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전기기사 전기응용 · 조명 이론과 설계 (공사)

Lighting Theory & Design

조명 이론은 광속 · 광도 · 조도 · 휘도라는 광학량으로 등의 개수와 배치를 정하는 계산 단원이다. 점광원 아래의 조도는 거리의 제곱에 반비례하고, 실내 평균 조도는 광속법 E = FNUM / A 로 구한다. 등 높이 · 실내 반사 · 보수율이 결과를 크게 바꾸니 식마다 그 자리를 짚어 두어요. 광원 높이 슬라이더를 올리면 등 바로 아래 조도 E₀ 는 크게 줄고, 바닥의 조도 곡선은 낮고 넓게 퍼져요.

조명 설계가 시험에 나오는 까닭

🔍 조명은 에너지 효율의 핵심
① 건물 전력에서 조명이 차지하는 몫이 커서 에너지 절감의 큰 대상이 된다
② 작업에 맞는 조도는 KS 조도 기준과 산업안전보건 규칙이 정해 두었다
③ 광속 · 광도 · 조도 · 휘도 네 광학량의 관계가 모든 계산의 출발점이에요

광원 높이와 조도 분포

3 m
🔑 그림에서 볼 것
① H 가 높아지면 바로 아래 조도 E₀ 가 높이의 제곱에 반비례해 크게 준다
② 대신 분포가 평탄해져 균제도가 좋아진다
③ 실무에서는 최소 조도와 균제도를 함께 만족하는 높이를 찾아요

네 광학량과 조도 계산

점광원 수평면 조도
E = I·cos³θ / H² [lx]
I: 광도[cd], H: 광원 높이[m], θ: 수직선과 이루는 각(θ = 0 이면 E = I/H²)
광속법(실내 평균 조도)
E = F·N·U·M / A [lx]
F: 등 하나의 광속[lm], N: 등 수, U: 조명률, M: 보수율, A: 면적[m²]
필요한 등 수
N = E·A / (F·U·M)
설계에서 가장 자주 쓰는 꼴
광원 효율
η = F / P [lm/W]
P: 소비 전력[W], LED 80 ~ 200 lm/W, 백열등 15 lm/W 안팎

광원 종류와 LED 특성

💡 광원별 효율 비교
① 백열등: 10 ~ 15 lm/W, 수명 약 1,000 h, 연색성 Ra ≈ 100
② 형광등: 60 ~ 100 lm/W, 수명 약 10,000 h, 연색성 Ra ≈ 80
③ LED: 80 ~ 200 lm/W, 수명 30,000 ~ 50,000 h, 연색성 Ra ≈ 80 ~ 95
④ 고압 나트륨등: 80 ~ 140 lm/W, 수명 약 24,000 h, 도로 조명에 많이 써요
색온도와 연색성
색온도 [K] / 연색 지수 Ra
주광색(5,000 K 이상) · 주백색(4,000 K 안팎) · 전구색(3,000 K 안팎)이고, Ra 가 높을수록 물체 색이 실제에 가깝게 보인다
⚡ LED 의 장점
① 효율이 높고 수명이 길며 열이 적다
② 예열 없이 바로 켜진다
③ 밝기 조절(디밍)이 쉬워 에너지를 아끼기 좋다
④ 수은이 들어 있지 않아요

정리: 자주 나오는 식

역제곱 법칙
E = I/r²
거리 2배 → 조도 1/4
광속법
N = EA/(FUM)
등 수 구하는 기본식
🎯 시험 포인트
① 광속(F, lm) · 광도(I, cd) · 조도(E, lx) · 휘도(L, cd/m²)의 단위를 구별한다
② 점광원 수평면 조도는 E = I·cos³θ / H² 로, 세제곱이 붙는 자리를 놓치기 쉽다
③ 광속법의 보수율 M 은 보통 0.6 ~ 0.8 이다(먼지 · 노화)
④ 조명률 U 는 실지수(방 크기)와 천장 · 벽 · 바닥 반사율로 정한다
⑤ LED 문제는 효율(lm/W) · 수명 · 색온도 · 연색성 비교로 나와요
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