조도 측정 방법

왜 배우는가: 조도 측정은 조명 설계 결과가 실제로 기준을 만족하는지 확인하는 기본 시험이며, 점검기준과 현장 측정 문항에서 반복해서 출제된다. 측정점 배치와 평균 산출법을 알아야 현장 판정과 답안 작성이 가능하다.

출제 이력: 제137회 1교시 8번, 제123회 3교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

조도 측정은 측정면 위 여러 점의 조도를 조도계로 읽고 그 평균과 균제도를 구하여 설계 기준과 비교하는 시험이다.

• 조도(照度, illuminance)
• 광전지 조도계(Photocell illuminometer)
• 단위구역 평균조도
• 1점법·2점법·5점법
• 측정 높이(작업면, 책상면)
• 균제도(uniformity ratio)
• 등조도 곡선(isoilluminance curve)
• 측정 시 주의사항(외광·온도·각도 보정)

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 조도 측정은 작업하는 면이 얼마나 밝은지를 계기로 재는 일이다. 조도는 면에 도달하는 광속을 면적으로 나눈 값이며, 단위는 럭스(lux, lx)다. 1lx는 1m²의 면에 1lm의 광속이 균일하게 비칠 때의 조도다.

정식 정의는 다음과 같다. 조도 측정은 작업면(desk level) 등 기준 높이에 정해진 측정점을 두고, 각 점의 조도를 조도계로 읽어 평균조도와 최대·최소 비를 구하는 절차다.

핵심 용어는 다음과 같다.

• 조도(illuminance, E): 면에 입사하는 광속을 면적으로 나눈 값이다. E = F/A 로 쓰며 F는 광속(lm), A는 면적(m²)이다.
• 광전지 조도계: 광전지 소자의 출력 전류가 조도에 비례하는 원리를 이용한 측정기다. 측정 범위와 보정 계수를 확인해야 한다.
• 평균조도: 측정점별 조도의 산술평균이다. 측정점 수와 배치에 따라 값이 달라진다.
• 균제도: 최소 조도에 대한 최대 조도의 비 또는 평균에 대한 최소의 비로 나타낸다.

3. 등장 배경과 필요성

조명 설계는 기준 조도를 정하고 광원 수와 배치를 계산한다. 그러나 시공 후 실제 값은 반사율, 유지율, 등기구 오차에 따라 달라진다. 그래서 준공 시점과 유지보수 시점에 현장 측정으로 설계값과의 차이를 확인해야 한다.

교육 시설에서는 점검기준이 책상면과 칠판면의 평균조도를 요구한다. 「학교 환경위생 및 식품위생 점검기준」은 교실의 평균조도를 300룩스 이상으로 하고, 최대와 최소 조도의 비를 3:1 이하로 정한다. 이 기준은 조도가 한쪽에 치우치지 않도록 균제도를 함께 관리하려는 목적이다.

측정이 없으면 설계 기준 미달이나 과잉 조명을 판정할 수 없다. 과잉 조명은 에너지 낭비와 눈부심 문제를 낳는다. 따라서 측정 방법을 통일하는 것이 필요하다. 1점법, 2점법, 5점법은 측정점 수와 배치를 달리하여 시간과 정확도를 맞바꾸는 방법이다.

4. 구성요소·원리·절차

조도 측정은 측정기(광전지 조도계)와 측정점 배치, 측정 절차로 구성된다. 측정기는 수광부의 분광 감도가 눈의 시감도에 가깝고 cos 특성이 좋은 것을 써야 한다. 측정값은 측정면의 평균조도와 균제도로 평가한다.

원리는 조도가 광도를 거리의 제곱으로 나눈 값에 비례한다는 점이다. 따라서 측정점이 등기구와 가까운 곳과 먼 곳에서 값이 크게 달라진다. 이 때문에 측정점을 고르게 배치하고 평균을 구한다. 측정 시 광전지는 입사광 방향에 민감하므로 측정면에 수직으로 놓는다.

$E = \frac{F}{A}$

E: 조도(lx), F: 면에 도달하는 광속(lm), A: 면의 면적(㎡). 1lx 는 1㎡ 면에 1lm 의 광속이 균일하게 비춰질 때의 조도다.

절차는 다음과 같다.

• 측정 대상 공간의 도면을 준비하고 등기구 배치도를 작성한다.
• 측정면 높이를 정하고 격자 또는 단위구역으로 측정점을 나눈다.
• 조도계를 0점 보정하고 측정면에 수직으로 놓는다.
• 측정점마다 값을 읽어 기록하고 등기구 점등 상태를 함께 적는다.
• 평균조도, 최고·최저 조도비를 계산하고 기준과 비교한다.
• 필요하면 등조도 곡선을 그려 분포 모양을 확인한다.

일반 측정은 평균조도와 균제도를 핵심으로 한다. 단위구역 평균조도는 1점법, 2점법, 5점법 등으로 구한다. 측정점 수가 많을수록 평균의 신뢰도가 높아지지만 현장 시간이 늘어난다.

5. 관련 법령·기준·표준

조도 측정의 기준은 「학교 환경위생 및 식품위생 점검기준」에 정해져 있다. 이 기준은 학교시설의 채광과 인공조명 점검에 쓰인다. 조도계는 광전지 조도계 규격(KSC-1601)에 적합하거나 동등 이상이어야 한다. 교실은 학생 책상면과 칠판면에서 각각 측정한다.

기준 체계의 특징은 평균조도만 보지 않고 최대와 최소의 비를 함께 보는 것이다. 평균이 기준을 넘어도 한쪽이 어두우면 시각 작업에 불리하다. 개정 연혁은 점검기준의 재검토 주기가 3년임을 명시하고 있다. 이 기준은 교육부 고시 형식이며, 재검토기한은 2022년 7월 1일 기준으로 매 3년째의 6월 30일까지다.

국제적으로 평균조도와 균제도를 함께 쓰는 것은 공통이다. 설계 기준의 세부 값은 국가별 기준을 따른다.

평균조도와 균제도, 최대·최소 조도비를 답안에 함께 쓴다.

6. 유형과 비교

조도 측정 방법은 측정 목적과 대상 면적에 따라 나뉜다. 가장 단순한 것은 측정점을 한 점씩 찍는 단일점 측정이고, 단위구역의 평균조도를 구할 때는 1점법, 2점법, 5점법을 쓴다. 세 방법은 측정점 수와 평균 산정 방식이 다르다. 점이 많을수록 평균의 신뢰도는 높아지지만 측정 시간은 늘어난다.