Techniki świetlne Wykład 6 Kształtowanie przestrzennego rozsyłu strumienia świetlnego przez oprawy oświetleniowe Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak Katedra Optyki i Fotoniki Wydział Podstawowych Problemów Techniki Politechniki Wrocławskiej http://www.if.pwr.wroc.pl/~wozniak/ Miejsce konsultacji: pokój 18/11 bud. A-1
Bryły fotometryczne Przypomnijmy kształty podstawowych brył fotometrycznych istniejących źródeł światła: Bryła fotometryczna punktowego źródła światła Bryła fotometryczna ciała czarnego Bryła fotometryczna liniowej świetlówki
Oprawy oświetleniowe Wniosek: charakterystyki samych źródeł ( żarówek ) nie są odpowiednie do zapewnienia odpowiedniego rozkładu natężenia oświetlenia czy luminancji! 1) Nieprzesłonięte źródła światła świecą w całą (pół-)przestrzeń, a standardowo zależy nam na oświetleniu płaszczyzny roboczej; 2) W wielu przypadkach źródło światła ma zbyt dużą luminancję, więc powinno być przesłonięte lub przynajmniej część promieniowania powinna zostać rozproszona. Urządzeniem, dzięki któremu dokonuje się przekształcenie bryły fotometrycznej źródła światła, jest oprawa oświetleniowa.
Oprawy oświetleniowe Oprawa oświetleniowa to urządzenie służące do rozsyłania, filtrowania i przekształcania strumienia świetlnego wyemitowanego ze źródła światła, zawierające elementy do mocowania źródła, przyłączenia go do sieci zasilającej oraz często ochrony zarówno źródła przed czynnikami zewnętrznymi (np. opady atmosferyczne) jak i ochrony środowiska przed szkodliwym oddziaływaniem źródła światła (promieniowanie UV, temperatura). Oprawa oświetleniowa to nie tylko układ elementów mechanicznych i optycznych, ale często również elektrycznych, umożliwiających zmiany kształtowanego strumienia świetlnego. Oprawa oświetleniowa powinna stanowić ponadto estetyczny i harmonijny element w oświetlanej przestrzeni
Oprawy oświetleniowe budowa Główne części składowe oprawy oświetleniowej to: 1) Oprawki do mocowania źródeł światła; 2) Korpus, służący do mocowania elementów; 3) Przewody oraz osprzęt elektrotechniczny (stateczniki, kondensatory, złączki, gniazda, wyłączniki, wtyczki); 4) Elementy służące do kształtowania bryły fotometrycznej: odbłyśnik, klosz, raster. To są zajęcia z optyki, a więc powinniśmy się zająć szczegółowo tylko jednym podpunktem z powyższej listy Którym? Ale to za chwilę Może jednak najpierw spora garść informacji nieoptycznych!
Oprawy oświetleniowe BHP Ale zanim o optyce, może jednak trochę o ochronie i bezpieczeństwie Oprawa oświetleniowa musi być bezpieczna w użytkowaniu. Części oprawy wiodące prąd nazywane częściami czynnymi są oddzielone izolacją od pozostałych części oprawy, przewodzących lub nie. Przebicie lub uszkodzenie izolacji powoduje pojawienie się napięcia na dostępnych dla dotyku, przewodzących częściach, zwanych częściami eksponowanymi oprawy. W zależności od zabezpieczenia części czynnych oraz przedostaniem się ciał stałych i wody, oprawy oświetleniowe charakteryzowane są tzw. stopniem ochrony, oznaczanym przez litery IP oraz następujące po nich dwie cyfry. Pierwsza cyfra dotyczy zabezpieczenia przed dotknięciem części oprawy pod napięciem oraz przedostaniem się do wnętrza ciał stałych (pyłów), druga cyfra charakteryzuje zabezpieczenie oprawy przed wnikanie do jej wnętrza wody.
Oprawy oświetleniowe BHP Opis stopni ochrony opraw oświetleniowych przed dotknięciem części czynnych oraz przedostaniem się ciał stałych i wody:
Oprawy oświetleniowe BHP Rodzaj zastosowanej obudowy rzutuje na podatność oprawy na przyjmowanie i utrzymywanie zanieczyszczeń. Pod tym względem dzielimy oprawy na sześć kategorii:
Oprawy oświetleniowe podział Podział opraw oświetleniowych: 1) Ze względu na stopień zabezpieczenia przed porażeniem elektrycznym klasy ochronności 0, I, II, III; 2) Ze względu na stopnie ochrony mechanicznej: zwykłe, kroploodporne, deszczoodporne, bryzgoodporne, strugoodporne, wodoodporne, wodoszczelne, zamknięte pyłoodporne, pyłoszczelne; 3) Ze względu na rodzaj bryły fotometrycznej kilka rodzajów klasyfikacji.
