기술해설 야간조명에의한농작물피해방지방안연구 정선희 양승옥 문정현 < 한국토지공사시설사업처 >. 연구배경및목적 도로주변의야간조명이증가되면서불빛이농작물의생육에미치는영향에대한문제로제기되고있다. 야간의도로조명이농작물에미치는영향으로서국도, 고속도로또는경작지대를관통하는도로에설치된조명시설의누설광에의해인접한농지의농작물이출수가지연되고등숙불량등의피해로수확량이감소하는등빛으로인한생태계파괴가가장큰문제로대두되고있다. 이에본연구에서는우리가설치하는가로등으로인한농작물의피해영향을조사 분석하고피해방지방안을제시함으로써도로조명에활용하여농작물피해를최소화하고자한다.. 빛에의한농작물생육반응. 일장효과 일장 ( 日長 ) 이란 일 4 시간중의명기 ( 明期 ) 의길이를말하며일장이 ~4 시간이상 ( 보통 4 시간이상 ) 인것을장일이라하고일장이 ~4 시간이하 ( 보통 시간이하 ) 인것을단일이라고한다. 일장이작물의꽃눈분화와그밖의여러가지식물생육에영향을미치는것을일장효과라고하며일장효과에따라서다음과같이나눈다... 장일작물또는단야 ( 短夜 ) 작물 시금치, 누에콩, 상추등과같이봄에꽃이피는식물에많으며, 온대 한대등과같이위도가높은지방을원산지로하는것이많다... 단일식물또는장야 ( 長夜 ) 작물 가을에피는꽃에이런성질을가진것이많으며벼, 옥수수, 콩, 담배, 들깨, 참깨, 팥, 목화, 코스모스, 국화, 나팔꽃등의많은식물이이에속한다.. 야간조명의강도와광질에대한작물의영향.. 야간조명의강도 일반적으로가로등주높이 [], 5[W] 나트륨램프를설치했을경우가로등바로밑지상 높이에서의조도는약 4[lx] 정도이며가로등으로부터후방 8 지점의조도는약 8[lx] 정도가된다... 광질의영향 작물에영향을주는광질은적색광이가장강력한영향을주고, 청색광이나녹색광은적색광보다덜영향을준다 []. 작물생육에영향을미치는광파장별작용은표. 과같다 []. - 45 - 제 7 권제 6 호 3. 45
기술해설 적외선 가시광선 표. 광파장별작물에대한작용 파장작물에대한작용 75nm~ mm 적색광 75~6nm 녹색광 575~5nm 식물신장, 잎의기공개폐촉진 엽록소는적색광에서광합성가장유효 엽록소는녹색광을대부분반사함 엽록소는청색광에서청색광 5~445nm 광합성비교적유효자외선 39nm 이하키단축, 식물고사..3 빛에의해영향받기쉬운작물 가로등등야간조명에대한광질, 강도, 조명시간, 조명의방향 ( 각도 ) 과식물의종류와품종등에따라반응이다르지만일반적으로 4 시간이상의일장에서출수가늦어지는단일식물이가장영향을받는다 []. 품종은일장감응성이큰만생종일수록출수지연으로영향을크게받으며등숙기의기온이낮으면등숙불량으로야간조명에의한영향을크게받는다 [~3]...4 광원의종류별영향 야간조명에의한식물의영향은광원의종류에따라서도다른데나트륨램프는수은등이나백열등에비하여작물에비교적영향이적다 []..3 야간조명에의한작물별영향분석 3.. 단일작물 단일작물은작물별, 품종별에따라반응이다르지만야간조도가 4[lx] 이상에서는피해가발생되며작물별영향은표 3. 와같다 []. 3.3. 장일작물 맥류는장일성작물이기때문에벼, 콩등과같은 단일성작물과는달리야간조도가높으면오히려출수와성숙이촉진되며출수가촉진되면충분히생육할수있는기간이짧아지기때문에수량이감소된다. 야간조도에의한작물별영향은표 3.3 과같다 []. 표 3. 작물별수확량영향 [lx] 이하.-4[lx] 4.-6[lx] 6.-[lx] 구분수량수량수량수량수량수량수량수량지수지수지수지수 벼 647 68 96 6 93 544 84 들깨 83 55 67 9 35 9 콩 83 49 8 3 6 5 57 주 ) 벼는일품벼, 들깨는옥동들깨, 콩은중만생종의경우임 구분 표 3.3 작물별수확량영향 [lx] 이하.