2.1 물류센터의 작업 유형

최근 물류센터는 단순한 화물 보관 기능에서 나아가 다양한 물류 작업을 통합적으로 수행하는 거점으로 기능하고 있다. 관련 법령^[6], 선행연구^[7-9], 관련 매뉴얼^[10]을 종합해 볼 때, 물류센터는 화물의 하역, 분류, 보관, 포장, 출고, 배송 등의 기능을 종합적으로 수행하는 물류시설로 정의할 수 있다. 이러한 기능 수행을 위하여 물류센터는 작업 유형에 따라 공간이 구분되며, 각 구역에서는 목적에 따라 필요한 물류 작업이 이루어진다. 각 작업은 실내 또는 실외 공간에서 수행되며, 공간의 구성은 물류 흐름과 작업 특성에 따라 결정된다. Table 1은 물류센터에서 수행되는 작업의 종류와 내용을 개괄적으로 보여준다.

2.2 실내 물류 작업 유형별 조도 기준

물류센터에서는 상품의 입고부터 출고까지 다양한 작업이 수행되며, 이 중 분류·운반·보관·포장 작업은 주로 실내 공간에서 이루어진다. 상품은 제조사나 수입처로부터 주로 다수의 상자를 적재한 파렛트 단위로 입고되어 물류센터 내 파렛트 랙(Pallet Rack)에 보관된다. 주문은 파렛트·상자 단위가 대부분이지만, 국내에서는 낱개 단위의 주문도 많아 낱개 단위 취급이 함께 이루어진다^[11]. 이러한 작업은 지게차, 핸드 파렛트 트럭(Hand Pallet Truck), 컨베이어(Conveyor), 파렛타이저(Palletizer) 등 다양한 물류 설비 및 장비와 작업자 간의 협업을 통하여 수행된다.

분류 작업은 일반적으로 상자 단위로 이루어지며, 대량의 상자를 효율적으로 처리하기 위하여 바코드 인식 장치와 휠소터(Wheel Sorter) 또는 크로스벨트 소터(Cross Belt Sorter)가 결합된 컨베이어 시스템이 활용된다^[11]. Fig. 1은 이러한 자동 분류 시스템의 예시이다. 물류센터의 규모와 취급 물량에 따라 핸드 스캐너를 이용한 수동 분류가 병행되기도 하며, 자동 분류 라인에서도 작업자의 육안 검수, 오류 확인 및 수정, 시스템 모니터링과 같은 보조 업무가 필요하다.

운반 작업에는 지게차와 파렛트 트럭을 이용한 상자 및 파렛트 이송, 상·하차 작업 등이 포함된다. 자동화 수준이 높은 물류센터에서는 무인운반차(Automated Guided Vehicle, AGV)나 자율이동로봇(Autonomous Mobile Robot, AMR)이 활용되며^[13], 이 경우 경로 관리나 장애물 제거 등의 부가 작업이 수반될 수 있다. Fig. 2(a)는 랙 사이 통로를 운행 중인 AGV의 모습을 보여준다.

보관 작업은 상품의 크기와 물류 단위(파렛트, 상자 등)에 따라 다양한 방식으로 운영된다. 파렛트 단위 상품은 파렛트 랙(Pallet Rack)에 적치·보관하고, 상자 단위 상품은 선반이나 파렛트 위에 적층하여 보관한다. 또한 출고를 위한 피킹(Picking), 재고 확인, 품목 정리 등의 활동도 수행된다. 일부 물류센터에서는 자동 저장 및 검색 시스템(Automated Storage and Retrieval System, AS/RS)을 도입하여 물품의 저장과 반출을 자동으로 수행하기도 한다^[9]. Fig. 2(b)는 AS/RS의 사례를 보여준다.

포장 작업은 자동 테이핑기, 파렛타이저, 오토라벨러(Auto Labeler) 등을 활용한 자동 포장 및 라벨 부착, 완충재 삽입, 송장 처리, 포장 완료 상품의 점검 등의 세부 작업을 포함한다^[15].

