2.1. 비시각적 조명성능 평가 지표

빛의 비시각적 반응에는 멜라놉신을 포함하는 감광신경절세포가 중요한 역할을 하며, 간상세포와 원추세포도 관련 반응에 기여한다^[11]. CIE S 026/E:2018은 이러한 비시각적 반응과 관련된 5종의 망막 광수용체 자극을 정량화하기 위한 α-opic 측광체계를 제시하였다. 이 체계에서는 각 광수용체에 대한 자극을 CIE 표준광원 D65의 등가조도로 나타내는 α-opic EDI를 정의하고 있으며, M-EDI는 멜라놉신 자극에 대응하는 EDI이다^[12].

M-EDI는 Ev와 광원의 MDER을 이용하여 산출할 수 있으며, 광원의 분광분포에 따라 MDER이 달라지므로 동일한 상관색온도와 조도 조건에서도 M-EDI에는 차이가 발생할 수 있다^[2]. 주간 빛 노출 기준으로는 눈높이 수직면에서 M-EDI 250lx 이상이 권고되고 있다^[2,^3]. 따라서 비시각적 조명성능을 평가할 때에는 Ev와 광원의 분광특성을 함께 고려할 필요가 있다.

한편 M-EDI 외에도 비시각적 효과를 평가하기 위한 지표로 일주기 자극(circadian stimulus, CS)과 등가 멜라노픽 조도(equivalent melanopic lux, EML) 등이 사용되고 있다. CS는 빛에 의한 야간 멜라토닌 억제 수준을 나타내는 지표이며^[13], EML은 Ev에 광원의 분광분포를 반영한 멜라노픽 비율을 곱하여 산출하는 지표이다^[14]. 이들 지표는 산출체계와 해석기준이 서로 다르며, 본 연구에서는 CIE S 026/E:2018에 기반한 M-EDI를 비시각적 조명성능의 평가 지표로 적용하였다.

2.2. 사무공간의 공간적 배치요인과 비시각적 조명성능

사무공간의 비시각적 조명성능은 광원의 광량과 분광특성뿐만 아니라 착석자의 위치와 시선방향, 워크스테이션과 파티션의 배치, 실내 표면의 반사특성 및 조명기구의 배광에도 영향을 받을 수 있다.

주광이 유입되는 사무환경을 대상으로 한 선행연구에서는 착석자의 위치와 시선방향, 실내공간의 구성 및 파티션의 조건이 비시각적 조명효과에 미치는 영향을 검토하였다. Gkaintatzi-Masouti, et al.(2026)은 사무업무 중 실제 시선변화를 반영할 경우 모니터 방향으로 시선을 고정한 경우보다 M-EDI가 약 4∼10% 높아지며, 주요 시선방향은 모니터 중심에서 수평·수직 ±15° 범위에 집중된다고 하였다^[5]. Zocchi, et al.(2025)은 창과의 거리보다 시선방향이 눈높이 M-EDI에 더 큰 영향을 미칠 수 있음을 확인하였다^[6]. Potočnik과 Košir(2021)는 실의 깊이와 폭, 창면적비, 실내 표면 반사율 및 유리 투과율이 비시각적 조명환경에 미치는 영향을 분석하고, 이 중 창면적비와 유리 투과율의 영향이 상대적으로 큰 것으로 보고하였다^[7]. Anaraki, et al.(2023)은 오픈오피스에서 파티션의 높이, 배치방향 및 반사특성에 따른 EML을 평가하였다. 그 결과 파티션 높이가 낮고 멜라노픽 반사율이 높을수록 180 EML 이상을 확보하는 워크스테이션의 비율이 증가하였다. 또한 눈높이보다 높은 파티션에서는 창과 평행한 배치가, 낮은 파티션에서는 직교 배치가 상대적으로 유리한 것으로 나타났다^[8].

인공조명 환경에서도 공간배치와 조명조건의 영향이 확인되었다. Safranek, et al.(2020)은 사무실과 교실을 대상으로 조도 수준, 분광특성, 실내 표면 반사율 및 책상 방향을 변화시키며 EML과 CS를 평가하였다. 그 결과 일반적인 Eh 조건에서는 비시각적 권고수준을 충족하기 어려웠으며, 일부 조건에서는 비시각적 권고수준을 확보하기 위해 권고조도의 2배 이상이 요구되는 것으로 나타났다^[9]. Aliparast와 Onaygil(2024)의 연구에서는 오픈오피스에 적용된 직접배광과 직·간접배광의 선형 펜던트 조명기구를 비교하였으며, 직접배광 조건에서 Ev와 EML, M-EDI가 더 높게 나타났다^[10].

