월간전기



[전력대란, 고효율 조명이 대안 ③] 사무실 조명 효율적 배치 설계, 동철식 형광램프를 직관형 LED 교체 시 40% 절감

2013-01-22

업무시설에서 조명으로 소비하는 에너지 비중은 열원 다음으로 높다. 일본 (재)에너지절감센터에 따르면 전체 에너지소비 중 열원이 31%를 차지하고 그 다음 조명이 21%로 콘센트와 비슷한 비중으로 많은 에너지를 소비하는 부분이다. 그 만큼 업무시설에서 조명이 차지하는 에너지사용이 많아 최근 에너지절약운동에 따라 고효율 조명기구로 교체하는 경우가 많아지고 있다. 고효율 조명기구로 교체함으로써 에너지절감은 물론 쾌적한 업무환경과 사용자의 건강 또한 개선하는 여러효과를 누릴 수 있다. 정리 김미선 객원기자 업무시설의 소비 에너지 중 조명 에너지 사용비율은 높은 편이다. 일본 (재)에너지절감센터 조사에 따르면 업무시설에서 조명 에너지 비율은 전체 에너지 사용의 21%, 주택은 16%로 나타나 에너지 절감을 기대하는 항목으로 주목한다. 조명을 통한 에너지 절감 방법으로는 고효율 조명기구로 교체와 최적의 조명기구 배치 설계가 있다. 지금부터 사무실에서의 효율적인 조명기구와 그 배치에 대해 살펴보자. 사무실 조명의 요건 조명기구와 그 배치를 고려하기 전에 먼저 사무실에서 최소한의 조명 조건이 필요하다. 사무실은 사용 시간이 길기 때문에 장시간 시기능視機能을 확보해 눈이 피로하지 않은 조명을 선택할 필요가 있다. 다음은 이를 위한 중요 항목이다. Ⅰ. 시각대상이 잘 보이고 밝기가 균등할 것. Ⅱ. 눈부심으로 업무에 지장을 주지않을 것. Ⅲ. 얼굴이 잘 보이고 공간 밝기 감도를 확보할 것. 시각 대상이 잘 보이고, 밝기가 균등할 것 책상면 조도와 균제도均齊度(Uniformity factor, 실내의 고조도 부분과 저조도 부분의 비)를 참고한다. 조도는 어떤 곳으로 들어가는 빛의 양을 표시하는 lx(룩스)라는 단위로 표시한다. 균제도는 최소 조도 및 평균 조도로 값을 낸다. 이 값이 작으면 작업 영역 내에서의 명암이 커지고 눈이 피로해진다. JIS Z9110에서는 사무실에서 작업 면 권장 조도를 750lx, 사무실에서 일반적으로 행하는 실내 작업의 보통 시작업에서는 균제도를 0.7 이상으로 정하고 있다. 특히 책상 배치가 사전에 결정돼 있지 않은 경우 수평면 조도의 변화는 가능한 작아야 한다. 일본(사)조명학회의 오피스 조명 설계 기술 지침에도 권장 조도가 정해져 있는데, 일반적으로 서류 작성 등과 같이 다소 정밀한 시작업에서는 750lx로 규정돼있다. 단, 주의할 것은 JIS 및 오피스 조명 설계 기술지침에서 권장하는 조도는 '작업 면에서의 평균 조도'라는 점이다. 이 작업 면은 설계자가 규정하는 것으로, 반드시 집무 영역 전체를 나타내는 것은 아니다. 공간 전체의 조도는 억제하고 업무를 위한 부분 조명으로 작업 면의 조도를 권장 조도까지 끌어올리는 방법(태스크 앰비언트 조명, Task-ambient Lighting)을 이용해 에너지 절감을 더욱 높일 수 있다. 눈부심으로 업무에 지장을 주지 않을 것 UGR(Unified Glare Rating)이라고 하는 글레어Glare(눈부심)의 지표가 있다. UGR에 대한 상세 설명은 국제조명위원회(CIE: Commission Internationale de I'Eclairage)가 발행하고 있는 CIE 117 및 JIS Z 9110을 참고하면 된다. JIS Z9110에는 권장 UGR이 규정돼 있는데, 사무실에서는 19 이하를 권장한다. 또, 업무에 지장을 주지 않기 위해서는 손 그늘이 져서 어두워지지 않도록 하는 것도 중요하다. 발광부가 큰 조명기구를 이용하거나 다방면으로 작업하고 있는 부분에 빛이 들어오도록 조명을 배치하는 것은 이를 방지하는 좋은 방법이다. (좌)조도 415㏓, Feu 값 9.5의 공간 (우)조도 290㏓, Feu 값 12.5의 공간 얼굴이 잘 보이고 공간 밝기 감도를 확보할 것 사람의 얼굴이 보이는 방법으로 연직면 조명과 평균 황색 평가수(Ra)가, 공간의 밝기 감도로는 일본 파나소닉이 개발한 'Feu'라는 지표가 존재한다. 