Oprawy oświetleniowe podział Podział opraw oświetleniowych ze względu na rodzaj bryły fotometrycznej różne kryteria. 1) Klasyfikacja ze względu na stosunek strumienia świetlnego oprawy do całkowitego strumienia świetlnego pięć klas oświetlenia: Oznaczenie Nazwa klasy oświetlenie Stosunek strumieni [%] I Bezpośrednie 90 100 II Przeważnie bezpośrednie 60 90 III Mieszane 40 60 IV Przeważnie pośrednie 10 40 V Pośrednie 0 10
Oprawy oświetleniowe podział Podział opraw oświetleniowych ze względu na rodzaj bryły fotometrycznej różne kryteria. 2) Klasyfikacja ze względu na kształt krzywej światłości w dolnej półprzestrzeni 10 wyidealizowanych, podstawowych krzywych światłości:
Oprawy oświetleniowe podział Podział opraw oświetleniowych ze względu na rodzaj bryły fotometrycznej różne kryteria. 3) Klasyfikacja ze względu na kierunek występowania światłości maksymalnej oprawy oraz wartości tzw. współczynnika kształtu krzywej światłości siedem rodzajów krzywych światłości:
Oprawy oświetleniowe podział Podział opraw oświetleniowych ze względu na rodzaj bryły fotometrycznej różne kryteria. 3) Klasyfikacja ze względu na występowanie tzw. uwydatnionych kierunków promieniowania:
Oprawy oświetleniowe podział Podział opraw oświetleniowych ze względu na rodzaj bryły fotometrycznej różne kryteria. 4) W oświetleniu dróg: dodatkowa klasyfikacja ze względu na ograniczenie olśnienia w charakterystycznych kierunkach obserwacji użytkowników dróg:
Oprawy oświetleniowe podział Podział opraw oświetleniowych ze względu na rodzaj bryły fotometrycznej różne kryteria. 5) Inne podziały: - ze względu na przeznaczenie: na oprawy wnętrzowe (a w tym: do oświetlania mieszkań, do oświetlania wnętrz użyteczności publicznej, przemysłowe) i zewnętrzne (a w tym: drogowe); - ze względu na sposób rozmieszczenia opraw w stosunku do oświetlanych powierzchni (oprawy ogólnego oświetlenia wnętrz oprawy do oświetlenia miejscowego, projektory); - ze względu na rodzaj użytego źródła światła (żarówki, świetlówki, wysokoprężne lampy wyładowcze); - ze względu na rodzaj podłoża, do którego mogą być mocowane.
Oprawy oświetleniowe wskaźniki Własności oświetleniowe oprawy i jej przydatność związane są z bryłą fotometryczną oprawy (przedstawioną na płaszczyźnie w postaci krzywych światłości) oraz rozkładem luminancji. Oprócz tej szczegółowej charakterystyki używa się różnych wskaźników parametrów liczbowych, które technicznie opisują oprawy oświetleniowe. Miarą strat strumienia świetlnego w oprawie jest sprawność oprawy stosunek strumienia świetlnego oprawy do sumy strumieni świetlnych źródeł światła wyznaczonych, gdy źródła te świecą w określonych warunkach (np. temperaturowych). Wyróżnia się ponadto cząstkowe sprawności oprawy w zakresie dolnej o górnej półprzestrzeni. Innym parametrem jest zestaw pięciu wskaźników stanowiących tzw. kod strumieniowy oprawy są one wyznaczane jako stosunki strumieni świetlnych wysyłanych w odpowiednich kątach bryłowych i pod odpowiednim kątem do powierzchni do całkowitego strumienia świetlnego oprawy.
Oprawy oświetleniowe wskaźniki Kąt ochrony z kolei to kąt dopełniający do kąta wypromieniowania bezpośredniego, zawartego między osią pionową skierowaną ku dołowi i w tym kierunku obserwacji, z którego źródło światła przestaje być widoczne. Luminancję oprawy wyznacza się dla pewnych wyróżnionych kierunków (standardowo: 55º, 65º,75º i 85º, liczonych od pionu) jako stosunek światłości oprawy w tym kierunku i pola rzutu przestrzeni świecącej na płaszczyznę prostopadłą do tego kierunku. Podaje się ją przeważnie dla dwóch płaszczyzn symetrii oprawy (jeśli takowe są ).
