[논문]터널 조명등 교체에 따른 전력사용량 및 조도 개선 효과: 저압나트륨램프 LED로 교체

이규필; 김정흠

doi:10.9711/ktaj.2020.22.2.185

터널 조명등 교체에 따른 전력사용량 및 조도 개선 효과: 저압나트륨램프 LED로 교체
Effect of tunnel lighting replacement on power usage and illumination improvement: replacing low pressure sodium lamp with LED 원문보기

Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association = 한국터널지하공간학회논문집, v.22 no.2, 2020년, pp.185 - 196

이규필 (한국건설기술연구원 인프라안전연구본부) , 김정흠 (한국건설기술연구원 인프라안전연구본부)

초록
AI-Helper

국내 터널조명에는 저압나트륨램프, 고압나트륨램프, 형광램프 등이 주요 광원으로 사용되고 있으며, 터널 유지관리 비용 가운데 터널조명을 위한 전력요금은 가장 높은 비율을 차지하고 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 터널조명은 낮은 소비전력, 장수명 등의 장점을 갖는 LED로 교체 중에 있다. 본 연구에서는 터널조명 LED 교체에 따른 효과 분석을 위하여 기존 터널조명이 저압나트륨램프인 8개소 터널에 대하여, LED 교체 전·후 터널 조도측정결과 및 1년간의 월별 전력사용량을 조사하였으며, 분석결과 터널조명 광원을 저압나트륨램프에서 LED로 교체 후 1년간 터널조명용 전력사용량은 26.1~59.6% 감소하였으며, 조도는 34.1~293% 향상된 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

Low-pressure sodium lamps, high-pressure sodium lamps and fluorescent lamps etc are mainly used tunnel lighting in Rep. of Korea. Power rates for tunnel lighting are known to account for the highest percentage in the tunnel maintenance costs. Therefore, tunnel lights are being replaced by LED that have advantages such as low power consumption and longevity. To analysis effect of replacement low pressure sodium lamp with LED, illumination and monthly power usage for a year are investigated for 8 tunnels. Power usage for tunnel lighting is decreased by 26.1% to 59.6%, and illumination is increased by 34.1% to 293% replacing low pressure sodium lamp with LED.

주제어

표/그림 (16)

그림 Fig. 1. Luminance reduction curve
표 Table 1. List of tunnels to be analyzed
표 Table 2. Average illumination at ○○Tunnel up line
표 Table 3. Average illumination at ○○Tunnel down line
표 Table 4. Average illumination at △△Tunnel up line
표 Table 5. Average illumination at △△Tunnel down line
표 Table 6. Average illumination at □□Tunnel up line
표 Table 7. Average illumination at □□Tunnel down line
표 Table 8. Average illumination at ◇◇Tunnel up line
표 Table 9. Average illumination at ◇◇Tunnel down line
표 Table 10. Power usage for a year (unit: kW)
표 Table 11. Illumination improvement by the replacement of tunnel lighting
그림 Fig. 2. Power usage for a year
표 Table 12. Reduction rate of power usage for a year
그림 Fig. 3. Power usage per 100 m for a year
그림 Fig. 4. Monthly power usage

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

그러나 고가의 휘도측정 장비 운영 등의 문제로 운영관리 현장에서는 조도측정결과를 휘도로 환산하는 방식으로 관리하고 있다. 따라서 본 연구에서는 조도측정 결과 조사를 통하여 LED 조명등 개선 효과를 분석하였다. 조도측정에 사용된 장비는 TES-1330A이며, 측정범위는 최대 20,000 Lux, 정확도는 ±3%rdg±0.
따라서 본 연구에서는 터널조명 LED 교체에 따른 효과 분석을 위하여 기존 터널조명이 저압나트륨램프인 ○○터널(상) 등 8개소 터널에 대하여, LED 교체 전 ‧ 후 터널 조도측정결과 및 1년간의 월별 전력사용량을 조사/분석하였다.
본 연구에서는 터널조명 LED 교체에 따른 효과 분석을 위하여 기존 터널조명이 저압나트륨램프인 ○○터널(상) 등 8개소 터널에 대하여, LED 교체 전 ‧ 후 터널 조도측정결과 및 1년간 월별 전력사용량을 조사/분석하였으며, 터널조명 LED 교체효과는 다음과 같다.
터널을 주행하는 운전자가 전방의 장애물을 발견하는데 필요한 최소 밝기를 제공하기 위한 기본적인 조명으로 터널 전 구간에 걸쳐 실시한다.

