1) 조도 : 어떤 면 위의 한 점의 밝기 2) 휘도 : 광원의 눈부심 정도 3) 광속 발산도 : 발광면의 단위 면적당 발산광속 4) 광속 : 광원이 빛을 내는 능력 5) 광도 : 특정방향으로 나오는 빛의 양

[해설]

다섯 용어는 모두 빛의 양을 나타내지만 기준면과 관측 방향에 따라 구분된다는 점이 핵심이다.

광속은 광원이 방출하는 빛 에너지의 총량이고, 광도는 그 중 특정 방향으로 나가는 빛의 세기이므로 광속을 방향별로 나눈 개념이다.

조도는 빛을 받는 면(피조면)의 밝기, 휘도는 광원이나 반사면을 보는 사람 눈에 느껴지는 눈부심의 정도(광원 기준)이며, 광속발산도는 내보내는 면(발광면)이 단위면적당 발산하는 광속량이라는 점에서 조도와 방향이 반대다.

1) 오염에 의한 벽, 천장의 반사율 감소 2) 오염에 의한 등기구 이용광속 감소 3) 등기구 자체의 광속 및 효율 감소

[해설]

실내 조도가 시간이 지나며 떨어지는 것은 광원과 반사면 양쪽에서 이용되는 광속이 줄어들기 때문이다.

벽·천장이 오염되면 반사율이 낮아져 실내로 재반사되는 빛이 줄고, 등기구 표면이 오염되면 같은 광속이라도 방 안으로 나오는 이용광속 자체가 감소한다.

여기에 램프 자체의 노후화로 광속과 효율이 저하되는 것까지 더해져 시간 경과에 따른 조도 감소가 누적된다.

1) 고휘도 광원 2) 순응 결핍 3) 눈에 입사하는 광속 과다 4) 물체와 그 주위간 고휘도 대비 5) 광원을 오랫동안 주시

[해설]

눈부심(글레어)은 눈이 감당할 수 있는 밝기 범위를 넘어서는 자극이 주어질 때 발생한다는 공통 원리로 다섯 항목을 정리할 수 있다.

• 광원 자체의 휘도가 지나치게 높은 경우
• 어두운 곳에서 밝은 곳으로 이동할 때처럼 눈의 순응이 미처 이루어지지 않은 경우
• 눈에 들어오는 광속의 절대량이 과다한 경우
• 물체와 배경 사이의 휘도 대비가 큰 경우
• 광원을 장시간 주시해 시각피로가 누적된 경우

1) 전등효율 : 전력소비에 대한 전발산 광속의 비율 2) 발광효율 : 방사속에 대한 광속의 비율

[해설]

조명효율은 입력 대비 출력의 비율이라는 공통 개념이지만, 어느 단계의 입출력을 보느냐에 따라 전등효율과 발광효율로 나뉜다.

전등효율은 램프가 소비한 전력(W) 대비 방출한 광속(lm)의 비율로 램프 전체의 성능을 나타내고, 발광효율은 그중 방사속 대비 실제 광속(눈에 보이는 빛)의 비율로 발광 메커니즘 자체의 효율을 나타낸다.

1) 휘도가높을것 2) 휘도가 균일할 것 3) 경관을 해치지 않을 것 4) 광원색이 적합할 것 5) 눈부심이 없을 것 6) 조도가 밝을 것

[해설]

도로조명은 운전자의 시인성과 쾌적성을 동시에 확보해야 하므로 밝기·균일성·눈부심·색·경관 등 여러 측면을 함께 고려한다.

• 노면을 충분히 밝게 비추도록 휘도가 높을 것
• 구간별 밝기 차이가 크지 않도록 휘도가 균일할 것
• 주변 경관과 조화를 이룰 것
• 사물 식별에 유리한 광원색을 사용할 것
• 운전자 시야를 방해하지 않도록 눈부심이 없을 것
• 노면 자체의 조도가 충분히 밝을 것

1) 연색성이 우수하다 2) 기동시간이 짧다 3) 가격이 싸다 4) 점등방식이 간단하다 5) 역률이 좋다

[해설]

백열전구는 구조가 단순한 열방사 광원이라는 특성 때문에 아래와 같은 장점을 가진다.