분류·운반·보관·포장 작업은 실내에서 주요 활동이 이루어지므로, 인공조명이 시각적 쾌적성 및 작업 효율에 큰 영향을 미친다. 따라서 작업의 특성에 맞는 적절한 밝기 수준을 확보하기 위해서는 관련 조도 기준을 참고할 필요가 있다. 물류센터의 안전하고 효율적인 작업을 위하여 적용할 수 있는 대표적인 기준으로는 KS 조도기준(KS A 3011), 산업안전보건기준, 북미조명공학회(IES) 권장 기준이 있으며, 세부 내용은 Table 2에 제시하였다. KS 조도기준은 작업의 정밀도와 대상물 크기에 따라 권장 범위를 제시하며, 산업안전보건기준은 작업 정밀도에 따른 최소 조도를 규정한다. 반면 IES는 물류센터 내 세부 작업과 품목 특성을 고려하고 수직 조도까지 구체적으로 제시하는 특징이 있다^[16-18].

본 연구에서는 Table 2의 기준들을 종합 검토하여, 물류 작업 유형에 적합한 요구 조도를 Table 3과 같이 재정의하였다. 작업의 시각적 요구도, 대상물의 크기, 작업 방향(수평/수직) 등을 반영하여 조도를 설정하였다. 특히 보관 작업은 랙 전면에서의 식별 및 조작이 주를 이루므로 수평 조도와 함께 수직 조도도 제시하였다. 반면, 분류·운반·포장 작업은 대부분 수평면에서 시각 활동이 이루어져 수평 조도를 기준으로 적용하였다.

Fig. 1. Conveyor sorting system(adapted from reference 12)

Fig. 2. Examples of material handling equipment in logistics centers, (a)AGVs in rack aisles, (b)AS/RS in a warehouse(adapted from reference 13 and 14, respectively)

3.1 스마트 조명 제어 관련 선행연구 고찰

본 절에서는 산업시설을 대상으로 수행된 스마트 조명 제어 관련 선행연구 중, 조명 제어 방식이 구체적으로 제시되고, 시뮬레이션 또는 실증을 통하여 에너지 절감 효과가 검증된 4편의 연구를 고찰하였다.

Füchtenhans, et al. (2023)은 스마트 조명 시스템이 창고 운영에서 에너지 소비 및 비용 절감에 미치는 영향을 시뮬레이션으로 분석하였다. 기준 조건은 형광등을 사용하여 전구역을 상시 점등하는 방식(CL: Conventional Lighting)이었으며, 이와 비교된 세 가지 조명 제어 방식은 다음과 같다. 첫째, CL과 동일한 점등 방식에 광원만 LED로 교체한 방식이다. 둘째, SFI(Sensor-based Full Illumination)는 모션 센서를 활용하여, 피킹 통로에 작업자가 감지되면 해당 구역을 100% 점등하고, 부재 시에는 20%로 디밍하는 방식이다. 셋째, SAZ(Sensor-based Activity Zone)는 실내 위치 시스템(Indoor Positioning Systems, IPS)을 활용하여 작업자의 위치를 실시간으로 추적하고, 반경 10m 이내 구역은 100% 점등하며, 나머지 구역은 20% 밝기로 유지한다. 시뮬레이션 결과, LED 교체만으로 약 43%, SFI와 SAZ는 각각 최대 약 79% 및 98%의 에너지 절감 효과를 나타내었다^[4].

Rajesh, et al. (2024)은 PIR(Passive Infrared Sensor) 센서, 조도 센서, 온습도 센서와 클라우드를 통합한 스마트 조명 제어 시스템을 개발하였다. 작업자의 점유 상태, 자연광 유입량, 온습도 데이터를 실시간으로 분석하고, 이를 토대로 조명을 자동으로 디밍하며, 창고 내 작업 밀도나 사용 빈도에 따라 구역을 구분하여 구역별로 제어하였다. 4개월간의 실증 결과, 시스템의 적용으로 월 500∼750kWh 수준의 에너지 절감 효과가 확인되었다^[19].

Shanmugam, et al. (2021)의 연구에서는 물류창고의 에너지 절감을 위하여 카메라 기반 감지, 음성 제어, 인원수 카운트 기능을 결합한 지능형 조명 제어 시스템이 제안되었다. 이 시스템은 작업자의 출입을 인식하여 조명을 자동 점·소등하며, 음성 명령과 실시간 인원수 확인 기능을 통하여 작업 편의성과 안전성을 향상시켰다. 실증 결과, 조명 에너지 소비가 약 35% 절감되었다고 보고하였다^[20].

