이제는 조명 사용도 스마트하게! - 에너지 사용을 줄이는LG CNS '스마트 조명 솔루션' -

  <LG CNS 스마트 조명 솔루션>

안녕하세요? LG CNS 대학생 기자단 정재우입니다.

LG CNS는 지난 7월 말 에너지 사용을 크게 줄일 수 있는 '스마트 조명 솔루션' 개발 소식을 전했는데요. 이는 IT를 활용하여 조명을 제어할 수 있는 시스템입니다. 지난 해 9월부터 파주, 구미에 위치한 LG 디스플레이 사업장 내, 53만 개 형광등을 LED 조명으로 교체한 프로젝트가 바로 그 성과물이라고 할 수 있습니다. 단일 사업장의 LED 조명 교체로는 세계 최대 규모였던 이 프로젝트는 에너지 절약에 큰 성과를 가져올 수 있었는데요. 그러면 지금부터 '스마트 조명 솔루션'에 대해 조금 더 자세히 살펴보겠습니다. 

 

LED(Light Emitting Diode)는 발광 다이오드인데요. 플라스틱 속에서 보호를 받는 미세한 반도체들이 빛을 발산할 수 있도록 돕는 장치를 말합니다. 전기 신호가 인가되면 빛을 발산하는 화합물 반도체라고도 볼 수 있죠. 또한 조명 광원의 화합물 조성비를 조절하면, 다양한 색상의 구현도 가능합니다.

LED 조명은 백열등이나 형광등에 비해 수명이 길고, 전력 소비량이 적은데요. 수은과 같은 중금속을 사용하지 않으므로, 친환경적인 제품이기도 합니다. 또한 LED램프는 기존의 일반 전구와는 달리 필라멘트(filament)를 사용하지 않아, 일반 전구보다 더 효율적으로 에너지를 소비하며 빛을 발산할 수 있습니다. 기존 필라멘트 활용 방식은 발생되는 빛보다 소모되는 열 에너지 양이 커서, 낭비되는 에너지가 많죠. 반면 LED 램프는 전기에서 빛으로의 전환 효율이 매우 높습니다. 백열전구가 5%, 형광등이 40%인 것에 비해, 전기 에너지의 90%까지 빛으로 전환이 가능한 고효율 조명입니다. 또한 유지비까지 적게 들어 매우 경제적이라고 할 수 있죠. 아직까지는 일반 전구나 형광등보다 LED 램프 가격이 상대적으로 높아서, 사용량이 많지 않지만, 장기적으로 사용할 때는 경제적이라 볼 수 있습니다. 앞으로 빠른 시간 내에 LED 램프가 보편화될 것으로 예상됩니다.  

 

앞서 'LED 조명'에 대해 함께 살펴보았는데요. 지금부터는 이를 활용한 '스마트 조명 시스템'의 구조를 알아보겠습니다.   

 <스마트 조명 시스템의 개요(출처:Environmental Energy Technology Division (EETD)>

스마트 조명 시스템은 크게 사용자 단말, 관리자 단말, 연산 제어 장치, 서버, LED, 센서류로 구성되어 있는데요. 각각의 역할을 살펴보면 다음과 같습니다. 

● 사용자 단말

사용자의 휴대성을 감안하여, 블루투스 등의 무선 통신을 기반으로 내부 망에서 연산 제어 장치와 연결됩니다. 또한 인터넷을 통해 외부 망을 통한 서버에 연결되며, 사용자가 원하는 조도 입력, 현재 조도 수준을 제공하는 역할을 합니다.   

● 관리자 단말

관리자 단말은 서버와 직접 연결이 되어 있는데요. 사용자 단말의 기능을 기본적으로 제공합니다. 또한 전력 사용량 확보, 구역별 밝기 정보 등의 모니터링 기능을 추가적으로 제공하고 있습니다.

● 연산 제어 장치

스마트 조명 제어 알고리즘을 활용하여, 윈도우 기반/안드로이드 응용 프로그램으로부터 전달받은 요구 조도 값과 서버로부터 전달받은 광센서의 현재 조도 값을 제어하는 역할을 합니다. 