이상의 연구들은 사무공간의 비시각적 조명성능이 착석자의 위치와 시선방향, 실내공간의 구성, 표면 반사특성, 파티션 조건, 워크스테이션 배치 및 조명기구의 배광 등 다양한 요인에 의해 달라질 수 있음을 보여준다. 주광환경을 대상으로 한 연구에서는 착석자의 위치와 시선방향, 실내공간의 구성 및 파티션 조건 등이 검토되었으며, 인공조명 환경에서는 조도 수준과 분광특성, 조명기구의 배광 및 책상 방향 등이 주요 변수로 다루어졌다. 그러나 조명기구와 워크스테이션의 배치 관계 및 파티션 조건을 함께 고려하면서 시각적·비시각적 조명성능을 비교한 연구는 상대적으로 제한적이다.

3.1. 시뮬레이션 방법

본 연구에서는 Relux(Version 2026.2.4.0)를 이용하여 사무공간을 모델링하고, 선형 펜던트 조명기구와 워크스테이션의 배치 관계 및 파티션 유무에 따른 조명성능을 분석하였다. 공간에는 8개의 워크스테이션과 8개의 조명기구를 배치하였으며, 시뮬레이션에 적용한 공간 크기, 조명기구 사양, 표면 반사율, 보수율, 주광 조건 및 Eh·Ev 측정조건은 Table 1과 같다. 조명기구는 Zumtobel의 ECOOS II Tunable White 선형 펜던트 조명기구를 적용하고, 제조사가 제공하는 6,500 K 전용 IES 파일을 사용하였다. 해당 조건의 정격광속은 4,700lm이며, 제조사에서 제시한 MDER 1.05를 M-EDI 산출에 적용하였다.

워크스테이션 배치 조건은 선형 조명기구 장축과 워크스테이션 장축의 관계에 따라 구분하였다. 두 장축이 평행한 경우를 평행배치, 90°로 교차하는 경우를 직교배치로 정의하고, 각 배치에서 파티션 유무를 구분하여 총 4개 Case를 구성하였다. Table 2와 같이 Case 1과 Case 2는 평행배치, Case 3과 Case 4는 직교배치로 구분하였다. 파티션은 높이 1.2m, 두께 50mm로 설정하고, 마주 보는 두 책상 사이의 중앙 파티션과 측면 파티션으로 구성하였다. 모든 Case에서 마주 보는 책상 사이의 간격은 파티션 유무에 관계없이 50mm로 동일하게 유지하였다.

워크스테이션과 조명기구의 배치 및 파티션 구성은 Fig. 1과 같으며, 파티션이 없는 조건은 동일한 워크스테이션 배치에서 파티션만 제외하여 구성하였다. Fig. 2는 파티션이 적용된 직교배치 조건(Case 3)의 3차원 시뮬레이션 모델을 나타낸다.

Fig. 1. Simulation layouts for parallel (upper) and perpendicular (lower) workstation orientations

Fig. 2. Three-dimensional view of the simulated office model with perpendicular workstation orientation and partitions

조명성능은 시각적 성능지표로 Eh와 UGR을, 비시각적 성능지표로 Ev와 M-EDI를 사용하여 평가하였다. Ev와 UGR은 모두 각 좌석의 착석자 눈높이인 바닥 기준 1.2m에서 평가하였으며, 시선방향은 모니터를 바라보는 방향으로 설정하였다. Ev는 해당 위치에 0.3m × 0.3m의 수직 측정면을 설정하여 산출하였고, UGR은 동일한 위치와 시선방향에 Observer를 배치하여 도출하였다. M-EDI는 각 좌석의 수직 측정면에서 산출된 평균 Ev에 6,500 K 조건의 MDER 1.05를 곱하여 산출하였으며, 산정식은 식 (1)과 같다.

시뮬레이션은 정격광속 4,700lm 조건에서 수행한 후, 조건별 Eh 수준의 영향을 최소화하기 위하여 각 Case의 평균 Eh가 약 500lx가 되도록 조명기구의 출력을 조정하여 추가 시뮬레이션을 수행하였다. 이때 각 Case 내 8개 조명기구에는 동일한 디밍률을 적용하였다. 평균 Eh를 약 500lx로 맞춘 것은 Case 간 평균 Eh 수준을 통제하기 위한 것으로, 공간 내 위치별 Eh 분포를 동일하게 설정한 것은 아니다.

