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[전력대란, 고효율 조명이 대안 ⑤] 경관 · 도로조명의 LED 보급 추진, 70% 에너지 절감, 스마트 제어로 추가 효과
2013년 1월 23일 (수) 12:14:16 |   지면 발행 ( 2013년 1월호 - 전체 보기 )



도로조명의 전기요금 대부분은 가로등과 터널등이 점유하고 있으며 그 비중은 약 63%다. 도로공사는 지난해 전기요금으로만 502억 원을 납부할 것으로 예상했는데 도로시설물 증가와 전기요금 현실화 등으로 2016년에는 1002억 원까지 증가할 전망이다. 이런 사정에 저효율 조명기구는 퇴출될 수밖에 없다. 도로 및 경관조명 등 외부 조명의 고효율 LED조명으로의 발빠른교체는 전세계적 흐름이며단순히 조명기구교체에그치지 않고 디밍시스템 등자동조명 제어를통한 에너지 절감도 진행중이다.

정리 박지혜 · 유미희 기자 취재협조 필립스 www.philips.com 한국도로공사 시설처 첨단조명팀 www.ex.co.kr

리옹, 홍콩, 도쿄 등 아름다운 야경을 자랑하는 도시들의 공통점은 체계적인 도시 조명 계획으로 탄생한 백만 불짜리 스카이라인이다. 글로벌 조명 기업 필립스는 이러한 도시들이 세계적인 관광명소로 거듭나는 데 조명은 큰 역할을 하고 있다고 강조한다. 미국 시장 조사기관 스트래티지 언리미티드Strategies Unlimited에 따르면 세계 경관조명 시장 규모는 2009년 2300억 원에서 2014년 5400억 원으로 성장할 것으로 전망했다.
1417년 겨울, 도시의 안전을 위해 런던 거리에 랜턴이 처음 등장한 이래 경관조명은 색상과 연색성, 에너지 효율 등에서 기술적 진보를 이뤄냈으며, 최근의 진보 중 하나는 바로 에너지 효율이 우수하고 다양한 색상 구현이 가능한 LED조명이 기존 나트륨 조명을 대체하게 된 것이다.

엠파이어스테이트 빌딩 LED 교체 후 전기료 73% 절감
경관조명을 LED조명으로 교체하면 어떤 효과가 있을까. 기존 소모 전력의 20~30%만 사용하고, 수명도 20년 이상으로 길어져 전기료와 램프 교체로 발생되는 전체 유지비를 크게 절감하게 된다. 나트륨 경관조명을 설치한 도시는 전기료와 조명 기기 유지관리 비용으로 연간 48억 원을 지출하는 한편, LED조명으로 교체하면 나트륨 조명 비용의 40% 수준인 연간 11억 원의 전기료와 8억 원의 유지관리비용을 절감할 수 있다.

[1] LED조명으로 아름다운 경관과 함께 에너지 절감 효과를 얻은 엠파이어스테이트 빌딩.
[2] 체계적인 조명 계획으로 빛의 도시로 거듭난 프랑스 리옹.
[3] 구름 다리를 LED조명으로 수놓아 장관을 연출하는 부산 벡스코.