제안 방법

도로안전시설 설치 및 관리지침에서는 터널조명은 터널 이용자가 항상 안전하고 불안감 없이 통행할 수 있도록 조명을 하는 데 목적이 있으며, 터널조명의 계획단계에서 입구 부근의 시야 상황, 구조, 교통, 환기 등을 고려하도록 규정하고 있다. 또한 터널 내에 설치하는 조명과 터널 전 ‧ 후의 접속도로에 설치하는 조명으로 구분하며, 그 기능에 적합한 조명을 설치하고, 광원은 효율, 광색, 연색성, 주위온도 특성, 수명 등이 터널조명에 적합한 것을 사용하고, 조명기구는 배광, 눈부심 제어, 조명률, 구조 등이 터널조명에 적합한 것을 사용하도록 규정하고 있다.
조도측정은 터널 상행, 하행 각각에 대해 수행하였으나, 터널조명에 사용되는 전력은 상행, 하행에 일괄 공급되므로, 터널의 상행, 하행에 사용된 전력사용을 조사하였다.
터널 내 조도는 기상조건, 일조시간 변화 등 계절적 영향에 따라 달라지므로, 본 연구에서는 LED 조명 교체 전 ‧ 후 각 1년간 전력사용량을 월별로 조사하였으며, 터널조명 광원 종류 및 각 터널별 1년간 월별 전력사용량은 Table 10과 같다.
3.1 조사대상 터널

터널조명을 저압나트륨램프에서 LED로 교체 시 조도개선 효과 및 전력사용량 효과분석을 위하여 본 연구에서는 ○○터널(상) 등 8개소 터널(총 연장 7,311 m)에 대하여, 조명등 교체 전 ‧ 후 조도측정결과 및 조명등 교체 전 ‧ 후 각 1년간의 전력사용량을 월단위로 수집 ‧ 분석 하였다. 대상터널의 연장 등 제원 현황은 Table 1과 같다.

데이터처리

조도측정은 주행차선 및 추월차선 중앙부, 차선 도색 직상부 3개소에서 측정되었으며, 3개소에서 측정된 조도의 평균값을 토대로 분석하였으며, 터널 내 설치된 모든 조명등 점등조건하에서 조도 측정을 실시한 결과는 Tables 2~9와 같다.