-5[lx] 5.-[lx].-[lx] 수량 수량지수 수량수량지수 수량수량지수 수량수량지수 보리 587 493 84 49 73 364 6 밀 657 57 88 5 77 4 63 주 ) 보리는강보리, 밀은조광의경우임 4. 야간조명에의한농작물피해방지이론적고찰및사례 4. 농작물의재배품종개발및선택 농작물에미치는야간조명의영향을최소로줄이기위해서는재배품종선택과함께영향을덜받는품종의개발도이루어져야한다 []. 4. 야간조명시설 4.. 조도완화및점등시간조정 벼는이삭패기전 7-4 일경 (6월하순-8월중순 ), 콩은화아분화기에피해가크므로이시기에야간조 46 조명 전기설비학회지 - 46 -
야간조명에의한농작물피해방지방안연구 명을소등하거나격등을실시하거나조도를 4[lx] 이하로낮춘다 []. 또한조명의불빛방향을작물의반대쪽으로향하게하거나등기구의각도조절을통하여농작물에미치는빛을최소화한다. 이와같은방법의경우농작물의피해를최소화할수있으나가로등주배치는도로폭에따라양측배열또는편측 ( 한쪽 ) 배열로설치되고있다. 일반적으로높이 [], 나트륨램프 5[W] 의가로등의경우, 농작물재배지점의조도를 4[lx] 이하로낮추기위해서는가로등주의높이를줄이거나용량이낮은램프를사용하여야하나이런경우가로등의본래의목적인차량운전자및보행자의안전을저해하는위험이있고설치비또한과다하게소요된다. 4.. 조명기구개선조명기구의역할은광원 ( 램프 ) 으로부터복사되는광속을필요한장소에공급하는것이지만지역조건에따라일반적으로적정한배광특성을갖는조명기구를사용하여도누설광이문제되는경우가있으며일반적인누설광대책은다음과같은방법이있다 [4]. 가. 조명기구에내장된반사판및프리즘글로브의적절한형상설계에의해빛을제어하는방법나. 조명기구에내장된차광막에의해불필요한방향으로복사되는빛을차단하는방법다. 조명기구의외부에루버, 후드, 갓등을부가하여불필요한방향으로복사되는빛을차단하는방법 막을이용하는방법을사용하고있다. 그림4.은고압나트륨용세종로대형가로등기구의형상을찍은것으로그림에서반사갓의대략적인형상과후사광을차단하기위한차광막을확인할수있다. 그림 4. 차광막내장가로등기구그림4. 와 4.3 은후사광을차단하기위하여등기구외부에루버등을이용한사례이다. 그림 4. 등기구상부에갓을씌운사례 4..3 사용광원 야간조명용으로의광원은농작물에비교적영향이적은나트륨램프를사용한다. 4..4 국 내외적용사례 국내적용사례로는등기구내 외부에루버등차광 그림 4.3 경부고속도로북대구 I.C 부근 - 47 - 제 7 권제 6 호 3. 47
기술해설 외국적용사례로는그림 4.4~ 그림 4.5 와같이자동차도로용조명기구로서적절한광학적설계에의한배광을제어하는것이개발되어있는데이것은조명기구에내장된반사경의형상과글러브에새겨진프리즘형상을적절히조합시켜조명기구의후방으로향하는누설광, 즉후사광을제어하는것으로서도로부근에전 답이나민가가있는경우에사용되고있다 [4]. 5. 등기구개선을통한농작물피해방지사례 앞에서살펴본야간조명에의한농작물피해방지이론적고찰및사례중조명기구내 외부에루버등을이용한후사광차단등기구를개선하여농작물의피해를방지한한국토지공사의 가로등기구개선 적용사례 에대하여기술하고자한다. 5. 기존가로등기구의조도분포조사현재국내에서보편적으로사용중인세종로대형가로등기구 ( 일반형, 차광막내장형 ) 에대한조도분포조사를하였다. 5.. 조사지역현황및조도측정지점가. 조도측정지역및도로단면그림 5. 과같이경기도 지구신설국도로차도폭이 [] 인중앙분리대를갖춘아스콘포장왕복 6차선통행도로및폭 4[] 의보도형성 4 4 농작물경작지 농로 보도 차도 중앙분리대벼 차도 보도 나. 가로등주배치현황및측정장소 그림경질 5. 프리즘도로단면도유리 그림 4.4 외국의후사광제어등기구 ) 배치현황 - 배치방법 : 마주보기배열 - 배열간격 : 3[] - 조명기구설치높이 [], 오버행.5[], 등기구경사각도 5 5 m.5m 경질프리즘유리 그림 4.5 외국의후사광제어등기구 그림 5. 가로등주규격 48 조명 전기설비학회지 - 48 -