Ciabattoni, et al. (2013)은 조도 센서, 모션 센서, 온도 센서를 활용하여, 실내 조도, 작업자의 재실 여부, LED 접합부 온도에 따라 조명 출력과 냉각팬을 자동으로 제어하는 스마트 조명 시스템을 설계하였다. 실제 작업 시간(08:00–20:00)을 반영한 시나리오 기반 시뮬레이션 결과, 고정 조도 방식 대비 에너지 사용량은 50% 이상 감소하였고, 인체 감지 정확도는 97%로 확인되었다^[21].

3.2 스마트 조명 제어 적용 사례 분석

3.2.1 BEOS Logistics 물류센터 (독일)

BEOS Logistics는 연면적 약 80,000㎡ 규모의 대형 물류센터로, DALI-2 기반 스마트 조명 제어 시스템을 도입하여 에너지 효율성을 극대화하였다. 해당 시스템은 최대 15m 높이에서도 정밀한 움직임 감지와 밝기 제어가 가능하도록 설계되었으며, 작업 유형에 따라 조도를 차등 적용하여 선반 영역은 200lx, 피킹 영역은 300lx로 설정하였다.

조명 제어에는 감지 영역이 서로 다른 두 종류의 재실 센서가 함께 사용되었다. 직사각형 감지 영역 센서는 통로 사이에 약 30–40m 간격으로 설치되어 차량과 작업자의 이동을 효과적으로 감지할 수 있도록 하였으며, 원형 감지 영역 센서는 작업 구역에 배치되어 정지 상태의 작업자도 안정적으로 인식할 수 있도록 하였다. 이 모든 센서 신호는 PLC (Programmable Logic Controller) 기반의 제어 시스템으로 통합 관리되며, 센서에서 전달된 정보에 따라 조명을 점·소등 또는 디밍 제어한다^[22]. Fig. 3은 물류센터 내부의 조명 환경을 보여준다.

Fig. 3. Interior view of the BEOS Logistics warehouse(adapted from reference 22)

3.2.2 Varo 물류센터 (벨기에)

Varo는 연면적 약 24,000㎡ 규모의 물류센터에 고효율 LED 시스템을 도입하였다. 기존 시스템은 고출력 하이베이(High-bay) 스포트라이트로 구성되어 있었으며, 조명 설비가 물류센터 전체 에너지 소비의 상당 부분을 차지하고 있었다. 새롭게 설치된 시스템은 통로, 작업 공간, 홀 등을 조명하며, 기존 대비 약 60%의 에너지 절감 효과를 달성하였다.

천장고 12m의 공간은 좁은 선반 통로와 넓은 개방 공간이 교차된 구조이며, 이에 따라 좁은 배광과 넓은 배광을 갖춘 조명기구를 조합하여 그림자를 최소화하고 조도를 균일하게 유지하도록 설계되었다. 작업 유형에 따라 조도를 차등 적용하였으며, 적재 및 일반 작업 공간은 350lx, 정밀 작업 공간은 500lx, 창고의 나머지 구역은 200lx로 설정되었다. 또한 이 시스템에는 모션 센서와 조도 센서가 적용되었다. 창고 및 통로에 설치된 모션 센서는 작업자 감지 시 자동으로 점등되며, 적재 구역의 조명은 조도 센서를 통하여 자연광 유입량에 따라 자동으로 밝기가 조절되도록 설계되었다^[23]. Fig. 4는 개방 공간에 새롭게 설치된 조명기구의 모습을 보여준다.

Fig. 4. Interior view of the Varo Logistics warehouse(adapted from reference 23)

3.2.3 Havi Logistics 물류센터 (독일)

연면적 약 14,000㎡ 규모의 Havi Logistics 물류센터에는 두 종류의 LED 조명 시스템이 적용되었으며, 모든 조명기구에는 센서가 통합되어 공간의 용도와 환경 조건에 따라 자동 제어가 가능하도록 설계되었다.

