Porady

 

Informacje


Jakość światła źródeł Soraa, niemożliwa do osiągnięcia dla innych źródeł LED.
Diody SORAA – technologia VP3 VIVID COLOR

Soraa LED
Trzecia generacja lamp diodowych SORAA


Powszechnie stosowana w przemyśle oświetleniowych technologia uzyskiwania światła białego z diod świecących polega na zastosowaniu diody niebieskiej i pokryciu jej luminoforem emitującym światło w kolorze żółtym lub żółto-czerwonym. Maksimum promieniowania diody niebieskiej przypada wtedy na długość fali w okolicy 450 nm. W tej technologii problemem jest jednocześnie uzyskanie diody o dużej skuteczności świetlnej, dobrym wskaźniku oddawania barw i ciepłej barwie światła.

SORAA stosuje inną technologię. Zamiast diody niebieskiej używa diody fioletowej emitującej promieniowane w okolicy około 410 nm. Dioda pokrywana jest wtedy nie jak w opisanej wyżej technologii luminoforem jednopasmowym a trzema luminoforami emitującymi promieniowanie w zakresie niebieskim, zielonym i czerwonym (luminofor trójpasmowy). W efekcie uzyskujemy rozkład widmowy charakteryzujący się bardzo dobrym oddawaniem barw. Wartość ogólnego wskaźnika oddawania barw wynosi 95 a szczególny wskaźnik oddawania barw R9 charakteryzujący oddawanie barwy czerwonej ma również wartość 95. W starej technologii (dioda niebieska i żółty luminofor) nawet jeżeli uda się uzyskać wartość wskaźnika oddawania barw zbliżoną do 90 to wartość szczególnego wskaźnika R9 jest zazwyczaj mniejsza od 30. Właściwe oddawanie barw o ciepłych odcieniach (barw czerwonych) ma szczególne znaczenie przy oświetlaniu tekstyliów, ubrań a także w przypadku lamp do użytku domowego.

CRI

Porównanie wartości szczególnych wskaźników oddawania barw diody SORAA z technologią VP3 VIVID COLOR oraz standardowej diody białej


Nowa technologia stosowana przez formę SORAA powoduje ponadto wystąpienie zupełnie nowego zjawiska. Dioda fioletowa aktywuje rozjaśniacze optyczne (FWA – fluorescent whitening agents) dodawane m.in. do papieru i tkanin oraz stosowane w proszkach do prania, w celu uzyskanie efektu głębszej bieli. Papier i tkaniny, oświetlane zwykłą lampą LED, wydają się żółte. Dioda Soraa powoduje, że rozjaśniacze optyczne pobudzone są do świecenia i emitują promieniowanie z zakresu niebieskiego. W efekcie uzyskujemy wrażenie barwy bardziej białej, czystej i świeżej.
dioda fioletowa
Rozkłady widmowe żarówki halogenowej, lampy diodowej SORAA oraz standardowej diody białej (zaznaczono obszar wzbudzenia rozjaśniaczy optycznych).



Taśmy LED - jak łączyć, szeregowo czy równoległe.
Rodzaje stosowanych diod SMD.
Taśmy diodowe najczęściej produkuje się z zastosowaniem trzech rodzajów diod świecących oznaczonych symbolami 3528, 5050 oraz 2835.
Dioda 3528 ma wymiary 3,5 mm na 2,8 mm i posiada jeden chip (jedno złącze p-n). Prąd przewodzenia ma wartość  IF=20 mA a typowy strumień świetlny Φ=6 lm.
Dioda 5050 ma wymiary 5 mm na 5 mm i posiada trzy chipy (trzy złącza p-n). Prąd przewodzenia ma wartość  IF=60 mA a typowy strumień świetlny Φ=15 lm. Obecnie używane są już główne do budowy taśm RGB (w jednej obudowie znajdują się trzy złącza emitujące promieniowanie o barwie czerwonej, zielonej i niebieskiej)
Dioda 2835 ma wymiary 2,8 mm na 3,5 mm i posiada jeden chip (jedno złącze p-n). Typowa wartość prądu przewodzenia ma wartość  IF=30 mA a typowy strumień świetlny Φ=10 lm.