사무실 업무는 대화 등 커뮤니케이션을 진행하는 시간도 많으므로 사람의 표정을 쉽게 알아야 할 필요가 있다. 오피스 조명 설계 기술 지침에서는 착석한 인물의 표정이 자연적으로 보이기 위해 마루 위 1.2m의 연직면 조도가 150lx 이상 필요하다고 되어 있다. 평균 황색 평가수는 색깔을 보는 방법의 충실성을 표시하는 지표로, 태양 아래에서의 색감을 기준(Ra100)으로 하고, 그때의 색상 차이를 표시하는 것이다. JIS Z 9110에서 사무실의 권장 최소 Ra 값을 80으로 규정하고 있다. 일반적으로 Ra 값이 낮을 경우 안색이 좋지 않게 보이고, 업무에도 부정적 영향을 끼칠 수 있다. 또한 수평면 조도가 높아져도 사무실의 벽 및 천장이 어두운 경우 공간 전체가 어두운 분위기가 돼 업무 환경으로써 최적의 공간을 제공하지 못한다. 사무실을 쾌적하게 유지하기 위해서는 사무실 전체의 밝기 감도를 높일 필요가 있다. 그러나 지금까지 공간의 밝기 감도에 대한 연구도 많고 중요성은 언급돼 온 반면, 이를 정량적으로 나타내는 지표는 없었다. 일본 파나소닉이 개발한 Feu는 이 공간의 밝기 감도를 정량적으로 표시할 수 있는 지표로, 시뮬레이션 및 실측 모두 가능하다. 일반적인 사무실에서는 Feu 값이 10~16이 표준이다. 사무실 조명기구의 배치 앞서 언급한 Ⅰ~Ⅲ의 조명 요건을 기준으로 사무실의 조명기구와 그 배치를 고려해야 한다. 배치하기 전에 기구 대수를 산출해 본다. Ⅰ의 시지각 대상을 좋게 하기 위해 필요한 조도, 상면적, 사용할 기구의 데이터를 산출한다. 배광이 좁은 기구의 경우 수평면 조도는 확보하기 쉽지만, 균제도가 낮은 공간이 돼버리는 경우가 있기에 주의가 필요하다. 요건 Ⅱ에 대해서는 먼저 광원 등의 고휘도 부분(조도가 있는 면에 '들어가는'빛의 양에 대해, 휘도는 있는 면에서 '나가는'빛의 양을 표시하는 단위)을 사람이 직시하지 않도록 할 필요가 있다. 또, 연직각 60°이상의 빛이 눈부심에 크게 영향을 주므로 그 부분의 빛을 제어할 필요가 있다. 이에 대해서는 루버Louver 부착 기구를 사용해 제어 가능하다. Ⅲ의 요건을 충족하기 위해서는 연직면 조도가 중요하지만, 배광이 좁은 경우 연직면 조도를 확보하기 어렵다. 다운라이트만으로 조명 설계를 하는 경우 특히 주의가 필요하다. 절전을 위해 조광 및 기구간 사이를 넓게 설치하는 것도 조도 확보가 어려워지므로 주의한다. 얼굴색을 좋게 하기 위해서는 평균 황색 평가수 Ra가 중요하지만 LED 조명기구 중에서는 그 값이 낮은 것도 많아 LED 조명기구를 사용할 때에는 확인이 필요하다. 밝기 감도의 확보에 대해서는 공간의 밝기 감도는 천장·벽·마루의 휘도가 높을수록 높아지기에 벽면에 빛이 도달하도록 기구를 배치하거나 천장에 빛이 도달하도록 설계된 기구를 사용해야 한다. 가령 천장에서 간격을 두고 아래로 떨어진 펜던트형 조명기구를 선택할 수 있을 것이고 아니면 천장 면을 깔끔하게 정돈한 느낌의 매립형 조명기구를 선택할 수 있을 것이다. 밝기 감도를 능숙하게 활용함으로써 필요 없는 빛은 제거하고 에너지 절감 및 쾌적성을 유지하는 사무실을 실현할 수 있다. 특히, 앞서 소개한 태스크앰비언트 조명 방식의 경우 조도를 억제해도 밝기는 가능한 한 손실되지 않도록 하는 것이 중요하다. 에너지 절약형 조명으로 교체 시 주의사항 앞서 언급한 배치를 고려하면서 에너지 절감성이 높은 조명기구를 사용한다면 쾌적하고 경제적인 조명 공간을 실현할 수 있다. 예전부터 조명 설비의 유지 보수를 잘 하지 않는 업무시설에서는 동철식 형광램프 기구를 이용하는 경우가 많다. 그런데 이를 Hf 형광램프로 바꾸면 약 20%, 직관형 LED로 바꾸면 약 40%의 에너지 절감이 가능하다. 기설된 형광램프 조명기구를 에너지 절감을 가능케 하는 기구로 바꾸는 경우 주의할 점이 있다. Hf형광램프 기구에는 정격 출력형 PN이라는 방식과 이보다 출력이 높은 고출력형 PH라는 방식이 존재한다. 용도에 따라 각각 적재적소에 사용하는 것이 중요하다. 