개념 한 쪽
LED 조명 개념은 광원의 발광 원리와 광학량의 단위, 조명 설계에서 쓰이는 기본 공식들로 정리한다. 복사속·광속·광도·휘도·조도처럼 서로 다른 의미의 물리량을 구분하고, 휘도와 조도 변환, 점광원·등방성 광원 관계, 등 확산면과 무한 확산면의 특수한 적분 결과를 기억하면 실무형 계산 문제를 풀 수 있다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「LED 조명」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 복사속과 측광량 단위 구분 | 1 | 복사량(W)과 측광량(lm·cd·lx)을 구분하는 능력을 묻는다 |
| 완전확산면 휘도 계산 | 1 | 반사율과 조도로부터 휘도 B를 π 관계로 계산하게 한다 |
| 발광 원리 구분 | 1 | 루미네선스와 열복사 중 어느 기구가 해당하는지 가리는 능력을 묻는다 |
복사속(방사속)은 물체가 전자파 형태로 단위 시간당 방출하는 에너지량으로 정의하며 단위는 와트[W]이다. 광학 분야에서는 복사량계열(W 계열)과 측광량계열(lm·cd·lx 계열)을 구별하여 다루어야 한다.
광속(루멘[lm])은 광원 전체가 내보내는 빛의 총량을 나타내고, 광도(칸델라[cd])는 특정 방향으로의 밝기, 휘도(단위 cd/m²)는 표면이 어느 정도 밝게 보이는지를 나타낸다. 측광량과 복사량의 단위 대응을 혼동하지 않도록 '복사는 W, 빛은 lm·cd·lx'로 구분한다.
완전 확산면의 휘도 B는 반사율 ρ와 조도 E로부터 B = ρE/π로 계산한다. 조도에서 휘도로 단위를 바꿀 때 아포스틸브(asb)에서 cd/m²로 환산하려면 π로 나누는 점이 핵심이다. 무한히 넓은 등휘도 완전 확산면 아래의 수평 조도는 높이와 무관하게 E = πB가 된다.
점광원의 경우 수평면이나 기울어진 면의 조도는 E = I/r²·cosθ 공식을 사용한다. 등방성 광원의 총광속은 Φ = 4πI로 구하며, 광도가 평균 구면 광도일 때 이 공식으로 전체 루멘을 구한다.
램프의 발광 원리는 열복사(백열)와 루미네선스(냉광)로 나뉜다. 형광등·수은등·네온등 등은 방전이나 여기 에너지에 의한 루미네선스를 이용하고, 할로겐 램프는 필라멘트의 가열에 따른 열복사를 이용한다. 네온전구는 직류에서 음극만 발광하는 특성이 있어 직류 극성 판별에 사용한다.
조명 설계에서 필요한 등 개수는 N = E·A·M / (F·U) 공식을 사용하여 구한다. 여기서 E는 목표 조도, A는 면적, M은 감광 보상률, F는 램프 광속, U는 조명률이며 계산 결과 소수점이 나오면 올림한다.
대표 계산 1 — 완전확산면의 휘도 변환: 조도 100 lx, 반사율 0.5인 완전 확산성 표면의 휘도 B를 구하면 B = ρE/π = 0.5×100/3.14 ≈ 15.9 ≈ 16 cd/m²로 계산한다. asb 단위를 cd/m²로 바꿀 때 π로 나눈다는 점을 적용한다.
대표 계산 2 — 점광원과 등방성 광원: 점광원 광도 I=200 cd, 거리 r=5 m, 면의 입사각이 60°일 때 조도는 E = I/r²·cosθ = 200/25 × cos60° = 8 × 0.5 = 4 lx로 계산한다. 등방성 평균 광도 I=150 cd의 총광속은 Φ = 4πI = 4×3.14×150 ≈ 1885 lm으로 계산한다.
36[m]×40[m]인 테니스 코트를 메탈할라이드 램프 400[W](램프 광속 F=34000[lm])를 사용하여 투광조명을 할 때의 소요 투광기 수[개]는? (단, 설계조도 250[lx], 조명률 U=0.37. 보수율 M=0.75로 한다)
정답 ③ · 조명 설계에 필요한 램프 수를 구하는 공식은 N = (E × A) / (F × U × M) 입니다. 여기서 E는 목표 조도(250lx), A는 면적(36m × 40m = 1440m²), F는 램프 광속(34000lm), U는 조명률(0.37), M은 보수율(0.75)입니다.
소요 투광기 수 N=EA/(F·U·M)=360000/9435≈38개로 올림한 값이다.
저압 나트륨 등의 특성에 관한 설명으로 틀린 것은?
정답 ③ · 질문은 저압 나트륨등의 특성 중 틀린 진술을 찾는 문제이다. 저압 나트륨등은 약 589nm의 단색 황색광을 방출하므로 연색성이 매우 나쁘지만 요철 식별성은 좋아서 간선도로와 터널 조명에 주로 쓰인다.
저압 나트륨등은 589nm 황색 단색광이라 연색성은 나쁘지만 요철 식별이 우수한 도로·터널 조명용이다.
직접조명 시 벽면을 이용할 경우 등기구와 벽면사이의 간격 So는? (단, H는 작업면에서 광원까지의 높이이다.)
정답 ① · 직접 조명에서 조명 효과를 높이기 위해서는 광원과 벽면 사이의 거리가 적절해야 합니다. 벽면이 너무 멀면 조도가 낮아지고, 너무 가까우면 눈부심이 발생할 수 있습니다.
직접조명에서 등기구와 벽면 사이 간격은 광원 높이 H의 1/3 이하(So ≤ H/3)로 한다.
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