냉동 창고 통로와 천장고가 높은 구역에는 약 50개의 하이베이 조명기구가 설치되었다. 이 조명은 작업자나 차량이 감지되면 대기 상태의 출력 수준(10%)에서 100%로 자동 전환되고, 이후 30초 동안 움직임이 감지되지 않으면 다시 10%로 디밍된다. Fig. 5는 통로에서 지게차가 감지되었을 때 조명이 대기 상태에서 작업 조도로 전환된 모습을 보여준다. 상온 보관 구역에는 약 300개의 LED 조명기구가 설치되었으며, 각 통로에는 3개의 센서 모듈이 레일에 통합되어 작업자의 이동 경로나 주광 유입량에 따라 구역별로 조도가 자동 조절된다^[24].

Fig. 5. Illuminance change based on forklift detection in the aisle: before(left) and after(right) automatic activation (adapted from reference 24)

3.2.4 Molto Luce 물류센터 (오스트리아)

Molto Luce 물류센터는 기존 형광등 시스템을 지능형 조명으로 교체하여 에너지 효율성을 크게 개선하였다. 기존 49 W T5 형광등 x 13개(총 689 W)를 49 W LED 조명기구 x 4개(총 196 W)로 교체한 결과, 약 70%의 전력 절감이 확인되었다. 조명기구 수량을 약 1/3로 줄였음에도 불구하고, 바닥 수평 조도는 기존 수준인 220lx를 유지하였고(측정치 211lx), 랙 전면 수직 조도도 약 240lx를 확보하여 실내 작업장 조명에 관한 유럽 표준인 EN 12464-1:2021 조도 기준을 충족하였다.

도입된 시스템은 고감도 모션 센서를 활용하여 최대 14m 높이에서도 안정적으로 재실 및 동작을 감지할 수 있다. 이 시스템은 재실 감지와 주광 연동 기능을 결합한 제어 방식을 적용하여 필요한 구역에만 선택적으로 조명을 점등·디밍함으로써, LED 교체에 따른 에너지 절약 외에도 추가적으로 최대 20%의 에너지 절감 효과를 얻을 수 있다^[25]. Fig. 6은 조명 교체 전후 통로의 조명 상태를 비교한 이미지이다.

Fig. 6. Aisle illuminance before and after luminaire replacement (Left: before, Right: after)(adapted from reference 25)

3.2.5 Glen Raven Logistics 물류센터 (미국)

Glen Raven Logistics 물류센터는 2007년에 기존 제조시설을 물류센터로 개조하면서, 조명 설비와 공간 배치를 개선하였다. 기존에는 400 W 메탈할라이드 조명기구가 설치되어 상시 점등 상태로 운영되었으며, 이로 인하여 불필요한 에너지 낭비가 발생하였다. 리모델링 과정에서 스마트 LED 조명 시스템이 도입되었고, 공간 특성에 따라 두 종류의 LED 조명기구가 구역별로 적용되었다.

천장고가 낮은 하역장 구역에는 모션 센서와 디밍 기능이 포함된 LED 조명기구가 적용되어, 움직임 감지 시 점등되고 미감지 상태가 지속되면 출력 20%로 디밍되었다가 일정 시간 후 소등되도록 설정되었다. 천장고가 높은 구역의 하이베이 조명기구 역시 모션 센서를 내장하고 있으며, 움직임이 없을 경우 4분 후 자동 소등되도록 설계되었는데, 이는 에너지 절감을 극대화하면서도 작업자의 활동에 지장이 없도록 운영상의 기준에 따라 설정된 것이다^[26]. Fig. 7은 천장고가 높은 구역의 조명 교체 전후 모습을 보여준다.

Fig. 7. Interior view of the logistics center before and after luminaire replacement(Left: before, Right: after)(adapted from reference 26)

3.3 선행연구 및 사례 분석 결과 종합

산업시설 대상 스마트 조명 제어 관련 선행연구를 고찰한 결과, 재실 감지 기반 점·소등 제어를 기본으로 하여, 주광 연동 및 구역별 제어를 결합한 방식이 에너지 절감에 유의미하게 기여한 것을 알 수 있었다. 본 연구에서 분석한 물류센터 사례들 역시 재실 감지와 주광 연동 제어를 병행하는 경우가 많았으며, 작업 구역별로 200-500lx 범위에서 조도를 차등 설정하는 특징을 보였다. 또한, 작업자의 움직임이 감지되면 즉시 100%로 점등하되, 30초-4분간 움직임이 없으면 10-20% 수준으로 출력을 낮추거나 소등하여 에너지를 절감하였다. 이러한 조명 제어 방식은 Table 4에 정리하였다.

