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[전력대란, 고효율 조명이 대안 ②] 조명기구의 변천과 에너지 절감 효과, LED 조명 교체 시 용도별 효율 비교할 것
2013년 1월 21일 (월) 16:41:46 |   지면 발행 ( 2013년 1월호 - 전체 보기 )



자연재해로 전력수급에 큰 타격을 입어 본 일본에서는 에너지절감이 주요국책과제다. 물론 조명기구에 있어 에너지절감 또한 여기에 빠지지 않는다. 에너지 효율과 절약 효과가 탁월한 LED 조명기구 보급이 최근 급속하게 확대되는 추세로 전체 조명기구 중 LED 조명기구 설치비율은 20%에 가까워 졌다. 최근에는 조명기구 관련항목을 포함한 전기용품 안전법 시행령을 개정해 LED 조명기구관련 새로운 항목을 추가하는 등 LED 조명기구확산정책을 펼치고 있다.

정리 김미선 객원기자

일본에서는 동일본 대지진에 따른 전력 부족 사태를 계기로 에너지 절약 및 절전에 대한 필요성이 높아짐에 따라 LED 조명기구의 보급이 급속하게 확대되고 있다. 조명기구 전체에서 차지하는 LED 조명기구의 구성비((재)일본조명기구공업회 통계, 출하 수량 기준)는 2010년에 7%가 넘었고, 2011년 상반기 15%에 달해 2011년 하반기에는 18%가 넘을 것으로 예측됐다(<그림 1> 참조).
백색 LED는 1996년 등장 이후 급격한 기세로 효율이 향상돼 LED 조명기구의 효율도 Hf 형광등*기구의 효율에 근접해지고 있다.
한편 LED 조명기구는 아직 발전 진행 상태이기에 용도에 따라 LED 조명기구보다 고효율인 데다 고출력인 에너지 절감형 조명기구도 많이 존재한다. 그 때문에 용도에 맞는 적절한 기구를 선정할 필요가 있다. 여기에서는 시설 조명용 조명기구를 중심으로, LED 조명기구와 최근 에너지 절감형 조명기구의 동향 및 교체로 인한 에너지 절감 효과에 대해 소개한다.

LED 조명기구의 특징
LED 조명기구의 두드러진 특징은 단연 '에너지절감'이다. 예를 들어, 백열전구 100W에 대응하는 다운라이트의 경우 거의 똑같은 밝기인 백열전구와 비교해 약 1/6, FDL27 다운라이트와 비교하면 약 1/2로 대폭적으로 에너지를 절감할 수 있다.
그 다음은 '장수명'을 들 수 있다. LED 모듈의 수명은 약 4만 시간으로, 형광램프의 1만 2000 시간과 비교해 3배 이상 길기 때문에 유지 비용을 경감할 수 있다. 외에도 스위치를 켜자마자 바로 밝아져 점멸에 강하며 저온에서도 밝다는 것이 큰 특징. 형광등은 저온에서는 어두워지지만, LED는 어두워 지지 않는다. 그리고 벌레가 모여들지 않는다는 특징이 있다.

* Hf 형광등: 고출력 형광 램프(High output fluorescent lamp). 60, 80, 110W의 고출력을 얻기 위해 관 내에 온도 상승에 따른 수은 증기압의 상승을 방지하는 냉각기구를 가진 형광램프. 80, 110W인 것은 관 길이가 일반적인 40W보다 길어 각각 1500, 2368㎚다.

LED 조명기구의 발광 효율 향상
<그림 2>에 각종 광원의 발광 효율 향상 추이를 나타냈다. 조명용 백색 LED는 백열전구, 형광램프, HID 램프로 이어지는 제 4대의 광원으로 자리잡고 있으며 1996년 등장 이래 급격한 기세로 발광효율이 향상되고 있다.
<그림 3>은 LED 조명기구의 효율 향상 예측을 나타낸 것이다. 2020년에는 백색 LED칩의 발광효율은 200lm/W에 달할 것으로 예측되며, 이 경우 LED 조명기구의 효율은 형광등 기구의 2배인 150lm/W에 달할 것으로 예측된다.


