Journal of the Korean Institute of IIIuminating and Electrical Installation Engineers Vol. 19, No.4, pp. 47~54 June 2005 논문 19-4-7 주거단지지하주차장의조명계획및운용방법 (A Lighting Plan and Operation Strategy for Underground Parking Garages in Residential Areas) 장수정 * 최안섭 ** (Soo-Jung Chang An-Seop Choi) 요 약 어둡고한정된지하공간의이미지의개선은지하개발성공여부에중요한결정요소가되고있다. 주거단지지하주차장의조명환경은지금까지양적위주의설계와운영이이루어졌으나이제는지하주차장공간의질적향상이필요한때이다. 이를위해서우선고려해야할두가지는, 첫째로주차장에서주로사용되는광원에대한이해이며, 둘째는균제도의향상이다. 특히겨울철외기의영향에의한주차장실내의심각한조도저하와균제도의유지를위한방안이마련되어야한다. 따라서조명기구의간격, 배열에대한변화가필요하며, 운용에있어서는시간에따른일률적인기존의제어방법에서벗어나이용패턴을고려한방식으로의전환이요구된다. Abstract The improvement of perspectives on dark and limited underground space could be an important factor in successful underground space development. The Current trend in the apartment underground parking garages requires not only quantitatively energy efficient design and operation, but also qualitative improvement of the space. For this, we need to consider two factors: Firstly, to understand the characteristics of the lamps; Secondly, to improve the uniformity ratio of illuminance. In a winter season, a way to keep the uniformity and a method not to lower the indoor illuminance level by cold ambient air should be established. Therefore, a change in interval and arrangement of the lighting fixtures is required. Also, in their operations, the current time-fixed control method needs to be changed into the control which method considers the use pattern. Key Words:Underground, Parking garage, Qualitative improvement, Residental area * 주저자 : 세종대학교건축공학과석사과정 ** 교신저자 : 세종대학교건축공학과교수 Tel:02-3408-3761, Fax:02-3408-3331 E-mail:aschoi@sejong.ac.kr 접수일자 :2005년 3월 2일 1차심사 :2005년 3월 3일 심사완료 :2005년 4월 1일 1. 서론 1.1 연구의목적 주차장은차량과보행자가함께이용하는공간이 조명 전기설비학회논문지제 19 권제 4 호, 2005 년 6 월 47