야간조명에 의한 농작물 피해방지 방안 연구 미 등)을 재배하고 있어 향후 가로등으로 인한 농작 ) 실배치 도면 및 측정지점 물 피해가 우려되는 지역이다. 측정지점 조도측정지점 들깨 가로등주 배 그림 5.3 실배치도면 다. 측정일시 : 3년 7월 월(7회) 벼 라. 측정장비 ILLUINANCE ETER(YAKOGAWA, 포도 odel No.5) 그림 5.5 도로주변 현황 계측기 교정일 : 3년 월 7일 바. 조도측정 지점 주변 농작물 현황 그림 5.6 에서 보듯이 조도측정 지점 주변의 재배 농작물은 도로와 인접되어 있다. 그림 5.4 조도측정기기 마. 도로주변 현황 조도분포측정 도로 주변은 그림 5.5와 같이 현재 주민이 농작물(벼, 깨, 포도, 배, 채소 등)과 화원(장 그림 5.6 도로 좌측 비닐하우스(장미) - 49 - 제7권 제6호 3. 49
기술해설 그림 5.7 도로 우측농작물(깨) 그림 5. 도로 좌측 비닐하우스, 벼 그림 5.8 도로 좌측 비닐하우스(화원) 그림 5. 도로 우측 비닐하우스 5... 측정 대상 등기구 및 광원(램프) 종류 가. 일반형 가로등기구(세종로 대형) 그림 5.9 도로 우측농작물(벼) 5 조명 전기설비학회지 그림 5. 일반형 등기구 - 5 -
야간조명에 의한 농작물 피해방지 방안 연구 나. 차광막 가로등기구(세종로 대형) 나. 조도측정 DATA ) 일반형 가로등기구(세종로 대형) 일반형 등기구의 조도측정 결과는 그림 5.6과 같 았다. 일반형등기구.4 9. 9..3.4..3 4.9 4. 6.6. 8.4 7.8 보행로측 일반형 AL차광막 그림 5.3 차광막 내장 등기구.4 9.3.4 7.7 6 4 6.8 8 4 4 8 : 3.7 Lux 4 8 6 4 보행로측 경계석 4 6 다. 사용광원 : 고압나트륨 램프 5[W] 5.7 5.8 7 9.6 3.9 4 47 4 : 3.53 Lux 9.5 4.5 37.7 46 57 55 5 5. 6 34.6 5 6. 6 56 3.5 4 5 3 4 46 46 4 8 5..3 조도분포 측정 9 9.3 5 6 3 3 8 5 4.3 4 6 8.7 중앙분리대 가. 측점위치 선정 그림 5.4, 그림 5.5에서와 같이 조도측점 위치 는 차도 및 보도에 [m] [m] 간격으로 표시된 격 자점에서 측정하였다. 그림 5.6 조도측정 결과 그림 5.4 보도측 측점 위치 그림 5.7 점등후 농작물에 미치는 범위 그림 5.5 측점 위치 그림 5.8 점등 후 보도 및 도로상태 - 5 - 제7권 제6호 3. 5
