조명 설계 - 조도 계산

전기 전문 블로그 "전기만 33년"입니다. 이번 포스팅에서는 조명 설계의 가장 중요한 부분인 조도 계산에 대하여 알아보겠습니다. 조도 기준을 무엇으로 선정할 것인가부터 실제 조도 계산을 하고 조명 기구를 배치하는 것까지 차례로 알아보겠습니다.

 

조도 계산에 대한 기본을 아래와 같이 설명합니다.

 

1. 조도 기준 선정

1) 조도 기준 확인 

조명이 설치되어야 하는 장소에 대한 조도 기준을 확인합니다. KS나 IEA 기준이나 발주처의 SPEC 상 요구 조도 기준을 확인합니다.

 

2) 방지수[실지수]

방의 크기와 형태는 빛의 이용에 많은 영향을 미치고 있다. 넓고 천장이 낮은 방은 천장이 높은 방에 비하여 빛의 이용률이 좋은데, 이것은 방바닥 면적에 비례하여 빛을 흡수하는 면적이 적어지기 때문이다. 그러므로 방지수는 조명에 대하여 방의 형태를 나타내는 지수다. 즉 방의 형태, 크기, 광원의 위치 등으로 결정되는 지수다.

 

[표 D7-7] 방지수와 기호

방지수	5.0	4.0	3.0	2.5	2.0	1.5	1.25	1.0	0.8	0.6
기호	A	B	C	D	E	F	G	H	I	J

 

 

여기서, X : 방의 가로 길이

Y : 방의 세로 길이,

H : 피조 면에서 조명기구까지의 높이

 

3) 반사율

실내면의 반사율은 건축마감 재료에 의하여 결정되므로 마감 재료에 따른 반사율은 [표 D7-8]에서 구한다.

가. 천장의 반사율 80% 이상, 벽면은 50~60%, 바닥은 15~30%로 하는 것이 좋은 환경을 이룰 수 있다.

나. 조명률에 대한 반사율은 천장의 영향이 가장 크고 벽이 다음이다.

다. 커튼이나 블라인드가 없는 유리창은 반사율은 실무적으로 10%로 취급한다.

라. 항상 커튼이나 블라인드가 있는 창문은 그 반사율을 취한다.

마. 벽면 반사율의 영향은 천장에 가까운 부분일수록 크고 하부는 그다지 큰 영향을 미치지 못하므로 상부 벽의 반사율을 중시한다.

바. 조도계산상의 오차를 최소로 하기 위하여 반사율의 값은 전체적으로 낮춰서 취한다.

 

4) 조명률

조명기구에 부착된 램프에서 얻어지는 광량 중 조명계산이 되는 면(피조면)에 도달하는 광량의 비율을 나타낸 것이다. 조명률은 다음과 같은 조건에 의해 결정된다.

가. 조명기구의 광학특성(기구효율 및 배광특성)

나. 방의 형태 및 천장 높이

다. 조명기구의 부착 위치

라. 천장, 벽, 바닥의 반사율

 

5) 감광보상률

가. 조명기구는 사용시간의 경과와 함께

① 램프의 광속 감퇴

② 조명기구의 광학적 효율과 열화

③ 램프 및 조명기구 표면의 오염과 먼지에 의한 빛의 흡수 등이 진행되고, 그 결과 작업면의 조도는 점차 감소되어 간다. 이와 같은 조도의 감소를 예상하여 소요 전광 속에 여유를 취하는 정도를 ‘감광보상률’이라 한다.

 

나. 조명설비의 사용과 함께 조도가 저하되는 요인

① 램프의 동정특성

② 램프의 수명과 램프교체의 관리방법

③ 조명기구의 오손특성

④ 조명기구의 열화특성

⑤ 램프의 오손특성

⑥ 실내 주요반사면의 오손특성 및 변․퇴색 특성

 

다. 조명기구의 카탈로그에서의 감광보상률의 값 선정

① 상 : 먼지가 적은 장소에서 청소보수의 상태가 양호한 경우

② 중 : 보통 환경에서 적당한 청소가 가해지는 경우

③ 하 : 먼지가 많고 청소․보수를 충분히 할 수 없는 경우

 

 

2. 평균 조도 계산

1) 필요한 총 광속의 계산

평균 조도를 만들기 위해 필요한 총 광속을 계산합니다.

여기서, FN : 필요한 총 광속 (lm), A: 방의 면적 (㎡), ED: 설계 조도(lx), U: 조명율, D: 감광 보상율

 

2) 조명 기구 1등당 광속 (Fu)

광원의 종류를 결정하고 조명 기구 1등당 광속(Fu)를 구합니다.

Fu = F1 x n (lm)

 

여기서, F1: 램프 1개당 광속(lm), n: 조명 기구 1대당 램프 수량

 

3) 조명 기구의 수량 계산 (ND)

4) 조명 기구의 배치도 작성

균등한 조도 분포를 얻기 위하여 조명 기구 배치도를 작성하고 간격을 조정한 후 실제 조명 기구 수량을 결정합니다.

 

5.)실제의 총 광속 (F)

여기서, Fu: 조명 기구 1등 당 광속 (lm), N: 실제 조명 기구 수량

 

 

6) 실제의 평균 조도 (E)

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7) 초기의 조도

 

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300x250

3, 조명 계산 샘플

12×18m인 일반사무실의 조명설계를 실시하시오. 단, 천장의 높이는 바닥으로부터 2.9m다. 반사율은 천장 75%, 벽 50%, 바닥 10%다.

 

1) 방의 특징

크기 : X=12[m], Y=18[m], A=12×18=126[㎡], Z=2.9[m]

반사율 : 천장 80[%], 벽 50[%], 바닥 10[%]

 

2) 조도

[표 D7-5]에서 G=400[lx]

 

3) 조명기구

FL 40W×2, 매입 하면루버형

 

4) 광원의 높이

작업면의 높이를 바닥 위 0.75[m]로 하면 다음과 같다.

H=2.9－0.75=2.15[m]

 

5) 광원의 최대간격

가. 광원의 최대간격 : S ≦ 0.9H, S ≦ 2.0

나. 광원과 벽과의 간격 : S0 ≦ 1.0

 

6) 방지수(K)

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7) 조명률(U)

조명기구 특성표에서 반사율의 천장 75%, 벽 50%, 바닥 10%에서 방지수 K(3.5)의 조명률 U=0.5, 방지수 D의 조명률 U=0.54이므로 방지수 2.4는 직선보간법으로 계산하면 다음과 같다.

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8) 감광보상률(D)

보통상태로 D=1.8

 

9) 소요 총광속의 계산

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10) 조명기구 1등당 광속(Fu)

광원의 종류는 형광램프 3파장 주광색 40W×2를 선정하면 다음과 같다.

 

Fu = F1 x n (lm) = 2680 x 2 = 5360 lm

 

11) 조명기구의 계산수량(N)

 

12) 조명기구의 배치도 작성

조명기구의 계산 수량은 53개로 하면 배치 균형이 맞지 않으므로 균등한 조도분포를 얻기 위하여 조명기구 간격을 2[m], 벽면과의 거리를 1[m] 이하로 하여 배치도를 작성하면 다음과 같이 54개의 조명기구가 필요하다.

 

13) 실제 총 광속 (F)

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14) 실제의 평균 조도 (E)

 

 

15) 초기의 조도

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