주거단지지하주차장의조명계획및운용방법 기때문에주차장에있어서무엇보다우선할것은안전이다. 따라서운전자의충분한시야확보를위한적절한조명환경은필수적이며비교적채광이열악한지하주차장의경우인공조명의역할은무엇보다중요하다. 지하주차장의인공광원은오랫동안켜진상태로있어야하므로수명이긴것이좋으며이용자의물리적 심리적안전을위해연색성이우수하고일정조도수준을유지할수있어야한다. 적합한광원으로는형광램프, 메탈핼라이드램프, 고압나트륨램프, 최근에는무전극램프까지그선택의폭이넓지만, 그중에너지효율과경제적인측면에서월등한형광램프의사용이단연압도적이다. 그러나형광램프는집광이곤란하여여러개의램프를함께사용해야하고사용램프의전력을변경할수없기때문에조명에너지절약과실내레이아웃의융통성을구현하기위하여조명제어시스템을병행사용하는것이일반적이다 [1]. 대부분의주거단지지하주차장은주차장법의설치기준인평균조도위주로설계및운영된다. 그러나초기에설정한평균조도는최적의상태에서이루어진성능평가로환경의변화에도일정한수준을유지할수있는가는의문이다. 실제로실내라하더라도형광램프의특성상출입구주변이나직하층의경우겨울철외기의영향에램프가노출되면이로인해광속의 50[%] 이상이저하될수있기때문이다. 또한안전과보안에는빛의절대양보다는균질한빛환경이보다중요하게작용하는것을생각해볼때, 현재의평균조도자체만을기준으로삼는것에무리가있다. 뿐만아니라평균조도에의존한점소등의운영은오히려균제도를저하시켜공간의질을악화시킬우려가있다. 따라서본연구는현재주거단지지하주차장의조명환경이갖고있는모순을해결하기위해형광램프의특성의반영과균제도향상을위한보다실제적인운용방안을모색하고제안하는데목적이있다. 1.2 연구의방법본연구는먼저지하주차장에서의조명특성과보 강해야할운용기준을검토하였다. 그리고지하주차장조명환경을평가하기위해조도측정법을고찰한후, 사례대상지의조도를측정하였다. 마지막으로시뮬레이션을통해조명기구의간격과배열에따른운영방안을도출하였다. 2. 주차장조명의특성지하주차장의조명은우선안전사고방지를위한운전자의시각적특성을이해하는것이중요하다. 주행중운전자의시력을동체시력이라고하는데, 이는보통정지한상태에서물체를볼수있는시력에비해 30[%] 정도낮고연령이많아질수록저하율이크다. 실내주차장의경우주행의변화가크기때문에교통상황의파악이어려워도로에서의운전보다불리하다. 또한운전자는주차장소를찾거나확인하는상황임으로확보할수있는시야가충분하지않다. 때문에충분한조도와균질한빛, 그리고높은연색성, 눈부심의방지가요구된다. 국제기준에서도주행공간과주차공간모두균제도와연색성의중요성을강조하고있다. 2.1 형광램프의특성형광램프는성능과경제면에서매우탁월한광원이다. 연색성과효율이우수할뿐만아니라초기비용이저렴하고비교적수명이길어주차장에서선호되어사용되고있다. 대부분의아파트지하주차장에서하면개방형 2등용형광램프를사용하고있다. 그러나형광램프는주위오염에약하고주변온도가저하되어 0[ ] 에근접하게되면광출력과발광효율이급격히감소하며이것은광원의수명을단축시키는원인이되기도한다. 형광램프는관벽온도가주위온도보다높도록설계되어있으므로주위온도가 20~25[ ] 부근에서가장효율적으로작동하며램프의시동특성상 5~40[ ] 범위내에서사용되어야한다 [2]. 따라서오염방지와바람의영향을막기위해커버를장착하는것을권장하고있으나그렇지않은경 48 Journal of KIIEE, Vol.19, No.4, June 2005
장수정 최안섭 우비록실내라하더라도겨울철외기가통하는입구주변에서는형광램프의조도저하가나타나게된다. 저온에서는필라멘트온도가낮아져전자방출물질의손실이많아지므로램프의수명이짧아지고시동이나빠지게된다. 따라서밝기에영향을주어어둡고가물거리는현상의원인이된다. 2.2 균제도의중요성 고, 운용역시에너지절약이강조되어실시되었다. 그러나균제도의유지를위해서는조명의질적측면도함께고려해야한다. 평균조도만을고려한점소등의운영은오히려균제도를저하시키는원인이되고있기때문에조명기구의간격, 배열에대한변화가필요하며, 동시에시간에따른일률적제어에서계절과이용패턴을고려한제어방식으로전환되어야한다. 실내주차장의국내외조도기준은다음표 1과같다. 주거단지에적용되는국내의조도기준은주차장법시행규칙으로주차장전반의평균조도만을규정하고있다. 반면에 IES(Illuminating Engineering Society, 북미조명학회 ) 의조도기준은용도별, 주야의기준을세분화하여제시하고있다. IES의주차장조명에관한내용을살펴보면, 자체의밝기보다는인식을위한균제도가더중요하게다뤄지고있다. 1998년이전에는균제도를평균조도대비최소조도의비가 4:1을초과하지않도록했으나이후에는최대조도대비최소조도의비가 10:1 이내가되도록권장하고있다. 3. 조도측정 3.1 평균조도산출 평균조도를산출하기위해서공간에따라조도를 그림 1. 실내조도측정법 Fig. 1. Illuminance measurements general lighting 구분측정점및평균조도산출식 단일 a1. 중심 표 1. 