3.2. 정격광속 조건에서의 조명성능 분석

정격광속 4,700lm 조건에서 4개 Case의 Eh, Ev, Ev/Eh, M-EDI 및 UGR을 비교하였으며, Case별 평균값과 최대 UGR을 Table 3에 제시하였다. 파티션이 없는 조건에서 평행배치와 직교배치의 평균 Eh는 각각 726.9lx와 723.3lx로 유사하게 나타난 반면, 평균 Ev는 각각 187.6lx와 280.1lx로 직교배치에서 약 49.3% 높게 나타났다. 파티션이 있는 조건에서도 평균 Eh는 각각 590.3lx와 578.5lx로 큰 차이를 보이지 않았으나, 평균 Ev는 182.1lx와 255.9lx로 직교배치에서 약 40.5% 높게 나타났다. 이에 따라 평균 M-EDI도 평행배치에서는 191.2∼197.0lx, 직교배치에서는 268.7∼294.1lx로 나타나 배치에 따른 차이가 뚜렷하게 확인되었다.

파티션 설치에 따른 영향은 Eh와 Ev에서 서로 다르게 나타났다. 평행배치에서는 파티션 설치 후 평균 Eh가 약 18.8%, 평균 Ev가 약 2.9% 감소하였으며, 직교배치에서는 각각 약 20.0%와 8.6% 감소하였다. 이에 따라 평균 Ev/Eh는 평행배치에서 0.259에서 0.310으로, 직교배치에서 0.388에서 0.445로 증가하였다. 이는 파티션 설치 후 Eh와 Ev가 모두 감소하였지만 Eh가 Ev보다 더 큰 폭으로 감소한 데서 비롯된 것으로 볼 수 있다.

UGR은 직교배치에서 파티션 유무에 관계없이 모든 좌석이 19 미만으로 나타난 반면, 평행배치에서는 일부 좌석에서 19를 초과하였다. 최대 UGR은 직교배치에서 파티션 유무에 따라 18.6과 18.2, 평행배치에서 20.0과 19.9로 나타났다. M-EDI는 직교배치에서 파티션이 있는 조건의 대부분 좌석과 파티션이 없는 조건의 모든 좌석에서 250lx 이상으로 나타난 반면, 평행배치에서는 모든 좌석이 250lx 미만이었다.

종합하면, 정격광속 조건에서 직교배치는 평행배치와 유사한 Eh 수준에서도 더 높은 Ev와 M-EDI, 낮은 UGR을 보였다.

3.3. Eh 500lx 보정 조건에서의 조명성능 분석

조건별 Eh 수준의 영향을 최소화하고 유사한 평균 Eh 조건에서 Ev와 M-EDI를 비교하기 위하여, 각 Case의 평균 Eh가 약 500lx가 되도록 모든 조명기구에 동일한 디밍률을 적용하여 추가 시뮬레이션을 수행하였다. 적용된 디밍률은 Case별로 68.79∼86.43%이었으며, 이에 따른 조명기구당 환산 광속은 약 3,233∼4,062lm이다. 보정 후 평균 Eh는 499.8∼500.1lx로 나타났으며, 각 Case의 Eh, Ev, Ev/Eh, M-EDI 및 UGR을 Table 4에 제시하였다.

평균 Eh를 약 500lx로 보정한 이후에도 배치에 따른 Ev 차이는 뚜렷하게 나타났다. 파티션이 없는 조건에서 직교배치의 평균 Ev는 193.6lx로 평행배치의 129.0lx보다 약 50.1% 높았으며, 파티션이 있는 조건에서도 각각 221.6lx와 154.1lx로 직교배치가 약 43.8% 높게 나타났다. 평균 M-EDI는 평행배치에서 파티션이 있는 조건 161.8lx, 없는 조건 135.5lx로 나타났으며, 직교배치에서는 각각 232.7lx와 203.3lx로 나타났다. 또한 평균 Ev/Eh는 평행배치에서 0.259∼0.310, 직교배치에서 0.389∼0.446으로 나타나 유사한 평균 Eh 조건에서도 직교배치의 Ev/Eh가 상대적으로 높게 나타났다.

