Kryteria innowacyjnego oświetlenia dr inż. Paweł Baranowski LUXMEDIA POLAND Sopocka Szkoła Wyższa Uniwersytet Artystyczny w Poznaniu Fot: Eric Johansson Kwiecień 2013
Promieniowanie
Co się dzieje lampa Oko ludzkie jest niezbędne, abyśmy mogli mówić o świetle!!!!
Promieniowanie Źródło światła Naturalne źródło Źródła światła Promieniowanie temperaturowe Wyładowanie elektryczne Luminescencja słońce błyskawica owady -świetliki żarówka lampa Hg, MH, Na Dioda LM Sztuczne źródło żarówka halogenowa świetlówka Sztuczne źródło
Wytwarzanie światła elektryczne źródła światła inkandescencja promieniowanie powstaje w wyniku cieplnego wzbudzenia atomów lub cząstek promieniowanie temperaturowe widmo ciągłe elektroluminescencja luminescencja fotoluminescencja promieniowanie powstaje w wyniku wzbudzania atomów lub cząstek, intensywność tego promieniowania jest dla pewnych zakresów widma wyższa od promieniowania temperaturowego ciała w danej temperaturze promieniowanie luminescencyjne widmo liniowe z mniejszą lub większą podbudową widma ciągłego
Energia
Skuteczność wywoływania wrażeń wzrokowych
Parametry ekonomiczne XV wiek XIX wiek XX wiek... i może XXI HID LED Skuteczność [ Im/W ] Sprawność [ % ] 1 10 15 70 104 70 100 Cel > 80 < 1 5 9 25 30 30 35 Cel >30
Dlaczego to źródło może być przyczyną dyskomfortu?
PODSTAWOWE ŹRÓDŁA ŚWIATŁA Skuteczność świetlna podstawowych rodzajów źródeł światła
żarówka Wavelength (nm) Relative spectral intensity
Wysokoprężna lampa rtęciowa Widmo żarówki (dla porównania)
Cykl halogenowy
Cykl halogenowy
żarówka Wavelength (nm) Relative spectral intensity
Cykl halogenowy
Promieniowanie rtęci
Lampa metalohalogenowa Widmo żarówki (dla porównania)
Spectral distribution of light sources Technology and Ra Spectral intensity distribution Mercury HP lamp Ra 45 Induction lamp Ra 85 CDM-T lamp Ra 90
Podstawowe wielkości świetlne Strumień świetlny: Φ [lm] Skuteczność świetlna: η [ lm/w] charakteryzuje efektywność wytwarzania światła przez źródło, Barwa światła - temperatura barwowa: Tb [ K ] barwę światła określa się podając temperaturę w kelwinach, im temperatura jest wyższa tym bielsze jest światło. Dla przykładu żarówka klasyczna wytwarza światło o Tb=2700K, żarówka halogenowa o Tb=3100K Wskaźnik oddawania barw: Ra [ 0 100 ] Określa zdolność światła do oddawania barw oświetlanych przedmiotów. Wskaźnik ten określany jest w granicach od 0 do 100, 0 - brak własności oddawania barw, 100 - pełne oddawanie barw. Trwałość: w godzinach [h]
Oddawanie barw Colour Rendering Index (CRI) Człowiek ma większe wymagania dotyczące widzenia barw przy dużych luminancjach (zastosowania wewnętrzne), a mniejsze przy mniejszych (zastosowania zewnętrzne np. przy iluminacji obiektów).
Cechy lamp
Parametry LED Napięcie przewodzenia od 2 do 4 V Prąd przewodzenia od 10 do 70 ma Długość fali dominującej od 460 do 650 nm Kąt emisji światła od 15 o do 120 o Zakres temperatur pracy od 40 o do +100 o C Skuteczność świetlna (zależy od barwy) ok. 80 lm/w Wskaźnik oddawania barw Ra = ok.80 (dla światła białego) UWAGA skuteczność świetlna maleje ze wzrostem temperatury, wpływ temperatury jest silniejszy przy barwie żółtej niż przy zielonej. Temperatura 100 o C nie powinna być przekraczana!
