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1. 서론

 우리나라 야간 조명은 1900년 종로에 첫 도로조명이 설치된 이후 야간활동 및 안전을 보장하는 기능을 수행해왔으며 산업 발달에 따라 경관 조명기능이 강화되면서 옥외 조명기구의 형태와 종류가 다양하게 변하였다. 하지만 옥외 조명으로부터 발생되는 침입광은 인체 건강에 악영향을 주며 불면증 및 우울증, 발암 가능성 증가, 어린이 성장장애 등에 영향을 주는 것으로 알려져 있다.(Rich et al., 2006; Gallaway et al, 2010; Lyytimaki, 2013)

 국외의 경우 빛공해 피해 예방을 위한 후사광, 상향광, 측면광에 대한 기준을 제시하고 있으며, 조명갓 및 차광판 설치 등 저감기술에 대한 연구도 활발히 이루어지고 있다.(Falchi et al., 2011)

 국내의 경우 인공조명에 의한 빛공해 방지법을 제정하여 침입광 등 빛공해 관리를 위한 빛 방사허용기준 등 기반을 마련하였으며, 다양한 빛공해 저감 관련 연구·개발사업도 지원하고 있다.(환경부, 2012) 또한, 국내 조명 산업체 및 연구소, 대학 실험실 등에서도 빛공해 저감형 조명기구 개발 등 빛공해 저감을 위한 연구 및 기술개발에 많은 투자와 노력을 아끼지 않고 있다.

 하지만 이러한 노력과 투자에도 불구하고 도로조명에서 발생하는 침입광은 다양한 조명환경과 조명기기 자체의 배광특성에 따라 영향 예측 및 제어가 어려우며 도로조명에 차광판 설치하는 등 대책을 마련하고 있지만 현재까지 해결해야 할 많은 문제점들이 남아있다.(Chalkias et al., 2006)

 현재 도로조명에 의한 침입광 민원 발생 시 각 시·군 지자체에서는 조명반사판 설치, 반사필름 시공, 조명방향 변화, 침입광 저감형 도로조명으로 교체, 침입광 발생 주택의 유리코팅 등 빛공해 민원 발생지역의 민원 해소를 위한 다양한 행정적·기술적 조치를 취하고 있다. 하지만 침입광 저감을 위한 기술적 조치에 따른 효과는 체계적으로 정량화 되어 있지 않아 각 시·군 지자체 및 관련 행정기관 담당자들이 침입광 저감방안 마련에 어려움을 느끼고 있다. 따라서 본 연구에서는 다양한 도로조명 침입광 저감을 위한 기술적 방안 중 조명기구 배광 개선을 통한 침입광 저감방안에 대해 정량적으로 평가하고자 하였다.

 따라서 본 연구에서는 침입광 관리를 위한 기초연구로써 조명환경에 따른 침입광 영향 및 조명기기(도로조명) 배광 개선(차광판 설치 및 조명기구 교체)에 따른 효과를 평가하고자 하였으며, 그러기위해 주택 높이(층수), 조명기구 배열(한쪽배열, 마주보기배열 등) 등 에 따른 침입광 영향을 분석하고 조명기구 개선에 따른 침입광 영향을 상용조명해석 프로그램(RELUX)을 이용하여 평가하였다. 이러한 연구 결과는 향후 침입광 저감을 위한 도로조명 설치 가이드라인 마련 시 기초자료로 활용될 것이다.

2. 연구 방법

2.1 시험대상 도로조명 및 배광등급 정보

 국내에 설치되어 있는 도로조명 설치 현황(서울, 인천, 대전, 광주, 부산 등 9개 지역 67개 지점)을 조사한 결과 세종로대형, 무역의거리, 스카이형, 보라매, 이미지, 우주형, DTV형, 이미지 센스 순으로 도로조명이 많이 사용되고 있는 것을 확인하였으며, 본 연구에서는 가장 많이 사용되고 있는 도로조명(세종로대형)을 연구대상으로 하였다.(국립환경과학원, 2011) 선정된 도로조명은 배광시험을 통해 BUG 등급(Backlight Uplight, Glare Rating)을 검토하였고, 향후 도로조명 배광 개선에 따른 침입광 영향을 고찰하기 위하여 후사광(Backlight) 등급을 B3∼B0로 변조한 배광파일(IES 파일)을 만들었다. BUG는 Backlight Uplight, Glare의 약자로 조명기구에서 발산되는 빛이 뒤로 가는 후사광(Backlight), 하늘방향으로 가는 상향광(Uplight), 측면으로 향하여 발생하는 눈부심(Glare) 정도를 6개의 등급으로 분류하여 나타내는 배광 등급으로, 국제암천협회(IDA)와 북미조명학회(IESNA)에서 공동으로 제정한 MLO(Model Lighting Ordinance)에서 제시되고 있다.(IDA & IESNA, 2011) Table 1은 본 연구에 사용된 도로조명 (세종로대형)에 대한 BUG 등급과 후사광(Backlight)을 변조한 도로조명 배광파일의 BUG등급을 나타낸다. 또한, Table 2〜6은 MLO에서 제시하고 있는 BUG 등급에 대한 기준을 나타내고 있다. Table 2〜6에서 각 B0〜B5, U0〜U5, G0〜G5 등급 밑의 셀에 있는 값들은 조명기구에서 나오는 광속(빛의 양, 루멘)을 나타내며, BL, BM, BH, BVH, FL FM, FH, FVH, UL, UH는 각 조명기구에서 빛이 나오는 방향(각도)를 의미한다. BL, BM, BH, BVH, FL FM, FH, FVH, UL, UH의 세부적인 빛의 방향은 Fig. 1과 같다.