한편 평균 Eh를 약 500lx로 보정한 조건에서는 두 배치 모두 파티션이 있는 경우가 파티션이 없는 경우보다 높은 Ev와 M-EDI를 보였다. 이는 파티션 자체가 Ev를 증가시킨 결과라기보다, 정격광속 조건에서 파티션이 없는 경우의 평균 Eh가 높아 이를 500lx로 보정하는 과정에서 더 큰 폭의 디밍이 적용된 결과로 해석할 수 있다.

UGR은 직교배치에서 파티션 유무에 관계없이 모든 좌석이 19 미만으로 나타난 반면, 평행배치에서는 파티션이 있는 조건의 일부 좌석에서 19를 초과하였다. 최대 UGR은 직교배치에서 파티션 유무에 따라 18.2와 16.9, 평행배치에서 19.4와 18.6으로 나타났다. 또한 모든 Case에서 M-EDI가 250lx 미만으로 나타났으며, 가장 높은 평균 M-EDI는 파티션이 있는 직교배치(Case 3)에서 232.7lx로 나타났다. 이러한 결과를 종합하면, 평균 Eh를 약 500lx로 보정한 조건에서도 직교배치는 평행배치보다 높은 Ev와 M-EDI, 낮은 UGR을 보였다.

3.4. 종합 분석 및 시사점

정격광속 조건과 평균 Eh 500lx 보정 조건에서의 좌석별 M-EDI와 UGR 분포를 각각 Fig. 3과 Fig. 4에 제시하였다. 두 조건 모두에서 직교배치는 평행배치보다 높은 M-EDI와 낮은 UGR을 보였다. 이는 Eh 수준이 유사한 조건에서도 선형 조명기구와 워크스테이션의 배치 관계에 따라 눈높이 조명성능과 눈부심 수준이 달라질 수 있음을 보여준다.

좌석별 M-EDI 분포를 보면, 정격광속 조건에서 직교배치의 Case 3은 8개 좌석 중 D6을 제외한 7개 좌석(87.5%), Case 4는 8개 좌석 모두(100%)에서 M-EDI 250lx 이상을 확보하였다. 반면 평행배치인 Case 1과 Case 2에서는 이를 충족한 좌석이 나타나지 않았다. 평균 Eh를 약 500lx로 보정한 후에는 모든 Case에서 M-EDI 250lx 이상을 충족한 좌석이 없었으며, 가장 높은 값은 Case 3의 D5에서 248.2lx로 나타났다(Fig. 3). 특히 6,500 K, MDER 1.05의 높은 멜라노픽 특성을 갖는 조건을 적용하였음에도 이러한 결과가 나타난 것은 높은 MDER의 광원 적용만으로 M-EDI 권고수준 충족이 보장되지 않으며, Ev와 조명기구 및 워크스테이션의 상대적 배치를 함께 고려할 필요가 있음을 보여준다.

UGR의 경우, 직교배치인 Case 3과 Case 4는 정격광속 및 평균 Eh 500lx 보정 조건 모두에서 8개 좌석 전체가 UGR 19 미만으로 나타났다. 반면 평행배치에서는 정격광속 조건에서 Case 1과 Case 2 모두 D1, D3, D6, D8의 4개 좌석(50%)에서 UGR 19를 초과하였다. 평균 Eh를 약 500lx로 보정한 후에는 Case 1에서 동일한 4개 좌석(50%)이 UGR 19를 초과하였으나, Case 2에서는 모든 좌석이 19 미만으로 나타났다(Fig. 4). 특히 동일한 좌석에서 높은 UGR이 반복된 것은 착석자의 시선방향과 조명기구의 상대적 위치가 눈부심 분포에 영향을 미쳤을 가능성을 보여준다.

Fig. 3. Seat-wise M-EDI distribution by workstation orientation and partition condition under rated and Eh-normalized conditions

Fig. 4. Seat-wise UGR distribution by workstation orientation and partition condition under rated and Eh-normalized conditions

종합하면, 선형 조명기구와 워크스테이션의 배치 관계에 따라 유사한 Eh 조건에서도 Ev, M-EDI 및 UGR에 뚜렷한 차이가 나타났다. 특히 높은 MDER 조건에서도 평균 Eh 약 500lx에서는 M-EDI 권고수준을 확보하지 못한 결과를 고려할 때, 사무공간 조명계획 시 비시각적 성능을 확보하기 위해 충분한 Ev가 형성되도록 광원의 분광특성뿐만 아니라 조명기구와 워크스테이션의 상대적 배치를 함께 검토할 필요가 있다.