지중 조명에 적합한 LED 광원을 선택하는 방법은 무엇입니까?
에너지 절약과 환경 보호에 대한 수요가 증가함에 따라, 지상 조명 설계에 LED 조명을 사용하는 사례가 점점 더 늘어나고 있습니다. 현재 LED 시장은 장단점이 혼재되어 있습니다. 여러 제조업체와 기업들이 자사 제품 홍보에 박차를 가하고 있습니다. 이러한 혼란스러운 상황에 대해, 저희는 귀 기울이기보다는 직접 테스트를 진행해 보는 것이 낫다고 생각합니다.
유르본(주)은 외관, 방열, 배광, 눈부심, 설치 등을 포함한 LED 지상조명 선정을 시작합니다. 오늘은 램프와 랜턴의 사양에 대해서는 다루지 않고, 광원에 대해서만 이야기하겠습니다. 좋은 LED 광원을 선택하는 방법을 알고 계신가요? 광원의 주요 사양은 전류, 전력, 광속, 광감쇠, 광색, 연색성입니다. 오늘은 마지막 두 가지 항목에 대해 살펴보고, 먼저 처음 네 가지 항목에 대해 간략하게 설명하겠습니다.
우선, 우리는 종종 "몇 와트의 빛을 원하세요?"라고 묻습니다. 이는 기존의 전통적인 광원 방식을 그대로 따르는 습관입니다. 당시 광원은 고정된 와트 수만 있었고, 기본적으로 그 중에서만 선택할 수 있었으며, 자유롭게 조절할 수 없었습니다. 오늘날의 LED는 전원 공급 장치가 약간만 변경되면 전력이 즉시 변경됩니다! 동일한 LED 광원을 접지 조명에 더 큰 전류로 구동하면 전력은 증가하지만, 광효율이 감소하고 광 감쇠가 증가합니다. 아래 그림을 참조하세요.
일반적으로 중복은 낭비입니다. 하지만 이는 LED의 작동 전류를 절약합니다. 구동 전류가 해당 상황에서 최대 허용 정격에 도달하여 구동 전류를 1/3로 줄이면 손실되는 광속은 매우 제한적이지만, 그 이점은 매우 큽니다.
빛의 감쇠가 크게 감소합니다.
수명이 크게 연장됩니다.
신뢰성이 크게 향상되었습니다.
더 높은 전력 활용
따라서 지중 조명의 좋은 LED 광원의 경우 구동 전류는 최대 정격 전류의 약 70%를 사용해야 합니다.
이 경우 설계자는 광속을 직접 요청해야 합니다. 사용할 와트 수는 제조업체가 결정해야 합니다. 이는 제조업체가 광원의 와트 수를 맹목적으로 높여 효율과 수명을 희생하는 대신, 효율과 안정성을 추구하도록 장려하기 위한 것입니다.
위에 언급된 매개변수에는 전류, 전력, 광속, 그리고 광감쇠가 포함됩니다. 이 매개변수들은 서로 밀접한 관련이 있으므로 사용 시 주의 깊게 살펴봐야 합니다. 어떤 매개변수가 정말 필요한 것일까요?
밝은 색상
전통적인 광원 시대에는 색온도에 대해 모두가 "노란색 빛과 흰색 빛"에만 신경을 썼을 뿐, 빛의 색 편차 문제는 고려하지 않았습니다. 어쨌든 전통적인 광원의 색온도는 그 종류뿐이므로, 하나만 선택하면 큰 문제는 발생하지 않습니다. LED 시대에는 지표면의 빛 색상이 다양하고 종류도 다양하다는 것을 알게 되었습니다. 같은 종류의 램프 비즈라도 색 편차가 크고 차이가 클 수 있습니다.