spektrum Język
- Biała dioda LED Rozkład widmowy
Temperatura barwowa 6500 K 5400 K 4000 K 3000 K 2700 K
Energooszczędne rozwiązania oświetlenia funkcjonalnego i iluminacyjnego w technologii LED 100 Skuteczność źródła światła Lm/W Standardo we źródła światła Fluorescencyjne 1961 Data odkrycia Metalohalogenkowe Rtęciowe Biała Power 2011 LED 2010 2007 50 1938 CFL 2005 1904 1879 // 1981 2002 Halogenowe 1959 Główny szereg 1996 1950 2000 Źródło: Osram
Prognoza
Projekt oprawy LED!!! 1250 LINEARLight DRAGON : 15 kw 200 OT 75 200 OT DIM - poziom natężenia E = 300 lx w odległości 16m - Waga : 8200 kg -Średnica : 7m - Powierzchnia radiatora 216 m 2 - Temperatura w punkcie Tc = 55 C
Barwa światła subiektywna ocena wyglądu próbek i obiektów Żarówka Świetlówka LED Żarówka
Co się dzieje?
Co się dzieje?
Dystrybucja światła
Przestrzenny rozsył światła
Rozsył żarówki halogenowej 38 z odbłyśnikiem
Przykładowy rozsył oprawy
Co się dzieje?
Co się dzieje? Natężenie oświetlenia
Co należy zapewnić? Odpowiednia ilość światła Wielkość obserwowanego przedmiotu Kontrast Czas obserwacji Rozkład luminancji w polu widzenia
E na zewnątrz 100 000 lx 10 000 lx
E na zewnątrz 0,5 lx
Ile ma być?
Wyniki badań
ZALEŻNOŚĆ OD WIEKU
I doświadczenia
Wykres Kruithoffa
Co się dzieje?
Luminancja
Luminancja
Inny przykład
Inny przykład
Inny przykład
Materiały
Przy średniej wielkości bodźca świetlnego (od 10-2 Do 10 cd/m 2 ) w oku równocześnie funkcjonują czopki i pręciki takie widzenie nazywamy mezopowym lub zmierzchowym. Co się dzieje?
Co się dzieje?
Co się dzieje?
Co należy zapewnić? Odpowiednia ilość światła (zależy od wieku!)
Odpowiednia ilość światła - i od temperatury barwowej
Co należy zapewnić? Odpowiednia ilość światła Wielkość (rozmiar kątowy) obserwowanego przedmiotu
Odpowiedni rozmiar kątowy
Rozmiar kątowy
Rozmiar kątowy
Co należy zapewnić? Odpowiednia ilość światła Wielkość obserwowanego przedmiotu Kontrast
Co należy zapewnić? Odpowiednia ilość światła Wielkość obserwowanego przedmiotu Kontrast
Kontrast jest bardzo ważny!!!!
kontrast
Oddawanie barw
A jednak obiekt może być niewidoczny...
A jednak obiekt może być niewidoczny...
I co wtedy?
Co należy zapewnić? Odpowiednia ilość światła Wielkość obserwowanego przedmiotu Kontrast Czas obserwacji
Co należy zapewnić? Odpowiednia ilość światła Wielkość obserwowanego przedmiotu Kontrast Czas obserwacji Rozkład luminancji w polu widzenia
Olśnienie - warunki widzenia, które odczuwa się jako nieprzyjemne, lub w których występuje obniżenie zdolności rozpoznawania szczegółów lub przedmiotów, albo oba wrażenia razem, na skutek nieodpowiedniego rozkładu lub zakresu luminancji lub na skutek występowania nadmiernych kontrastów
Od czego zależy? Od luminancji Od wielkości powierzchni świecącej Od jej położenia Od luminancji otoczenia Od stanu adaptacji
Rodzaje olśnienia 1. Odbiciowe 2. Bezpośrednie
Rodzaje olśnienia PRZESZKADZAJĄCE pogarsza postrzeganie przedmiotów, ale niekoniecznie powoduje przykrość (np. nasłoneczniony śnieg) PRZYKRE powoduje przykrość, ale niekoniecznie pogarszające postrzeganie przedmiotów (np.olśnienie kontrastem)
Dowód, że to jest ważne A o co chodzi naprawdę? A po co produkuje się okulary dla kur?
Olśnienie bezpośrednie
Olśnienie pośrednie
Ekologia
ogólne zasady Czyli zbiór uniwersalnych wskazówek
Zasada spójności obrazu SPÓJNOŚĆ to możliwość odbioru i oglądania z danego kierunku - całości obiektu, bez nieczytelnych, mylących obszarów. Jest to szczególnie istotne przy iluminacji metodą punktową. Doświadczenie wskazuje, że przerwy między plamami nie powinny przekraczać wymiaru plamy świetlnej.
