의 정확성과 주의가 필요하다. 또한 반사거울의 특성으로 인해 태양고도가 높으면 거울의 반사면적이 작아지므로 태양고도가 높은 하기나 태양 남중시의 자연채광량은 크게 저하될 수 있다.
2) 프리즘(광 파이프)방식
반사경 방식은 태양고도에 따라 채광량의 변화가 발생한다. 이를 보완하기 위해 2장의 평판프리즘을 조합해 수집된 주광을 바로 밑으로 굴절시킬 수 있는 프리즘방식이 개발됐다. 평판 프리즘은 개별적인 제어가 가능하며 보통 천창용 틀에 부착할 수 있도록 규격품으로 제작되고 있다. 프리즘방식은 비교적 채광량이 크고 리모컨 조절에 의한 2단계 변환이 가능하며 우천이나 담천공시 부족한 주광을 보완하기 위해 조광기능을 부착할 수 있다.
프리즘방식과 형태는 같으나 평판 프리즘을 사용하지 아니하고 유입된 주광을 실내로 바로 사입하는 광 파이프방식도 있다. 이 방식은 자외선을 차단할 수 있는 아크릴 돔에 의해 태양광을 채광하고 고반사율의 유도관을 통해 실내로 유입하는 방식이다. 또한 자연통풍을 위해 환기장치와 통합된 선스쿠프 시스템도 개발되고 있다.
3) 프리즘·거울 병용방식
전반사 프리즘에 의해 수직방향을 입사된 태양관을 2차 반사거울을 사용해 수평방향으로 굴절시켜 실내로 유입하는 채광장치를 프리즘·거울 병용방식이라 한다.
이 방식은 반사거울방식에 비해 태양고도에 의한 채광량의 변화가 적으며, 대용량의 채광량의 전송이 가능하다. 또 빛의 직진성으로 인해 장·단거리 조사가 가능하다.
4) 렌즈·광섬유방식
빛을 집광시키기 위해 볼록렌즈를 사용하며, 집광된 빛은 광섬유로 전송된다. 렌즈는 항상 태양과 정명으로 면하도록 제어되기 때문에 태양고도의 변화에도 불구하고 항상 일정한 전송효율을 얻을 수 있다. 또 전송거리의 제약이 거의 없으며 설계의 자유도가 높은 것이 이 방식의 특징이다. 실용화된 장치 중 가장 우수하지만 광섬유 가격이 비싼 단점이 있다.

3. 인공조명
작업위치에 가깝게 전등을 놓는 형태로부터 출발한 것이 국부조명(Task lighting)이다. 이에 대해 같은 종류의 작업이 연속되어 있는 장소에서는 작업 개별로 기구를 설치하는 것보다는 모아서 전반으로 조명하는 쪽이 고용량의 광원을 사용할 수 있으며 모든 점에서 편리하다. 이것이 전반조명(Ambient lighting)이다. 국부적으로 더욱 높은 조도가 필요할 때에는 전반국부병용조명, 전반조명에 방의 중점부분을 더욱 밝게 하기 위해 기구의 배열을 감안한 중점배열전반조명 등이 실시되고 있다.
일반적인 오피스 건물의 경우 전반조명에 의해 시환경을 좋게 하고, 국부조명을 병용해 필요한 장소에만 고조도로 조명하는 방식으로 경제적으로 높은 조도를 얻을 수 있는 방식을 많이 활용하고 있다. 전반국부 병용조명에서 전반조명의 조도는 국부조명에 의한 조도의 1/10 이상이 되는 것이 바람직하다.

4. 조명제어 및 조명 스케줄
조명제어는 건물에서 불필요한 조명을 차단함으로써 건물의 에너지 사용량을 감소시킬 수 있는 가장 쉬운 방법 중 하나이며, 실내 시환경의 쾌적성 유지와 유지관리의 효율성 제고, 에너지 절약 등이 주목적이다. 조명제어는 제어방법에 따라 점멸제어, 조광제어, 스텝제어로 구분되며 제어시스템에 따라 재심감지 제어시스템, 스케줄 제어시스템, 개회로 및 폐회로 제어시스템으로 구분할 수 있다.
