Politechnika Warszawska Oświetlenie 1 dr inż. Piotr Pracki Politechnika Warszawska Wydział Elektryczny Zakład Techniki Świetlnej Politechnika Warszawska Zakres wykładu Podstawy techniki świetlnej Źródła światła Oprawy oświetleniowe Technika oświetlania 1
Podstawy techniki świetlnej Promieniowanie elektromagnetyczne to zjawisko przenoszenia energii za pomocą fal, powodowane zachodzeniem różnych procesów W zależności od długości fal promieniowanie ma różne właściwości (także różne oddziaływania na organizmy żywe i przedmioty) oraz jest różnie wykorzystywane przez ludzi W przedziale od 10-16 do 10 5 m wydziela się różnego rodzaju promieniowania (kosmiczne, gamma, X, optyczne, radiowe) Podstawy techniki świetlnej Promieniowanie optyczne obejmuje zakres fal o długości od 10 nm do 1 mm, z podziałem na trzy zakresy: Ultrafiolet 10 nm 380 nm Światło 380 nm 780 nm Podczerwień 780 nm 1 mm 2
Podstawy techniki świetlnej Podzakresy promieniowania widzialnego Barwa Długość fali [nm] Czerwona 620 780 Pomarańczowa 590 620 Żółta 560 590 Zielona 520 560 Cyjan 500 520 Niebieska 450 500 Indygo 430 450 Fioletowa 380 430 Podstawy techniki świetlnej W celu scharakteryzowania skuteczności wywoływania wrażeń wzrokowych przez światło wprowadzono pojęcie skuteczności świetlnej widmowej względnej Jest to iloraz mocy promieniowania o odniesieniowej długości fali λ m do mocy promieniowania o długości fali λ 3
Podstawy techniki świetlnej Skuteczności świetlne widmowe względne wyznaczono dla dwóch charakterystycznych przypadków: Widzenia fotopowego, gdy wzrok przystosowany jest do wysokich poziomów jaskrawości [skuteczność świetlna V(λ)] Widzenia skotopowego, gdy wzrok przystosowany jest do niskich poziomów jaskrawości [skuteczność świetlna V (λ)] Podstawy techniki świetlnej Wielkości fotometryczne odnosi się do widzenia fotopowego (związane są z krzywą V(λ)): Strumień świetlny Światłość Natężenie oświetlenia Luminancja 4
Podstawy techniki świetlnej Strumień świetlny wyprowadzono na podstawie mocy promieniowania energetycznego, przez ocenę jego działania na znormalizowanego obserwatora fotometrycznego CIE opisanego krzywą V(λ). Φ = K m 0 dp ( λ ) V ( λ ) dλ dλ Km największa skuteczność świetlna promieniowania dp(λ)/dλ rozkład widmowy mocy promieniowania V(λ) skuteczność świetlna widmowa względna w warunkach widzenia fotopowego Podstawy techniki świetlnej Światłość charakteryzuje rozchodzenie się strumienia świetlnego w przestrzeni. Jest to iloraz elementarnego strumienia świetlnego dφ, wysyłanego przez źródło światła w elementarnym kącie bryłowym dω, obejmującym dany kierunek, do wartości tego elementarnego kąta przestrzennego. I d Φ = d Ω 5
Podstawy techniki świetlnej Natężenie oświetlenia charakteryzuje stopień oświetlenia powierzchni. Natężenie oświetlenia (E) (w danym punkcie powierzchni) jest to stosunek strumienia świetlnego dφ, padającego na elementarną powierzchnie da, zawierającą dany punkt, do wartości tej elementarnej powierzchni. E = d Φ da Podstawy techniki świetlnej Luminancja jest fizyczną miarą jaskrawości, właściwości wrażenia wzrokowego powodującej, że powierzchnia wydaje się wysyłać mniej lub więcej światła. Luminancja (L) (w określonym kierunku, w określonym punkcie powierzchni) jest to stosunek światłości di w danym kierunku elementarnego pola da, zawierającego dany punkt, do wartości pozornej powierzchni pola da, widzianego z danego kierunku. di L = da cosθ 6