LED는 좋고 에너지 절약적이며 친환경적이라고 다들 말하죠. 하지만 LED를 썩게 만드는 회사들이 정말 많죠! 다음은 친구가 보내준 대규모 프로젝트입니다. 유명 국내 브랜드 LED 램프와 랜턴을 실제로 적용한 사례입니다. 이 광분포, 색온도, 은은한 푸른빛을 보세요…
이러한 혼란 속에서도, 한 성실한 현장 LED 조명 공장은 고객에게 "저희 램프는 색온도 편차가 ±150K 이내입니다!"라고 약속했습니다. 이 회사는 제품 선정 시, 제품 사양에 "램프 비드의 색온도 편차가 ±150K 이내여야 합니다."라고 명시하고 있습니다.
이 150K는 "색온도 편차는 ±150K 이내로, 사람의 눈으로는 감지하기 어렵다"는 기존 문헌을 인용한 결론에 기반합니다. 그들은 색온도가 "±150K 이내"이면 이러한 불일치를 피할 수 있다고 믿습니다. 하지만 실제로는 그렇게 간단하지 않습니다.
예를 들어, 이 공장의 숙성실에서 저는 두 그룹의 라이트 바를 보았습니다. 한 그룹은 일반적인 따뜻한 흰색이었고, 다른 그룹은 분명히 편향된 흰색이었습니다. 그림에서 볼 수 있듯이 두 라이트 바의 차이를 확인할 수 있었습니다. 하나는 붉은색이고 다른 하나는 녹색이었습니다. 위의 설명에 따르면, 사람의 눈으로도 그 차이를 구분할 수 있는데, 물론 색온도 차이는 150K 이상이어야 합니다.
보시다시피, 인간의 눈에는 완전히 다르게 보이는 두 광원의 "상관 색온도" 차이는 불과 20K에 불과합니다!
"색온도 편차가 ±150K 이내이면 사람의 눈으로는 감지하기 어렵다"는 결론이 틀린 것 아닌가요? 걱정하지 마세요. 천천히 설명해 드리겠습니다. 색온도와 (CT) 상관색온도(CCT)라는 두 가지 개념에 대해 이야기해 보겠습니다. 우리는 일반적으로 광원의 "색온도"를 지표면의 "색온도"라고 부르지만, 실제로는 시험 보고서에 "상관색온도" 항목을 인용하는 경우가 많습니다. 이 두 가지 매개변수는 "건축 조명 설계 표준 GB50034-2013"에 정의되어 있습니다.
색온도
특정 온도에서 광원의 색도가 흑체의 색도와 같을 때, 흑체의 절대 온도는 광원의 색온도가 됩니다. 채도라고도 하며, 단위는 K입니다.
상관색온도
지상광 광원의 색도점이 흑체 궤적에 있지 않고, 특정 온도에서 광원의 색도가 흑체의 색도에 가장 가까울 때, 흑체의 절대 온도는 광원의 상관색온도(correlated color temperature)가 되며, 이를 상관색온도(correlated color temperature)라고 합니다. 단위는 K입니다.
지도의 위도와 경도는 도시의 위치를 나타내며, "색좌표 지도"의 (x, y) 좌표 값은 특정 빛의 색상을 나타냅니다. 아래 그림을 보면 (0.1, 0.8) 위치는 순수한 녹색이고, (0.7, 0.25) 위치는 순수한 빨간색입니다. 가운데 부분은 기본적으로 흰색입니다. 이러한 "백색도"는 말로 표현할 수 없기 때문에 "색온도"라는 개념이 있습니다. 텅스텐 필라멘트 전구에서 서로 다른 온도로 방출되는 빛은 색좌표 다이어그램에서 "흑체 궤적" 또는 BBL이라고 하는 선으로 표시되며, "플랑크 곡선"이라고도 합니다. 흑체 복사에서 방출되는 색상은 우리 눈에 "일반적인 흰색 빛"처럼 보입니다. 광원의 색좌표가 이 곡선에서 벗어나면 "색상 캐스트"가 있다고 생각합니다.
