광속법 조명설계

왜 배우는가: 광속법은 전반조명 설계에서 필요한 조명기구 수를 가장 빠르게 산출하는 기본 방법이다. 기술사 시험에서는 1교시 용어 문제와 2~4교시 설계 절차 문제로 반복 출제되므로 계산 순서와 계수의 의미를 정확히 익혀야 한다.

출제 이력: 제125회 1교시 10번, 제103회 2교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄에 쓸 정의 문장은 다음과 같다.

광속법은 작업면 전체에 필요한 광속을 구하고, 이를 조명기구의 출력광속으로 나누어 기구 수를 정하는 전반조명 설계법이다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 광속법(Lumen Method)
• 설계조도(E)
• 조명률(U)
• 보수율(M)
• 기구 출력광속(F)
• 작업면 면적(A)
• 실지수(Room Index)
• 기구 배치 간격

2. 개념 풀이

쉽게 말하면, 방 전체를 같은 밝기로 밝히는 데 필요한 빛의 총량을 먼저 정하고, 그 빛을 등기구 하나가 얼마나 내는지로 나누는 방법이다. 방의 면적에 목표 조도를 곱하면 작업면에 도달해야 할 총광속이 나온다.

정식 정의는 다음과 같다. 광속법은 작업면의 평균 조도를 기준으로 전체 광속을 산정하고, 조명률과 보수율을 반영해 필요한 조명기구 수를 구하는 전반 조명 계산법이다. 광속법은 점광원 개별 계산(역제곱 법칙)과 달리 방 전체의 상호반사 효과를 조명률로 묶어 계산한다.

계산식은 다음과 같다.

$N=\frac{AE}{FUM}$

여기서 N은 기구 수(등), A는 작업면 면적(㎡), E는 설계조도(lx), F는 기구 1등당 출력광속(lm), U는 조명률(무차원), M은 보수율(무차원)이다.

핵심 용어 풀이는 다음과 같다.

설계조도(E)는 작업 목적에 맞게 정한 작업면의 목표 조도다. 사무실·교실처럼 작업 종류에 따라 KS 조도 기준을 따른다.

조명률(U)은 기구에서 나온 광속 중 작업면에 도달하는 비율이다. 기구의 배광, 실의 반사율, 실지수에 따라 정해진다.

보수율(M)은 먼지 축적과 광원 노후로 떨어지는 조도를 보정하는 계수다. 청소 주기와 환경에 따라 달라진다.

실지수(RI)는 방의 가로·세로 길이와 작업면에서 기구까지의 높이로 정하는 방의 형태 지수다. 실지수가 클수록 조명률이 커진다.

3. 등장 배경과 필요성

초기 조명 설계는 점광원마다 역제곱 법칙과 코사인 법칙을 적용해 조도를 계산했다. 이 방식은 기구 수가 많은 전반조명에서 계산량이 지나치게 많다. 광속법은 방 전체의 광속 수지를 한 번에 계산해 설계 시간을 줄이는 방법으로 자리 잡았다.

현재는 기구 배치 후 광선추적으로 정밀 검토하는 경우가 많다. 그래도 광속법은 초기 기구 수 산정과 설계 검토의 기준으로 여전히 쓰인다. 자연채광 조도 계산에서도 같은 원리로 부족한 실내 조도를 인공조명으로 보상하는 설계에 활용된다.

광속법은 간단한 방법이지만 조명률과 보수율의 선택에 따라 결과가 크게 달라진다. 따라서 답안에서는 계수를 어떻게 정하는지를 함께 서술해야 한다.

4. 구성요소·원리·절차

광속법은 방 전체에 필요한 총광속을 구하고, 그 광속을 조명기구 수로 나누어 배치하는 설계법이다. 설계 결과는 평균조도가 목표 조도에 맞는지로 확인한다. 핵심 구성요소는 설계조도, 조명률, 유지율, 광속이다.

조명률은 실지수와 천장·벽·바닥의 반사율로 정해진다. 실지수는 방 면적을 방 높이와 작업면 높이 차의 곱과 방의 가로·세로 합으로 나눈 값으로 계산한다. 유지율은 기구 오염, 실 표면 오염, 광원 노화를 함께 반영하는 값이다. 이 세 보정값을 곱한 것을 광속 손실 보정계수로 본다.

원리는 광속의 보존과 흡수 손실에 있다. 광원에서 나온 광속 중 일부는 기구와 실 표면에서 흡수되고 나머지가 작업면에 닿는다. 따라서 작업면에 필요한 광속을 조명률과 유지율로 나누어야 필요한 전광속이 된다. 이 개념이 광속법의 출발점이다.

절차는 다음과 같다.

• 방의 치수(가로 X, 세로 Y, 천장 높이, 작업면 높이)를 정하고 면적 A를 구한다.
• 작업 종류에 맞는 설계조도 E를 기준표에서 정한다.
• 실지수 RI를 계산하고 천장·벽·바닥 반사율을 정한다.
• 기구의 배광 특성과 RI로 조명률 U를 구한다.
• 보수 조건으로 유지율 M을 정한다.
• 광원 1개의 광속 F를 정하고 필요한 기구 수 N을 계산한다.
• 기구를 균등하게 배치하고 평균조도를 검산한다.

필요한 기구 수는 다음 식으로 구한다.

$N=\frac{AE}{FUM}$

여기서 A는 방의 면적(m²), E는 설계조도(lx), F는 광원 1개의 광속(lm), U는 조명률, M은 유지율이다. 실지수는 다음과 같다.

$RI=\frac{XY}{H(X+Y)}$

여기서 X와 Y는 방의 가로·세로(m), H는 광원 높이에서 작업면까지의 높이(m)이다.

5. 관련 법령·기준·표준

광속법의 조명률과 유지율은 기구 제조사 자료와 조명 설계 기준에서 가져온다. 국내에서 직접 적용하는 법정 기준은 실 용도별 조도 기준이다.

광속법 기본식과 실지수는 조명 설계의 공통 계산식이다. 도로 가로등 간격식은 광속법을 도로 조명에 응용한 식이다. 지자체 규칙의 수치는 해당 지역에만 적용되며, 전반조명 설계의 일반 기준으로 쓰지 않는다. 비상조명등 기술기준은 피난용 조명의 성능 기준이므로 일반 사무실 전반조명 설계와는 목적이 다르다.

개정 연혁으로 비상조명등 기술기준은 2024-05-07에 전면 개정되었고, 제3조와 제13조의2에 축전지 관련 조항과 2차 조도 시험 조항이 신설되었다. 2024년 개정 이후 기준 값은 현행 원문을 따른다.

단위 정리: 광속은 lm, 조도는 lx, 면적은 m², 높이와 간격은 m이다. 광도와 휘도는 cd 계열 단위를 쓴다.

6. 유형과 비교

광속법 설계에서 먼저 정해야 하는 것은 조명방식과 기구의 종류다. 조명기구의 배광 특성, 설치 방식, 천장·벽 반사 조건에 따라 조명률과 설계 결과가 달라진다.