Źródła światła klasyfikacja Żarowe źródła światła Żarówki tradycyjne Żarówki halogenowe Wyładowcze źródła światła Świetlówki Lampy rtęciowe i metalohalogenkowe Lampy sodowe Diody elektroluminescencyjne (LED) Źródła światła kryteria oceny Oświetleniowe Strumień świetlny i skuteczność świetlna Wskaźnik oddawania barw i temperatura barwowa Luminancja źródła Elektryczne i eksploatacyjne Moc Trwałość (wygasanie) Spadek strumienia świetlnego Ekonomiczne 7
Oprawy oświetleniowe kryteria klasyfikacyjne Rodzaj bryły fotometrycznej Stopień ochrony Klasa ochronności Przyjmowanie i utrzymywanie zanieczyszczeń Przeznaczenie Sposób rozmieszczenia Rodzaj źródła światła Oprawy oświetleniowe kryteria oceny Oświetleniowe Sprawność oprawy Kąt ochrony oprawy Luminancja oprawy Elektryczne i eksploatacyjne Moc Podatność na przyjmowanie i utrzymywanie zanieczyszczeń Estetyczne Ekonomiczne 8
Technika oświetlania cele oświetlania Wydolność wzrokowa Komfort widzenia Psychologia Estetyka Zdrowie Bezpieczeństwo Funkcjonalność Energochłonność Środowisko Ekonomia Technika oświetlania kryteria projektowania i oceny Rozkład luminancji Natężenie oświetlenia Olśnienie Oddawanie barw i barwa postrzegana Kierunkowość oświetlenia Tętnienie światła Oświetlenie dzienne 9
Kryteria rozkład luminancji Zaleca się: Unikanie zbyt wysokich luminancji i kontrastów luminancji Unikanie zbyt niskich luminancji i kontrastów luminancji Zalecane zakresy użytecznych współczynników odbicia: Sufit: 0,6 0,9 Ściany: 0,3 0,8 Podłoga: 0,1 0,5 Płaszczyzny pracy: 0,2 0,6 Kryteria natężenie oświetlenia W normie podaje się wymagane eksploatacyjne poziomy średniego natężenia i równomierności oświetlenia dla: Pola pracy Bezpośredniego otoczenia Projektowane wartości (także eksploatacyjne) średniego natężenia i równomierności oświetlenia nie powinny być mniejsze od wartości wymaganych 10
Kryteria natężenie oświetlenia Przykłady wymaganych poziomów średniego natężenia oświetlenia dla pola pracy (podawane w normie w układzie tabelarycznym) Korytarze 100 lx Szatnie, hole 200 lx Sale lekcyjne 300 lx Pisanie, czytanie w biurach 500 lx Kreślenie techniczne 750 lx Badania i zabiegi 1000 lx Kryteria natężenie oświetlenia Wymagane średnie natężenie oświetlenia dla bezpośredniego otoczenia pola pracy zależy od natężenia oświetlenia dla pola pracy Natężenie oświetlenia Natężenie oświetlenia dla pola pracy dla bezpośredniego [lx] otoczenia [lx] 750 500 500 300 300 200 200 E pola pracy 11
Kryteria natężenie oświetlenia Wymagana równomierność oświetlenia podawana jest niezależnie dla pola pracy i bezpośredniego otoczenia Pole pracy 0,7 0,5 Bezpośrednie otoczenie Kryteria olśnienie W normie podaje się wymagane wartości ujednoliconego wskaźnika olśnienia UGR Projektowane wartości wskaźnika UGR nie powinny być większe od wartości wymaganych, by skutecznie ograniczyć olśnienie przykre 12
Kryteria olśnienie Wymagane wartości wskaźnika UGR podaje się w układzie tabelarycznym w zależności od rodzaju wnętrza lub wykonywanej czynności; przykłady: Korytarze 28 Szatnie 25 Sale gimnastyczne 22 Biura, sale lekcyjne 19 Kreślenie techniczne 16 Kryteria olśnienie Ograniczanie olśnienia przeszkadzającego poprzez podanie maksymalnych kątów ochrony opraw występujących w polu widzenia Luminancja źródła Minimalny kąt ochrony [kcd/m 2 ] [deg] <20 50) 15 <50 500) 20 500 30 13
Kryteria olśnienie Sposoby ograniczania olśnienia odbiciowego: Odpowiednie rozmieszczanie opraw względem miejsc pracy Stosowanie matowych powierzchni pracy Stosowanie jasnych sufitów i ścian Ograniczanie luminancji opraw Stosowanie opraw wielkopowierzchniowych Kryteria olśnienie Ograniczanie olśnienia odbiciowego poprzez podanie maksymalnych wartości luminancji opraw mogących odbijać się na ekranie monitora Klasa ekranu I II III Jakość ekranu dobra średnia słaba Średnia luminancja 1000 cd/m 2 200 cd/m 2 14