4.1 조명제어의 목적
조명의 주목적은 최소한의 생활을 영위하기 위한 시환경 확보에 있었으나 점차 생활이 윤택해짐에 따라 조명의 목적도 질적인 방향으로 바뀌어 오고 있다. 실내 환경에 적합한 조명환경을 계획하는 것은 단순하게 조명설계만으로 해결되지는 않는다.
실내 조명환경은 외부 기상의 변화 또는 실내 환경변화에 커다란 영향을 받기 때문에 실내 환경에 적합한 조명환경을 유지하고 불필요한 조명의 사용으로 인한 에너지 낭비를 최소화하기 위해서 조명제어의 사용이 요구된다. 건물의 사용과 관리의 측면에서 다음과 같이 조명제어의 목적이 있다.
1) 실내 시환경의 쾌적성 유지를 위한 제어
실내 시환경의 쾌적성은 실내의 큰 휘도대비와 현휘가 커다란 영향을 미친다. 이 휘도대비, 현휘에 크게 관여하는 것이 직사일광의 입사이다. 따라서 실내 시환경의 쾌적성 유지를 위한 제어는 직사일광의 제어를 위해 블라인드와 루버 등의 제어가 대상이다.
2) 유지관리의 효율성 제고를 위한 제어
여러 개의 건물이 넓은 대지에 분산되고 이것을 1개소의 제어 센터에서 관리하는 경우의 제어이다. 관리의 인력절감을 위해 전용의 제어시스템이 건축되는 경우가 많다. 중앙에 중아제어시스템을 설치하고, 각 건물에 분산 제어반을 설치하고 중앙제어기와 분산 제어반 사이를 네트워크 케이블로 접속해 제어한다. 대학의 캠퍼스와 리조트 개발 등에서 건물군의 제어 등이 포함된다.
3) 에너지 절약을 위한 제어
인공조명의 에너지 절약은 고효율 광원의 사용과 국부·전반병용 조명방식에 의한 에너지 절약 조명수법의 사용과 함께 자연채광을 고려한 제어의 사용으로 가능하다.
에너지 절약을 위한 대표적인 제어에는 재실센서에 의한 제어, 타임 스케줄에 의한 제어, 주광에 의한 제어 등이 있다.

4.2 제어방법에 따른 분류
조명기구의 출력을 조절하는 방법에 따라 다음과 같이 구분되며 구성되는 대상공간과 제어시스템에 따라 적절한 제어방법이 사용된다. 제어시스템의 구성 요소 중 제어부로부터 제어기로 연결되는 제어신호와 조명기구로 전달되는 전원공급의 형태에 따라 제어방법이 구분된다.
1) 점멸제어
조명기구의 작동 여부를 결정하는 가장 기본적인 형태의 조명제어방법이며, 제어의 원리가 간단해 여러 가지 제어시스템에 쉽게 적용할 수 있는 장점이 있다. 제어의 원리를 살펴보면 제어시스템의 제어부로부터 초기 입력된 조건에 따라 조명기구의 작동을 결정하는 2진(0 또는 1) 신호를 받아 조명기구의 입력전원을 개폐한다. 점멸제어방법은 가장 경제적으로 설치할 수 있는 조명제어방법이며 조명제의 초기 형태로 아직까지 널리 사용되고 있는 조명방법이라고 할 수 있다.
제어부로 입력되는 제어조건의 변화에 따라 제어기로 입력되는 제어신호가 제어기준 값에 의해 최대, 최소값으로 구분된다.
2) 조광제어
조광제어방법은 제어기로부터 입력된 신호 크기에 따라 조명기구의 입력전력량을 0~100%까지 연속적으로 변화시키는 방법으로 정확한 제어가 가능해 작업에 필요한 조도를 일정하게 유지할 수 있다. 점멸제어방법보다 구성이 복잡하고 고가의 가격으로 고급 제어시스템에 국한되어 사용되고 있다. 조광제어방법은 조명기구의 광원에 따라 입력전력과 출력광속비가 상이하게 나타나 제어시스템 적용 시 조명기구의 특성을 고려해야 한다. 제어부로 입력되는 제어조건의 변화에 따라 제어기로 입력되는 제어신호가 동일한 비율로 증감하게 된다.