기구에 따라서는 초기 조도 보정 기능이 있다. 일반적으로 조명 설계는 기구의 오염을 예상하고 행하기 때문에 사용 초기에는 설계한 조도보다 조도가 높다. 초기 조도 보정 기능이 있는 기구는 초기 출력을 낮추고 과잉 조도를 억제하기 때문에 필요 없는 전력을 절감할 수 있다. 또 1등으로 2등용 동철식 형광램프 기구와 동등한 밝기에 수명도 약 2배인 Hf 형광램프 기구도 있다. 이 기구를 사용함으로써 에너지 절감이 가능해진다. 직관형 LED로 교환할 경우 주의사항은 이렇다. 일반적으로 직관형 형광램프는 G13이라는 꼭지쇠가 있다. 최근 몇 년간 유통된 직관형 LED 램프도이 G13 꼭지쇠와 호환성이 있다는 인식이 있지만, 안전성에 문제점이 발견된 바 있다. G13 꼭지쇠를 가진 직관형 LED 램프의 점등 방식은 DC(직류) 전원 내장형과 비내장형 두 가지로 대별되는데, DC 전원 내장형에는 상용 전원 직결형, 기설 안정기 접속형의 두 가지 방식이 존재한다. DC 전원 비내장형은 형광램프 안정기 대신 전용 DC 전원을 장착한 DC 입력형으로 돼 있다. 같은 꼭지쇠를 가지면서도 각각의 점등 방식에는 호환성이 없어, 실사용자의 오해로 다른 방식의 LED램프를 장착한 경우 과열 및 발연의 위험이 보고되고 있다. 또, 한쪽의 핀을 꼭지쇠에 끼워 넣은 상태에서 반대쪽 핀을 접촉하면 감전 위험이 있는 타입도 있다. <표 1>에 점등 방식의 구별법과 위험성을 정리했다. 이 외에도 기구의 수명이 다했음에도 이를 상관하지 않고 램프만 교환하는 경우의 위험성과 광학성능, 중량, 품질 면의 문제 등 많은 지적사항이 있다. * 위 이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다. 이처럼 시장에서 유통되는 G13 꼭지쇠의 직관형 LED 램프는 형광램프의 대체 광원으로 취급하기에는 안전 및 성능 측면에서 부족해 문제가 되고 있다. 이런 문제를 해결하기 위해 (사)일본전구공업회는 2010년 10월 'L형 꼭지쇠 부착 직관형 LED 램프시스템'의 규정(JEL 801)을 제정했다. 이후 각 제조업체가 이 규격에 맞는 상품을 발매함으로써 시장이 건전하게 발달하고 사용자가 안심하고 사용할 수 있는 환경이 정비될 것을 기대한다. JEL 801의 대상 범위는 앞서 언급한 직관형 LED 램프의 점등 방식 세 가지 중 DC 전원 비내장형으로 한정하고 있다. 대상을 한정함으로써 동일 점등 방식에서는 호환성을 유의하고 있다. 규격화에 있어 DC 전원 비내장형을 대상으로 한 점은 타 방식과 비교해 효율을 쉽게 높이기 위한 것으로 판단된다. 또한 안전성을 고려해 권장 외 램프가 장착되는 위험성을 막기 위해 새로운 꼭지쇠를 제정했다. 새로운 L형 꼭지쇠는 급전 측(2개 핀)과 접지 측(1개 핀)이 반대편에서 구성된다(사진 참조). 급전 측, 접지 측이 동시에 빠지는 것을 방지할 수 있는 핀 모양으로 되어 낙하의 위험을 낮춘다. 또 한쪽 급전 방식으로 함으로써 램프 장착 시 사용자의 오해로 타 방식의 램프 핀에 접촉하는 경우에 감전의 위험이 없다(<그림 2> 참조). 더불어 광학 성능 및 전기 특성에 대한 내용도 기재돼 있어, 평소 사용 시 다양한 관점에서 안전 측면과 성능 측면으로 배려한 규격이다. 램프가 올바르게 장착됐음을 검출하는 회로를 설계함은 물론, 이 외에도 만일 이상 상태가 발생한 경우에는 안전을 우선으로 동작하도록 요구하고 있다. <표 2>에 JEL 801 직관형 LED 램프의 규격 개요를 정리했다. * 지금까지 사무실 조명에 대해 설명했다. 사무실은 일과 중 장시간을 보내는 장소로 쾌적한 업무 환경조성과 에너지 절감 운동의 일환으로 LED 조명기구를 도입하는 경우가 많다. 그러나 앞서 설명한 바와 같이 설치 장소와 제품 종류에 따라 안전성을 반드시 확인해야 하는 경우도 있으므로 이 점에 신경써야 한다. 또한 조명기구 제조업체는 올바른 지식을 시장에 제공하고, 사용자는 그 지식을 기반으로 올바른 조명기구를 선정하길 바란다. < Energy News >