2.1 연구 공간

본 연구에서 선정한 피트니스 센터는 개인 트레이닝(Personal Training) 중심의 소규모 시설로 성남시에 위치한다. 운동기구가 설치된 공간의 크기는 가로 x 세로 x 높이가 7.7m x 9.2m x 4.2m이다. 천장과 바닥은 검은색이며, 벽은 밝은색 계열인 베이지색으로 되어 있다. 조명은 펜던트 조명 2종류가 3m 높이에 설치되어 있다(Fig. 1).

피트니스 센터 사용자를 대상으로 한 사전 설문 조사에서 운동 시 개선할 점에 대한 의견을 수집했다. “조명을 더 밝게 하면 좋겠다.”, “조명이 더 밝았다면 집중하는 데 도움이 될 것 같다, “조명 기기가 보호되지 않아 눈부심이 있다.”는 의견이 보고되었다. 이러한 의견은 현재 조명의 부적절함을 나타내고 있으며, 조명의 밝기 증가와 눈부심 감소에 대한 필요성을 의미한다.

Fig. 1. Fitness center for personal training before the luminaire retrofit

2.2 참가자

본 연구에서는 20세 - 60세 사이의 70명의 성인 참여했으며, 여성 48명과 남성 22명으로 구성되었다(Table 2). 모든 참가자는 피트니스 센터를 최소 1개월 이상 이용했으며 교정 렌즈 유무에 관계없이 교정시력이 정상인 사람이다.

2.3 연구 공간 조명변화 전의 조도 측정

공간의 밝기를 측정하기 위해 조도계를 사용하여 조도를 측정하였다. Fig. 2(b)에서 조명기구의 위치와 측정 지점을 나타내었다. 조명기구는 두 종류의 펜턴트 조명을 사용하였으며, 측정 지점은 붉은색 점으로 나타내었다. 측정 과정에서 조도계 센서에 물체나 사람이 그림자를 드리우거나 빛을 반사하지 않도록 하였으며, 자연광의 영향이 없도록 야간에 측정하였다. 주요 활동이 바닥 수준에서 발생하기 때문에 바닥 면에서 측정하였다. 공간 내 25개 지점에서 조도계로 조도를 측정한 결과, 최저 조도 66lx, 최고 조도 215lx이며, 평균 조도는 135lx로 측정되었다. 이 값은 KS A 3011에서 체육관 일반운동을 위한 최소-표준-최고 권장 조도값인 150-200 -300lx에 미치지 못하는 값이다. 시간이 지남에 따라 램프 노후화, 먼지 쌓임 등의 요인으로 인해 조명 성능이 저하되는 70%의 조명 보수율을 고려하면, 초기 조도는 현재 조도보다 높아 KS 기준을 만족했을 것으로 예상되지만, 보수율은 고려하지 못한 것으로 생각된다. 측정된 조도 수준은 권장 기준을 충족하기 위해 더 높은 초기 조도값이 필요함을 의미한다.

공간의 문제점을 보면, 전반적인 밝기가 부족하고 운동기구 바로 위 설치된 조명이 그대로 노출되어 눈부심을 유발하고 있었다. 또한, 운동기구 위에 설치된 펜던트 조명으로 인해 그림자가 형성되었다. 이런 문제점들로 인해 사용자들이 자신의 운동 자세를 확인하기 어렵게 하고 주의 산만과 불편함을 초래할 수 있다. 운동 중 빛의 부족은 피로를 더 빨리 느끼며 불안과 스트레스를 증가시킬 수 있다^[7].

Fig. 2. (a) Illuminance meter (b) Illuminance measurement point

2.4 조명변화 전/후의 Relux 시뮬레이션

피트니스 센터의 조명환경의 문제는 기존의 조명에서 최근 피트니스 센터에 많이 설치되고 있는 LED 라인형 펜던트 조명으로 교체하여 공간 전체에 균일한 빛 분포를 제공하는 방법으로 해결하고자 하였다. 또한, 다양한 색상 변경이 가능하고 상향배광을 갖는 라인형 펜던트 조명을 거울이 위치한 두 군데 벽 상단 3m 높이에 설치하였다. 이러한 조명 방식은 사용자 선호도와 활동 유형에 따라 색상을 조정할 수 있어 운동 및 휴식 환경 모두 향상된 경험을 제공할 수 있다.

