휘도·조도 및 조도 규정값

왜 배우는가: 비상조명등은 정전 시 피난자가 출구와 통로를 찾도록 바닥을 밝히는 설비다. 휘도와 조도는 이 설비와 유도등의 성능을 수치로 판정하는 기본 양이며, 시험에서 정의와 기준값을 함께 묻는 문제로 반복해 나온다.

출제 이력: 제139회 1교시 3번, 제130회 1교시 5번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄 정의

휘도는 단위 투영면적당 광도이고, 조도는 단위면적에 입사하는 광속이다.

핵심 키워드

• 휘도(Luminance)
• 조도(Illuminance)
• 광속(Luminous flux)
• 광도(Luminous intensity)
• cd/m² (휘도 단위)
• lx (조도 단위)
• 비상조명등
• 바닥 조도

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 휘도는 눈에 보이는 밝기이고, 조도는 바닥이나 벽에 도달하는 빛의 양이다. 두 값은 재는 대상이 다르다. 휘도는 빛을 내거나 반사하는 면을 어느 방향에서 보느냐에 따라 달라지고, 조도는 면에 닿는 빛의 양으로 정해진다.

정식 정의는 다음과 같다. 광속은 빛이 단위시간에 내보내는 양을 눈의 시감도로 가중한 값이며 단위는 lm이다. 광도는 광원이 특정 방향으로 단위 입체각당 내보내는 광속이며 단위는 cd다. 광도와 휘도는 이름이 비슷하지만 광도는 광원, 휘도는 보이는 면의 값이다.

휘도는 광원 또는 반사면을 특정 방향에서 본 단위 투영면적당 광도다. 단위는 cd/m²이고 눈이 느끼는 밝기에 가깝다. 완전확산면을 가정하면 반사면의 휘도는 다음 식으로 구한다.

$L=\frac{\rho E}{\pi}$

여기서 L은 휘도(cd/m²), \rho는 표면 반사율(무차원), E는 조도(lx)다.

조도는 피조면 단위면적에 입사하는 광속이다. 단위는 lx이며 1lx = 1lm/m²이다. 조도는 광원과의 거리에 따라 달라진다. 점광원이라면 조도는 거리의 제곱에 반비례한다. 간단한 예로 1,000lm의 광속이 1㎡에 닿으면 1,000lx, 10㎡에 펴지면 100lx가 된다.

휘도는 보는 방향의 밝기, 조도는 면에 닿는 빛의 양이다.

비상조명등 기준은 조도로 정한다. 조문의 조도 기준은 설치 장소의 각 부분의 바닥면에서 확보해야 하는 값이다. 휘도 값은 이 기준 조문에 나오지 않는다. 따라서 답안에서는 조도를 기준값으로, 휘도를 시인성 개념으로 구분해 쓴다.

3. 등장 배경과 필요성

화재가 나면 건물 전원이 차단되는 정전이 발생할 수 있다. 정전 상태에서는 일반 조명이 모두 꺼지고, 연기가 차면 시야가 급격히 떨어진다. 이때 피난자가 보행하고 방향을 판단할 수 있도록 최소한의 바닥 조도를 확보하는 설비가 비상조명등이다.

조도 기준을 바닥면에서 정하는 이유는 피난자의 발이 닿는 보행면의 밝기가 보행 안전을 직접 좌우하기 때문이다. 계단과 복도 같은 피난 동선에서는 바닥 조도가 낮으면 넘어짐과 방향 착오가 생긴다. 그래서 기준은 '각 부분의 바닥'이라는 위치 조건을 함께 둔다.

휘도는 피난 표지의 시인성과 관련된다. 유도등 표시면이나 피난유도 표지는 주변 밝기와의 대비로 눈에 띄는지가 정해진다. 표시면의 휘도가 주변보다 충분히 높아야 멀리서도 피난 방향을 알 수 있다. 이 점에서 휘도는 유도등 설계의 판단 기준이 된다.