국내외조도기준 Table 1. Standard illuminance of KS and IES 국 내 해 외 [ 주차장법시행규칙 11 조 ][3] 지하식또는건축물식에의한자주식지하주차장에에는바닥으로부터 0.85[m] 의높이에있는지점이평균 70[lx] 이상의조도를유지할수있는조명장치를설치하여야한다. IES기준조도 [4] [lx] 구분 최소균제도최소수평조도 * ( 최대 / 최소 ) 수직조도 * 기 본 10 10:1 5 진입 주간 20 10:1 10 경사로 야간 10 10:1 5 입구 주간 500-250 야간 10 10:1 5 비상계단 20-10 주차장전반평균조도 : 50[lx] * 수평조도 : 바닥면조도 ** 수직조도 : 바닥위 1.5[m] 지점 지금까지주거단지지하주차장의조명은기준조도에부합하기위한양적인측면에치우쳐설계되었 a2. 일정간격 1행 a3. 연속 a4. 대칭배치 2행이상 a5. 연속배치 조명 전기설비학회논문지제 19 권제 4 호, 2005 년 6 월 49
주거단지지하주차장의조명계획및운용방법 측정하는방법에는다소차이가있다. 지하주차장의조도측정방법으로 IES에서제안하고있는실내조도측정법과주차장조도측정법 (RP-20-98) 이있다 [4]. 후자가주차장환경을고려한측정법이나사용목적에따라적합한것으로선택하여측정할수있다. (1) 실내조도측정법실내조도측정법은자연광이없는상태에서인공조명에의한실내의평균조도를구할수있는방법이다. 수평조도는국내의주차장법시행규칙에의거하여조도계를바닥에서 0.85[m] 높이에수평으로설치하고조명기구배열에따라측정포인트를다르게하여평균조도를산출한다 [ 그림 1]. 실내조도측정법각각의평균조도산출식은다음과같다. a1. Avg = P N a2. Avg = Q(N-1)+P N a3. Avg = QN+P N+1 R(N-1)(M-1)+ a4. Avg = Q(N-1)+T(M-1)+P NM a5. Avg = RN(M-1)+QN+T(M-1)+P M(N+1) P : p-1, p-2, p-3,, p-n의평균 Q : q-1, q-2, q-3,, q-n의평균 R : r-1, r-2, r-3,, r-n의평균 T : t-1, t-2, t-3,, t-n의평균 M : 행의수 N : 한행당기구의수 (2) IES 주차장조도측정법주차장조도측정법에서수평조도는바닥면에서, 수직조도는 1.5[m] 에서측정한다. 공간전체의조명기구의배치유형에따라구분되는실내조도측정법과는달리위의그림 2와같이주행부의조명기구배열에따라단위공간에서의평균조도를구하는데그의의가있다. 그림 2. 주차장조도측정 Fig. 2. Illuminance measurements of parking garages lighting(rp-20-98) 구분 b1. 주행부를따라조명기구가 1열로설치 b2. 주행부를따라조명기구가 2열로설치 b3. 주행부를따라조명기구가 2열이엇갈려설치 주차장평면유형 단위공간에서의조도측정점 50 Journal of KIIEE, Vol.19, No.4, June 2005
장수정 최안섭 (3) 평균조도산출법에따른오차정도평균조도산출법은해당공간의특성과사용목적에따라적합한것을융통성있게선택할수있다. 그러나조명성능의평가를위해평균조도를산출하는경우혹시발생할수있는실측의오류를검증하고판정하기위해서평균조도산출방법의오차를알아두는것은유용하리라본다. 평균조도산출법에따른오차의정도를파악하기위해 Lumen Micro 7.0 프로그램으로시뮬레이션을하였다. 시뮬레이션의변수설정은선행연구 [5] 를바탕으로표 2와같이구성하였다. 일반적인주거단지지하주차장환경에서, 대칭되는부분들을제외한주행부 1행과주차부 2행을단위평면으로하였다. 주위벽체는가상으로전제하여벽면반사는배제 [1] 하였다. 비교대상은일반적인지하주차장에적용하기적합한실내조도측정법의 a2와주차장조도측정법의 b1로하였다. 표 2. 시뮬레이션의변수설정 Table 2. Parameters of simulation 표 3. 평균조도결과의비교 Table 3. Relative comparisons of Average illuminance 평균조도산출법 ( E m ) 실내조도측정법 주차장조도측정법 E m -E l E l 100 약 (+)23.7% 약 (-)4.8% 3.2 조사개요 지하주차장의조명환경실태를조사하기위하여서울특별시소재의입주가 1년이상경과된아파트두곳을사례대상지로정하여인공조명에의한조도측정을실시하였다. 측정은저녁 8시이후바닥면으로부터 0.85[m] 지점에서측정하였다. 