옥내조명설비 설계

왜 배우는가: 옥내조명설비 설계는 건축전기설비기술사 시험에서 조도기준, 배치방식, 설계 순서를 묻는 문항으로 반복 출제된다. 실무에서는 작업 효율, 시각 쾌적성, 에너지 절감을 동시에 만족시키는 설계 판단의 기초가 된다.

출제 이력: 제135회 3교시 4번, 제126회 2교시 4번, 제90회 2교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

옥내조명설비 설계란 건축물 실내의 작업 목적과 시각 조건에 맞추어 조도, 광원, 조명기구의 배치와 제어 방식을 정하는 전기 설계 행위이다.

핵심 키워드

• 조도기준: 작업면에 요구되는 유지 조도(lx)의 기준값
• 조명기구 배치방식: 전반조명, 국부조명, 전반·국부 병용 조명의 배치 방법
• 조명률·보수율: 광속이 작업면에 도달하는 비율과 오염·노화에 따른 감소를 반영한 계수
• 균제도: 작업면 조도의 최소값과 평균값의 비
• 눈부심(Glare): 휘도 대비가 커서 시각 불편을 일으키는 현상
• 연색성: 광원이 물체의 색을 자연광에 가깝게 보이게 하는 능력
• 에너지 절약: 조명 밀도(W/㎡)와 제어 방식으로 소비 전력을 낮추는 설계 목표

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 방 안에서 사람이 편하게 일하고 정확하게 보도록 빛의 양과 위치를 정하는 일이다. 빛이 너무 약하면 일이 힘들고, 너무 강하거나 방향이 나쁘면 눈이 피로하다. 따라서 설계는 '얼마나 밝게', '어디에', '어떤 빛으로' 비출지를 함께 정하는 과정이다.

정식 정의는 다음과 같다. 옥내조명설비 설계는 공간의 용도와 작업 특성에 따라 요구 조도, 광원의 종류와 색온도, 조명기구의 배광과 배치, 제어 방식을 결정하고 이를 전기 설비 계통과 연계하는 설계 활동이다.

설계의 핵심 용어는 다음 세 가지로 정리된다.

• 유지 조도: 광원의 노화와 먼지 축적을 고려하고도 작업면에서 유지되어야 하는 조도이다. 설계는 초기 조도가 아니라 유지 조도로 판단한다.
• 전반조명: 실내의 조도가 균일하도록 조명기구를 일정하게 분산 배치하는 방식이다. 사무실, 학교, 공장 등 명시 조명을 요하는 공간에 적용한다.
• 국부조명: 국부적으로 높은 조도가 필요할 때 작업 위치 가까이에 기구를 설치하는 방식이다. 정밀 기계 부문이나 조립 작업에 적용한다.

국부조명을 쓸 때는 작업면 이외 주변 조도를 함께 고려해야 한다. 주변부 평균 조도는 작업면 평균 조도에 대해 관련 기준이 정한 비율 이상이 되도록 설계하는 것이 일반적이다.

3. 등장 배경과 필요성

초기 실내 조명은 주로 광원의 양을 늘리는 방향으로 이루어졌다. 그 결과 에너지 낭비와 눈부심, 열 부하가 함께 커졌다. 산업화와 사무 자동화가 진행되면서 작업의 종류가 다양해졌고, 작업마다 필요한 조도와 시각 조건이 달라졌다. 이에 따라 용도별 조도기준을 정하고 배치 방식을 체계화할 필요가 생겼다.

최근에는 LED 광원과 조명 제어 기술이 보급되면서 설계의 범위가 넓어졌다. 광원 효율이 높아졌지만, 광원 수명과 유지율, 주광 활용, 인체감지 제어 등을 함께 고려하지 않으면 기대한 성능을 얻기 어렵다. 따라서 설계는 쾌적성, 에너지 효율, 유지관리성을 동시에 만족시키는 종합 판단이 되었다.