• 필라멘트가 흑체에 가까운 연속 스펙트럼을 내어 연색성이 우수하다
• 점등에 예열이 필요 없어 기동시간이 짧다
• 구조가 단순해 가격이 싸다
• 별도의 안정기 없이 바로 점등되어 방식이 간단하다
• 저항 부하이므로 역률이 좋다

1) 필라멘트 온도가 저하 하는 경우 2) 전압, 전류의 파형이 사인파가 아닌 경우

[해설]

백열전구의 깜박임(플리커)은 필라멘트의 열적 관성이 전원 파형 변화를 따라가지 못할 때 나타난다.

전압 변동 등으로 필라멘트 온도가 순간적으로 낮아지면 광속이 떨어져 깜박임으로 느껴지며, 인가되는 전압·전류 파형이 사인파가 아니라 왜곡되어 있으면 이 온도 변동이 더 뚜렷해져 플리커가 심해진다.

1) 효율이 좋다 2) 수명이 길다 3) 열 방사가 적다 4) 필요한 광색을 쉽게 얻을 수 있다 5) 눈부심이 적다

[해설]

형광등은 방전에 의한 저온 발광 방식이라 백열전구 대비 다음과 같은 장점을 가진다.

• 같은 전력으로 더 많은 광속을 내어 효율이 좋다
• 필라멘트 소모가 적어 수명이 길다
• 발광 과정에서 열로 소비되는 에너지가 적어 열 방사가 적다
• 형광물질 조합으로 다양한 광색을 쉽게 얻을 수 있다
• 발광면이 넓어 휘도가 낮고 눈부심이 적다

1) 온도 영향을 받는다 2) 역률이 나쁘다 3) 점등시간이 길다 4) 값이 비싸다 5) 깜박거림이 생기기 쉽다

[해설]

형광등은 방전관 특유의 구조 때문에 백열전구에는 없는 단점도 함께 나타난다.

• 주위 온도에 따라 광속과 효율이 달라진다
• 방전 특성상 역률이 나쁘다
• 예열·방전 개시 과정을 거치므로 점등시간이 길다
• 안정기 등 부속기기가 필요해 값이 비싸다
• 수명 말기나 저온에서 깜박거림이 생기기 쉽다

1) 메탈 할라이드등 2) 고압수은 등 3) 고압나트륨 등

[해설]

HID(고휘도 방전)등은 방전관 내 봉입 물질에 따라 아래 세 가지로 나뉜다.

• 메탈 할라이드등 — 금속 할로겐화물을 봉입해 연색성을 높인 방식
• 고압수은등 — 수은 증기 방전을 이용하는 방식
• 고압나트륨등 — 나트륨 증기 방전으로 높은 효율을 내는 방식

1) 필라멘트 예열이 필요없다 2) 순시기동으로 점등시간이 짧다 3) 관이 길어 양광주가 길고, 효율이 좋다 4) 베이스핀이 한개이므로 탈부착이 간단하다 5) 점등불량으로 인한 고장이 없다

[해설]

슬림 형광등은 관경을 가늘게 하고 순시기동 방식을 채택한 구조에서 장점이 나온다.

• 필라멘트 예열 과정이 없다
• 순시기동이라 점등시간이 짧다
• 관이 길어 양광주 구간이 길고 효율이 좋다
• 베이스핀이 한 개라 탈부착이 간단하다
• 점등불량으로 인한 고장이 없다

1) 수명이 짧다 2) 점등장치가 비싸다 3) 전력손실이 크다

[해설]

순시기동 방식은 장점과 함께 방전 개시 시 전극에 가해지는 부담도 커서 다음 단점이 따른다.