3) 스텝제어
스텝제어방법은 점멸제어방법과 조광제어방법의 중간형태로 조광제어방법과 같이 조명기구의 출력을 연속적으로 변화시키는 것이 아니라 조명기구의 출력을 사전에 정해진 단계별로 나누어 입력 신호에 따라 순차적으로 변화시키는 방법이다. 점멸제어방법에 비해 작업면에 급격한 조도변화를 일으키지 않으며 조광제어방법보다 설치비가 저렴한 장점이 있다. 제어부로 입력되는 제어조건의 변화에 따라 제어기로 입력되는 제어신호가 정해진 제어기준 단계에 따라 구분된다.
4) 조명 패턴제어
조명부하를 용도 및 시간대에 맞춰 최적한 점등상태가 되도록 그룹화해 키보드 등을 입력 메모리 등에 기억시켜 두어 사용빈도에 따라 센서, 타이머 등을 작동해 점등상태를 변경시킬 수 있는 것을 말한다. 병원에서도 사용지역, 사용시간에 따른 패턴을 선택해 최적한 조명환경을 얻을 수 있다.

4.3 제어시스템에 따른 분류
조명제어시스텝은 설치 장소와 사용 목적에 따라 시스템의 기능과 구성원리가 상이하다. 특정작업을 위한 정밀한 조명제어에서부터 재실자 유무 또는 일정한 스케줄에 따라 작동 여부를 판단하는 등의 여러 가지 방법으로 사용되고 있다.
1) 재실감지 제어시스템
적외선센서나 초음파센서 등에 의해 재실자의 유무를 검출 자동저긍로 조명의 점멸을 시행하는 방법을 말한다. 잦은 점멸은 시작업의 쾌적도를 저해할 수 있기 때문에 근래에는 재실센서가 부착된 조명기구 주거건물의 현관이나 사무실 건물의 화장실같은 공용부분의 제어와 응접실, 회의실 등 사용이 비정기적인 실의제어에 주로 사용한다.
2) 타임 스케줄제어시스템
시각에 따라서 조명기구를 점등하는 조광제어이다. 업무를 시작하기 전후, 점심시간 등 건물의 사용률에 따라 조명기구가 요구되는 레벨 및 역할 등에 대해 자동적으로 점멸 또는 조광을 하는 방법이다. 제어패턴이 많은 경우나 제어대상구역이 세분화된 경우는 조명을 위한 전용의 제어장치를 사용하는 경우가 많으며 옥외 조명도 타임 스케불에 따라 제어가 되는 곳이 많다.

4.4 주광 & 인공조명 제어
1) 개회로 제어시스템
개회로 제어시스템은 외부로부터 광센서로 유입되는 주고아의 레벨만을 감지해 인공조명기구의 출력을 제어하는 방법으로 주광을 이용하는 대표적인 제어이다. 이 방식은 광센서를 외부 주광의 확보량을 가장 잘 감지할 수 있는 위치에 설치하고 센서의 시야를 좁게 해 창문으로부터의 주광만을 감지하도록 하고 인공조명으로부터의 빛은 감지하지 않도록 한다. 개회로 제어시스템은 제어 알고리즘이 단순하다는 장점을 갖고 있지만 조명기구의 사용시간 경과에 따른 출력광속의 저하를 고려하지 못하는 단점을 가지고 있다.
2) 폐회로 제어시스템
폐회로 제어시스템은 작업면으로 유입된 주광과 인공광이 작업면으로부터 천장을 향해 반사되는 빛의 레벨을 광센서로 감지해 인공조명기구의 출력광속을 제어하는 방법으로 개회로 제어시스템과 함께 주광을 이용하는 대표적인 제어이다.
인공조명기구로부터 나온 빛을 감지하고 그 정도에 따라서 다시 인공조명기구의 출력광속을 제어하기 때문에 폐회로 제어시스템이라 부른다. 이 방식에서 광센서의 위치는 주광에 의해 조명이 가능한 영역에서 창문으로부터 깊이의 2/3 지점 천장에 하향으로 설치한다. 광센서의 시야는 넓은 지역을 바라볼 수 있게 하지만 창문으로부터의 주광은 직접 보지 않도록 하고 작업면의 반사광을 측정하도록 해야 한다.

