부등율/조명설비 절약방법 ? 조명설비의 에너지 절약 기술(2004년 3월)

조명설비의 에너지 절약 기술

전문연구위원 차성기

1. 기술의 개요

조명은 연료의 연소열이나 동위원소 핵분열에서 얻어진 동력, 그리고 자연계의 에너지를 이용한 동력으로, 발전기를 돌려서 얻은 전기를 열이나 광선으로 변환시켜서 가시광선을 얻고 있어서 가장 변환효율이 낮은 분야이다.

이에 대하여 생물체내에서의 화학변화에 의해 일어나는 생물체발광을 가정용 기기에 응용하거나, 전기를 사용하더라도 고체 발광소자에서 직접 빛을 내도록 하는 등 고효율화를 서둘러야 한다.

조명효율을 개선하기 위해서는, 전원을 포함한 광원의 효율향상, 반사판을 중심으로 한 조명기구의 부재개량, 제어방안을 포함한 이용 방법의 개혁이 필요하며 여기에 그 방안을 소개한다.

2. 기술의 내용

□ 조명용 전력의 소비량

일본의 경우, 전체 전력소비량 가운데 산업용이 가장 크고 다음으로 가정용 및 업무용 순인데, 각 분야에서의 조명용 전력비율은 업무용이 가장 크고 다음 가정용, 산업의 조명용 순으로 집계된다.

조명용 전기는 전체 전력소비량 가운데 14%를 차지하며, 여기엔 산업용, 업무용, 가정용이 각각 대략 1/3씩 차지하고 있다.다음, 조명기구 출하비율을 보면, 고휘도 방전램프(HID 기구:High Intensity Discharge Lamp)가 가장 많다.

□ 조명에 관련된 에너지 절약 시책

○ 에너지 절약 관련 법규

일본의 에너지절약 관련법규는 세부문으로 나누어 에너지절약시책을 펴고 있다.

업무용 빌딩 등의 전 사업장으로서, 열량기준 3,000㎘ 또는 전기기준 1,200만kwh 이상 사용하고 있는 사업자는 제 1종 지정사업자로 지정되어 정기 보고서제출과 중장기계획서 제출이 의무화 되어 있다.

또 그 이하부터 열량기준 1,500㎘ 또는 전기 기준 600만kwh 이상 사용하는 제2종 에너지관리 지정공장은 에너지이용 정기보고서 제출이 의무화 되어 있다.

조명시설에 대해선 관리 표준을 설정해서 조명설비의 계측이나 기록을 의무적으로 하도록 하였다.

건축물에 대해서는, 바닥면적 합계 2,000㎡ 이상의 사무소, 점포, 호텔이나 여관, 병원이나 진료소 및 학교에 있어 준공시에 조명에너지 소비계수(CEC/L)를 이용한 계산서를 제출하도록 하고 있다.

다음, 기계 장치에 대해서는 형광등기구 경우 2005년도 목표로 에너지 절약 성능이 가장 우수한 제품의 성능이상으로 목표치를 정한 “톱 런너” 방식을 채용하였다.

○ 기타 관련 법규

고효율 조명장치를 도입하면 세 부담을 경감시키거나, 특별상각을 인정해주는 제도가 있는데, Hf 형광 램프에 연속조광 인버터나 조도센서를 조합시킨 것도 포함되어 있다.

또, 옥외 조명의 가이드라인에는 가로등 조명의 기준 등이 정해져 있다.

이밖에 옥외조명 가이드라인에는 가로조명기구의 가이드 등이 정하여져있다.

○ 톱 런너 규제

에너지사용량이 크고 다량으로 보급되어 있는 에너지 사용기기에 대해서 가장 우수한 성능이상으로 만들어야 한다는 것이 톱런너 방식이다.

에너지소비량과 시중에 출시된 스톡크량에서 년간 에너지소비량을 살펴보면, 자동차, 난방기, 에어콘 다음으로 형광등기구가 특정기기의 하나로서 지정되어 있고, 백열등은 지정되어 있지 않은 상태이다.

□ 에너지 절약기술

○ 고효율 광원의 사용

백열등을 형광등으로 바꾸면, 밝기(루멘)를 소요전력(w)으로 나눈 효율이 증가해서 같은 전력소비량으로 2~3배의 조도를 얻을 수 있다.

여기에 주광용이나 전구색 에 가까운 빛을 내는 것도 있고 형태도 전구형이 판매되고 있는데, 고주파전용(Hf) 형광등이 과반수를 넘고 있으며, 이는 직류를 30~70KHz로 변환시켜서 보통 형광등보다 효율이 10% 이상 높다.

최근엔 고휘도방전램프(HID램프)가 주목을 받고 있는데, 수은램프나 나트륨램프 등이 있으며, 특히 메탈할라이드 램프는 에너지 소비효율이 좋아서 대량으로 보급될 전망이다. 여기에 색 재현성이 좋은 램프가 개량되고 있고, 또 발광다이오드(LED), 무전극 방전램프, 냉음극램프 등이 개발 실용화 되고 있다.