최초의 텅스텐 전구는 제조 방법과 관계없이, 그 빛의 색은 차가운 백색광과 따뜻한 백색광을 나타내는 선(그림의 굵은 검은색 선)에만 도달할 수 있습니다. 이 선의 다른 위치에 나타나는 빛의 색을 "색온도"라고 합니다. 이제 기술이 발전하여, 우리가 만든 백색광의 색은 이 선 위에 도달합니다. 우리는 "가장 가까운" 지점을 찾아 그 지점의 색온도를 측정하고, 이를 "상관 색온도"라고 부릅니다. 이제 아시겠죠? 편차가 ±150K라고 말하지 마세요. 두 광원의 색온도가 정확히 같더라도 빛의 색은 상당히 다를 수 있습니다.
3000K "등온선"을 확대해 보면:
LED 광원의 지면광은 단순히 색온도만으로는 충분하지 않습니다. 모든 색온도가 3000K라고 해도 빨간색이나 녹색 계열의 색이 나타날 수 있습니다. 새로운 지표인 SDCM을 소개합니다.
위의 예를 계속 사용하면, 이 두 세트의 라이트 바는 "상관 색온도"가 20K밖에 차이가 나지 않습니다! 거의 동일하다고 할 수 있습니다. 하지만 실제로는 분명히 다른 조명 색상입니다. 문제는 무엇일까요?
하지만 사실은 다음과 같습니다. SDCM 다이어그램을 살펴보겠습니다.
위 그림은 왼쪽의 따뜻한 백색광 3265K입니다. 녹색 타원 오른쪽의 작은 노란색 점에 주의하세요. 이는 색도도에서 광원의 위치입니다. 아래 그림은 오른쪽이 녹색에 가깝고, 빨간색 타원 밖으로 벗어났습니다. 위 예시에서 색도도에서 두 광원의 위치를 살펴보겠습니다. 흑체 곡선에 가장 가까운 값은 3265K와 3282K로, 20K 차이만 나는 것처럼 보이지만 실제로는 매우 멀리 떨어져 있습니다.
테스트 소프트웨어에는 3200K 선이 없고 3500K만 있습니다. 3200K 원을 직접 그려 보겠습니다.
노란색, 파란색, 초록색, 빨간색 네 개의 원은 각각 "완벽한 조명 색상"에서 1, 3, 5, 7 "단계"를 나타냅니다. 명심하세요. 조명 색상의 차이가 5단계 이내이면 인간의 눈으로는 거의 구분할 수 없습니다. 그것으로 충분합니다. 새로운 국가 표준은 또한 "유사 광원을 사용할 때 색상 허용 오차는 5 SDCM을 초과해서는 안 된다"고 규정합니다.
확인해 보겠습니다. 다음 점은 "완벽한" 조명 색상에서 5단계 이내에 있습니다. 저희는 이 색상이 더 아름답다고 생각합니다. 위의 점은 7단계를 거쳤으며, 사람의 눈으로는 색상 캐스트를 명확하게 볼 수 있습니다.
SDCM을 사용하여 빛의 색상을 평가할 텐데, 이 매개변수를 어떻게 측정할까요? 분광기를 가져오는 것을 추천합니다. 농담이 아니라 휴대용 분광기죠! 지표면에서 붉은색과 녹색은 보기 흉하기 때문에 빛의 색상 정확도가 특히 중요합니다.
다음은 Color Renderingndex입니다.
높은 연색지수가 요구되는 지면광은 건물 조명에 사용되는 벽등이나 지면광에 사용되는 투광등과 같은 조명에 사용됩니다. 연색지수가 낮으면 조명된 건물이나 조경의 아름다움이 심각하게 훼손됩니다.
실내 조명의 경우, 연색지수(CRI)의 중요성은 특히 주택, 소매점, 호텔 조명 및 기타 환경에서 두드러집니다. 사무실 환경에서는 연색지수가 그다지 중요하지 않습니다. 사무실 조명은 미적인 측면이 아닌 업무 수행에 최적의 조명을 제공하도록 설계되기 때문입니다.
