개념 한 쪽
조명설계에서는 광원의 광도와 광속을 적절히 변환해 면이 받는 밝기인 조도와 면에서 발산하는 광속 발산도, 그리고 휘도를 계산한다. 효율·투과율·반사·흡수 같은 감쇠 인자는 곱셈으로 처리하고 면적과 보정계수는 나눗셈으로 처리한다는 계산 흐름을 숙지한다.
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출제기준 단원 「조명설계」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 경사면 조도 계산 | 1 | 점광원과 기울어진 면에서 조도를 단계적으로 계산하라 |
| 광속→발산도 적용 | 1 | 기구효율·투과율을 곱하고 면적으로 나누어 발산도를 구하라 |
| 광학 단위 구분 | 1 | 휘도와 조도·광도·발산도의 단위를 구별하라 |
점광원의 직각면 조도는 광도 I를 거리 d의 제곱으로 나눈 E = I ÷ d²로 구한다. 경사면 조도는 직각면 조도에 면의 기울기 각도의 코사인 값을 곱하여 E = (I/d²)·cosθ로 구한다. 따라서 기울어진 간판이나 경사진 면을 다룰 때는 먼저 I/d²를 계산하고 이후 cosθ를 곱하는 순서를 지킨다.
광속 발산도는 어떤 면에서 단위 면적당 발산되는 광속으로 정의되며 단위는 rlx이다. 광속 발산도는 그 면을 통과하거나 그 면에서 발산되는 실제 광속을 면적으로 나누어 구한다. 전등기구 효율이나 투과율 같은 감쇠 인자는 광속에 곱하여 실제 나오는 광속을 구한 뒤 면적으로 나누어 발산도를 얻는다.
광원에서 나오는 전체 광속(lm)과 구면광도(cd) 사이에는 4π의 관계가 있다. 구면광도 I가 주어지면 광속 F = 4πI로 변환하고, 반대로 광속을 구면광도로 바꿀 때는 4π로 나눈다. 평균 조도 계산에서는 총광속에 조명률을 곱하고 바닥면적과 감광보상률을 나누는 공식을 사용한다.
완전 확산면(램베르트면)에서는 휘도 L과 광속 발산도 M 사이에 L = M/π 관계가 성립한다. 휘도의 단위는 cd/m²(=nt) 또는 cd/cm²(=sb)로 표기하며 필요시 단위 환산을 수행한다. 반사율과 흡수율이 주어질 때 투과율은 1-(반사율+흡수율)로 구해 광속에 곱해 적용한다.
1) 점광도 I=160cd, 거리 d=4m, 면 기울기 60°인 간판의 조도 계산을 예로 든다. 먼저 직각면 조도 E0 = I/d² = 160÷4² = 10[lx]를 구하고 기울기 보정으로 cos60°를 곱해 최종 E = 10×0.5 = 5[lx]를 얻는다. 계산 흐름은 'I/d² → cosθ 곱'의 2단계로 정리한다.
2) 광속 500lm, 기구 효율 80%, 투과율 80%, 면적 5m²인 유리를 통한 발산도 계산을 예로 든다. 실제 발산 광속은 500×0.8×0.8 = 320lm이고 발산도 M = 320÷5 = 64[rlx]가 된다. 효율·투과율은 곱하고 면적은 나누는 규칙을 지킨다.
광속 500[lm]인 광원을 기구 효율 80%인 기구로 사용하여 투과율 80[%]인 5[m²]의 유리면을 균일하게 비추었을 때, 그 이면의 광속 발산도[rlx]는?
정답 ① · 문제는 주어진 광속과 기구효율·투과율로 유리면을 통해 발산되는 광속을 구해 면적으로 나눈 발산도를 구하는 문제이다. 발산광속 = 500 lm × 0.8 × 0.8 = 320 lm이고 이를 면적 5 m²로 나누면 64 lx(rlx)가 된다.
광속발산도는 그 면이 발산하는 광속÷면적으로, 500×0.8×0.8÷5=64[rlx]다.
반사율 10[%], 흡수율 20[%]인 5.6[m²]의 유리면에 광속 1000[lm]인 광원을 균일하게 비추었을 때 그 이면의 광속 발산도 [rlx]는? (단, 전등기구 효율은 90[%]이다.)
정답 ③ · 이면의 광속 발산도는 반사율, 흡수율을 고려하여 유효 면적당 조도를 계산해야 합니다. 먼저 유리가 흡수(20%)하고 반사(10%)하여 투과하는 비율은 1 - (0.1 + 0.2) = 0.7(70%)입니다.
투과율 = 1-(반사율+흡수율) = 0.7이고, 발산도 = 1000×0.9×0.7÷5.6 = 112.5rlx이다.
다음 광원 중 루미네선스에 의한 발광현상을 이용하지 않는 것은?
정답 ③ · 문제는 어떤 광원이 루미네선스(열이 아닌 여기 에너지에 의한 발광)를 이용하지 않는지를 묻는다. 루미네선스는 방전이나 여기로 인해 빛을 내는 현상으로 형광램프, 수은램프, 네온램프 등은 모두 방전·여기에 의해 발광하므로 여기에 해당한다.
루미네선스는 열이 아닌 여기 에너지로 빛나는 발광, 할로겐 램프는 필라멘트 가열(열복사) 발광이다.
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