Tabela 1. Zestawienie mocy taśm diodowych Ecolighting zasilanych napięciem 12 V

     Taśma 150 LED   Taśma 300 LED
Dioda 3528 Dioda 5050 Dioda 3528 Dioda 5050
Cięcie taśmy co trzy diody   
Liczba diod na metr bieżący 30 szt 30 szt 60 szt 60 szt
 Moc na jeden metr 2,4 W 7,2 W 4,8 W 14,4 W
 Maksymalna moc całej rolki 12 W 36 W 24 W 72 W
 Natężenie prądu pobieranego z zasilacza dla jednego metra taśmy  0,2 A 0,6 A 0,4 A 1,2 A
 Natężęnie prądu pobieranego z zasilacza dla całej rolki (5m)  1 A 3 A 2 A 6 A
 Procentowy spadek napięcia na końcu całej rolki (5m)  1 % 3 % 2 % 6 %
 Zalecana, maksymalna długość taśm  10 m 3 m 5 m 1,5 m





















Tabela 2. Zestawienie mocy taśm diodowych Ecolighting zasilanych napięciem 24 V

     Taśma 150 LED   Taśma 300 LED
Dioda 3528 Dioda 5050 Dioda 3528 Dioda 5050
Cięcie taśmy co trzy diody   
Liczba diod na metr bieżący 30 szt 30 szt 60 szt 60 szt
 Moc na jeden metr 2,4 W 7,2 W 4,8 W 14,4 W
 Maksymalna moc całej rolki 12 W 36 W 24 W 72 W
 Natężenie prądu pobieranego z zasilacza dla jednego metra taśmy  0,1 A 0,3 A 0,2 A 0,6 A
 Natężęnie prądu pobieranego z zasilacza dla całej rolki (5m)  0,5 A 1,5 A 1 A 3 A
 Procentowy spadek napięcia na końcu całej rolki (5m)  0,5 % 1,5 % 1 % 3 %
 Zalecana, maksymalna długość taśm  20 m 6 m 10 m 3 m





















Tabela 3. Zestawienie mocy taśm diodowych Ecolighting zbudowanych z diod typu 2835 zasilanych napięciem 24 V, również modele zawierające układ stabilizacji natężenia prądu CCR.

     Taśma 300 LED taśma 480 LED   Taśma 600 LED Taśma 1200 LED
Cięcie taśmy 10 cm 6,25 cm 5 cm 2,5 cm
Liczba diod na metr bieżący 60 szt 96 szt 120 szt 240 szt
Strumień na metr 420 lm 600 lm 550 lm 672 lm 960 lm 840 lm 1200 lm 1680 lm 2400 lm
 Moc na jeden metr 5 W 7,2 W 5 W 7,68 W 11,52 W 9,6 W 14,4 W 19,2 W 28,8 W
 Maksymalna moc całej rolki  25 W 36 W 25 W 38,4 W 48 W 48 W 72 W 96 W  144 W
 Natężenie prądu pobieranego z zasilacza dla jednego metra taśmy  0,2 A 0,3 A 0,2 A 0,32 A 0,48 A 0,4 A 0,6 A 0,8 A 1,2 A
 Natężęnie prądu pobieranego z zasilacza dla całej rolki (5m)  1 A 1,5 A 1 A 1,6 A 2,4 A 2 A 3 A 4 A 6 A
 Procentowy spadek napięcia na końcu całej rolki (5m) 1 % 1,5 % 1 % 1,6 % 2,4 % 2 % 3 % 4 % 6 %
 Zalecana, maksymalna długość taśm  10 m 6 m 10 m 6 m 4 m 5 m 3 m 2,5 m 1,5 m



























Jak prawidłowo łączyć taśmy diodowe, równolegle czy szeregowo?
Ścieżki obwodu drukowanego taśm diodowych posiadają małe przekroje co powoduje spadek napięcia na długich odcinkach taśm. Jak pokazano na poniższym rysunku 1 mała zmiana napięcia zasilającego diody powoduje dużą zmianę natężenia prądu przewodzenia. Szacuje się, że jeżeli napięcie zmniejszy się tylko o 3 % to wystąpi zauważalna zmiana jasności diody (zmniejszy się bowiem natężenie prądu płynącego przez diodę). Zjawisko to potęguje się jeżeli taśmy diodowe będą łączone szeregowo.

charakterystyka prądowo napięciowa
Rysunek 1 Charakterystyki napięciowo prądowe diod świecących.