• 전극 소모가 커 수명이 짧다
• 고전압을 만드는 점등장치가 비싸다
• 기동전압이 높아 전력손실이 크다

1) 용도 : 적외선에 의한 가열 및 건조 2) 크기 : 250[W] 3) 효율 : 75[%] 4) 필라멘트 절대온도 : 2500[K] 5) 빛의 파장 : 1~3 [µm]

[해설]

적외선전구는 발광이 아니라 적외선 열복사를 이용한 가열·건조용 광원이라는 점이 다른 전구와의 차이다.

필라멘트 온도를 가시광 영역보다 낮은 절대온도 2,500K 정도로 낮춰 1~3µm 파장대의 적외선을 주로 방사시키며, 250W급 소형으로 제작해 효율은 약 75% 수준이다.

고휘도 방전램프

[해설]

HID램프는 High Intensity Discharge의 약자로, 우리말로는 고휘도 방전램프라 부른다.

방전관 내부의 고압 가스 방전을 이용해 같은 크기의 백열전구보다 훨씬 밝은 빛을 낼 수 있어, 고압수은등·메탈할라이드등·고압나트륨등처럼 옥외·대공간 조명에 주로 쓰인다.

코오니스 조명

[해설]

등기구를 벽면 상부 모서리(코니스)에 매입·은폐해 빛을 벽면 아래쪽으로 직접 흘려보내는 방식이므로 코오니스 조명이라 부른다.

등기구가 시야에 드러나지 않고 벽면만 밝게 강조되어, 실내 건축조명에서 벽면 마감재의 질감을 부각할 때 활용된다.

1) 전용의 전자안정기와 조합하여 동작한다 2) 효율이 높다 3) 성능이 램프 표면온도 35[°C] 일때 제일 좋다 4) 일정한 광출력을 낸다 5) 등이 슬림해서 디자인적으로 유리하다

[해설]

T-5는 관 지름이 5/8인치(약 16mm)로 가늘어진 형광램프 규격으로, 전용 전자안정기와 함께 동작하도록 설계된 것이 특징이다.

기존 형광등보다 발광효율이 높고, 램프 표면온도가 약 35°C일 때 광출력이 최대가 되도록 설계돼 있어 이 조건에서 가장 일정한 광출력을 낸다.

관경이 가늘어 등기구를 슬림하게 설계할 수 있어 디자인 측면에서도 유리하다.

1) 전력소모가 적다 2) 수명이 길다 3) 발열이 매우 적다 4) 내구성이 좋아 외부충격에 강하다

[해설]

LED는 반도체 접합에서 전류를 직접 빛으로 바꾸는 발광다이오드 방식이라 기존 광원과 다른 특성을 가진다.

• 발광 효율이 높아 전력소모가 적다
• 반도체 소자이므로 필라멘트 소모가 없어 수명이 길다
• 발열이 매우 적다
• 내구성이 좋아 외부충격에 강하다

1) 혹화가 거의 발생하지 않는다 2) 백열전구에 비해 수명이 길다 3) 색온도나 광속의 저하가 적다

[해설]

할로겐램프는 전구 내에 할로겐 가스를 봉입해 재생 사이클(할로겐 사이클)이 일어나도록 한 것이 백열전구와의 차이다.

증발한 텅스텐이 필라멘트로 되돌아가는 재생작용 덕분에 흑화가 거의 발생하지 않고, 필라멘트 소모가 억제되어 백열전구보다 수명이 길며 사용 중 색온도·광속 저하도 적다.

1) 대칭 배열 2) 중앙 배열 3) 편측 배열 4) 지그재그 배열

[해설]

직선도로에서 조명기구를 배치하는 방법은 도로 폭과 요구 균제도에 따라 아래 네 가지로 구분된다.