Table 1. The classification of the BUG rating of the roadway lightings used in the simulation.

Table 2. Classification of luminaire distribution by BUG rating.

Table 3. Backlight ratings.

Table 4. Uplight ratings.

Table 5. Glare ratings for asymmetrical luminaire types.(Type I∼IV)

Table 6. The roadway lighting simulation condition of RELUX to analyze the light trespass in the residential area.

Fig. 1. The outdoor luminaire distribution measuring system for BUG rating.

2.2 시뮬레이션 설계

 도로조명으로 인한 침입광 영향 분석을 위하여 Table 6과 같이 RELUX 조명환경을 설계하였다. 침입광 시뮬레이션은 ‘도로조명은 도로안전시설 설치 및 관리지침’의 운전자에 대한 도로조명 휘도와 보행자에 대한 도로조명 조도기준(M3 등급기준, 보조간선도로 기준)을 준수하도록 설계하였다. 도로노면의 반사율을 나타내는 도로노면 휘도계수는 0.07로 하였으며 조명기구 유지보수율은 0.7로 하였다. 또한, 조명기구 설치 높이 및 간격은 도로안전시설 설치 및 관리지침을 따라 10 m 높이에 28 m 간격 설치로 하였다. 침입광 분석지점은 주택 층별 영향을 고려하여 1층부터 4층까지로 하였으며, 각 층별로 가로 28 m, 높이 2.6 m 의 직사각형 면을 침입광 분석영역으로 하여 최대 연직면 조도를 분석하였다. Fig. 2는 위의 도로조건 및 조명조건으로 침입광 영향을 시뮬레이션한 결과이다.

Fig. 2. The roadway lighting simulation using by RELUX.

3. 결과 및 고찰

3.1 주택 층별 침입광 영향

 도로조명 누출광으로 인한 침입광은 주택 층별로 다를 수 있기 때문에 주택 층별로 침입광 크기를 나타내는 연직면 조도를 도로조명 시뮬레이션을 통하여 검토하였다. 현재 인공조명에 의한 빛공해 방지법 시행규칙 별표 빛방사허용 기준에서는 도로조명과 같은 공간조명에 대하여 연직면조도 최대값 기준을 적용하고 있기 때문에 주택 층수별 연직면조도 최대값을 비교‧분석하였다. Table 7은 주택 층수에 따른 연직면 조도 최대값을 나타낸다. 주택 층수에 따른 연직면 조도 최대값은 1층의 경우 10.1(lx), 2층은 9.6(lx), 3층은 7.6(lx), 4층은 7.5(lx)로 나타나 1층에서 침입광 피해가 가장 큰 것으로 예측되었다.

Table 7. The maximum vertical illuminance according to the floor of the house.

3.2 반대편 차선 도로조명에 의한 침입광 영향

 도로조명에 의한 침입광은 Fig. 2와 같이 주거지 앞 도로조명 후사광(Backward light)과 반대편 차선 도로조명의 앞방향 빛(Forward light)에 의한 영향이 복합적으로 발생하기 때문에 양방향 도로조명에 의한 침입광 영향을 분석하고 기여도를 평가하였다. 먼저 도로조명(세종로 대형, B3U3G3 등급)이 주택 앞과 반대편 차선에 10 m 높이로 설치(마주보기 배열)된 도로(왕복 4차선 보조간선도로 기준)의 경우 도로로부터 10 m 떨어진 주택 연직면 조도 최대값은 1층에서 4층까지 각각 10.1, 9.6, 7.6, 7.5, 2.8 lx(럭스)로 분석되었고, Fig. 3과 같이 주거지 앞 도로조명만 설치(한쪽배열)된 도로의 경우 주택연직면 조도 최대값은 1층부터 4층까지 각각 6.7, 6.5, 5.8, 5.7 lx(럭스)로 분석되었다. 따라서 도로조명이 주택 침입광에 미치는 기여도는 주택 앞 도로조명 후사광이 66∼76 %, 반대편 차선 도로조명 앞방향 빛이 24∼34 % 가량으로 분석되었다.