주행부와주차부 ( 주행부 2행, 주차부 3행 ) 를분리하여측정하기위해실내조도측정법의 a2로하였다. 대상지두곳모두대부분의아파트지하주차장에서사용하고있는조명기구를사용하였다. 주행 주차부의전반공간에는 32[W] 하면개방형 2등용형광램프가, 진입및경사로에는 100[W] 벽부노출형나트륨램프가설치되어있었다 [ 표 4]. 고정변수 설정치 모델 단위규모 29.1 16 3[m] 반사율천장 : 0.8, 바닥 : 0.2 조명기구간격 7.4 5.5[m] 광원 조명기구높이 천장으로부터 0.7[m] 광속저하율 0.8 주차장조도측정법의경우수평조도의측정높이 를바닥에서 0.85[m] 로재조정하여적용하였다. 해 당프로그램의 Calculation grid를비교대상조건에 맞게측정점의위치와개수를지정한후, 프로그램 계산에의한평균조도 ( ) 와해당산출법으로얻은 평균조도 ( E m ) 를비교하였다 [ 표 3]. 실내조도측정 법이약 +23.7[%] 의오차를보인반면, 측정간격이 조밀한주차장조도측정법은시뮬레이션의평균조 도와약 -4.8[%] 의차이를보였다. 표 4. 사용된조명기구 Table 4. The luminaires for Parking Garages 위치 전반공간 진입및경사로 외형 사양 32[W] 형광램프 100[W] 나트륨램프 (2등용) 벽부노출형파이프팬던트 3.3 조도측정결과 아래의표 5은조도측정결과이다. 첫번째대상 지인 K아파트지하주차장은격등을하여점등률이 50[%] 상태였고 J아파트는모두점등되어있었다. 두곳모두기준평균조도인 70[lx] 를미달하고있었 으며이는설치된조명의양에비해현격히낮은조 조명 전기설비학회논문지제 19 권제 4 호, 2005 년 6 월 51
주거단지지하주차장의조명계획및운용방법 도수준이었다. 또한격등을한 K아파트의경우는불량한균제도를나타내고있었다. 온도가 0[ ] 이하가될때광출력비율이 40[%] 이하로떨어지는특성을갖기때문이다. 표 5. 조도측정결과 Table 5. The result of measured illuminance 균제도구분평균조도 [lx] ( 최대 : 최소 ) K아파트 21.72 25 : 1 (50[%] 점등률 ) J아파트 (100[%] 40.30 6 : 1 점등률 ) 사례대상지와같은환경인표 2에서의시뮬레이션결과, 100[%] 점등일경우에평균조도는 121.1[lx] 이였다. 측정조도와비교하면시뮬레이션평균조도에 1/3 정도에불과한것인데이는표 3에서의평균조도산출방법상의오차정도를감안하여도상당한것임을알수있다. 여러가지그원인을추정해볼수있겠으나, 오차의정도로미루어보아그변인을형광램프의광속저하로추정해볼수있다. 기상청발표에따르면사례대상지에측정을실시한 2004년 3월 6일과 7일양일은예년에비해상당히낮은기온으로최저 -5[ ] 에서최고 0[ ] 를기록했다. 실내이고지하임에도불구하고측정대상주차장의위치가직하층이라는점과차량출입구로부터의외기영향을전혀배제할수없는점을감안한다면형광램프의특성상이와같은조도저하가나타날수있다. 형광램프는주위 4. 조명개선방안현재주거단지지하주차장의조명환경개선을위해서는균제도향상과동절기의조도저하를감안한설계및운용에대한대안이필요하다. 시뮬레이션을통하여단위평면모델상에서조명기구형태와배열을달리하여그성능을비교 평가하였다. 그림 3의일반형은대부분의아파트지하주차장상황으로 7.4 5.5[m] 의간격의 2등용형광램프를설치한조명평면이다. 실내조도측정법 (a2) 으로실제측정한표 5와비교하면균제도가상당히낮은것을알수있다. 뿐만아니라낱개의램프들의점소등을제어할수없는 2등용안정기의사용은운용의효율성을크게저하시킨다. 주차장의에너지비용은입주민들의부담으로이어지기때문에일부에서는에너지절감을위해한개의램프를떼어걸쳐놓는경우가발생하는데이로인해안전상의문제도야기될수있다. 변형 1은앞에서문제로지적된균제도와운용효율을개선하기위해일반형의 2등용조명기구를 1등용으로바꾸어간격을 1/2로좁힌 3.7[m] 로설치한경우이다. 평균조도는다소떨어졌지만, 균제도는확연히향상되었다. 그러나겨울철형광램프의광속저하시현재의조도값으로는기준평균조도를만족할수없다. 따라서이와같은수준의균제도를유지 그림 3. 균제도를고려한조명기구레이아웃과성능 ( 점등률 100[%]) Fig. 3. The luminaires layout which considers uniformity ratio and performance 사용기구일반형 (2 등용 32[W]) 변형 1(1 등용 32[W]) 변형 2(1 등용 32[W]) 기구배열 평균조도 121.1[lx] 93.76[lx] 166.4[lx] 균제도 (Max:Min) 42.05 : 1 9.79 : 1 8.53 : 1 52 Journal of KIIEE, Vol.19, No.4, June 2005