비상조명등은 정전 시 유지 시간도 중요하다. 예비전원과 비상전원은 비상조명등을 20분 이상 유효하게 작동시킬 수 있는 용량으로 해야 한다. 지하층을 제외한 층수 11층 이상 등 일부 대상은 피난층에 이르는 부분을 60분 이상 작동시켜야 한다.

기준 체계도 이 설비를 이해할 때 배경이다. 비상조명등 기술기준은 2022-12-01 시행된 NFTC 304이며, 구 비상조명등의 화재안전기준(NFSC 304)은 경과조치에 따른다. 조문 표기 ㏓는 조도 단위의 표기다. 법령 근거는 「소방시설 설치 및 관리에 관한 법률」 제2조제1항제6호나목의 피난구조설비다.

답안에서는 필요성을 '정전, 연기, 보행 안전'의 세 가지로 묶어 쓰면 정리가 쉽다.

4. 구성요소·원리·절차

비상조명등은 광원과 등기구, 예비전원, 점검스위치로 구성된다. 정전이 되면 자동으로 점등되어 거실과 피난통로의 바닥면 조도를 확보하는 것이 목적이다. 구성요소별 역할과 연결되는 기준은 다음과 같다.

비상조명등의 원리는 광도와 조도의 관계로 설명한다. 광도(luminous intensity)는 광원이 특정 방향으로 내는 빛의 세기이며 단위는 cd이다. 조도(illuminance)는 면에 입사하는 광속을 면적으로 나눈 값이며 단위는 lx(lm/㎡)이다. 점광원이 면을 비출 때 조도는 광원과 면 사이 거리의 제곱에 반비례한다.

$E=\frac{I\cos\theta}{d^{2}}$

여기서 E는 조도(lx), I는 광도(cd), θ는 면의 법선과 입사광이 이루는 각도(°), d는 광원과 바닥면 사이의 거리(m)이다. 휘도는 광도를 발광면의 투영면적으로 나눈 값(cd/m²)이며 조도만으로 계산되지 않는다. 두 값은 서로 다른 양이므로 답안에서 구분하여 쓴다.

계산 예제로 확인한다. 광도 100cd의 등기구가 바닥 수직 거리 10m에 있고 θ가 0°이면 E = 100 × cos0° / 10² = 1lx이다. 결과가 1lx로 기준값과 같으므로 실제 설계에서는 여유를 두어야 하는 값이다.

비상조명등의 조도 확보 절차는 다음과 같다.

• 설치 장소를 정한다. 특정소방대상물의 각 거실과 지상까지 이르는 복도, 계단, 그 밖의 통로가 대상이다.
• 등기구의 광도와 배치 간격으로 각 부분의 바닥 조도를 계산한다. 값은 1lx 이상이어야 한다.
• 예비전원 또는 비상전원의 용량을 정한다. 일반 대상은 20분 이상, 해당 층 기준에 따라 60분 이상이다.
• 비상전원은 점검이 쉽고 침수·화재 우려가 없는 곳에 두며 다른 장소와 방화구획한다.
• 점검스위치로 점등을 확인하고, 준공 시 바닥 조도를 측정하여 기준 충족을 확인한다.

5. 관련 법령·기준·표준

비상조명등 기준은 NFTC 304(비상조명등의 화재안전기술기준)와 NFPC 304(비상조명등의 화재안전성능기준)로 나뉜다. NFTC 304는 2022-12-01부터 시행되었으며, 이 시행 전 신청·신고 건은 종전 기준(구 NFSC 304)을 따를 수 있다(경과조치 1.5.1). 성능 요구는 NFPC 304 제4조에, 구체 수치는 NFTC 304 2.1 기술기준에 있다.

비상조명등 조도 기준은 각 부분의 바닥에서 1lx 이상이다. 이 값은 설치 장소의 모든 부분에 적용되며 평균값이 아니라 최소값이다.

위 표의 값은 NFTC 304 원문과 NFPC 304 제4조에 근거한다. 기준값은 각 부분의 바닥을 기준으로 하며, 조도 측정 위치도 바닥면으로 정한다.