모든 사례에 재실 감지 기반 제어가 적용되었지만, 공간의 특성에 따라 센서 구성에는 차이가 있었다. 본 연구에서는 원문의 설명을 기준으로, ‘presence sensor’가 명시된 사례 A는 재실 센서로, ‘motion sensor’ 또는 ‘움직임 감지’를 기반으로 하는 나머지 사례들(B, C, D, E)은 모션 센서로 표기하였다. 일반적으로 모션 센서는 통로 및 작업 구역의 움직임을 감지하는 데 효과적이었다. 반면 사례 A는 안정적인 점등 유지가 필요한 보관·작업 구역과 움직임 감지가 중요한 통로의 특성을 모두 고려하여, 감지 범위가 서로 다른 재실 센서를 조합하여 사용한 것이 특징이다. 이는 물류센터의 다양한 작업 특성과 공간별 점유 패턴에 따라 최적의 센서를 선택하거나 조합하여 적용할 필요가 있음을 시사한다.

4.1 분류 구역

분류 구역은 작업자가 상주하는 수동 분류 구역과 컨베이어 기반 자동 분류 구역으로 구분된다. 두 구역은 서로 독립적으로 제어되며, 각기 다른 조명 제어 로직이 적용된다. 수동 분류 구역은 운영 시간 동안 기본 조도 150lx로 유지되며, 작업자가 감지되면 300lx로 상향하여 작업에 필요한 조도를 제공한다. 작업자가 일정 시간 이상 미감지되면 다시 150lx로 전환되는 재실 감지 제어가 병행되며, 작업의 지속성 확보와 안정적인 흐름 유지를 위하여 지연 시간을 10분으로 설정하였다. 컨베이어 구역은 설비 정지 시에도 작업자의 접근과 보조 작업이 잦아, 기본 조도 100lx를 유지한다. 설비가 가동되면 150lx로 조정되며, 작업자 감지 시 300lx까지 상향되어 작업에 필요한 밝기를 제공한다. 이후 10분 이상 미감지되면 다시 150lx로 전환되며, 모든 과정은 PLC와 연동되어 자동으로 수행된다.

4.2 운반 구역

운반 구역은 작업자와 장비의 이동 빈도가 높고 체류 시간이 짧은 이동 중심의 작업 구역이다. 운영 시간 중에는 기본 조도 75lx를 유지하며, 이는 산업안전보건기준의 통로 조도(75lx 이상)를 반영한 값이다. 작업자가 감지되면 200lx로 상향되어 이동과 작업을 지원하며, 30초 이상 미감지되면 다시 75lx로 전환되어 에너지 낭비를 최소화한다. 지연 시간을 30초로 설정한 것은 운반 구역에서의 짧은 체류 특성을 반영한 것이다. 긴 통로는 구역 제어를 통하여 필요한 구간만 점등되며, 작업자나 장비의 이동 방향에 따라 조명이 순차적으로 제어된다. AGV가 운행되는 시설의 경우, AGV는 75lx의 기본 조도에서도 안전하게 주행할 수 있으므로 운행 경로는 해당 조도로 유지된다.

4.3 보관 구역

보관 구역은 랙 구역과 AS/RS 구역으로 구분되며, 각 구역의 특성과 작업 패턴에 따라 상이한 조명 제어 방식이 적용된다. 랙 구역은 피킹, 재고 확인, 품목 정리 등이 주요 작업으로, 작업자는 특정 구역에 비교적 짧게 머무르는 경향이 있다. 이에 따라 랙 구역을 세분화하고, 재실 감지 기반 구역 제어를 적용하여 필요시에만 적정 조도를 제공한다. 운영 시간 중에는 기본 조도 75lx를 유지하고, 작업자 감지 시 200lx로 상향된다. 30초 이상 재실하면 작업 중으로 간주하여 조도를 수평 300lx, 수직 150lx로 상향하고, 이후 30초 이상 미감지되면 단계적으로 하향 조정된다. 30초의 지연 시간은 짧은 체류 작업이 반복되는 랙 구역의 특성을 고려한 설정이다.