기술해설 조도분포측정결과를분석해보면일반형가로등기구의조도분포측정결과, 평균조도는 3.5[lx], 보도측평균조도는 3.7[lx] 로측정되었으며, 농작물에악영향을초래할수있는조도 (4lx) 이상의범위는보도측으로 8~5[] 후방까지넓게형성되어그림 5.7 에서보듯이가로등으로인한후사광은농작물 ( 벼, 깨 ) 에상당한영향이미치는것으로판명되었다. ) 차광막가로등기구 ( 세종로대형 ) 현재농작물피해방지용으로사용하고있는기존차광막가로등기구의조도측정결과는그림 5.9 와같이나타났다. 844668AL 차광막설치 468. 3 3..33.3 5.5 5.3 5. 7.5.7 9.8 AL차광막 4 36.3 33.5 6 5 55 6.5 6 53.4 38 4.5 4 8 46 46 3 3 3.4 5. 6.9 3 6 8 38 34 4 33 6.8 9.8 3 6 5 9.7 8 7 4 8. 8..3 6 6 8.5 9.5 4 4 4.6 5.5 9.3 8.5 5 5.3 446. 6.9보행로측 : 7.97 Lux : 3.9 Lux 486일반형그림 5.9 조도측정결과 보행로측 경계석 5. 기존가로등기구개선을통한농작물피해방지연구 5.. 개요 5. 에서언급했듯이현재국내에서이용되고있는차광막가로등기구로야간조명에의한농작물피해를최소화하고있으나간접적으로농작물에영향을주는것으로판단되었고이문제점을해결하고자기존차광막가로등기구를개선하여후사광을효과적으로차단한연구사례를소개하고자한다. 5.. 개선형가로등기구 가. 등기구모형및점등시험기존차광막가로등기구커버에차광코팅을함으로써효과적으로후사광을제어하였으며, 차광코팅규격은 8[mm], [mm], [mm], 4[mm] 로정하여연구 실험하였다. 그림 5. 은개선된가로등기구의모형이며, 그림 5. 과같이점등시험을실시하였다. 차광코팅 차광막 (Shade) 중앙분리대 차광막가로등기구에대한조도분포측정결과를분석해보면, 보도측평균조도는 7.9[lx] 로측정되어일반형에비해후방향으로후사광이약 4% 가차단되었으나가로등으로부터약 8[] 지점에서의조도는최대 6.9[lx] 로측정되어농작물에간접적으로영향을미치는것으로판명되었다. 한편, 평균조도는 3.9[lx] 로그림 5.6 및그림 5.9 에서와같이일반형가로등기구와큰차이가없었다. (A) 개선가로등기구 ( 일반가로등기구 + 차광막 (Shade)+ 차광코팅 ) 그림 5. 개선형가로등기구모형 나. 개선형가로등기구상세도그림 5. 는개선형등기구의상세도이며그림 5.3 은기존아크릴등기구커버에차광코팅을한것이다. 5 조명 전기설비학회지 - 5 -
4468보행로측 468야간조명에의한농작물피해방지방안연구 다. 등기구및차광코팅재질과방법 ) 등기구커버재질등기구커버재질은현재세종로대형가로등기구커버로사용하고있는아크릴 (PA-Polyethyl eth Acrylate) 이며열가소성수지로서투명성, 내후성이뛰어나고착색이용이하면서다양한형태의성형이가능하다. (B) 개선가로등기구점등시험 등기구후사광차단 그림 5. 개선형가로등기구점등시험 ) 차광코팅가로등기구커버의차광코팅은실크스크린인쇄를이용하여코팅하였다. 실크스크린인쇄란비단, 나일론, 데드론의섬유또는스텐인레스스틸등으로짜여진망사를펼쳐놓고네모서리를팽팽하게고정시켜그위에광화학적방법으로판막을만들어필요한틀안에 ABS 인쇄잉크를부어스퀴지라불리는주걱으로스크린내면을가압하면서움직이면잉크는판막이없는부분의망사를통과하여판밑에놓여있는종이나기타피인쇄에찍혀나와인쇄되는것을말하며아크릴실크스크린인쇄에사용하는잉크는 ABS 잉크이다. ABS 잉크는아크릴노니트릴 (ACRYLONITR -ILE) 과부타다이엔 (BUTADIENE), 스타일랜 (STYRENE) 3개요소의합성으로아크릴노니트릴은내광성과내유성이우수하며, 부타다이엔은내충격성, 내마모성이우수하며스타일랜은성형가공성이우수하여아크릴수지인쇄에널리사용된다. 코팅방법은가로등기구커버에 ABS 잉크로인쇄하고건조시킨다. 인쇄된아크릴시트를가열된로에넣어일정한모양의형태로눌러열성형을하며인쇄된 ABS 잉크가아크릴내부로침투하게된다. 