2중 배광구조의 에너지 절감형 LED 도로조명 기술 김정현 기자 입력 2023-03-21 (화) 17:11  도로 중심부로 휘도 높여…안전성·경제성 확보 반사판에 의한 2중 배광구조를 갖는 LED 도로조명 등기구 기술이 나왔다. 이 기술은 LED 광원에서 발생하는 열을 분산시키고 빛 손실을 최소화한 것이 특징이다. 2중 배광분포를 가지도록 하여 휘도를 향상시키고 도로길이 방향으로 빛의 조사가 가능하다. 또한 배광렌즈 및 반사판을 이용한 2중 배광이 가능한 LED 모듈장치를 활용하여 불필요한 빛을 최소화하면서 빛을 도로길이 방향으로 모아줘 이에 따른 소비전력을 감소시키고 에너지 절감이 가능하다. 이에 따라 빛공해를 방지할 수 있다. 또한 시공시 등기구 간격을 증가시켜 등기구 수량을 저감할 수 있다. 3㎞ 가로등 설치 공사시 신기술을 적용하면 등기구와 폴대 등 시공비용을 절감할 수 있는 것이다. ㈜엑스루미가 개발한 2중 배광구조를 갖는 모듈화된 에너지 절감형 LED 도로조명 등기구 기술은 이러한 기술력을 인정받아 교통신기술 제54호로 지정됐다. 보호기간은 2026년 12월 6일까지 5년이다. ■ 기술개발자 · ㈜엑스루미 (대표자 박하정) 경기도 용인시 모현읍 곡현로 397 www.xlumi.co.kr ■ 교통신기술 제54호 보호 기간 : 2021. 12. 07. ~ 2026. 12. 06. (5년)  도로 중심부로 빛 모아주는 2중 배광구조 가로등, 터널등, 보안등, 철도용 등기구 등 LED 도로조명 분야에서 활용할 수 있는 신기술의 주요 특징으로는 ▲휘도 향상 ▲균제도 향상 ▲등기구 설치간격 증가 ▲빛공해 방지 ▲방열성능 향상 등이 있다. 먼저 2중 배광구조로 도로의 중심부로 빛을 모아 준다. 이에 따라 바닥면의 노면 휘도를 향상시켜 소비전력을 저감할 수 있다. 기존 기술 대비 약 40% 휘도를 향상할 수 있으며, 신기술을 적용한 서울~문산 고속도로 1, 3공구 터널의 경우 소비전력의 60%를 사용하고 있다. 또한 횡방향으로 누출되는 빛을 도로 길이 방향으로 길게 조사되게 하여 광 공핍 현상을 해소할 수 있다. 이에 따라 조명의 균일한 정도를 나타내는 균제도를 향상시킬 수 있다. 기존 기술 대비 약 30% 차선축 균제도를 향상할 수 있어 운전자의 시인성을 높일 수 있다. 아울러 2중 배광구조로 바닥면의 노면 휘도를 향상시키고 횡방향으로 누출되는 빛을 도로 방향으로 길게 조사한 기술력을 통하여 등기구의 설치 간격을 증가시킬 수 있다. 30m에서 최대 49m까지 가능하다. 이러한 설치 간격 증가로 인해 등기구 수량을 감소시킬 수 있어 공사비를 절감하고 경제성을 확보할 수 있다.  반사판 적용, 전면부 온도 30℃ 저감 신기술의 또다른 특징 중 하나는 빛공해 방지다. 신기술은 반사판 적용으로 불필요한 빛이나 누출되는 빛을 차단할 수 있다. 이를 통해 운전자의 눈부심을 차단할 수 있으며 주거지 침입광, 자연환경의 교란 등 빛공해를 감소시킬 수 있다. 아울러 LED 모듈 전면부의 반사판이 방열판 역할을 하게 되어 LED에서 발열되는 열을 직접 방열이 가능하다. 이를 통해 등기구의 수명을 향상시켜 유지관리성을 강화할 수 있다. 발열 온도는 반사판을 적용한 신기술의 경우 최대 56.5℃이며, 반사판을 미적용한 기존 기술의 경우 최대 87.1℃로 신기술은 기존 기술 대비 약 30℃ 이상 전면부 온도를 저감할 수 있다. LED 가로등 시공절차를 살펴보면 먼저 전기토목공사를 통해 가로등 터파기, 가로등 기초 설치, 가로등 인입선 설치를 거친다. 등기구 체결 및 제작을 위하여 먼저 폴대를 조립한 후 암대와 가로등을 조립하고 가로등 폴대 전기배선 작업 후 기초 및 가로등 폴대를 체결하게 된다. 마지막으로 전원공급장치인 SMPS 설치 및 배선작업을 통해 시공이 완료된다. 빛공해 방지, 스마트 조명 기술 ㈜엑스루미가 개발한 2중 배광구조의 에너지 절감형 LED 도로조명 기술은 빛공해를 방지할 수 있어 환경친화적이다. 최근 전세계적으로 빛공해에 대한 관심이 부각되고 있다. 빛공해는 인공조명에 의해 발생하는 필요 이상의 빛이 사람과 자연에게 피해를 주는 것을 말한다. 이러한 빛공해는 인체 건강에 유해한 주거지 침입광을 유발하고, 밤하늘의 별을 보지 못하는 원인인 상향광을 발생시킨다. 우리 몸이 빛공해에 지속적으로 노출되면 멜라토닌 생성이 억제되어 생체리듬이 변화하게 되고 불면증과 피로, 스트레스, 불안 등이 나타날 수 있다. 또한 도로에서는 운전자 및 보행자의 눈부심을 유발하여 안전운행을 저해할 수 있으며 생태계 및 자연환경의 교란, 조명 에너지 낭비 등으로 이어진다. 