연색성은 조명 품질 평가에 중요한 요소입니다. 연색성 지수(Color Rendering Index)는 광원의 연색성을 평가하는 중요한 방법입니다. 인공 광원의 색 특성을 측정하는 중요한 매개변수이며, 인공 광원 평가에 널리 사용됩니다. 다양한 Ra에서 제품 효과는 다음과 같습니다.
일반적으로 연색지수가 높을수록 광원의 연색성이 우수하고 물체의 색상을 복원하는 능력이 강해집니다. 하지만 이는 "일반적인" 경우일 뿐입니다. 정말 그럴까요? 연색지수를 사용하여 광원의 색재현력을 평가하는 것이 절대적으로 신뢰할 수 있을까요? 어떤 상황에서 예외가 있을까요?
이러한 문제를 명확히 하기 위해서는 먼저 연색지수(CRI)가 무엇이고 어떻게 도출되는지 이해해야 합니다. CIE는 광원의 연색성을 평가하는 일련의 방법을 잘 정립해 놓았습니다. CIE는 표준 광원으로 시험한 14개의 시험 색상 샘플을 사용하여 일련의 분광 밝기 값을 구하고, 연색지수를 100으로 규정합니다. 평가된 광원의 연색지수는 일련의 계산 방법에 따라 표준 광원과 비교하여 점수를 매깁니다. 14개의 실험 색상 샘플은 다음과 같습니다.
이 중 1~8번은 일반적인 연색지수 Ra의 평가에 사용되며, 중간 채도를 가진 8개의 대표 색상이 선정됩니다. CIE는 일반적인 연색지수 계산에 사용되는 8개의 표준 색상 샘플 외에도 광원의 특정 특수 연색 특성을 선택하기 위한 특수 색상의 연색지수 계산을 위한 6개의 표준 색상 샘플을 제공합니다. 각각 높은 채도의 빨강, 노랑, 초록, 파랑, 유럽 및 미국 피부색, 그리고 나뭇잎 녹색(9~14번)입니다. 우리나라의 광원 연색지수 계산법에는 아시아 여성의 피부색을 나타내는 색상 샘플인 R15도 추가됩니다.
문제는 다음과 같습니다. 일반적으로 연색성 지수(Ra)라고 불리는 값은 광원에 의한 8개의 표준 색상 샘플의 연색성을 기반으로 얻어집니다. 8개의 색상 샘플은 중간 정도의 채도와 명도를 가지며, 모두 불포화 색상입니다. 연속 스펙트럼과 넓은 주파수 대역을 가진 광원의 연색성을 측정하는 것은 좋은 결과이지만, 파형이 가파르고 주파수 대역이 좁은 광원을 평가하는 데는 문제가 있습니다.
연색지수 Ra가 높으면 연색성이 좋아야 합니까?
예를 들어: 지면 조명에서 2개를 테스트했습니다. 다음 두 그림을 참조하세요. 각 그림의 첫 번째 행은 다양한 색상 샘플에서 표준 광원의 성능이고, 두 번째 행은 다양한 색상 샘플에서 테스트된 LED 광원의 성능입니다.
표준 시험 방법에 따라 계산된 지중광의 두 가지 LED 광원의 연색지수는 다음과 같습니다.
위쪽은 Ra=80이고 아래쪽은 Ra=67입니다. 놀랍죠? 근본 이유는 무엇일까요? 사실, 위에서 이미 말씀드렸습니다.
어떤 방법이든 적용할 수 없는 부분이 있을 수 있습니다. 그렇다면 색상 요구 사항이 매우 엄격한 공간에만 적용되는 경우, 특정 광원이 사용에 적합한지 판단하기 위해 어떤 방법을 사용해야 할까요? 제 방법은 다소 어리석을 수 있습니다. 광원 스펙트럼을 살펴보는 것입니다.
다음은 몇 가지 대표적인 광원의 스펙트럼 분포입니다. 즉, 일광(Ra100), 백열등(Ra100), 형광등(Ra80), 특정 브랜드의 LED(Ra93), 금속 할로겐 램프(Ra90)입니다.
게시 시간: 2021년 1월 27일
