조명률·유지율·연색성·색온도

왜 배우는가: 조명률과 유지율은 광속법으로 설계 조도를 산정할 때 빠지지 않는 보정계수이고, 연색성과 색온도는 광원을 고를 때 시환경 품질을 판단하는 기준이다. 두 묶음 모두 기술사 시험에서 용어 정의와 논술 문항으로 반복해 출제된다.

출제 이력: 제139회 3교시 4번, 제134회 1교시 1번, 제128회 1교시 10번, 제114회 3교시 3번, 제109회 1교시 10번, 제102회 1교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄 정의: 조명률은 전광속 중 작업면에 도달하는 비율이고, 유지율은 사용 후 조도가 유지되는 비율이다.

• 조명률(Utilization Factor, UF)
• 유지율(Maintenance Factor, MF)
• 광속법(평균조도를 광속으로 산정하는 방법)
• 연색성(Color Rendering)
• 연색평가지수(Ra)
• 색온도(Color Temperature, CCT)
• 흑체(모든 빛을 흡수하고 온도만으로 복사하는 이상적 물체)

2. 개념 풀이

조명률은 쉬운 말로 전구가 낸 빛 중 책상 위로 실제 떨어지는 몫이다. 천장과 벽이 어두우면 빛이 흡수되어 작업면에 닿는 양이 줄고, 갓이 위쪽만 비추면 바닥 쪽 광속이 부족해진다. 정식으로는 조명기구가 방출한 전광속에 대한 작업면 입사 광속의 비로 정의하며, 단위가 없는 무차원 값이다.

조명률은 실지수(실의 가로·세로 크기와 작업면에서 광원까지 높이로 정한 값), 반사율(천장·벽·바닥이 빛을 되돌리는 비율), 배광(기구가 빛을 방향별로 나누는 분포)에 따라 달라진다. 실지수가 클수록 빛이 아래로 직접 도달하는 비율이 커져 조명률이 높아진다.

광속법에서는 다음 식을 쓴다.

$E=\frac{N \cdot F \cdot U \cdot M}{A}$

여기서 E는 평균조도[lx], N은 광원 수, F는 광원 1개당 광속[lm], U는 조명률, M은 유지율, A는 작업면적[㎡]이다. 같은 광원과 면적이라도 U와 M이 작으면 필요한 광원 수가 늘어난다.

유지율은 쉬운 말로 새 설비 때 맞춘 조도가 몇 년 뒤 얼마나 남는지를 나타내는 비율이다. 정식으로는 초기 조도에 대한 일정 기간 사용 후 유지 조도의 비로 정의한다. 원인은 램프 광속 감소, 광원 고장, 기구 오염, 실내 표면의 오염과 열화이다. 설계에서는 청소 주기와 램프 교체 계획을 함께 정해 유지율을 가정한다. 유지율을 실제보다 높게 잡으면 준공 직후에는 기준을 만족하고 운용 중에는 조도가 부족해지는 결과가 생긴다.

연색성은 쉬운 말로 같은 빨간 옷이라도 전등에 따라 다르게 보이는 정도이다. 정식으로는 기준 광원 아래에서 보이는 색과 비교해, 광원 아래 물체색이 얼마나 충실하게 재현되는지를 뜻한다. 연색성은 광원 아래 물체색이 기준 광원 아래와 얼마나 같게 보이는지를 나타낸다. 대표 지표는 연색평가지수(Ra)이며, 최댓값이 100이고 100에 가까울수록 자연광에 가깝게 재현한다. Ra는 평균적 재현 성능을 보여 주므로, 특정 색을 정확히 구분해야 하는 작업에서는 개별 색에 대한 지표를 따로 확인한다.

색온도는 쉬운 말로 빛이 따뜻하게 보이는지 차갑게 보이는지를 나타내는 값이다. 정식으로는 광원의 빛색과 같은 색을 내는 흑체의 절대온도[K]로 정의한다. 색온도가 낮으면 붉은 기가 강하고, 높으면 푸른 기가 강하게 느껴진다. 형광등이나 LED처럼 흑체 곡선과 정확히 일치하지 않는 광원은 가장 가까운 흑체의 온도인 상관 색온도(CCT)로 표시한다. 색온도는 빛의 색 인상이고 연색성은 물체색 재현 품질이므로, 색온도가 같아도 Ra는 다를 수 있다.