이에 필립스, 오스람, GE, 쏜Thorn과 같은 세계적인 조명 업체들은 일찍이 프로페셔널 LED 라이팅 픽스쳐Professional LED lighting fixture 부문으로 사업 분야를 넓혀 경관조명용 LED 제품 포트폴리오를 확장하고 있다.
필립스의 가장 최근 프로젝트는 맨해튼의 스카이라인을 상징하는 건축물인 뉴욕 엠파이어스테이트빌딩으로 기존 546개 경관조명을 1200개의 컬러 키네틱스* LED조명으로 교체했다. 필립스 관계자는 "10가지 색상 표현에 그쳤던 건물 상층부 외벽 조명을 무려 1600만 가지 색상을 구현할 수 있게 됐으며, 전력 소모량도 기존 조명 기기에 비해 약 1/4 수준으로 전기료를 평균 73% 절약할 수 있게 됐다"고 설명했다. 빛의 누수 없이 충분히 밝은 조명 품질로 빌딩 주변에 미치는 빛 공해를 예방함과 동시에 랜드마크 경관조명으로써의 역할도 충실히 하고 있다는 평이다.
아름다운 게이트웨이Gateway로 유명한 LA국제공항(LAX)에는 필립스의 '컬러 블래스트 파워코어ColorBlast Powercore LED'를 설치했다. 게이트웨이 양쪽에 세워진 26개의 유리로 된 철탑 조명에 LED를 적용한 결과 연간 75%의 전기료를 절약했으며, 긴 수명으로 연간 운영비도 기존 약 10억 9080만 원에서 약 2180만 원으로 줄여 획기적인 절감을 이뤄냈다.
국내에서는 6월 시설 확충 공사를 마친 부산전시컨벤션센터(BEXCO)의 본관 전시장과 신규 전시장을 하나로 잇는 약 85m 길이의 공중 보행 다리에 필립스 컬러 키네틱스의 '아이컬러 플렉스iColor Flex LMX'3000개를 설치했다.
필립스 조명사업부 김일곤 전무는 "현재 경관조명의 상당수를 차지하는 저효율 조명 기기를 LED조명으로 교체하면 운영비 절감과 함께 LED의 다양한 애플리케이션으로 도시 경관을 아름답게 디자인할 수 있어 일석이조의 효과를 얻을 수 있다"고 말했다.
서울시는 7월 '세계적 LED조명 중심 도시 서울 비전'을 통해 2018년 공공시설의 모든 조명을 LED로 교체하겠다는 목표를 밝힌 바 있다. 다른 지자체들도 각각 LED 경관조명 계획을 발표하며 LED조명 교체의 필요성을 대체로 공감하고 있는 분위기다. 그러나 무분별한 경관조명 설치는 빛 공해를 유발할 수 있는 만큼, 지능적인 조명 제어가 가능한 LED 경관조명 시스템을 선택하는 것이 중요한 과제로 떠오르고 있다.

* 필립스는 2007년 미국 보스턴을 기반으로 하고 있는 LED조명 시스템 전문회사인 컬러 키네틱스Color Kinetics를 인수하며 LED 경관조명 사업을 본격화했다. 1997년 설립된 컬러 키네틱스는 다이내믹한 조명 효과를 자랑하는 LED 경관조명 시스템을 시장에 처음 선보인 업체로 2012년 현재까지 100여 개 국가를 아울러 빌딩, 교량 및 랜드마크Landmark 등 3만 4000여 개 프로젝트에 LED조명 시스템을 공급했다. 컬러 키네틱스는 특허 받은 파워코어Powercore 기술에 기반한 에너지 효율이 우수하고 설치, 제어 및 유지가 간편한 LED경관조명을 선보이고 있다

도로조명의 30% LED조명 의무화
한국도로공사는 최근 LED 도로조명과 조명의 자동화 시스템 적용에 적극적인 정책을 펼치고 있다.
도로공사 측은 "그동안 도로조명 시설은 상대적으로 시장이 작았던 게 사실이나 앞으로 5년간 터널전기공사비로만 1조 2000억 원이 소요될 것으로 전망돼 조명 공급도 늘어날 것"이라고 언급했다.
올해부터 도로조명의 신규 착공 노선의 30%는 의무적으로 LED조명을 적용해야 한다. 이와 맞물려 LED 가로등 분야 최대 시장이 될 도로공사는 지난해 도로조명 선진화 계획을 공식 발표하고 추진 중이다.
도로공사가 올해 착공하는 신규 고속도로의 가로등과 터널등은 각각 3000등과 3만 4000등으로 이 중 30%를 점유할 LED 가로등과 LED 터널등은 각각 900등, 1만 200등 규모다. 이에 시범사업으로 12월말 개통 예정인 여주~양평 간 고속도로의 양평대교(915m)에 34본을 LED조명으로 설치했는데 이는 도로공사가 도로조명에 LED를 채택한 최초의 사례다.
도로공사는 조달청에 등록된 LED 가로등 생산 업체 58개 중 1차 평가를 거친 9개 업체를 대상으로 성능 · 가격 · 디자인 · 유지보수성 · 균제도 · 휘도 · 향후 표준화 가능성 등 여러 항목을 평가, 업체 선정을 했다. 그런데 선정 과정에서 도로공사 측은 몇 가지 애로사항이 있었다고 한다. 도로공사가 지적하는 가장 큰 해결 과제는 LED조명 생산 업체 간 표준화가 안 돼 규격과 디자인이 천차만별이라는 점이다.
도로공사가 야심차게 추진 중인 '도로조명 선진화 종합 개선 계획'은 과거보다 엄격한 기준을 적용한 것으로 보수율 개선, 조도 · 휘도 환산계수에 대한 새로운 기준을 정립했다. 도로조명 선진화를 통해 에너지 효율은 높이고, 유지관리 비용은 줄이는 데 초점을 맞추고 있다. 점차 증가하는 터널 전기공사비(2012~2016년 1조 2000억 원 소요 예상, 조명기기 포함), 연평균 13.5%씩 증가해 온 전기시설 유지관리 비용(도로보수비, 전기요금 등)의 부담을 효율적인 도로조명 운영으로 상쇄해 나가겠다는 계산이다.
도로조명 선진화 종합 개선 계획 주요 내용은 ▲조명 설계 방식을 종전 조도 기반의 수기 계산 형태에서 휘도 중심의 컴퓨터 시뮬레이션으로 전환 ▲터널 조명 휘도 제어 시스템을 개발하고, 태양 위치, 기상 변화에 따른 조명 밝기 제어 시스템을 도입해 최적의 조명 환경 운영으로 에너지 낭비 요인을 제거 ▲신기술 · 신소재 조명기구 성능 평가제도 도입을 위해 폐도, 폐터널 등을 활용한 자체 실증단지를 조성하고, 조명 전문 기관과 컨소시엄을 구성, 기술력과 성능 평가의 신뢰성을 확보 ▲LED 도로조명설계 가이드라인 수립 ▲터널 조명 보수율 기준 재정립 등이다.