4.5 폐회로 시스템을 이용한 조명제어
최근 들어 폐회로 시스템을 이용해 빌딩제어시스템과 통합된 자연채광 / 인공조명을 기반으로 하는 첨단조명제어시스템의 개발이 진행되고 있다. 이는 다양한 동작환경에서 인공조명 / 자연채광의 성능을 분석해 네트워크 기반 첨단빌딩제어시스템에서 자동적으로 인공조명 / 자연채광을 제어하는 방법이다.
자연채광에 의해 계산된 실내조도분포를 바탕으로 KS조도기준에 미치지 못하는 지점에 대한 인공조명의 사용을 위해 각 조명기구별 출력광속을 제어하는 방식이다.
현재 Mock-up 모델을 이용해 개발 중인 시스템을 설명하면 다음과 같다.
1) 광센서 및 조광용 전자식안정기
조명제어의 기본적인 구성은 광센서, 조명기구를 출력하는 제어기, 조광용 전자식 안정기를 장착한 조명기구로 구성된다. 광센서에서 감지되는 빛은 전기적 신호인 전류의 변화로 조명제어기에 전달되며, 이러한 신호는 조명제어기에서 연산 처리되어 각각의 조명기구에 장착된 조광용 안정기에 의해 전압제어의 방식으로 조명기구의 출력을 제어하게 된다.
조명제어시스템의 기본 구성요소 중 하나인 광센서의 위치는 실물크기 모형실이 위치한 지역의 위도와 실 개구부의 형태 및 위치를 파악하고 상대적으로 높은 광량을 나타내는 직사일광에 대한 광센서의 영향을 태양직사광이 실내로 가장 깊게 들어오는 동지일을 기준으로 산정했다. 그 이유는 광센서가 주광에 직접 노출되거나 주광이 직접 유입되는 깊이 이하에 위치할 경우 그 영향이 필요 이상으로 매우 크기 때문이다. 보통 광센서의 위치는 창문에서 5m 깊이 이내, 제어되는 공간의 약 ⅔가 가장 적당하다(NLPIP : National Lighting Product Information Program).
2) 보정 및 제어알고리즘을 위한 실내 조도 데이터 측정
조명제어시스템에서 Closed-Loop control 시스템의 경우, 외부 조도의 변화로 실내의 작업면에 자연채광에 의한 조도와 인공조명에 의한 조도를 동시해 고려해 인공조명 기구의 출력을 제어한다. 이때 조명제어시스템의 정확성에 영향을 미치는 요소의 하나로 광센서의 보정을 들 수 있다. 이는 광센서가 부착되게 되는 천장과 실제 기준조도가 적용되는 실내 작업면과의 위치에 따른 차이로 인해 광센서가 감지하는 빛의 레벨과 작업면상의 레벨이 차이를 보이기 때문이다.
따라서 광센서가 감지하는 빛의 양과 작업면상 조도값의 관계를 파악하기 위해 주간에 실내 조명기구를 모두 소등한 채 주광만을 고려한 상태에서 광센서가 빛을 감지해 출력하는 전류값과 그때 작업면상의 조도값 그리고 주광이 배제된 야간에 조명기구의 조광으로 인한 작업면상의 조도값을 분석해야 한다.
3) 전기에너지 사용량 계산
연간 시간별 자연채광에 의한 실내조도분포와 앞서 계산된 인공조명에 의한 실내조도분포를 입력값으로 해 KS 최소기준조도 300lx를 유지하기 위한 인공조명의 전기에너지 사용량을 계산했다. 자연채광에 의한 실내조도분포에서 최소기준조도에 미치지 못하는 부분이 각각의 조명기구의 조광제어를 통해 결과적으로 실 전체에 있어 기준조도 이상을 나타내게 되는 것을 확인할 수 있다. KS 최소기준조도를 만족하기 위해 12개의 조명기구를 100% 점등한 경우에 대해 46.25%의 전략많이 요구되는 것을 알 수 있다.