특히 가로등은 도시에서 사용되는 공공전기 사용량의 20%를 차지하고 있다. 이에 따라 스마트시티를 구축하는 도시에서는 스마트 가로등 사업을 시행하고 있는 추세다. 우리나라 또한 한국도로공사에서는 LED 도로조명에 대한 기준을 제정하였으며, LED 모듈 등 부속자재의 표준화를 추진하고 있다. 또한 정부는 LED와 IoT기술이 결합된 스마트 조명 보급을 확대하기 위하여 고효율 기자재 인증품목을 강화하고 신축 공공건물 설치 의무화 정책을 발표하였으며, 에너지 공급자 효율 향상 의무화 제도(EERS)를 도입하여 에너지 소비자에게 에너지 절감 효과가 우수한 고효율 설비 시스템 설치를 지원하고 있다. 방열 성능 향상, 고효율·장수명 가능 LED 조명의 핵심은 빛 반사기술과 방열기술이다. 품질과 성능에 중요한 영향을 미친다. 반사기술을 통해 광효율을 증대시킬 수 있으며, 방열기술을 통해 제품 수명을 안정화 할 수 있다. LED는 전기에너지를 빛에너지로 변형하여 그 빛을 다양한 방면에서 사용하게 된다. 전기에너지가 빛에너지로 변화할 때는 반드시 열이 발생되며, 이러한 LED의 발열과 이에 따른 방열은 LED 작동과 수명에 있어서 매우 중요한 요소라 할 수 있다. LED 조명기구에서 가장 고온이 되는 LED칩 발광부 모듈의 방열이 제대로 이루어지지 않으면 제품에 사용되는 수지, 형광체, 납땜, 전극금속, 반도체 결정과 같은 재료가 변질되거나 기계적 불량을 유발하는 요인으로 작용할 수 있다. 이에 따라 충분한 방열이 없다면 고효율·장수명을 기대하기 어렵다. 특히 실외 주 조명으로써의 LED 적용은 고출력에 따른 방열 문제를 해결하는 것이 LED 개발 분야의 핵심이라 할 수 있다. LED 광원에서 열을 제어하지 못한 경우 제품 수명의 단축과 특성 변화, 소비 전력 변화 등의 문제가 발생하게 된다. 특히 LED 모듈 및 조명 기구는 다양한 부품으로 구성되기 때문에 방열이 제대로 이루어지지 않으면 각 부품 및 재질의 열팽창 정도가 달라서 반복 열팽창에 의한 피로 파열이 발생할 수 있다. 이에 따라 LED 모듈 및 조명기구에 열이 축적되지 않도록 하기 위하여 전도성을 높이고 조명기구의 구조적 방열을 위해서 대류와 복사를 높이는 것이 중요하다 할 수 있다.  유지관리비 절감, 경제성 확보 또한 기존 기술은 인쇄회로기판(PCB) 위에 용도에 적합한 LED 칩 및 렌즈를 설치하여 활용하고 있다. 반면 신기술은 횡방향 렌즈에서 나온 빛이 도로 폭에 최적화 될 수 있도록 빛을 모을 수 있는 2차적인 배광을 구현하였으며 빛을 굴절할 수 있는 반사판 등으로 구성되어 있다. 이처럼 신기술은 우수한 방열 성능으로 인해 수명이 증가되어 유지관리비를 절감할 수 있다. 교체비용과 폐기비용을 포함하여 총 20년 수명, 5㎞ 설치시로 가정할 경우 기존 기술 대비 약 28% 유지관리비를 절감할 수 있다. 또한 향상된 휘도만큼 소비전력을 낮추어 사용할 수 있다. 우수한 평균 노면 휘도를 통하여 가로등 심야 정격 전력을 50%로 낮추어 사용할 수 있어 이를 통해 전력비용을 절감할 수 있는 것이다. 포스트 코로나 시대, 도로 분야 IoT 선도 기술 앞에서 살펴본 바와 같이 ㈜엑스루미가 개발한 2중 배광구조를 갖는 모듈화된 에너지 절감형 LED 도로조명 등기구 기술은 휘도 향상, 균제도 향상, 빛공해 방지, 방열성능 향상 등으로 소비전력을 저감할 수 있으며 시공시 등기구 설치 간격을 증가시킬 수 있다. 전세계적으로 IoT 스마트 조명 시스템이 주목을 받고 있는 가운데 신기술은 소비전력 감소 뿐만 아니라 빛공해 방지, 운전자의 시인성 향상 등의 특징으로 인하여 앞으로 국내외 도로공사 현장에서 활발히 적용될 것으로 기대된다. 특히 포스트 코로나 시대를 맞이하여 마이크로 LED, 적외선 LED, 살균 LED 등을 활용한 공원등, 투광등, 철도조명 및 실내등 등 다양한 제품의 수요가 더욱 증가할 것으로 예상되어 다양한 형태의 신기술 모듈이 적용될 것으로 기대된다. 한편 2010년 설립된 ㈜엑스루미는 LED 도로조명 전문 기업이다. 2015년 12월 경기에너지산업대상 우수상 기업으로 선정된 바 있으며 녹색기술인증, 조달우수제품, 교통신기술 등을 지정받았다. 또한 해외시장 진출을 위해 신기술 적용 제품을 방글라데시 등 동남아시아 국가와 MOU 계약을 통해 판로를 개척해 나가고 있다. 김정현 기자 |
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