이런공정으로아크릴표면에인쇄된잉크는충분한 차광코팅 알루미늄차광막 그림 5. 개선형등기구상세도 내구성을갖게되고램프에의한열화를방지할수있다.6차광아크릴 4 : 33.5 Lux :.46Lux 차광아크릴 (4mm 코팅 ) 466 5.8...5.3 9...5.7..6 3..5 4.5 6 9 35 8438 34 68.5 9.5.3.4.7.9.7.7..4.4 3.9 3. 5. 4. 8. 3 37 4 46 54.7. 4. 차광아크릴 7.6 44 35.8 6 63.9 보행로측 경계석 35 38 43 47.5 5 5.7 56 48 3 3 34.5 4 39 4 4 44 코팅넓이.5 5 8.4 3 3 3 3 3 4 7.3 5 6 5.8 중앙분리대 그림 5.3 개선형등기구코팅및알루미늄차광막 그림 5.4 4[mm] 차광코팅개선형가로등기구 - 53 - 제 7 권제 6 호 3. 53
46488차광아크릴 (mm 코팅 ) 8그림 5.5 [mm] 차광코팅가로등기구 468보행로측그림 기술해설 라. 개선형가로등기구조도분포측정실험및점등사진비교 ) 조도분포측정실험개선형가로등기구에대한차광코팅규격별조도분포측정결과는그림 5.4~ 그림 5.7 과같이나타났 다. ) 개선형가로등기구점등후사진비교그림 5.8~34 에서보듯이개선형등기구의후사광차단은우수하였다. 6차광아크릴 보행로측 4 :.Lux6 : 33.5 Lux4 4..9..7.3...364.6.8.9.. 보행로측.7 3. 3.4 4.8 5. 5. 7.3.6 4 6 차광아크릴 경계석 3 7 3 3 39 46 39 8 3 36 4 46 55 6 6 35 38 43 49 48 5 53 56 3 3 35 4 39 4 4 4 5 8 8 3 3 8 8 4 4 중앙분리대 6 8 차광아크릴 (mm 코팅 ) 4보행로측 차광아크릴 4 6844 :.8Lux..3.4.6.7 3.77.5 8.9 3 5 : 34. Lux 4 8 38 8.4.7 5. 6.3 6 9 34 4 45 63.64.8.9.6 5. 4. 차광아크릴 7 3 4 5 5 54 56 6 경계석 그림 5.8 4[mm] 차광코팅등기구 8 8 9 9 44 39 4 4 4 48 49 5 36 36 38 3 33 35 38 38 4 36 4 5 5 6 7 중앙분리대 5.6 [mm] 차광코팅가로등기구 차광아크릴 ( 8mm 코팅 ) 보행로측 : 3.94Lux.9.9...6.6.7...3.6.9.. 보행로측.9.8. 3.3 4.5 5. 3.4 차광아크릴 4.5 4.9 6.3 9.6.5 4.7 5.6차광아크릴 경계석 중앙분리대 그림 5.7 8[mm] 차광코팅가로등기구 그림 5.9 [mm] 차광코팅등기구 54 조명 전기설비학회지 - 54 -
야간조명에의한농작물피해방지방안연구 과같이기존차광막등기구의조도측정결과와비교하였다. 표 5. 기존차광막등기구대비개선형등기구조도측정결과 구분 보도측조도 (Lx) 조도 (Lx) 차광막가로등기구 개선형 (AL 차광막 + 차광코팅 ) 가로등기구 4 mm코팅 mm코팅 mm코팅 8 mm코팅 차광막등기구대비증감 차광막등기구대비증감 차광막등기구대비증감 7.97.46 8%. 73%.8 65% 3.94 3.9 33.5 8.4% 33.5 8.3% 34..3% 미측정 차광막등기구대비증감 5% 그림 5.3 [mm] 차광코팅등기구 또한개선형가로등기구조도분포측정결과를분석한결과는다음과같다. ) 개선형가로등기구 (AL 차광막 + 차광코팅 ) 에대한조도분포측정결과, 차광막가로등기구에비해보도측평균조도값이현저히저감되고조도는미비하지만오히려증가된것으로판명되어전반적으로개선형가로등기구의후사광차단은우수한것으로분석되었다. ) 개선형가로등기구의경우보도측 ( 후방향 ) 으로약 5[m] 지점의조도가 4[lx] 이하로측정됨에따라농작물에영향을주지않는것으로판단되었다. 