AS/RS 구역은 일반적으로 무인으로 운영되며, 유지보수 시에만 작업자가 접근한다. 기본 조도 100lx로 점등되어, 설비가 가동되면 150lx로 조정된다. 설비가 10분 이상 정지되면 다시 100lx로 전환되며, 이 과정은 PLC 신호와 연동되어 자동 제어된다. 작업자 재실 시에는 300lx까지 상향되며, 10분 이상 미감지되면 다시 100lx로 전환된다.

4.4 포장 구역

포장 구역은 작업자 중심의 수동 포장 구역과 자동화 설비 기반의 포장 구역으로 구분되며, 두 구역은 독립적으로 조명 제어가 이루어진다. 수동 포장 구역은 기본 조도 150lx로 점등되며, 작업자가 감지되면 300lx로 상향되어 포장, 라벨링, 송장 확인 등 시각적 정밀도가 요구되는 작업을 지원한다. 조도 변화로 인한 작업 방해를 최소화할 수 있도록 지연 시간은 10분으로 설정하였으며, 미감지 상태가 지속되면 다시 150lx로 전환된다. 자동 포장 구역은 기본 조도 100lx에서 시작하여, 설비가 가동되면 150lx로 상향된다. 작업자가 인근에서 모니터링이나 보조 작업을 수행하는 경우에는 300lx까지 조도가 상향되어 안전성과 작업성을 확보한다. 이후 작업자가 10분 이상 미감지되면 다시 150lx로 전환되며, 이 과정은 PLC 신호와 연동되어 자동으로 수행된다.

4.5 스마트 조명 제어 전략 종합

본 절에서는 구역별 조명 제어 전략을 종합하고, 공간별 특성을 반영한 조명 제어 로직의 구성 방식을 제시한다. 물류센터의 분류·운반·보관·포장 구역에는 스케줄링 제어, 재실 감지 제어, 구역 제어, 주광 연동 제어가 기본적으로 적용된다. 분류·보관·포장 구역 내 자동화 설비가 운영되는 컨베이어 구역, AS/RS 구역, 자동 포장 설비 구역에는 PLC 연동 제어가 추가되어, 설비의 가동 상태에 따른 자동 조명 제어가 가능하도록 하였다.

조명 제어 로직은 각 공간의 작업 특성과 환경 조건을 반영하되, 유사한 제어 구조를 갖는 구역들을 그룹화하여 공통 로직으로 통합하였다. Fig. 8은 물류센터 내 각 구역을 네 가지 제어 유형으로 분류하고, 공통된 제어 흐름을 시각적으로 제시한 것이다. 이를 위하여 각 흐름에서 동일한 기능을 수행하는 조도 단계를 EntryLx, TaskLx, EquipLx 등으로 정의하였으며, 이에 대응하는 구체적인 조도값과 지연 시간(Δt)은 Table 5에 정리하였다. 이 표는 구역별로 상이한 조도 조건과 지연 시간을 공통 제어 로직에 따라 일관되게 해석할 수 있는 기준을 제공한다.

공통 제어 로직의 적용 구역은 Fig. 8(b)∼(e)에 정리되어 있으며, 각 유형은 다음과 같다. (b)는 작업자 중심 제어가 적용되는 분류·포장 구역의 수동 작업 구역, 운반 구역, 비운영 시간의 전구역, (c)는 설비 중심 제어가 적용되는 자동 분류 구역(컨베이어) 및 자동 포장 구역, (d)는 작업자의 접근 여부와 작업 상태에 따라 2단계 조명 제어가 적용되는 랙 구역, (e)는 설비 비가동 시에만 작업자가 접근하는 AS/RS 구역에 적용된다. 각 제어 흐름은 Fig. 8(a)와 같이 사전에 정의된 조건에 따라 자동 실행되며, 공간별 기능과 요구 조명 조건에 따라 유연하게 적용된다.

Fig. 8. Lighting control logic across logistics center zones during operating and non-operating hours, (a) Predefined process modules for worker/equipment response, (b) Lighting control logic for manual work zones in sorting/packing areas and transport zones during operating hours, and all zones during non-operating hours, (c) Lighting control logic for automated equipment zones in sorting/packing areas(operating hours), (d) Lighting control logic for storage zones(rack zones, operating hours), (e) Lighting control logic for storage zones(AS/RS zones, operating hours)