Oprawy oświetleniowe wskaźniki Oprawy oświetlenia drogowego są charakteryzowane (ze względu na ochronę przed olśnieniem) tzw. wskaźnikiem fotometrycznych cech oprawy SLI: SLI= i tu taki długaśny wzór, z masą ilorazów i logarytmów dobrze, że nie ma funkcji trygonometrycznych! Na pewno chcecie go zobaczyć? Oprawy oświetleniowe, które wysyłają strumień świetlny w ograniczonym kącie przestrzennym w celu uzyskania dużych światłości (projektory) są charakteryzowane krzywą światłości we współrzędnych kartezjańskich (a czemu? O tym mówiłem na którymś z poprzednich wykładów!). Na podstawie tej krzywej światłości projektora podaje się jego użyteczny kąt rozwarcia kąt płaski, wydzielający z krzywej światłości wiązkę, w obrębie której światłość jest większa niż 50% lub 10% wartości maksymalnej.
Oprawy oświetleniowe układ optyczny Wracamy do: Układu optycznego oprawy oświetleniowej: 1) Źródło światła potrzebna definicja?; 2) Odbłyśnik element oprawy, odpowiednio ukształtowany, wykonany najczęściej z materiału nie przepuszczającego światło, służący do zmiany rozkładu przestrzennego strumienia świetlnego w oparciu o zjawisko odbicia oraz do zasłonięcia przed obserwatorem źródła światła; 3) Klosz osłona źródła światła, wykonana z materiału przezroczystego lub rozpraszającego, służąca do zmiany rozkładu przestrzennego jego strumienia świetlnego, zmniejszenia luminancji lub zmiany barwy światła; 4) Osłonka promieniowania bezpośredniego samodzielna lub część klosza, służy do ochrony użytkownika przed światłem bezpośrednim ze źródła oraz promieniowaniem szkodliwym; 5) Filtr barwny zmienia rozkład widmowy promieniowania.
Oprawy oświetleniowe układ optyczny Każdy z elementów układu optycznego oprawy ma pewne cechy, które wpływają na kształt bryły fotometrycznej: 1) Źródło światła: a) Strumień świetlny; b) Luminancja; c) Wymiar bryły świecącej; d) Położenie w układzie geometrycznym oprawy. 2) Odbłyśnik: a) Kształt geometryczny odbłyśnika; b) Wielkość odbłyśnika; c) Charakter odbicia strumienia świetlnego; d) Wartość całkowitego współczynnika odbicia.
Oprawy oświetleniowe układ optyczny Każdy z elementów układu optycznego oprawy ma pewne cechy, które wpływają na kształt bryły fotometrycznej: 3) Klosz: a) Kształt powierzchni granicznych; b) Charakter przepuszczania strumienia świetlnego; c) Wartość całkowitego współczynnika odbicia 4) Osłonka promieniowania bezpośredniego: a) Wielkość osłonki; b) Kształt osłonki; c) Położenie osłonki; d) Proporcje pomiędzy pochłanianiem, przepuszczaniem i odbiciem materiału osłonki. 5) Filtr barwny: a) Charakter przepuszczania; b) Wartość współczynnika przepuszczania.
Oprawy oświetleniowe układ optyczny Czynników odpowiedzialnych za kształt brył fotometrycznej jest więc naprawdę dużo a analiza wpływu każdego z nich, przy różnych konfiguracjach pozostałych czynników, jest zagadnieniem na tyle rozległym, że stanowi odrębną część technik świetlnych. Filtry barwne nie są często stosowane. Osłonka promieniowania bezpośredniego ogranicza olśnienia, ale też często albo jej nie ma, albo stanowi niewielki (powierzchniowo) element oprawy. O źródłach mówiliśmy już sporo Co nam zostało?
Odbłyśniki Pozostało omówić kształtowanie rozsyłu strumienia świetlnego przez odbłyśniki! 1) Wzmacnianie światłości, skupianie i rozpraszanie wiązki świetlnej w układach odbłyśników zwierciadlanych. 2) Możliwości formowania brył fotometrycznej przez odbłyśniki rozpraszające. To może kiedyś
Odbłyśniki Każdy z elementów