건축전기설비 분야에서는 이 설계가 조명 계획 단계의 결정 사항을 전기 간선, 분기회로, 콘센트·스위치 배치로 옮기는 연결고리 역할을 한다. 따라서 조명설계의 오류는 전기설비 용량과 시공 비용에도 영향을 준다.

4. 구성요소·원리·절차

옥내조명설비는 광원, 조명기구, 배선·제어장치, 분전반으로 구성된다. 광원이 빛을 만들고 조명기구가 빛을 배광시키며, 배선과 분전반이 전기를 공급한다. 설계는 필요한 조도를 확보하는 기구 수량과 배치를 정하는 일이다.

표의 구성요소는 설계 단계에서 서로 연결된다. 광원의 광속과 기구 효율이 정해져야 기구 수량을 계산할 수 있고, 기구 수량이 정해져야 회로를 나눌 수 있다. 광원 선택은 연색성과 효율을 함께 본다.

조명설계의 원리는 필요 조도를 기구의 광속과 실 조건으로 환산하는 것이다

광속법의 기본식은 다음과 같다. 전반조명에서 기구 수 산정에 쓴다.

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

여기서 N은 기구 수(개), E는 목표 평균조도(lx), A는 실 면적(㎡), F는 광원 1개의 광속(lm), U는 조명률, M은 보수율(유지율)이다. 기구 1개당 램프 수가 여러 개이면 F에 기구당 총광속을 넣는다.

설계 절차는 다음 순서로 진행한다.

• 실의 용도와 작업면 조도기준을 정한다.
• 실 지수 RI와 반사율 조건을 구하고 조명률 U를 정한다.
• 보수율 M과 광원 광속 F를 정한다.
• 광속법으로 기구 수 N을 계산하고 배치 간격을 정한다.
• 균제도와 눈부심(UGR)을 검토해 배치를 조정한다.
• 회로를 나누고 분전반, 스위치, 제어 방식을 정한다.
• 평면 배선도와 전력부하를 작성한다.

실 지수 RI = XY/{H(X+Y)}

여기서 X, Y는 실의 가로·세로(m), H는 작업면에서 광원까지의 높이(m)다. 실 지수가 클수록 조명률이 커진다.

계산 예는 다음과 같다. 면적 A=100\,\text{㎡}, 목표 E=500\,\text{lx}, 기구당 광속 F=6{,}000\,\text{lm}(기구 2등), U=0.6, M=0.8로 두면 N=\frac{500\times100}{6000\times0.6\times0.8}=\frac{50000}{2880}\approx17.4이므로 18대로 올림한다. 값이 사무실 조도 수준과 맞는지 확인한다.

5. 관련 법령·기준·표준

옥내조명은 건축물의 용도별 조도기준과 전기설비 기준을 함께 따른다. 조도기준은 국가건설기준(KDS)의 조명 설계기준과 KS 조도 기준을 쓰고, 전기 시설은 한국전기설비규정(KEC)을 따른다. 아래 표는 본문에서 확인된 기준과 설계에 널리 쓰이는 값을 정리한 것이다.

조도기준은 작업 종류와 연령에 따라 상향 조정할 수 있다. 조명기구 배치는 조도기준을 만족해야 하며, 법정 최소 기준을 충족하는 것이 설계의 출발점이다.

개정 연혁으로는 소방·전기 기준이 현행 체계로 바뀌었다. 전기설비는 2021-01-01부터 한국전기설비규정(KEC)이 적용되며, 옛 전기설비기술기준의 판단기준은 대체되었다. 조명설계 기준은 국가건설기준 체계에서 관리된다.

6. 유형과 비교

옥내조명은 기구 배치 방식에 따라 전반조명, 국부조명, 전반과 국부를 함께 쓰는 혼합조명으로 나눈다. 각 방식은 조도 균일성, 에너지 효율, 배치 유연성에서 차이가 난다. 설계자는 작업 종류와 공간 구성에 맞춰 방식을 고른다.