3) 다만, 4[mm], [mm] 및 [mm] 차광코팅개선형등기구의경우보도측평균조도가약 [lx] 로다소어두운면이있어보행자통행에지장을줄염려가예상되었고 8[mm] 차광코팅등기구는도로조명기준5) 에적합한것으로분석되었다. 그림 5.3 8[mm] 차광코팅등기구 마. 개선형가로등기구조도측정결과비교분석개선형가로등기구에대한조도측정결과를표 5. 6. 연구결과 지금까지야간조명이농작물에미치는영향을최소화하고자한 야간조명에의한농작물피해방지방 - 55 - 제 7 권제 6 호 3. 55
기술해설 안연구 를통해다음과같은결과로요약하였다.. 가. 지구도로조건및주변환경과도로조명기준 (KS A 37) 에적합한가로등기구는 8mm 차광코팅개선형등기구 였다. 나. 도로조명을계획함에있어일반형가로등기구는누설광 ( 후사광 ) 이농작물에미치는영향이크며농작물피해방지용으로사용하고있는차광막가로등및등기구외부에루버등을부착한조명기구는후사광을어느정도차단하고있으나농작물에미치는영향을완전차단하지는못하였다. 다. 개선형가로등기구는일반형과차광막가로등기구에비해조도에는큰변화가없었고표 6. 및도표 과같이보도측방향의후사광차단는우수한것으로분석되었으며, 또한후사광을효과적으로차단할수있어보도측에적절한조도확보가가능하고도로조명설치지역의주변환경여건 ( 보도가없는도로등 ) 에따라적절한차광코팅치수를적용한등기구를사용하면효과적이라고판단되었다. 구 분 보도측조도 (Lx) 후사광차단율 (%) 9 8 7 6 5 4 3 일반형 가로등 기구 표 6. 등기구별조도비교 차광막가로등기구 일반형대비증감 개선형 (AL 차광막 -차광코팅) 가로등기구 4mm코팅 mm코팅 mm코팅 8mm코팅 일반형대비증감 일반형대비증감 일반형대비증감 일반형대비증감 3.7 7.97 4%.46 89%. 85%.8 8% 3.94 7% 4 89 일반형 차광막 4mm코팅 mm코팅 mm코팅 8mm코팅 등기구종류 도표. 등기구종류별보도측후사광차단율 85 8 7 라. 끝으로농작물에영향을미치는후사광을차단하기위하여가로등기구개선 적용연구을한예로써제시하였으나근본적으로는효율적인배광을위하여등기구개선에대한지속적인연구가필요할것이며, 특히이부분은우리나라조명기구의기술적발전과밀접한관련이있는것으로해당제조업체나도로조명시설시행자가공동으로연구해나아가야할것으로판단된다. 참고문헌 [] 야간조명에의한주요작물의생육반응, 농촌진흥청작물시험장, 김충국,. [] 야간조명에의한농작물피해자료, 농업과학기술원 ( 농생 589-86 호문서 ), 998. [3] 가로등에의한벼의피해를최소화할수있는기술개발, 농촌진흥청,. [4] 고속도로조명시설개선방안에관한연구, 한국조명 전기설비학회, 997. [5] KS A 37( 도로조명기준 ), 한국산업표준협회, 996. 저자소개 정선희 ( 鄭善熙 ) 95 년 8 월 5 일생, 98 년경기공업전문대학전기과졸업, 983 년건국대학교전기공학과졸업, 현재한국토지공사시설사업처전기부장근무. 양승옥 ( 梁承玉 ) 964 년 5 월 일생, 988 년숭실대학교전기공학과졸업, 현재한국토지공사시설사업처전기부과장근무. 문정현 ( 文晶鉉 ) 968 년 5 월 7 일생, 996 년서울산업대학교전기공학과졸업, 년숭실대학교산업대학원전기공학과졸업 ( 석사 ), 현재한국토지공사시설사업처전기부대리근무. 56 조명 전기설비학회지 - 56 -