○ 고효율 조명 기구의 선택

효율이 높은 기구나, 청소 및 램프 교환이 쉬운 조명기구를 선택하는 데 에너지 관련법규에 판단기준이 있으며, 조명기구에서 발생된 열을 회수하는 공조형 조명기구도 판매되고 있다.

또, 고효율 반사판은 알미늄을 증착시킨 거울 반사재료로 2가지 종류의 굴절률이 다른 물질을 코팅시켜서 기존 알미늄증착만 시킨 것보다 6~8% 높은 반사율을 얻을 수 있으며, 고효율 반사도료는 기존 백색도료의 반사율 85%에 비해서 92%의 반사성능을 가진 것이 개발되고 있다.

조명설계시 에 수명이 다 된 램프를 교환하거나 더러워진 조명기구를 교환하기 쉽도록, 보수관리가 손쉬운 조명방식, 기구, 광원을 채택하는 것이 에너지절약의 하나가 된다.

○ 효과적인 배치 배선

넓은 사무실이나 공장은 책상이나 작업대의 배치와 관계없이 전체조명을 하고 있는데, 여기에 효율이 아주 높은 대출력의 광원을 채택하면 그 설치 간격이 넓어지므로, 조도분포에 유의해야 한다. 또, 업무 종류에 따라 적절한 조명으로 하고 필요한 부위만을 부분 조명을 하여 에너지절약을 도모한다.

○ 조명 환경의 고려

실내면의 마감은 밝게 처리해서 햇빛이나 인공조명의 반사광을 이용하면 조도를 좀 더 높힐 수 있으며, 창문도 크게하면 냉난방부하는 커지겠지만 창을 통하여 햇빛을 이용하므로 전체적으로 에너지절약이 될 수 있다.

○ 토탈 시스템

햇빛을 감지해서 가로등을 자동 점멸하는 조도센서는 가격이 싼 CdS를 이용해서 많이 보급되어 있는데 요즘엔 반도체를 이용해서 연속조광용 인버터기기와 조합시켜서 미세조도 제어가 가능하게 되었다.

또, 사용빈도가 낮은 장소(예 : 급탕실이나 창고 등)에는 적당한 위치에 정도가 높은 조도센서를 설치해서 인체감지센서와 타이머를 조합시켜서 햇빛과의 밸런스, 사람의 부재제어가 가능하다.

3. 결 론

관리표준을 작성해서 정기적으로 조도를 측정기록하고 정기적인 청소교환을 통해서 초기의 휘도나 조도를 유지해야 한다. 광원을 선택할 때는, 형광램프, 절전형 형광램프, 고주파 점등형 형광램프 등을 검토하되, 천정이 높을 때는 형광수은 램프를, 색 재현성이 문제되지 않는다면 고압 나트륨램프를 선정한다.

기구나 장치 선택시, 거울반사판이나 백색커버, 루버 등을 목적에 맞게 선정하고 정기적인 청소나 교환으로 초기의 조도를 유지해 주는 것이 중요하다. 운용면에선 창 측의 조명에는 별개의 회로스위치를 구성하거나 조도센서를 설치해서 낮엔 소등하고, 장소에 따라서 사용시에만 점등이 되도록 하는 방법도 있다.

전문가제언

우리나라도 전체 에너지사용량 중 가정 및 상업용 부문이 21%를 넘어서는 등, 점차 선진국 소비형태로 이행되고 있으며, 전 부문의 에너지소비 원단위는 가장 높은 수준이다.이 가운데 조명부문도 역시 에너지 낭비가 심각하여, 최근 조사결과로는 조사대상 건물 중 75%가 심야조명을 하고 있어 24시간 조명으로 낭비요소가 매우 큼을 알 수 있으며, 특히 지금과 같은 고유가 시대에서 우리는 생존을 위해서도 에너지절약에 힘써야겠다.

법규상으로는 2,000㎡이상 공동주택, 3,000㎡이상 판매영업시설, 만㎡이상 문화집회시설에는 에너지절약계획서를 제출하게 되어있는 등일정규모이상 건축물이나 공공기관에서는 고효율에너지 기자재 사용이 의무화되어 있고, 여기엔 고효율 조명기기를 적용하도록 되어 있어서 광원, 안정기, 반사갓 및 기타 조명기기가 해당되어, 관련 조명기기 생산업체는 전자식 안정기나 안정기 내장형 램프 등 생산과 함께 할로겐 램프, LED램프 등 고부가가치 제품의 개발도 진행하고 있으며, 일부에서는 고휘도유도등을 개발하여 기존 대비 소비전력을 70%나 낮추는 등 성과도 계속 나오고 있다.

그러나, 아직 대다수의 업체는 전구 및 형광등 위주여서 과당경쟁에 의한 품질저하 등의 우려가 높아서, 형광등이나 백열등을 대체할 것으로 예상되고 친환경적이고 수명이 반영구적이며, 고급 인테리어소재로 활용이 가능한 조명용 백색 LED를 개발해 나가야 할 것이다.

또한, 조명기구를 표준화시켜서(특히, 사무실용 등) 업체의 중복투자를 막고 원가를 절감시켜 고효율의 조명기기를 값싸게 대량으로 공급되도록 하여야 하겠다.

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