실제 공간의 조명환경을 변경하기 전 앞서 언급한 해결 방안이 적절한지 조도 분포를 보기 위해 Relux 소프트웨어를 사용하여 시뮬레이션하였다. 시뮬레이션을 위한 공간은 건축, 엔지니어링 등 다양한 분야에서 설계 및 모델링하는 데 사용되는 3D 프로그램인 Rhino에서 모델링 하였다. 실제 피트니스 센터의 크기(7.7m x 9.2m x 4.2m) 내 좌우 두 벽면에 거울과 위쪽으로는 창문을 배치하였다(Fig. 3). 그 후 모델을 Relux로 가져와 검은색 천장 반사율 5%, 베이지색 벽 반사율 50%, 검은색 바닥 반사율 5%로 설정하였다. 거울의 반사율은 90%이고 창문의 투과율은 85%로 설정하였다. Relux 시뮬레이션에서 사용할 조명환경 변화 전/후의 조명기구의 배치는 Fig. 4에 나타내었다.

Fig. 3. Modelling of the fitness center for personal training in Rhino

Fig. 4. (a) Luminaire position before the luminaire retrofit (b) Luminaire position after the luminaire retrofit

Fig. 5(a)는 조명환경 변화 전의 모습을 Relux로 시뮬레이션한 결과이다. 피트니스 센터의 조명과 비슷한 펜던트 조명 2종류를 설치하여 실측한 조도값과 유사한 조도값이 나오도록 하였다. Fig. 5(b)의 작업 면에서 보이는 노란색은 100 - 150lx 사이의 값을 나타내고 있다. 연한 베이지색은 75 - 100lx 사이이며 평균 조도는 139lx로, 전반적인 바닥 면 조도는 KS 기준을 충족하지 못하는 상태이다. 최저 조도 58lx이고 평균 조도는 122lx로 균제도는 0.47이며, 일부 영역은 그림자가 있거나 조명 분포가 고르지 않을 수 있다. UGR은 20.9로 천장에 있는 조명을 바라보는 활동 중 불편함을 유발할 수 있다. 시뮬레이션에 사용한 조명기구의 정보는 Table 3에 정리하였다.

Fig. 5. (a) Relux simulation before the luminaire retrofit (b) Calculation results before the luminaire retrofit

Fig. 6. (a) Relux simulation after the luminaire retrofit (b) Calculation results after the luminaire retrofit

Table 3. Light information before the luminaire retrofit

Table 4. Light information after the luminaire retrofit

Fig. 6(a)는 조명환경 변화 후의 모습을 Relux로 시뮬레이션한 결과이다. 천장에 LED 라인형 펜던트 조명을 설치하여 전반적인 밝기를 확보하였으며, 기존의 펜던트 조명과 같은 높이에 배치하였다. 또한, 벽 측에 간접적으로 비춰주는 색상 가변 상향배광을 갖는 LED 라인형 펜던트 조명이 설치되었다. Fig. 6(b) 작업 면에서 보이는 연한 녹색부터 가운데 진한 파란색까지의 조도는 300 – 1500lx 사이의 값을 나타내고 있으며, 평균 조도는 685lx이다. KS 기준은 초과하고 있지만, EN 12193 유럽 표준에 따르면, 체육관 운동은 500lx, 역도와 같이 무거운 운동기구를 들기 위한 공간에서는 750lx가 적합하다. 이를 고려하면, 다양한 운동기구가 있는 피트니스 센터에서 시뮬레이션 결과값이 685lx는 적정하다. 최저 조도 170lx이고 평균 조도는 685lx로 균제도는 0.25이며, 그림자가 있거나 조명 분포가 고르지 않을 수 있다. 균제도가 낮게 나온 이유는 운동기구가 배치된 영역에 집중적으로 라인형 펜던트 조명을 배치하여 휴식공간이나 Fig. 6(b)의 아래쪽에 위치한 복도에서 낮은 조도가 측정되었기 때문이다. UGR은 18.9로 눈부심이 개선되었음을 나타낸다. 시뮬레이션에 사용한 조명기구의 정보는 Table 4에 정리하였다.