Fig. 3. The roadway lighting installed in oneway.

Table 8. The maximum vertical illuminance and the contributiveness by backward and forward light in the both roadway lighting system.

3.3 도로조명 배광 개선에 따른 침입광 저감

 3.1 연구결과로부터 국내에 일반적으로 설치되는 컷오프형 및 세미컷오프형 도로조명에 의한 침입광은 1층에서 가장 크게 발생하는 것으로 나타남에 따라 도로조명 후사광(Backlight)개선에 따른 침입광 저감은 주택 1층을 기준으로 평가하였다. 도로조명 후사광의 배광 등급은 엑셀프로그램을 이용하여 기존 B3등급으로부터 B2, B1, B0 등급으로 개선하였으며 세부 배광 영역별 배광량은 Table 9와 같다. 본 연구에서는 침입광에 가장 큰 영향을 미치는 후사광(Backlight)의 개선에 따른 침입광 저감을 평가하고자 하여 상향광(Uplight) 및 글래어(Glare)등급은 일정하게 하고 후사광 등급만을 조정하였다. 이렇게 하여 구해진 도로조명 배광파일(IES)은 각각 RELUX프로그램으로 시뮬레이션하여 기존 도로조명 대비 침입광 저감량을 평가하였다. 기존 도로조명 후사광등급을 B3등급에서 B2, B1, B0 등급으로 개선했을때의 침입광 저감량은 양방향 조명방식(마주보기 배열)의 경우 각각 17, 33, 41% 가량 저감되는 것으로 나타났고 한쪽방향 조명방식(한쪽배열)의 경우 각각 43, 75, 92%가량 저감되는 것으로 나타났다. 한쪽방향 조명방식이 양쪽방향 조명방식에 비해 후사광 개선 효과가 크게 나타난 것은 맞은편 차선의 전방향 빛(Foward light) 영향을 받지 않기 때문이며, 후사광 개선에 따른 세부 침입광 저감량은 Table 10과 같다.

Table 9. The zonal lumens of the roadway lighting of which the backlight rating changed from B3 to B0.

Table 10. The reduction ratio of the maximum vertical illuminance accroding to the backlight rating from B3 to B0 in the bothway roadway lighting system.

4. 결론

 본 연구는 침입광 관리를 위한 기초연구로써 조명환경에 따른 침입광 영향 및 조명기기(도로조명) 배광 개선에 따른 효과를 조명시뮬레이션 프로그램을 이용하여 각 도로조명 설치 조건(마주보기 및 한쪽배열)별 도로조명 배광 개선에 따른 침입광 저감량 및 기여율 등을 평가하였다. 먼저 주택 층수에 따른 침입광 영향을 분석한 결과 일반적인 도로조명 조건(Table 6) 조건에서 침입광 유발 가능성이 높은 주택 층은 1층으로 나타났으며, 도로조명이 주택 침입광에 미치는 기여도는 주택 앞 도로조명 후사광이 66∼76 %, 반대편 차선 도로조명 앞방향 빛이 24∼34 % 가량으로 나타났다. 또한, 기존 도로조명 후사광 등급을 B3등급에서 B2, B1, B0 등급으로 개선했을때의 침입광 저감량은 양방향 조명방식(마주보기 배열)의 경우 각각 17, 33, 41% 가량 저감되는 것으로 나타났고 한쪽방향조명방식(한쪽배열)의 경우 각각 43, 75, 92%가량 저감되는 것으로 나타났다. 따라서 향후 도로조명에 의한 침입광 관리방안 마련 시 도로조명에 의한 침입광 피해가 가장 클 것으로 예측되는 주택 1층을 중심으로 이루어져야 할 것으로 판단되며, 후사광 개선에 따른 침입광 저감은 한쪽방향 조명방식이 양방향 조명방식보다 효과가 클 것으로 판단된다. 또한, 본 연구에서 도출된 도로조명 후사광 개선에 따른 침입광 저감량은 향후 도로조명에 의한 침입광 저감계획 수립 시 기초자료로의 활용이 기대된다.