감광보상률·광손실률

왜 배우는가: 감광보상률과 광손실률은 조명 계산에서 초기 광속을 실제 사용 조건의 유지 조도로 바꾸는 핵심 보정 계수다. 설계 조도와 기구 수량이 이 값으로 결정되므로 실무 설계 검토와 기술사 1교시 용어 문제에서 반복적으로 출제된다.

출제 이력: 제125회 1교시 8번, 제103회 1교시 11번, 제92회 1교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

광손실률(LLF)은 초기 조도에 대한 유지 조도의 비율로, 시간 경과에 따른 광출력 감소와 오염 등을 반영하는 보정계수이다.

• 광손실률(LLF)
• 감광보상률
• 유지율(MF)
• 회복 가능 요인
• 회복 불가능 요인
• 램프 광속 감소(LLD)
• 기구 오염 감소
• 실내 표면 오염 감소(RSDD)

2. 개념 풀이

쉽게 말하면, 조명기구를 새로 설치했을 때의 밝기와 몇 년 뒤 실제 작업면의 밝기는 다르다. 이 차이를 수치로 나타낸 것이 광손실률이다. 설계 단계에서 이 차이를 미리 넣어야 준공 후에도 설계 조도를 만족한다.

광손실률은 광원의 광출력이 시간에 따라 줄어드는 비율, 기구와 실내 표면에 먼지가 쌓여 빛이 줄어드는 비율, 주위 온도와 전압 같은 운전 조건의 영향을 모두 곱한 값이다. 식으로는 다음과 같이 쓴다.

$E_m = E_i \times LLF$

여기서 E_m은 유지 조도(lx), E_i는 초기 조도(lx), LLF는 광손실률(무차원)이다.

광손실률(LLF, Light Loss Factor) 은 기준 상태 대비 유지 상태의 광출력 비율이며, 여러 개의 손실 인자를 곱해서 구한다. 이 값은 통제된 실험실 조건의 광출력을 실제 대상 공간 조건에 맞추는 역할을 한다.

감광보상률 은 설계 용어로서 광손실률과 같은 의미로 쓰이며, 초기 설계 광속에 감광분을 보상해 넣는 계수라는 뜻이다. 감광보상률은 보통 유지율(MF, Maintenance Factor)과 같은 개념으로 설명된다. 유지율은 기간이 지난 뒤 조도가 초기 조도에 비해 얼마나 남는지를 나타내는 비율이다.

회복 가능 요인 은 청소나 램프 교체처럼 관리로 원래 값에 되돌릴 수 있는 손실이다. 예로 기구 반사갓과 커버의 먼지, 실내 벽·천장 표면의 먼지가 있다.

회복 불가능 요인 은 램프 자체의 광속 감소처럼 관리로 되돌릴 수 없는 손실이다. 램프 수명 동안 발광 효율이 떨어지는 것이 대표적이다.

3. 등장 배경과 필요성

조명 계산은 초기에 측정된 램프 광속과 기구 효율을 기준으로 시작한다. 그러나 실제 건물에서는 램프가 노화되고, 기구와 실내 표면에 먼지가 쌓이며, 실내 온도와 전압이 설계 조건과 다르다. 이 차이를 설계에 반영하지 않으면 준공 직후에는 과다한 조도가 나오고 운영 중 후반에는 기준 조도에 미달하게 된다.

이 문제를 해결하기 위해 설계 계산에서 손실 인자를 미리 곱해 유지 조도 기준으로 기구 수를 정하는 방식이 정착되었다. 총광속법에서 기구 수량 N은 작업면 면적 A, 설계조도 E, 기구 광속 F, 조명률 U, 보수율 M으로 $N=\frac{AE}{FUM}$ 와 같이 구하며, 여기서 M이 광손실을 반영하는 항이다.

또한 에너지 절감과 유지관리 계획에도 필요하다. 청소 주기와 램프 교체 주기를 정하면 회복 가능 요인을 줄여 유지 조도를 높게 유지할 수 있고, 불필요한 초기 설치 기구 수를 줄여 투자비와 전력을 함께 절약할 수 있다.

4. 구성요소·원리·절차

감광보상률은 시간이 지나며 광출력이 줄어드는 정도를 1 미만의 계수로 나타낸 값이다. 광손실률(LLF, Light Loss Factor)은 같은 계수를 손실 쪽에서 부르는 말이며 설계 실무에서는 두 용어를 같은 뜻으로 쓴다. 설계 조도는 초기 조도에 이 값을 곱한 유지 조도로 맞춰 계산한다.

손실 요인은 구성요소별로 나누어 본다.

회복 불가능 요인은 램프와 안정기 자체의 특성이라 청소나 보수로 되돌릴 수 없다. 회복 가능 요인은 먼지와 오염이 원인이라 청소와 일괄 교체로 줄일 수 있다. 설계 단계에서는 회복 불가능 요인을 먼저 반영하고, 회복 가능 요인은 청소 주기와 함께 정한다. 컴퓨터 계산에서는 정격 램프 광속의 10~15% 를 감소치로 입력하는 방법이 널리 쓰인다.

초기 조도와 유지 조도의 관계는 다음과 같다.

$E_m = E_0 \times LLF$

E_m은 유지 조도(lx), E_0은 초기 조도(lx), LLF는 감광보상률(무차원, 1 미만)이다.

손실 요인이 여러 개이면 각 요인의 곱으로 구한다.

$LLF = LLD \times BF \times ATF \times LDD \times RSDD$

조명기구 수 산정식은 총광속법의 식을 그대로 쓴다. 보수율 자리에 감광보상률을 넣는다.

$N = \frac{AE}{FUM}$

N은 조명기구 수, A는 작업면 면적(㎡), E는 설계 조도(lx), F는 램프 광속(lm), U는 조명률, M은 여기서 LLF 값이다.

설계 절차는 다음 순서로 진행한다.

• 대상 공간의 설계 조도 E와 작업면 면적 A를 정한다.
• 광원의 정격 광속 F와 조명기구의 조명률 U를 정한다.
• 요인별 손실률을 제조사 자료와 설계 표에서 구한다.
• 요인을 곱해 LLF를 구하고 유지 조도 E_m을 계산한다.
• 식 N = AE/(FUM)에 LLF를 넣어 기구 수를 산출하고 배치를 정한다.

유지 조도는 초기 조도에 감광보상률을 곱한 값이며, 설계 조도는 유지 조도 기준으로 맞춘다.

5. 관련 법령·기준·표준

감광보상률 자체에는 법정 기준값이 없다. 값은 램프·안정기 제조사 자료와 설계 표에서 정하고, 설계 결과가 법정 작업장 조도를 만족해야 한다. 작업장 조도 기준은 「산업안전보건기준에 관한 규칙」의 작업 구분별 최저 조도로 정해져 있으며, 다만 갱내 작업장과 감광재료를 취급하는 작업장은 적용되지 않는다. 유지 조도가 이 기준보다 낮아지지 않도록 초기 설계 조도를 높여 잡는다.

위 표의 값은 작업면에서 요구하는 최저 조도다. 감광보상을 거친 유지 조도가 이 값 이상이어야 법정 기준을 만족한다. 감광보상률은 계산 방법과 요인 구성이 설계 기준마다 다르므로, 실제 설계에서는 적용한 기준의 요인과 값을 함께 명기한다. 초기 조도로 시뮬레이션했다면 그 사실을 결과에 명시한다.

다음 표는 두 값을 설계 단계에서 쓰는 위치를 비교한다.