조명기구 교체 전/후의 총 전력은 170 W에서 694.8 W로 총 광속은 11,613lm에서 71,704lm으로 전력 사용량과 조도가 크게 증가하였다. 효율성은 교체 전/후 68.3lm/W에서 100.5lm/W로 향상되어 에너지 소비는 증가했지만, 전반적인 밝기와 눈부심 개선되었다.

2.5 연구 공간 조명변화 후의 조도 측정

조명변화 후의 Relux 시뮬레이션 결과를 가지고 실제 피트니스 센터에 조명환경을 변경하였다(Fig. 7). 조명변화 전의 조도 측정과 같은 방법으로 바닥 면에서 측정하였으며, Fig. 2(b)와 같은 25개 지점에서 조도를 측정하였다. 그 결과 최저 조도 470lx, 최고 조도 1290lx이며, 평균 조도는 약 846lx로 측정되어 시뮬레이션과 유사한 결과나 나왔다. 조도가 낮게 측정된 부분은 백색광에 비해 파란색 조명이 스트레스 감소를 가속한다^[8]는 선행연구를 따라 현재는 두 벽면에 설치된 색가변 업라이트가 휴식 시간 동안 휴식을 촉진하고 스트레스를 줄이기 위해 파란색으로 설정되어 있다.

Fig. 7. Fitness center for personal training after the luminaire retrofit

3.1 설문 조사 개요

본 연구에서는 피트니스 센터 사용자 70명을 대상으로 조명환경 전/후에 대한 만족도를 평가하기 위해 설문조사를 총 2회 진행했다. 설문지 항목에는 긍정적, 부정적, 공간지각, 안전성, 인지 수행 총 5가지 항목으로 구성되었다. 각 항목에는 3개의 질문이 포함되어 있으며 총 15개의 질문으로 구성되었다(Table 5).

설문지는 리커드 척도를 사용하여 조명환경 전/후에 대한 경험을 평가하도록 구성되었다. 1점은 ‘매우 그렇지 않다’이고 3점은 ‘보통이다’ 5점은 ‘매우 그렇다’로 5점 리커드 척도로 진행하였다.

조명환경 변화 전과 후의 사용자 인식 차이를 분석하기 위해 paired t-test를 실시했다. paired t-test는 관련 두 그룹의 평균을 비교하는 데 사용되는 통계적 방법이다. 조명환경 변경 전과 후 두 데이터 세트 간에 통계적으로 유의미한 차이가 있는지 확인하는 데 도움이 된다. 이 분석에서는 0.05 미만의 p-값이 유의미한 것으로 간주하여 관찰된 변화가 우연에 의한 것이 아닐 가능성이 높다는 것을 의미한다.

3.2 설문 조사 분석

모든 질문에 대한 t-검정 p-값이 0.05 미만으로 유의미한 결과를 얻었다. 조명환경 변화 후 각 질문의 평균점수가 증가한 것으로 보아 피트니스 센터 사용자들의 주관적 경험이 전반적으로 향상되었음을 알 수 있다. T-통계 결과값에서 음의 값은 조명환경 변화 전보다 변화 후 평균 점수가 높다는 뜻이다. 조명환경 변화가 사용자의 인식에 통계적으로 유의미한 긍정적인 영향을 미쳤음을 알 수 있다. 긍정, 공간 인식, 안전 및 인지 성능 카테고리에서 T-통계의 절댓값이 5보다 큰 것을 볼 수 있는데, 이는 조명환경 변화로 인한 영향이 크다는 것을 의미한다. 부정 카테고리에서 T-통계값이 음수의 값으로 나와 부정적인 영향도 커졌음을 알 수 있다. 이는 조명환경 변화가 특정 측면을 개선했지만, 눈부심 증가 및 눈의 피로와 같은 문제도 발생했음을 의미한다. 그러나 다른 카테고리에 비해 T-통계 절댓값이 작아 전반적으로 긍정적인 영향이 더 크다고 보인다. 조명환경 변화 후 설문조사 사용자 의견에서 “밝아서 깨끗하고 상쾌한 느낌이 들지만, 조명 위치가 낮아서 눈부시다.”는 의견이 있었다.