조명제어란 인공조명을 전자적으로 제어하여 밝기를 조절하는 것으로, 공간의 용도에 맞추어 밝기를 조절함으로써 시각 환경의 질을 조절하는 미관적 제어와, 필요한 시간에만 조명을 제공함으로써 불필요한 조명에너지를 절감하고자 하는 에너지 절약적 제어의 두 가지 종류가 있다. 미관적 제어는 조명의 질, 분위기, 색, 위치를 변경함으로써 공간의 기능을 바꾸고 감정적인 변화를 유도할 수 있으며, 에너지 절약적 제어는 조명시스템의 사용전력이나 사용시간을 줄임으로써 에너지와 비용을 절감할 수 있으므로 이들을 상호 유기적으로 결합시켜 조명의 질을 유지하면서 최대절약의 효과를 얻을 수 있다[1].

근래에는 철도시설물에 사용되는 조명설비로서 기존 광원과 대비하여 에너지절감 및 온실가스 절감 등 환경적 차원에서 매우 높은 효과를 거둘 수 있는LED 조명이 널리 적용되고 있으며[2], 또한 조명설비 사용의 에너지절감 효과를 높이기 위하여 사용 목적, 설치 환경에 적합하도록 조명을 제어하는 에너지 절약적 제어 측면에서의 연구가 이루어지고 있고, 그 중에서도 철도 선로 지하터널 구간의 조명설비는 24시간 상시 점등 상태로 운영되고 있어 조명제어를 적용한 조명제어시스템의 도입이 요구되어 왔다.

에너지 절약적 제어 측면에서의 조명제어는 목적, 환경, 역할 등에 따라 에너지 절약을 극대화 할 수 있는 조명제어 방법을 다양하게 구성할 수 있게 되는데, 여기서의 조명제어는 결국 on/off제어, Dimming 제어 등을 통해 비제어시 대비하여 조명설비의 점등 시간(실제 점등 유지 시간)을 줄여 줌으로써 에너지를 절약하게 되는 것에 있다. 이 때, 조명설비의 제어에 따라 조명설비의 점등 시간이 감소하게 되는데 이것을 조명설계시에 고려해야 할 주요 요인으로 인식하였고, 종전에 사용되는 조명설계 요인 중 하나인 보수율의 산정에도 관계가 있을 것이라 생각 하였다.

국제조명위원회(CIE : International Commission on Illumination)에서는 보수율(Maintenance Factor)의 산정 방법에 있어서 램프 광속 유지계수(LLMF : Lamp Lumen Maintenance Factor), 램프 수명계수(LSF : Lamp Survival Factors), 조명기구 유지계수(LMF : Luminaire Maintenance Factors), 방 표면 유지계수(RSMF : Room Surface Maintenance Factor) 등 주요 인자들을 이용한 보수율 산정 방법을 제시하고 있으나 조명제어에 따른 조명 가동시간 감소에 관한 부분을 보수율에 반영할 수 있는 방법은 제시되어 있지 않아 적용 방법에 대한 추가적인 연구가 필요 하였다. 특히, 네 가지 인자 중 램프 광속 유지계수는 램프 수명기간 중 점등 램프의 초기 광속에 대한 상대적인 광속을 말하는데, 조명제어에 따른 가동시간의 변화는 램프 광속 유지계수에 영향을 줄 수 있을 것으로 예상되었다. 뿐만 아니라 LED 광원의 경우 IES LM-80-08 및 IES TM-21-11의 방법을 사용하여 램프 광속 유지계수를 산출 하게 되는데, 이를 응용한 계산방법을 고안하고자 하였다.

이에 두 가지 예비연구(Pilot Study)를 통해 철도 시설물에서의 LED 조명 도입 초기에 발생한 조명설계 문제점을 고찰하고, 에너지 절약적 측면에서의 철도 선로 지하터널 구간에서의 조명제어 도입 방법과 그에 따른 조명설계 적용 방법에 대하여 다음의 심층연구(In-depth Study)를 진행하고 결론을 도출하였다.

