조명제어시스템

왜 배우는가: 조명제어시스템은 건축물과 가로등의 에너지 절약, 보수 관리, 빛공해 저감을 동시에 다루는 핵심 기술이라 실무에서 설계 기준을 좌우한다. 대형건축물 조명제어와 가로등 조명제어 문항이 함께 반복 출제되어 종류와 특징을 정확히 비교해 답해야 한다.

출제 이력: 제98회 4교시 2번, 제97회 2교시 5번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

조명제어시스템은 센서·타이머·통신망으로 조명의 점멸과 조광을 자동 제어해 불필요한 전력과 빛공해를 줄이는 설비이다.

• 조명제어: 점멸, 조광, 시간·조도·재실에 따른 자동 운전
• 주광 이용(Daylight Harvesting): 자연광 양에 맞춰 인공조명을 줄이는 방식
• 재실감지: 사람 유무를 감지해 소등하는 방식
• 조광제어: 광출력을 연속적으로 낮추는 방식
• 네트워크 조명제어(NLC): 원격 감시·조광·고장 감지를 통합한 방식
• 감광보상: 점등 초기 조도를 높여 보수율 저하를 보상하는 개념

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 조명을 필요한 때, 필요한 만큼만 켜는 기술이다. 사람이 없는 방은 끄고, 햇빛이 충분하면 밝기를 낮추고, 밤에는 정해진 시각에 켜는 방식이다.

정식으로는 조명제어시스템을 조명기구, 제어기기(센서·스위치·조광기), 통신·제어기(제어반·중앙관리장치)로 구성된 설비로 정의한다. 조명의 점멸과 밝기를 조건에 따라 자동 또는 원격으로 조정하여 에너지를 절약하고 조명 환경을 유지하는 것이 목적이다.

건축전기설비의 에너지절약은 조명제어시스템 구축, 광원·조명기구의 고효율화, 전원설비의 에너지절약, 에너지절약적 제어설비 사용으로 이루어진다. 조명제어는 이 가운데 운용 단계에서 실제 전력 절감을 만드는 핵심 요소이다.

조명제어는 크게 실내 쾌적성 확보 기술과 에너지 절약 시스템 기술로 나눌 수 있다. 실내 쾌적성 측면에서는 주광 해석, 주광 이용, 주광과 인공조명의 통합제어 기술이 쓰인다. 에너지 측면에서는 개별 스위치, 옥외등 자동점멸, 인체감지형 점멸, 측창 일광제어, 조명설비 자동제어 시스템이 쓰인다.

개념을 이해할 때 세 가지 기준을 함께 본다. 첫째는 무엇을 감지하는가(시간, 조도, 사람), 둘째는 어떻게 바꾸는가(점멸 또는 연속 조광), 셋째는 어디서 운전하는가(개별 또는 중앙 통합)이다.

주광 이용은 창으로 들어오는 자연광을 조명에 활용하는 것이다. 창측 전등군을 분리해 부분 점멸하는 방식이 기본 구성이다. 실내 조도가 기준을 넘으면 창측 조명을 줄이고, 부족하면 다시 켠다.

재실감지 제어는 적외선(PIR)이나 초음파 센서로 사람의 움직임을 감지해 점등 또는 소등한다. 일정 시간 무동작 상태가 지속되면 소등하는 지연시간이 필요하다. 지연시간이 짧으면 잦은 점멸로 사용자가 불편하고, 길면 절감 효과가 줄어든다.

조광제어는 광출력을 0~100%로 연속 조정하는 방식이다. 점멸보다 부드럽고, 주광 이용과 결합하면 조도를 목표값에 맞춰 유지할 수 있다.

네트워크 조명제어(NLC)는 통신망으로 각 등기구를 연결해 원격 감시·조광·고장 감지를 한다. 유지관리 비용과 고장 대응 시간을 줄이는 장점이 있다.

3. 등장 배경과 필요성

건물은 전체 에너지의 큰 비중을 쓰며, 조명은 그중 상당 부분을 차지한다. 기존에는 수동 스위치로 운용하여 사용하지 않는 공간의 조명이 계속 켜지는 문제가 컸다. 이에 따라 자동 제어로 낭비를 줄이려는 요구가 커졌다.

광원이 백열등에서 형광등, LED로 바뀌면서 조명의 전력은 줄었지만, 제어 없이 켜 두면 절감 효과에는 한계가 있다. 광원 고효율화와 제어를 함께 적용해야 에너지 절약 효과가 극대화된다. 즉 조명제어는 광원 교체만으로 얻기 어려운 추가 절감을 담당한다.