Kryteria oddawanie barw W normie podaje się wymagane wartości ogólnego wskaźnika oddawania barw R a Projektowane wartości wskaźnika R a nie powinny być mniejsze od wartości wymaganych, by wierność oddawania kolorów oświetlanych obiektów była odpowiednia dla rozpatrywanej sytuacji Kryteria oddawanie barw Wymagane wartości wskaźnika R a podaje się w układzie tabelarycznym w zależności od rodzaju wnętrza lub wykonywanej czynności; przykłady: Tunele podpodłogowe 20 Pomieszczenia dla inwentarza 40 Składy i magazyny 60 Biblioteki, biura, szkoły 80 Badania i zabiegi, kontrola jakości 90 15
Kryteria barwa światła Zależność barwy światła od temperatury barwowej najbliższej Barwa światła Ciepła (ciepło-biała) Pośrednia (biała neutralna) Zimna (chłodno-biała) Temperatura barwowa najbliższa [K] Poniżej 3300 3300 5300 Powyżej 5300 Kryteria barwa światła Wybór barwy światła może zależeć od: Natężenia oświetlenia (przy wysokich poziomach natężenia oświetlenia preferujemy światło chłodniejsze, a przy niskich poziomach natężenia oświetlenia światło cieplejsze) Kolorów pomieszczenia i wyposażenia Pożądanych odczuć Klimatu Preferencji osobniczych 16
Kryteria kierunkowość oświetlenia Oświetlenie kierunkowe może być stosowane w celu: Intensywnego oświetlenia obiektów Uwydatnienia niektórych cech obiektów Poprawienia wyglądu osób W oświetlaniu wnętrz najczęściej dąży się do uzyskania równowagi pomiędzy oświetleniem kierunkowym i rozproszonym tzw. umiarkowanego modelowania Przy modelowaniu bardzo silnym powstają bardzo wyraźne cienie, dając efekt dramatyczny, stosowany np. w teatrze Przy modelowaniu bardzo słabym powstaje otoczenie świetlne bardzo monotonne Kryteria tętnienie światła Nadmierne tętnienie światła może powodować m.in. dekoncentracje, rozdrażnienie, bóle głowy Może prowadzić do efektów stroboskopowych niebezpiecznych dla zdrowia lub życia Zaleca się uwzględnianie tego zagadnienia w projektowaniu oświetlenia wnętrz 17
Kryteria oświetlenie dzienne Światło dzienne jest jednym z możliwych do wykorzystania źródeł światła w oświetleniu wnętrza Konieczna jest umiejętne wykorzystanie światła dziennego w dążeniu do odpowiedniego oświetlenia wnętrza: Wykorzystanie zalet światła dziennego Zniwelowanie niepożądanych efektów (przegrzewanie pomieszczeń; olśnienie) Kryteria oświetlenie dzienne Wymagane wartości współczynnika oświetlenia dziennego we wnętrzach Kategoria czynności wzrokowej I II III IV V VI Charakterystyka czynności Określenie Szczególnie dokładna Bardzo dokładna Dokładna Mało dokładna Zgrubna Nadzór ogólny Wielkość szczegółu [mm] Do 0,1 0,1-0,3 0,3-1,0 1,0-10 Powyżej 10 - Współczynnik oświetlenia dziennego Oświetlenie Oświetlenie górne i mieszane boczne 10 7 5 3 2 1 3,5-4 2-3 1,5-2 1-1,2 0,5-0,8 0,25-0,4 18
Utrzymanie oświetlenia system konserwacji Projekt oświetlenia musi obejmować wyznaczenie systemu konserwacji i współczynnika utrzymania: Podanie założeń do dobranego systemu konserwacji i obliczonego współczynnika utrzymania Dobranie sprzętu oświetleniowego odpowiedniego do występujących warunków środowiskowych Opracowanie systemu konserwacji oświetlenia Rodzaj wymiany źródeł światła i okres wymiany źródeł w przypadku wymiany grupowej lub łącznej Okres czyszczenia opraw Okres odnawiania pomieszczenia 19