Spójność (cd.) - Budynek ratusza rozległy, pozbawiony symetrii, trudny do iluminowania - Poszczególne plamy nie łączą się w całość i nie tworzą obrazu ciągłego obiektu - Wrażenie dysharmonii i braku pomysłu na nocna ekspozycję gmachu
Przykład naruszenia zasady spójności Wiarygodna iluminacja fasady i górnej partii wieży. Zbyt duża przerwa wrażenie zawieszenia wieży w powietrzu. Nie zaznaczono dachu ani bocznych wieżyczek zubożono obraz obiektu.
Kolejny przykład naruszenia spójności - hotel Europejski Cztery strefy: parter (bez iluminacji) I i II piętro i III i IV piętro i nadbudówka. Poprawnie i atrakcyjnie oświetlono nadbudówkę (największa luminancja) Parter może pozostać nieoświetlony wystarczą duże, świecące okna. III i IV piętro rytm pilastrów jest inny na obu elewacjach i inny w rejonie zaokrąglenia zmienne odstępy plam świetlnych i nieczytelny kształt narożnika. Zbyt ostre akcenty na pilastrach i nieczytelne przestrzenie między nimi.
Zasada uporządkowania obrazu iluminowanego obiektu Zwykle obiekty architektoniczne cechuje symetria, podziały poziome (gzymsy, piętra) i pionowe (ryzality, pilastry, kolumny). Rytm nie może być zakłócony przy oświetleniu nocnym. Problem zakłócenia rytmu pojawia się przy wykorzystywaniu pomieszczeń biurowych do późnych godzin nocnych. PRZESŁANKI: Powtarzające się elementy powinny być oświetlone tak samo. Należy zachować istniejąca symetrię Dobre efekty wywołuje akcentowanie poziomych linii podziału Należy dążyć do akcentowania krawędzi i naturalnych granic obiektu
Zasada ukrywania widoku opraw oświetleniowych Luminancja obiektów jest niewielka rzędu 12 cd/m2, co oznacza niewysoki poziom adaptacji wzroku. Należy zapobiegać występowaniu w polu widzenia zbyt jaskrawych obiektów przez: - właściwe rozmieszczenie opraw - stosowanie rastrów; klap itp. Dotyczy to również odbić od nowoczesnych budynków, wykończonym szkłem lub polerowanym granitem. Zasada ta dotyczy również ukrywania opraw w dzień, bo często nie pasują do elewacji i stanowią ingerencję w neutralność jej obrazu dziennego.
Nieosłonięte oprawy przeszkadzają w obserwacji Ukrywanie opraw
Inny przykład olśniewających opraw (ul Mariacka w Gdańsku) Tu wystarczyłoby zastosować raster
Zasada wzmacniania efektu krągłości obiektu Równomierne oświetlenie powierzchni walcowej powoduje utratę możliwości wyeksponowania jej zakrzywienia.
Zasada akcentowania krawędzi ścian prostopadłych Dla zwiększenia efektu przestrzenności obiektu należy dążyć do takiego oświetlenia, aby sąsiadujące prostopadłe ściany odróżniały się poziomem luminancji. Można to zrealizować za pomocą jednego, odpowiednio usytuowanego naświetlacza. Z doświadczenia wynika, że aby zaistniał efekt krawędzi, różnica luminancji powinna być co rzędu 30% Efekt ten można również osiągnąć oświetlając sąsiadujące ściany z różnych kierunków, lub światłem o różnej barwie
Ściany prostopadłe
Ściany prostopadłe
Zasada wzmacniania głębi i wysokości Dotyczy to budynków z wzajemnie poprzesuwanymi płaszczyznami pionowych ścian, które na planie maja kształt litery U lub podobny. Ogólna zasada płaszczyzna położona dalej lub wyżej powinna być jaśniejsza w przeciwnym przypadku obiekt będzie płaski. Duża luminancja najbliższej płaszczyzny NISZCZY GŁĘBIĘ!!!
Dlaczego??? Oczy podświadomie kierują się w stronę obszarów jaśniejszych Na bliższej obserwatorowi płaszczyźnie obiektu łatwiej dostrzec szczegóły Budynki zwykle są obserwowane na tle nieboskłonu, który jest jaśniejszy a wiadomo, że odległy. Wytworzył się mechanizm taki, że to, co jaśniejsze, jest dalsze
Wzmacnianie głębi Elewacja parteru i I piętra są w jednej płaszczyźnie. Zróżnicowanie luminancji powoduje, że są one odbierane, jako przesunięte.