가로등 디밍 시스템으로 전기료 절감
도로조명 선진화 계획의 일환으로 교통량, 시간대 등에 따라 조명 밝기를 조절하는 '가로등 디밍Dimming 시스템'을 지난해 처음 시범 도입하기도 했다. 가로등 디밍 시스템이란 주변 환경, 온도, 사물 등에 따라 빛의 밝기를 조절하는 기술로 에너지절약 효과를 누릴 수 있다. 특히 교통량이 적은 지방노선의 경우 차량 움직임을 감지해 차량 통과 시에만 조명을 점등하는 방안을 추진하고, 기존에 없던 카운터빔, 프로빔 등 새로운 터널 조명 방식 도입도 추진키로 했다.
지난해 6월과 7월 전남 보성나들목과 벌교나들목 고압 나트륨 조명에 각각 중앙제어형과 개별제어형 디밍 시스템을 시범 적용했으며 조사 결과, 효과가 우수한 것으로 나타났다고 밝혔다. 중앙제어형은 설치비 700만 원, 전기료 절감액은 연간 2200만 원, 투자비 회수 기간 3년 2개월로 나타났으며 개별제어형은 설치비 1000만 원, 전기료 절감액 연간 2700만 원, 투자비 회수기간 3년 6개월로 나타났다.

이에 따라 여주~양평 간 고속도로에도 디밍 시스템을 적용, 터널 입 · 출구부 6곳에 위치한 가로등(117개)에 중앙제어형 디밍 시스템을, 양평나들목 구간 가로등(150개)에는 중앙제어형과 개별제어형을 결합한 복합형 디밍 시스템을 각각 적용했다.
터널 입 · 출구부에 중앙제어형 디밍 시스템을 적용할 경우 램프 광속 변화와 등기구 오염도 등을 감안해 적정 조도로 운영하면 상시 점등 대비 최대 29%, 격간 소등 대비 최대 2%의 에너지를 절감할 수 있다. 복합형 디밍 시스템을 적용하는 양평나들목구간에는 교통량이 적은 심야시간대에 2분의 1 감광을 실시해 상시 점등 대비 최대 40%, 격간 소등 대비 최대 16%의 에너지 절약 효과를 낼 전망이다. 도로공사 측은 올해 디밍 시스템을 연구과제로 책정했으며 향후 적용방식과 그 여부를 결정할 방침이다.
이 외에도 전국 터널 조명의 운영 상태를 한눈에 파악하는 전자지도시스템 구현을 추진하고, 올해 태양광과 풍력으로 발전하는 하이브리드 가로등 30본을 설치할 계획이다. 또한 야외 밝기와 교통량에 따라 터널 조명의 밝기를 조절하는 시스템을 개선하고, 풀 컷오프Full-Cutoff형 조명기구를 사용하는 등 조명 설계와 배광 개선을 통해 빛 공해 발생도 억제해 나갈 방침이다.