● 서버

사용자 단말 또는 관리자 단말과 연결되어 있어, 요구 조도 정보뿐만 아니라 광센서로부터 현재 조도 수준 정보까지 전달받습니다. 또한 시간에 따른 소비 전력 수준 등이 저장되는데요. 이와 함께 연산 제어 장치로부터 전달된 현재 조도 수준 정보를 관리자용 단말에 전달합니다.  

기존 사용되고 있는 백열 전구와 형광등은 LED 전구보다 에너지 효율 면에서 다소 뒤쳐지는데요. 이 뿐만 아니라 운용 면에서도 하나하나 수동으로 조작해야 하는 불편함이 있었습니다. 적게는 수십 개에서 많게는 수백 개에 달하는 조명을 상황에 따라서 사람이 수동으로 조작하는 것은 현실적으로 큰 무리가 있었죠. 따라서 센서와 연산 제어 장치를 활용한 새로운 운용 시스템을 도입하게 되었는데요. 바로, '스마트 조명 시스템'입니다.  

<스마트 조명 시스템의 적용 모습 (출처: digitallumens 홈페이지)>

기존의 아날로그 방식으로 제어했던 백열 전구나 형광등과는 달리, LED 전구는 디지털 방식으로 손쉽게 제어할 수 있는데요. 상황에 따른 'On/Off', PWM(Pulse width modulation) 방식의 밝기 조절이 가능합니다. 또한 센서를 이용하여 상황을 인지하고, 변화에 따른 효과적인 대처도 가능해졌는데요. 과거에는 해당 지점에서만 조작이 가능했다면, 현재는 언제 어디에서나 조명의 상태를 확인할 수 있게 되었습니다. 스마트폰이나 기타 통신 장비를 이용하여, 조명의 밝기 등을 조절할 수 있게 되었기 때문이죠. 사람에게 조금 더 가깝고, 일하기 편리한 조명 환경이 제공되고 있다고 볼 수 있습니다.

실제로, LG 디스플레이 파주, 구미 공장에 스마트 조명 솔루션이 적용된 후 에너지 절감뿐만 아니라 에너지 관리 면에서도 그 효율이 크게 향상되었다고 하는데요. 조명의 전력 사용을 40% 이상 낮추고, 전기료와 조명 유지보수 비용 등 연간 68억 원을 절감할 수 있다고 합니다. 이 밖에도 다양한 기능이 있어서 조금 더 세심한 조명 관리를 할 수 있게 되었습니다. 과거에는 단순히 조명을 끄고 켜기만 했다면, 현재는 출입 및 작업 여부에 따른 7단계 조도 조절, 구역별 부분 조명 제어, 작업 시간에 따른 조명 예약, 전력 사용량 모니터링, 데이터 분석 등이 가능하기 때문입니다.          

 

저는 스마트 조명 시스템을 개발한 LG CNS 이재승 부장님과의 만남을 통해, 조금 더 자세한 이야기를 들어 볼 수 있었는데요. 인터뷰 내용을 요약 전달합니다.

ㅣ 사람들의 출입 여부, 날씨, 시간, 장소 등에 따라 조명의 밝기가 달라지려면, LED 외에도 여러 가지 종류의 센서가 많이 사용될 텐데요. 사용되는 센서의 종류 및 기술에 대해 알려 주세요. 

사용되는 센서는 두 가지로, 동작 센서와 조도 센서입니다. 

'동작 센서'는 사람의 유무를 판별하여 조명의 On/Off를 수행하며, '조도 센서'는 외부 빛의 밝기에 따라 실내 조명의 밝기를 조절할 수 있게 해 줍니다. 저희가 구축한 사업장에는 창가마다 2개의 조도 센서가 설치되어 외부 햇빛의 밝기에 따라 사무실 내부 구간 조명의 조도를 조절합니다. 일반적으로 사무실에서 일할 수 있는 조명의 밝기는 300~500lux 정도 되는데요. 우리나라는 400lux 정도를 표준으로 삼고 있죠. 즉 빛의 밝기가 300lux 이하로 떨어지면, 조도 센서가 이를 감지하고 실내 조명이 7개의 밝기 단계에 따라 동작을 시작합니다. 하지만 센서로만 전 사업장의 조명을 운영하는 것은 한계가 있어서, PC로 조명을 제어하는 관리자가 따로 있는데요. 미리 계획된 작업 시간에 따라 해당 작업 공간의 조명 밝기를 조절해 줍니다.   