* 위 이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다.

에너지 절감형 조명기구의 최근 동향
LED 조명기구는 앞서 언급한 바와 같이 뛰어난 특징이 있지만 현시점에서는 에너지 절감 성능의 향상 및 고출력화 등 아직 발전도상에 있기에 용도 및 요구에 맞춰 Hf 형광등 기구, 세라믹 메탈 핼라이드 램프 기구, LED 조명기구 등을 적절하게 구분해 사용할 필요가 있다.
<표 1>에 대표적인 시설용 조명기구의 종류와 주용도 및 조명기구의 변천을 나타냈다. 파선부에 권장하는 에너지 절감형 조명기구를 나타냈다.
실내 조명에서 가장 많이 사용하는 형광등 기구는 자기식 형광등에서 Hf 인버터식 형광등 기구로 바뀌었으며(일본조명기구공업회 2010년 통계에서는 Hf화율 70%), 또한 초기 조도 보정 기능 부착기구 및 광센서, 인감人感센서 부착 기구의 채용도 서서히 늘어나고 있다. 형광등 기구의 에너지 절감진전(소비 전력 추이)을 <그림 4>에 나타냈다. 20년 전 자기회로식 안정기를 사용한 형광등 기구에 비해 Hf 형광등 기구는 약 24% 에너지 절감을 가능케 한다.

[1] 광주 LED조명 실증 센터는 전 세계에서도 훌륭한 장비를 보유해 국외 손님 방문이
잇따르고 있다. EU 조명 클러스터 가입사 관계자들이 실증 센터를 방문, 테스트베드와
도로조명 실측 시설 등을 둘러봤다. [2] 실증 센터는 특히 도로조명 등 실외조명
테스트베드가 획기적이다.

실내용 조명을 위한 용도로는 LED 조명기구를 도입하자마자 이후 에너지 성능 향상과 코스트 절감에 따라 보급 확대가 기대됐다. 현 상태에서는 성능·코스트 양쪽 측면을 모두 판단한 후 초기 조도보정 기능 부착 또는 센서와 조합한 Hf 형광등 기구의 채용이 적절하다는 평가다.
실내 다운라이트는 LED 조명기구가 가장 폭넓게 진행되고 있는 분야로, 에너지 절약과 비용 절감 측면을 고려하면 LED 조명기구의 선택이 적절하다. LED로 교체가 진행되고 있는 유도등 또한 LED 조명기구의 채용이 적절하다.
고高천장 기구 및 옥외 조명기구는 풍부한 광량이 필요하므로 현 상태에서는 세라믹 메탈핼라이드 램프 기구가 가장 에너지 절감 효과가 우수하다. LED를 사용한 개발도 진행되고 있는데 LED 모듈의 장수명 특성을 살리면서 유지 보수가 필요 없는 고高천장 및 옥외용 LED 조명기구가 이후 진전될 것으로 전망된다.
일본에서는 비상용 조명기구로 국토교통성 고시 제242호에 백열등 또는 형광등을 사용하도록 규정돼 있기에 LED 비상등은 현재는 상품화되지 않은 상태다.

조명 교체에 따른 에너지 절감 효과

빌딩의 조명 교체 효과
빌딩을 상정해 10~20년 경과한 기설 조명기구를 에너지 절감 조명기구로 교체한 경우 대표적인 에너지 절감률을 <표 2>에 나타냈다. 집무실, 회의실, 복도, 계단, 현관 로비, 홀 등 각 용도에 맞춰 적절한 에너지 절감형 조명기구를 선정함으로써 에너지 절감 효과가 높을 것으로 전망된다. 특히, 자연광 이용은 주간의 전력 삭감으로 이어지고, 또 인감
센서 기구도 오피스 등의 주간 전력의 삭감에 크게 공헌한다. ' 절전= 피크전력삭감'에 큰효과를 발휘할 수 있다.