1. 실제 사용중인 조명설비의 LM-80 데이터 및 TM-21을 이용한 LLMF를 산출
2. 조명제어에 따른 점등 시간 변화와 LLMF 인자의 상관관계 분석
3. 조명제어에 따른 LLMF 적용방법 도출
4. 조명제어 패턴을 제안하고 조명제어에 따른 경제적·환경적 효과 분석

심층연구를 통해 조명제어에 따른 조명설비 점등 시간 변화가, 보수율 결정 인자 중 하나인 램프 광속 유지계수에 영향을 주는 상관관계에 있음을 확인 하였으며, 결과적으로 조명설계 시 램프 광속 유지계수 및 조명제어에 따른 조명설비 점등 시간을 정확하게 파악하여 보수율을 산정 한다면 경제적 효과를 볼 수 있음을 확인 하였다. 이 연구 자료를 기반으로 정확한 조명설계를 통한 철도 선로 지하터널 구간의 조명제어시스템이 본격적으로 도입되길 기대한다.

The lighting control is the control of brightness by controlling the artificial lighting electronically, which is divided in the aesthetic control that controls the brightness for the use of space and that controls the quality of visual environment, and in the energy saving control that tries to reduce the lighting energy unnecessary by providing the lighting only for the hours needed. The aesthetic control can change the function of space and induce the emotional change by changing the quality, mood, color and position of lighting, while the energy saving control can reduce the energy and cost by reducing the power utilized or hours utilized of lighting system, combine them inter-organically, maintain the quality of lighting and get the effect of maximum saving.

Recently, LED lighting is widely used that can get very high effect in the environmental dimension such as the energy saving and the reduction of greenhouse gases by comparing to the existing source of light as lighting equipment used for railway facilities, and also, the research on the energy saving control that controls the lighting for the usage and installation environment in order to raise the energy saving effect of lighting use is being made, of which the lighting equipment in the underground tunnel section of railway line is operated at the constant status of illumination for 24 hours, requiring the introduction of lighting control system with the lighting control system applied.

In the energy saving control side, the lighting control can be composed of various ways of lighting control that can maximize the energy saving according to the purpose, environment, role, and this lighting control reduces the operating time of lighting equipment(maintaining time of real illumination) compared to the non-control through on/off control and dimming control and saves the energy. In this moment, the operating time of lighting equipment is reduced in accordance with the control of lighting equipment, which was the main factor to consider upon the design of lighting and would be related to calculation of maintenance factor, one of the existing lighting design factors used.

In case of CIE(CIE : International Commission on Illumination), for the calculation method of Maintenance Factor, they are presenting the calculation method of maintenance factor with the main factor used such as Lamp Lumen Maintenance Factor(LLMF), Lamp Survival Factors(LSF), Luminaire Maintenance Factors(LMF), Room Surface Maintenance Factor(RSMF), but there is no method of reflecting to the maintenance factor the part about the reduction of lighting operation time according to the lighting control was not presented and we needed the additional research on the method of its application. Specially, of the four factors LLMF refers to the relative optical power on the initial power of illuminating lamp during the lamp survival period, and the change of operation time in accordance with the lighting control was thought to affect the Lamp Lumen Maintenance Factor. Moreover, in case of LED source of light, LLMF is to calculate with the methods of IES LM-80-08 and IES TM-21-11, and I tried to devise the calculation method of its application.

Accordingly, through two pilot studies, I tried to study the lighting design problem occurred at the initial period of introducing the LED lighting in the railway installations, and proceeded with the following in-depth study on the introduction of lighting control in the underground tunnel section of railway line from the energy saving side and the application method of its lighting design, deducing the following conclusion.

1. Calculate LLMF using the LM-80 data and TM-21 of lighting equipment in real use.
2. Analyze the interrelation between the change of operating time and LLMF factor according to the lighting control.
3. LLMF application method according to lighting control.
4. Analyze the economic and environmental effect according to the lighting control.

We confirmed through the in-depth research that the change of operating time of lighting equipment according to the lighting control has the interrelation that affects the LLMF, one of the maintenance factors, and that, if grasping exactly the operating time of lighting equipment and calculating the maintenance factor according to LLMF and lighting control for calculating the maintenance factor upon the lighting design, we could see the economic effect. Based on this research data, I hope that the lighting control system at the underground tunnel section of railway line through the exact lighting design should be introduced essentially.