ㅣ 스마트 조명 시스템을 현장에 적용시켜 많은 양의 에너지 절감 효과를 실현시키셨는데요. 현재의 시스템에서 좀 더 보완하거나 발전시켜야 할 부분이 있다면 어떤 것들이 있을까요?

기술적인 면도 중요하지만 사업적인 면에서 고민이 많습니다. 현재 국내는 중소기업 적합업종으로 분류되어 있어 일부 조명을 제외하고는LG 계열사 내부에만 조명 시스템 교체가 가능하기 때문에 본 사업은 국내 시장 보다는 해외 시장 진출/확대를 목표로 하고 있습니다. 

ㅣ 현재, 스마트 조명 시스템은 LG 디스플레이 파주, 구미 사업장에 설치되어 있는데요. 향후 추가적으로 설치하려고 계획된 곳은 없나요?

현재, LG 실트론 구미 공장에 설치가 진행 중입니다. 해외에서도 사업을 진행하고 있구요.

ㅣ 수동으로 조작되던 조명 기구들이 이제는 단일 시스템으로 통합되었는데요. 중앙 시스템에 오류나 고장이 발생하면 어떻게 해결하나요?   

중앙 제어 시스템에 오류가 발생하면, 모든 시스템은 수동 제어가 가능하도록 전환됩니다. 따라서 업무 마비 등의 사태는 걱정하지 않아도 됩니다. 

ㅣ 스마트 그린 솔루션 사업의 일환으로, IT와 조명 시스템이 결합된 '스마트 조명 시스템'이 탄생했는데요. 향후 출범할 예정인 새로운 에너지 절약 시스템으로는 어떤 것이 있을까요?

자사는 SI 사업만으로는 시장 정체를 해쳐나가는 데에 한계가 있어서, 에너지와 환경, 보안까지 고려한 융복합적인 관리 시스템을 개발하게 되었는데요. 앞서 이야기한 조명 시스템 이외에도 센서를 통해 온도와 습도를 조절하여 빌딩 전체를 관리하며 더 나아가서는 공장, 물류 센터 등으로 적용이 확대 가능한 솔루션을 보유하고 있습니다. 이제는 빌딩을 넘어서서 거리나 도시 전체를 관리하는 통합 시스템으로 점차 확대될 걸로 보여지며, 국내 구축 사례를 기반으로 해외 시장을 겨냥한 활발한 사업이 진행될 것으로 예상됩니다. 

ㅣ 마지막으로, 스마트 조명 시스템과 관련되어 IT에 관심있는 학생들에게 전하고 싶은 이야기가 있으신가요? 

학생 때부터 본인의 전공 외에도 많은 응용력과 변화하는 시대 흐름을 센싱하는 능력/습관을 키워야 합니다. 회사에서 새로운 사업을 발굴/진행하려면 자신의 전공분야 외에도 많은 복합적인 능력을 요구합니다. 즉 자신의 전문은 기본이며 이와 더불어 이를 구현해 내는 엔지니어링 능력과 사업을 개발하기 위한 센싱 능력, 이 모든 능력이 고객의 현장 Needs와 결합될 때 사업이 만들어 집니다. 즉, 본인의 전공 분야에 깊이를 더하시기 바라며 이를 기반으로 다양한 시각에서 고민 해보는 습관을 키우면 여러분은 입사 후 회사에서 필요로 하는 사업가 또는 엔지니어로 훌륭히 성장해 나갈 수 있을 것입니다.

지금까지 '스마트 조명 시스템'에 대해 함께 살펴 보았습니다. 현재, 이 시스템은 일부 사업장에만 적용이 되고 있는 상황인데요. 머지 않아 더 많은 산업현장과 일반적인 사무실, 가정에도 적극 도입되어 사용될 것이라고 예상하고 있습니다. 특히 가정에서는 여가와 휴식까지 고려한 조명 시스템을 갖출 수 있을 것이라고 하는데요. 각각 장소 상황에 알맞은 다양한 기능의 조명, 그로 인한 다양한 효과까지 누릴 수 있을 것 같습니다. 에너지 절감과 함께 더욱 윤택하고 편리한 생활을 가져다 줄, 스마트 조명 시스템. 앞으로의 발전을 기대해 봅니다.