공장의 조명 교체 효과
<표 3>은 공장 및 체육관 등을 상정해 교체한 사례를 나타낸 것이다. 세라믹 메탈핼라이드 기구로 교환함으로써 49%의 에너지 절감 효과를 얻을 수 있었다.

기본 조명기구의 에너지 절감 방법과 효과
· 초기 조도 보정 기능 부착 Hf 형광등 기구 | 램프 초기 여분의 밝기를 없애 에너지를 절감한다. 이 방법으로는 약 39%의 에너지 절감이 가능하다.
· 광센서, 인감센서 부착 Hf 형광등 기구 | 집무실의 재·부재를 감지해 부재 시에는 최소한의 밝기를 선택해 에너지를 절감한다. 또 주광을 이용해 밝기를 일정하게 유지하고, 램프의 초기 여분의 밝기를 없애는 기능을 가진다. 이 같은 조건에서는 약 62%의 에너지 절감이 가능하다.
· 직관형 LED 조명기구 | (재)일본전구공업회 규격 '직관형 LED 램프 시스템(JEL801: 2010)'에 기초한 직관형 LED 조명기구를 <그림 7>에 나타냈다. 이 규격은 안전성과 시환경의 유지를 고려한 것으로, 램프 수명이 4만 시간으로 수명이 길기에 유지 관리를 줄일 수 있다. 초기 조도 보정 기능을 탑재해 약 43%의 에너지 절감이 가능하다.

'직관형 LED 램프 시스템'은 직관형 LED 램프를 안전하게 사용하기 위해 개발된 형광등 꼭지쇠(구금)와는 다른 새로운 형식의 꼭지쇠로 램프의 오삽입을 방지하고 또 삽입 후 램프를 회전시킨 후 그 상태를 유지해 전기 접속하는 것으로 만일의 낙하 및 감전을 막을 수 있는 구조로 돼 있다.
또 꼭지쇠 형상이나 길이 등 구조적으로 기존 형 광램프와 호환성이 있어 전 세계 다양한 제조사에서 여러 종류의 직관형 LED 램프를 판매하고 있다. 그러나 직관형 LED 램프와 기설 형광등 조명기구와의 조합에 있어 안전, 수명, 광학 측면 등의 문제가 발생하기에 여러 가지로 고려할 사항이 있으며, 그 내용은 다음과 같다. ▲장기간 사용한 형광등 조명기구에 그대로 직관형 LED 램프를 장착한 후 장기간 사용하지 않는다. ▲기설 형광등 조명기구에 직관형 LED 램프를 장착해 개조한 제품은 제조 사업자가 책임을 지지 않으므로 유의할 필요가 있다.
▲여러 종류의 직관형 LED 램프가 있으므로 어떤조합인지에 따라 사고로 이어질 위험성이 있다.직관형 LED 램프 관련 상세 내용은 인터넷 'www.jlassn.or.jp/04siryo/pdf/information/LEDchokkanBaselignt.pdf'에서 확인 가능하다.


* 위 이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다.

*

일본의 경우 LED 조명기구는 일부의 기구(전기스탠드, 핸드 램프, 정원등, 장식용 조명기구, 광고 등)를 제외한 대부분의 조명기구가 전기용품안전법의 대상에 포함되지 않았다. 그러나 2011년 7월 6일 전기용품안전법 시행령의 일부를 개정, 2012년 7월 1일 개시한 법령에는 전기용품으로 LED 조명기구의 기술 기준이 새롭게 추가되기도 했다.
LED 조명은 발전 진행형이므로 에너지 절감형 조명기구의 선정에 있어 효율 향상 및 규격·기준화 동향을 항상 살펴보고, 조명기구로 Hf 형광등 기구, 세라믹 메탈핼라이드 램프 기구, LED 조명기구 등을 용도에 맞게 적절하게 선정할 필요가 있다. 조명기구의 적정 교환 시기는 10년으로, 에너지 절감 및 안전, 조명 환경의 이 3가지 측면에서 10년 경과한 기설 기구는 적극적으로 에너지 절감형 조명기구로 교체할 것을 권장한다.

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