장수정 최안섭 그림 4. 변형 2의운용패턴 Fig. 4. Operating patterns of Variation 2 점등 소등 점등패턴 주행공간 100[%] 66[%] 33[%] 33[%] 주차공간 100[%] 100[%] 100[%] 50[%] 한채조도를높일수있는방안이필요하다. 변형 2는변형 1의조명기구물량을약 1.6배증가하여평균조도를향상시켰다. 다소과다한설비일수있으나형광램프를사용하는경우어떠한방법으로든지동절기조도저하에대한대안들이마련되어야조명환경의질이유지될수있다. 그림 4는그림 3의변형 2로운용가능한패턴을구성한것이다. 주차공간은 2회로로묶고, 주행공간은 3회로로묶어전등제어가용이하도록하였다. 기존의단조로운패턴에서변화에따른급격한조도차이를완화시켰으며스위치만으로보다효과적인운용이가능하다. 이와같은다양한점소등패턴은주차장의특성에 따라안전하게에너지절약을실현할수있다. 그림 5는그림 4의운용패턴을동절기와하절기로나누어이용시간별로재구성한것이다. 계절에따른구분은형광램프의조도저하를감안하여반영하였다. 주거단지의주차장이용은시간에따라비교적명확하게구분되므로이를기준으로주차장밖의밝기상황과시각순응을고려하여패턴을구성하였다. 5. 결론최근무전극램프가일부지하주차장에적용되고 그림 5. 시간별 계절별운용방안 Fig. 5. Operating plan by the season and time 점등 소등 운영레벨 ( 시간 ) 하절기점등패턴동절기점등패턴 Step 1 빈번한이용 출고및입고 (7~10시) (18~21시) Step 2 간헐적이용 (5~7시) (21~24시) Step 3 저조한이용 (10~18시) (0~5시) 조명 전기설비학회논문지제 19 권제 4 호, 2005 년 6 월 53
주거단지지하주차장의조명계획및운용방법 있지만당분간주거단지지하주차장은형광램프의경제적이점을포기하기어려울것이다. 앞으로도한동안지하주차장의주광원으로의사용이예상됨에따라형광램프의특성을반영한설계와그운용방안의개선은필요하다. 본연구에서는현재주거단지지하주차장의낮은균제도와겨울철조도저하에대한문제를제기하고이를해결하기위한방안을검토해보았다. 조명기구를 2등용에서 1등용으로바꾸고주행부의충분한조도확보를위해물량을 1.6배증가시켰다. 주행공간은 3회로, 주차공간은 2회로묶어다양한운용을가능케했다아직까지에너지소비적측면에서무리한소등이이루어지는것이사실이나사고로인한손실과비교할때지속적인조명환경의개선방안이절대적으로필요하다. 추후에는대형화하는지하주차장추세에맞춰정량적인측면뿐만아니라지하공간이주는심리적부담감을완화시킬수있는정성적인측면에대한연구가함께이루어져야할것이다. References [1] 김곤외 1, 공동주택지하주차장의조명설계및운용실태에따른성능평가에관한연구, 대한건축학회, 2000. [2] 사단법인고효율조명기기제조협회, 형광램프의특성, http://www.hibama.com, 2004. [3] 주차장법시행규칙, 2004. [4] Lighting for Parking Facilities(RP-20-98), Illuminating Engineering Society of North America, 1998. [5] 김곤외 1, 에너지효율적인공공공간의조명설계및성능에관한연구, 대한건축학회, 2000. 저자소개 장수정 ( 張秀貞 ) 1976 년 7 월 15 일생. 2002 년명지대건축공학과졸업. 현재세종대건축공학과석사과정. 최안섭 ( 崔安燮 ) 1967 년 10 월 4 일생. 1991 년한양대건축공학과졸업. 1993 년 The Pennsylvania State University 건축공학과건축조명시스템전공졸업 ( 석사 ). 1997 The Pennsylvania State University 건축공학과건축조명시스템전공졸업 ( 박사 ). 현재세종대건축공학과교수. 54 Journal of KIIEE, Vol.19, No.4, June 2005