국가 경제의 발전과 국민의 생활 수준의 향상에 따라 전기에너지 사용량도 급증하고 있다. 전통적인 전기에너지원의 고갈에 따른 새로운 신·재생 에너지의 개발도 중요하지만, 기존의 조명설비를 효율적으로 제어하여 불필요한 전기에너지를 절감하는 것도 중요하다. 본 논문은 문화관광시설에서 낭비되는 전기에너지 절감을 위한 조명제어시스템의 운영방식을 연구한 것이다.
이 시스템은 재실감지 센서와 조도 센서를 통한 조명제어는 물론, 사용되는 전기에너지에 대한 데이터 관리를 함으로써 체계적으로 전기에너지를 절감할 수 있는 시스템이다. 이 시스템의 특징은 크게 두 가지로 나누어 볼 수 있다. 첫째는 창문으로 들어오는 자연광의 밝기에 따라 실내의 조명 밝기를 관리자가 설정한 조도 값으로 자동으로 조광(Dimming)제어 할 수 있는 시스템이다. 둘째는 HMI(Human Machine Interface)를 활용하여 실시간 조도량과 전력량의 확인, 데이터의 자동저장 및 누적, 전기사용량의 예측이 가능하다. 이 시스템의 유효성 확인을 위한 본 시험은 아래와 같은 운영요건을 설정한 후 진행하였다.
첫 번째, 실내공간의 이용자 유무에 따른 조명의 자동 ON/OFF 제어.
두 번째, 자연광과 연동된 센서를 이용하여 내부 조명을 설정 조도 범위로 자동변환.
세 번째, 실내 각 위치에서의 자연광 유입량에 따라 실내조명의 설치 라인별로 적정 밝기 출력 후 이에 따른 실내조도의 균일화.
네 번째, Touch PC로 관리자가 원하는 조도의 연출을 쉽게 구현하며, 일일 전력 사용 데이터 자동저장 및 누적(시간대별 조도, 전력량, 트렌드 등).
본 시험 이전에 Demo kit를 제작하고 이것을 이용한 예비시험을 통해 조명제어 프로그램을 수정 및 보완한 후 본시험을 진행하였다. 본 시험은 실내공간 이용자에 따른 전력량과 날씨 변화에 따른 전력량 사용을 알아보기 위해 위의 네 가지 요건을 바탕으로 한 시험환경으로 아래와 같이 두 가지 운영방식으로 진행하였다.
첫 번째 시험은 재실감지 센서와 조도 센서를 모두 이용해서 진행하였다. 이 시험은 자연광 유입량에 따라 설정된 조도 범위 내에서 조명의 밝기가 자동으로 조절되며, 동시에 실내공간의 이용자 유·무에 따라 최종적으로 조명이 ON/OFF 되도록 하였다. 이 시험결과 4.41kWh의 전력량 사용이 확인되었으며, 이 값은 기존 조명의 고정 전력량 7.6kWh에 비해 약 41.97% 감소되었다. 또한, 이 시스템의 적용 시 너무 높은 조도나 너무 낮은 조도로 인한 이용자의 시각적 불편함을 없애고 항상 일정한 실내조도로 인해 쾌적한 조명환경을 조성할 수 있다.
두 번째 시험은 재실감지 센서 기능을 프로그램에서 제외하고 조도 센서만을 적용한 것이다. 첫 번째 시험과 같이 자연광이 유입되면 설정된 조도 범위 내에서 내부공간의 조도가 자연광의 유입량에 따라 자동으로 조절된다. 이 시험 결과 7.04kWh의 전기에너지 사용이 확인되었으며, 이 전력량은 기존 조명의 고정 전력량 7.6kWh에 비해 약 7.36% 감소 되었다.
이와 같은 시험결과, 문화관광시설의 방문객 수와 소요 전력량 사이의 양의 상관관계를 확인하였고, 외부 조도량과 전력량 사이의 음의 상관관계를 확인하였다. 즉, 이용자 수가 많을수록 조명에 사용되는 전력량이 많아지고, 날씨가 맑을수록 전력량이 적게 사용되는 것으로 나타났다.