5. 빛 환경 평가도구
건축물에서의 빛환경에 대한 평가는 정량적인 방법과 정성적인 방법으로 나누어질 수 있다. 정략적인 평가는 공간 내의 재실자들이 느끼는 주관적인 특성으로 휘도 분포에 대한 분석으로 얻어질 수 있다. 그런 특성들은 인공조명의 효과를 정확히 파악하는 것이 필요하다.
그동안 조명의 양과 관련해 자연채광은 주로 축소모형실험과 컴퓨터 프로그램에 의존해 왔으며, 양자 모두 매우 정확한 결과를 얻을 수 있는 것으로 판명되었다.
인공조명의 경우, 인공광원을 축소화해 재현하는데 따른 어려움으로 축소모형실험에 의존하는 경우는 거의 없고 컴퓨터 프로그램에 의존하고 있다.
조명에너지는 자연채광에 대한 인식부족과 디자이너의 무관심 속에서 거의 방치되어 왔다. 그러나 사무소 건물 등은 냉난방 에너지보다도 조명에너지가 더 많이 소비되고 있음을 볼 때 자연채광을 이용한 조명에너지 절감에 큰 노력이 요망되며, 특히 이를 예측할 수 있는 프로그램 및 도구의 개발이 절실하다.
자연채광과 인공조명에 의한 빛환경의 정량적, 정성적 평가를 동시에 가능하게 할 수 있는 상용화된 컴퓨터 프로그램 중 대표적인 것으로 Lumen Micro와 Lightscape가 있으며 현재 국내에서도 많은 조명 설계자들이 실무에 사용하고 있다. 무료로 배포되고 있는 컴퓨터 프로그램은 RADIANCE 등이 있다. 기타 일본의 TBT가 업그레이드된 Inspirer, OPT사의 EasyLux, Luxart사의 MicroLux, Lighting Analysts사의 AGI, Cooper Lighting사의 Luxicom 등의 프로그램도 있다.
현재 우리나라에서 사용되고 있는 대부분의 상용 컴퓨터 그래픽 소프트웨어는 대부분 빛의 거동을 물리적으로 모델링 하지 않고 단순히 Shading 기법을 적용해 화면의 픽셀 색깔과 밝기를 조작하는 정도의 수준이라서 현실감이 결여된 이미지가 생성되고 있다.
물체가 인간의 눈에 보인다는 것은 결국 물체의 표면에서 반사된 빛을 인체의 눈이 감지하는 것이므로 좀 더 진보된 렌더링 기법은 빛의 거동을 물리적으로 모델링하는 광선추적 기법(Ray-tracing technique)이다.
이 기법을 적용해 개발된 렌더링 프로그램으로서 현재 가장 정확성이 우수한 프로그램은 미국의 로렌스 버클리 연구에서 개발된 RADIANCE이며, 이 프로그램은 현재 미국과 유렵에서 건축물의 3차원 투시도 작성은 물론 빛환경의 조도 및 휘도의 정량적 분석 연구에 많이 이용되고 있다.
RADIANCE 프로그램은 역광선추적기법(Backwards Ray-tracing technique)을 바탕으로 자연채광 및 인공조명의 정확한 정량적, 정성적 평가 모두가 가능한 유용한 프로그램이다. 또한 3차원 공간의 기하학적 모델링에 필요한 도구, 광원 및 재료의 광학적 특성을 모델링하는데 필요한 도구, 계산결과를 가시화해 이미지 파일을 작성 및 변환하는 도구, 눈부심 현상을 분석해 가시화하는 도구 등 빛환경의 모델링 및 분석, 평가에 필요한 거의 모든 기능을 제공하고 있어 다양하고 폭넓게 활용될 수 있다.
RADIANCE 프로그램은 소스코드가 자체가 무료로 배포되기 때문에 사용자가 부담없이 쉽게 접할 수 있을 뿐만 아니라, 가장 큰 단점이라고 볼 수 있는 사용 환경에 있어서도 윈도우 환경에서도 작동이 가능한 데스크탑 RADIANCE가 개발되어 활용되고 있으므로 빛환경의 평가 및 조명에너지 절감을 위한 예측 도구로서 활용이 기대된다.