성능/효과

1. 터널조명 광원을 LED로 교체 후 출구부 조도는 감소하였으나, 경계부, 이행부 및 기본부 조도는 34.1~293% 향상되었으며, 이는 ○○터널(상) 등 8개소 터널 모두 2010년 이전 준공된 터널로 터널조명 광원을 LED로 교체를 위한 설계 시 2010년 개정된 터널조명 설계기준 적용에 기인한 것으로 판단된다.
2. 터널 연장 100 m당 전력사용량은 터널조명 광원이 저압나트륨램프인 경우, 4,141~6,319 kW, LED인 경우 2,444~4,565 kW인 것으로 나타났으며, 터널조명 광원을 저압나트륨램프에서 LED로 교체 후 1년간 터널조명용 전력사용량은 26.1~59.6%, 평균 40.7% 감소하였다.
3. 터널조명을 위한 전력사용량은 기상조건 및 계절별 일조시간 등의 영향으로 동절기 대비 하절기에 약 20% 더 많은 전력을 사용하는 것으로 나타났다.
Table 11에서 보이는 바와 같이 터널조명 광원을 LED로 교체 후 경계부 조도는 49.5~293%, 이행부 조도는 5.4~369.9%의 비율로 모든 터널에서 향상된 것으로 조사되었다.
□□터널 기본부 조도는 터널조명 광원을 LED로 교체 후 9.7%, 28.9% 감소한 것으로 나타났으나, 다른 6개소 터널에서는 34.1~288.8% 향상된 것으로 조사되었다.
□□터널 기본부 조도는 터널조명 광원을 LED로 교체 후 감소하였으며, 이는 Tables 6, 7에서 보이는 바와 같이 터널조명 광원을 LED로 교체 전 □□터널 상행선의 경우 이행부 조도 186 Lx, 기본부 조도 246 Lx, □□터널 하행선의 경우 이행부 조도 119 Lx, 기본부 조도 236 Lx로 이행부의 조도가 기본부의 조도보다 낮은 비정상적 조명 운영에 기인한 것으로 판단된다.
△△터널 출구부 조도는 다른 6개소 터널과 달리 LED 조명 교체 후 95.4%, 247.3% 조도가 향상된 것으로 조사되었다. 이는 ○○터널 등 6개소 터널의 경우 경계부 조도 대비 출구부 조도는 10.
출구부 조도는 △△터널의 경우 95.4%, 247.3% 향상된 것으로 나타났으나, 다른 6개소 터널에서는 6.6~54.9% 감소된 것으로 조사되었다.
터널 연장 100 m당 전력사용량은 터널조명 광원이 저압나트륨램프인 경우, 4,141~6,319 kW, LED인 경우 2,444~4,565 kW인 것으로 나타났다(Fig. 3).
터널조명 광원을 저압나트륨램프에서 LED로 교체 전 ‧ 후의 1년간 터널조명용 전력사용량은 Table 12 및 Fig. 2에서 보이는 바와 같이 ○○터널 26.5%, △△터널 26.1%, □□터널 57.9%, ◇◇터널 59.6% 각각 감소한 것으로 나타났으며, 4개 터널의 평균 전력사용량 감소율은 40.7%이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	터널조명의 목적은?	터널조명은 터널에 접근 진입하여 통과하는 차량 운전자의 시각에 일어나는 복잡한 시각 특성의 변화 및 심리적 반응과 터널 고유의 환경 조건을 고려하여, 주야간 운전자에게 안전하고 쾌적한 운전 환경을 확보해 주는 데 목적이 있다(Lee and Kim, 2019).
	터널조명 LED 교체에 따른 효과 분석을 위하여 기존 터널조명이 저압나트륨램프인 8개소 터널에 대하여, LED 교체 전 ‧ 후 터널 조도측정결과 및 1년간 월별 전력사용량을 조사/분석한 결과, 알 수 있는 것은?	1. 터널조명 광원을 LED로 교체 후 출구부 조도는 감소하였으나, 경계부, 이행부 및 기본부 조도는 34.1~293% 향상되었으며, 이는 ○○터널(상) 등 8개소 터널 모두 2010년 이전 준공된 터널로 터널조명 광원을 LED로 교체를 위한 설계 시 2010년 개정된 터널조명 설계기준 적용에 기인한 것으로 판단된다. 2. 터널 연장 100 m당 전력사용량은 터널조명 광원이 저압나트륨램프인 경우, 4,141~6,319 kW, LED인 경우 2,444~4,565 kW인 것으로 나타났으며, 터널조명 광원을 저압나트륨램프에서 LED로 교체 후 1년간 터널조명용 전력사용량은 26.1~59.6%, 평균 40.7% 감소하였다. 3. 터널조명을 위한 전력사용량은 기상조건 및 계절별 일조시간 등의 영향으로 동절기 대비 하절기에 약 20% 더 많은 전력을 사용하는 것으로 나타났다.
	국내 터널조명에는 무엇이 주요 광원으로 사용되고 있는가?	국내 터널조명에는 저압나트륨램프, 고압나트륨램프, 발광다이오드(light emitting diode, LED), 형광램프 등이 주요 광원으로 사용되고 있으며, 이 가운데 LED는 접합된 반도체에 전압을 가하는 원리로 빛을 얻는 광원으로, 낮은 소비전력, 장수명 등의 장점이 있으며(Moretti et al., 2016), 공공기관의 에너지의 효율적 이용과 온실가스의 배출 저감을 위하여 터널조명 광원은 LED 제품을 설치하여야 하며, 따라서 저압나트륨램프, 고압나트륨램프, 형광램프 등이 설치 운영 중인 도로터널 조명은 지속적으로 LED로 교체 중에 있다.

참고문헌 (6)

Jeong, M.S., Joo, J.S., Jeong, I.Y., Song, K.D. (2011), "A basic study on the location of mirror reflector system to improve illumination environment", Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association, Vol. 13, No. 5, pp. 385-393.

원문보기 상세보기
Lee, G.P., Kim, J.H. (2019), "Analysis of tunnel lighting power usage between low-pressure sodium lamp and LED", Proceedings of the KSCE 2019 Convention Conference & Civil Expo, Pyeongchang, pp. 416-417.
Lee, M.A., Lee, D.H. (2013), "A study on effects of landscape design of road tunnel portal to interior lighting of tunnels", Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association, Vol. 15, No. 5, pp. 497-504.

원문보기 상세보기
Lee, Y.Q., Lee, S.H. (2007), "A simulation analysis on the probeam lighting for the visibility at a tunnel with whitehole phenomenon", Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association, Vol. 9, No. 1, pp. 29-36.
Moretti, L., Cantisani, G., Mascio, P.D. (2016), "Management of road tunnels: construction, maintenance and lighting costs", Tunnelling and Underground Space Technology, Vol. 51, pp. 84-89.

상세보기
RABT Road and Transportation Research Association Working Group Traffic Routing and Road Safety (2006), "Regulations for the equipment and operation of road tunnel", Edition 2006, pp. 52-53.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증