일본 도로조명의 LED화
일본은 도로조명을 LED로 교체함으로써 고효율화 및 에너지 절약 효과 그리고 전기료 저비용 등의 다각적인 효과를 확인했다. 아울러 2011년 전기용품안전법 개정으로 LED조명기구의 안전성을 더욱 향상해 LED 제품을 안심하고 사용하게 됐다. 일본은 향후 비용 대비 효과를 고려해 각 지역마다 도로조명 LED화를 확대할 방침이다.
일본은 2010년 도로조명에 LED를 도입하기 시작했다. 고압 나트륨등을 많이 사용해 왔으나 차츰 LED 도로등이 연색성 등이 우수하며 색상의 감각을 반사하지 않는 빛인 백색광 LED을 채택해 설치를 진행 중이다. 기존 도로조명의 수은등 200W를 LED로 대체 시 소비 전력은 동등하지만 LED의 발광 효과가 더 뛰어난 것으로 분석했으며 LED 보급확대로 50% 정도 소비 전력을 절감하는 제품이 실용화될 것으로 전망한다. 아울러 도로면 밝기를 일정하게 유지하는 제어를 실시해 약 6만 시간 이상 동등한 밝기의 점등이 가능하고 사용 에너지량 절감과 안전하고 쾌적한 도로를 지향한다.
LED는 스마트그리드 통신 제어와 연계해 편리하게 통신을 통해 조명 제어가 가능하다. 원격 조광제어로 초기 설치의 불필요한 밝기를 억제, 초기 조도 보정 제어, 심야의 교통량이 적은 시간대에 조도를 떨어트리는 단조광 제어, 동체 감지 센서를 통한 밝기를 제어할 수 있다. 이처럼 조명에 다양한 방법의 기술을 접목시킬 시 한층 더 효율적인 에너지 절약 효과가 기대된다.

일본 방범등의 LED화
밤길의 안전을 지켜주는 방범등 또한 LED화로 급격하게 변화하는 중이다. 전력 회사의 공중 가로등의 구분이 10VA 이상으로 신설됐으며 이에 형광등 20W 상당의 밝기를 가진 LED 방범등을 도입했다. 또한 수은등 40W 상당 밝기의 LED도 도입해 에너지 사용을 절감했다(<그림 1> 참조).
일본 방범 등의 설치 기준은 일본 방범 설치 협회 '방범 등의 조도기준'에 따른다(<표 1> 참조). ' 도로조명기준'의 경우 주택 지역의 조도 기준에 맞춰 교통량이 많은 도로에 맞게 A클래스, 교통량이 적은 도로에 맞게 B클래스로 분류한다(<표 2>참조). 각 클래스에서는 4m 앞 사람의 시인성*에 따라 연직면조도*를 정한다. 최근 LED 방범등 보급이 확대돼 형광등과 비교 시 빛의 지향성이 강하고 도로 가장자리에 빛이 조사되지 않는 상황을 감안해, LED 방범등에서는 도로 가장자리 빛 밝기의 기준치를 추가한 클래스 B+가 정해졌다(<표 3>, <그림 2>, <그림 3> 참조). 아울러 수평면 조도, 휘도가 우수하며 기존 방범등보다 잘 보여 밤에도 안심하고 길을 다닐 수 있어 주민 평가에서 좋은 점수를 받았다. 이에 LED 방범등 도입의 유효성을 재확인했다.


* 위 이미지를 클릭하시면 크게 보실 있습니다.

LED 방범등의 요구기준으로는입력전압 100V(±6%, 입력용량 20VA 이하), 사용가능 주변온도 영하 10℃~35℃, 광학 성능은 방범등 조도 기준 SESEI1901-2 B클래스를 만족하며 설치 간격 14m 이상 시 도로 양쪽 측면 0.5m 내 최소 0.5lx를 확보해야 한다. 아울러 주변 주택에 영향을 최소화하기 위해 배광 및 상향 광속비는 약 5% 이하여야 한다.

* 시인성(Visibility): 대상물의 존재 또는 모양이 원거리에서도 식별이 쉬운 성질. 유목성 혹은 주목성과 구별되며, 명도 차가 클수록 시인성이 높다.
* 연직면 조도(Vertical Illumination): 어떤 점의 조도의 수평 성분. 이 점을 통하는 연직면에 수직이기 때문에 연직면 조도라 한다. 이와 같은 연직면은 무수하게 있으므로 그 방향을 지정할 필요가 있다.

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태그 : 전력대란 고효율 조명이 대안
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