• 대칭 배열 — 도로 양쪽에 마주보게 배치
• 중앙 배열 — 도로 중앙에 한 줄로 배치
• 편측 배열 — 도로 한쪽에만 배치
• 지그재그 배열 — 양쪽에 엇갈리게 배치

① 직접조명 — 하향광속 90~100%
② 반직접조명 — 하향광속 60~90%
③ 전반확산조명 — 상·하향광속 각 40~60%
④ 반간접조명 — 하향광속 10~40%
⑤ 간접조명 — 하향광속 0~10%

[해설]

배광 방식은 조명기구에서 나오는 빛 중 아래(하향)로 향하는 광속의 비율을 기준으로 5단계로 구분한다.

하향광속이 90% 이상이면 직접조명, 60~90%이면 반직접조명이며, 상·하향이 거의 균등한 40~60%대는 전반확산조명으로 분류한다.

반대로 하향광속이 10~40%로 적으면 반간접조명, 10% 이하로 대부분 위로 향하면 간접조명이 되어 천장·벽면 반사를 주로 이용하는 방식이 된다.

채점 포인트는 다섯 명칭과 순서(직접→반직접→전반확산→반간접→간접)이며, 각 %대가 함께 요구되는 경우가 많다.

점광원 광속이 글로브 내면에서 반사·투과를 거듭해 외부로 방사되는 광속발산도 R은

$R = \dfrac{\tau I}{r^{2}(1-\rho)}\,[\mathrm{rlx}]$

여기서 $\tau$=투과율, $\rho$=반사율, $r$=글로브 반지름, $I$=점광원 광도.

[해설]

이 식은 점광원의 빛이 구형 글로브 안쪽 면에서 투과와 반사를 반복하며 바깥으로 빠져나가는 양을 무한등비급수로 합산한 결과다.

점광원에서 나온 빛이 처음 안쪽 면에 닿을 때의 조도는 $\dfrac{I}{r^{2}}$이고, 이 중 투과율 $\tau$만큼은 즉시 바깥으로 빠져나가지만 반사율 $\rho$만큼은 구 내부로 되돌아와 다시 안쪽 면 전체를 같은 세기로 비춘다.

이 반사가 무한히 반복되므로 바깥으로 빠져나가는 총량은
$R = \dfrac{I}{r^{2}}\tau(1+\rho+\rho^{2}+\cdots) = \dfrac{\tau I}{r^{2}(1-\rho)}$
로 등비급수의 합 공식을 적용해 정리된다.

따라서 채점 포인트는 분자에 투과율 $\tau$, 분모에 $r^{2}(1-\rho)$가 들어가는 구조를 정확히 쓰는 것과 단위 [rlx]를 빠뜨리지 않는 것이다.

코니스 조명(cornice lighting)

천장과 벽이 맞닿는 모서리(코니스)에 광원을 숨기고 그 빛으로 아래쪽 벽면을 직접 비추는 방식이다.

[해설]

천장과 벽이 만나는 구석(코니스)에 램프를 숨겨 그 빛이 아래쪽 벽면을 직접 비추도록 하는 건축화 조명이므로 코니스 조명이 정답이다.

같은 은폐 광원이라도 빛을 위·아래 양방향으로 내보내면 밸런스 조명, 천장 쪽으로 향하게 해 반사광으로 실내를 밝히면 코브 조명으로 구분되며, 빛의 진행 방향이 명칭을 가르는 채점 포인트다.

(1) 색온도(color temperature) : 광원의 광색을 같은 광색의 흑체 절대온도[K]로 표시한 값.

(2) 연색성(color rendering) : 광원의 분광분포에 따라 같은 색이 다르게 보이는 성질.

[해설]

(1)은 광원의 광색을 흑체 절대온도로 나타낸 색온도, (2)는 광원의 분광분포 차이로 같은 물체색이 다르게 보이는 연색성을 묻는 문항이다.

색온도는 낮을수록 붉은빛(전구색), 높을수록 푸른빛(주광색)을 띠며 단위는 K(켈빈)이다.

연색성은 색온도와 별개 개념으로, 같은 색온도라도 연색평가수가 낮으면 자연광 아래와 다르게 보일 수 있다는 점이 자주 혼동된다.