가로등 분야에서는 빛공해 문제가 제도적 필요성을 키웠다. 가로등의 빛이 목표 영역 밖으로 새면 주거지 창으로 들어오는 침입광, 밤하늘을 밝히는 산란광, 운전자와 보행자의 눈부심이 생긴다. 「인공조명에 의한 빛공해 방지법」과 관련 권고기준은 이런 문제를 줄이기 위해 설치 기준과 유지관리 기준을 정한다.

권고기준은 가로등의 상향광을 줄이고, 주거지 창면의 연직면 조도를 제한한다. 또한 도로 교통에 큰 영향을 주지 않는 범위에서 감광 등으로 밝기를 조절해 소비전력과 빛공해를 줄이도록 허용한다. 이 기준이 가로등 조명제어의 법적 배경이다.

조명환경관리구역은 빛공해 제한을 위해 조명환경과 조명수준을 등급별로 나눈 구역이다. 제1종부터 제4종까지 구분되며, 구역별로 허용 상향광속이 다르다. 제1종은 0 lm, 제2종은 20 lm 이하, 제3종은 100 lm 이하, 제4종은 1,000 lm 이하이다. 등급이 낮을수록 빛의 누출을 엄격하게 제한한다.

주거지 창면에 대한 빛방사 허용기준도 구역별로 다르다. 주거지 연직면 조도는 제1종 구역에서 10 lx(lm/m²) 이하, 제4종 구역에서 최대값 25 lx(lm/m²) 이하로 적용된다. 이 기준은 해진 후 60분부터 해뜨기 전 60분까지의 시간대에 적용되며, 평균값 또는 최대값으로 판정한다.

제1종 상향광속 0 lm과 제4종 상향광속 1,000 lm 이하는 구역별 기준의 양 끝 값이다. 이 값들은 가로등 선정 때 배광 시험 데이터로 확인하는 기준이다.

정리하면 조명제어시스템의 등장 배경은 두 갈래이다. 건축물에서는 에너지 절약과 쾌적성 확보, 가로등에서는 빛공해 방지와 유지관리 효율화가 주된 목적이다. 답안에서는 이 두 목적을 구분해 쓰는 것이 채점에 유리하다.

4. 구성요소·원리·절차

조명제어시스템은 감지기(센서), 제어기(컨트롤러), 조광·점멸 장치, 통신망, 조명기구로 구성된다. 감지기가 재실 여부와 주광 조도를 읽고, 제어기가 설정값과 비교해 조명기구의 출력을 정한다. 각 구성요소의 역할은 아래 표와 같다.

감지기 구성은 설치 위치와 감지 범위에 따라 정확도가 달라진다. 제어기는 감지기 신호를 받아 점등·소등 또는 조광 명령을 낸다. 시스템 전체를 보면 감지, 판단, 실행, 피드백이 반복된다.

원리는 두 가지다. 첫째, 주광 이용(daylight harvesting)으로 창측 조도가 충분하면 인공조명 출력을 낮추거나 끈다. 둘째, 재실 기반 제어(occupancy control)로 사람이 없는 공간의 조명을 끈다. 두 원리는 단독으로도 쓰지만 함께 적용할 때 절감 효과가 커진다.

절차는 다음과 같다.

• 공간별 용도와 필요 조도를 정한다.
• 재실감지기와 조도센서의 위치·감지 범위를 정한다.
• 점멸 회로를 창측과 내측으로 나누어 부분 점멸이 가능하게 구성한다.
• 제어기에 설정 조도와 시간 지연값(지연 소등 시간)을 입력한다.
• 시운전에서 센서 감도와 조광 곡선을 보정한다.
• 운전 데이터를 수집해 절감량을 검증한다.

지연 소등은 센서 오차를 줄이기 위해 두는 시간이다. 시스템 설계에서 이 값을 짧게 잡으면 점멸이 잦아져 사용자 불편이 커진다. 반대로 길게 잡으면 절감이 줄어든다.

5. 관련 법령·기준·표준

조명제어 설계는 에너지절약 기준과 빛공해 방지 기준을 함께 따른다. 건축물의 에너지절약설계기준 전기설비부문은 조명설비에 대해 다음을 요구한다. 공동주택 현관·계단실 등은 인체감지점멸형 또는 일정시간 후 자동 소등되는 조도자동조절 기구를 쓴다. 조명기구는 필요에 따라 부분 조명이 가능하도록 점멸회로를 나누고, 일사광이 들어오는 창측 전등군은 부분 점멸이 가능해야 한다.

가로등에 대해서는 빛공해 방지를 위한 가로등 설치·관리 권고기준이 적용된다. 이 고시는 「인공조명에 의한 빛공해 방지법」의 조명기구 설치·관리 기준으로 제시된다. 주요 기준값은 다음 표와 같다.