Długości taśm diodowych należy tak więc dobierać aby spadek napięcia był mniejszy od 3%. Zalecamy aby spadek ten wynosił maksymalnie 2%.

Analizując dane przedstawione w tabelach nr 1-3 można stwierdzić, że w przypadku taśm zasilanych napięciem 12 V nie należy ich łączyć szeregowo a taśmę o mocy 14,4 W należy zasilić z dwóch stron. Korzystniejsze jest stosowanie taśm o napięciu 24V gdyż przy tej samej mocy co taśmy zasilane napięciem 12V pobierają one prąd od natężeniu dwa razy mniejszym.

Taśmy zasilane napięciem 24 V posiadają o połowę mniejsze obciążenie prądowe. W związku z tym występują mniejsze spadki napięć. Ponadto ścieżki obwodu drukowanego taśm nagrzewają się w znacznie mniejszym stopniu gdyż moc cieplna zależy od kwadratu natężenia prądu. Oznacza to, że straty mocy wydzielające się w postaci ciepła na ścieżkach obwodu drukowanego taśm zasilanych napięciem 24 V są czterokrotnie mniejsze w stosunku do taśm zasilanych napięciem 12 V. W efekcie trwałość taśm zasilanych napięciem 24 V jest znacznie dłuższa.


Łączenie taśm szeregowo może powodować następujące problemy:
- diody znajdujące się na końcu taśmy świecą z mniejszą intensywnością,
- ze względu na spadek napięcia na ścieżkach obwodu drukowanego wszystkie diody świecą z mniejsza intensywnością a całkowita moc taśm jest mniejsza od deklarowanej,
- ze względu na zbyt duże obciążenie prądowe ścieżki obwodu drukowanego na taśmach ulegają przepaleniu,
- ze względu na zbyt duże obciążenie prądowe ścieżek obwodu drukowanego rośnie temperatura diod co prowadzi do zmniejszenia trwałości diod.


Należy stosować następujące zasady przy łączeniu taśm diodowych:
- taśmy należy łączyć równolegle, im większa moc taśmy tym bardziej należy pamiętać o tej zasadzie,
- należy wybierać taśmy zasilane napięciem 24 V gdyż posiadają one mniejsze obciążenie prądowe,
- taśmy o mocy 14W/m i większej należy koniecznie wybierać w wersji zasilanej napięciem 24V.
- taśmy należy trwale przymocować do podłoża i zapewnić odpowiednio dobre odprowadzenie ciepła. Przy taśmach powyżej 7W/m obowiązkowe.



Najpopularniejsze układy szeregowe i równoległe łączenia taśm.

1) taśmy jednokolorowe

jednostronne zasilanie

jednostronne zasilenie



dwustronne zasilanie
dwustronne zasilanie z jednego źródła energii



 
połączenie równoległe



 
połączenie równoległe, dwustronne zasilenie z jednego źródła energii



 szeregowe
połączenie szeregowe
 kilka zasilaczy
układy zasilane niezależnie



                                                
2) taśmy RGB

RGB pojed
jednostronne zasilenie



RGB z dosileniem
dwustronne zasilenie z jednego źródła energii



równolegle
połączenie równolegle  



szeregowo
połączenie szeregowe



ze wzm
połączenie równoległe, z niezależnymi źródłami energii,
wspólne sterowanie
ze wzm 2
połączenie równoległe, ze wspólnym źródłem energii,
wspólne sterowanie




Taśmy LED - zasilanie, charakterystyka pracy, rodzaje.
Zasilanie diod świecących.
Diody świecące zasilane są napięciem stałym co powoduje, że:
należy zachować właściwą polaryzację (+ anoda, - katoda),
wartość napięcia znamionowego jest różna i zmienia się wraz z rodzajem materiału diody,
im większa częstotliwość (energia) emitowanego promieniowania tym większe wymagane wartości napięcia zasilającego (rys. 1).

Diody powinny być zasilane ze stabilizowanych zasilaczy prądowych:
ze względu na charakterystykę napięciowo-prądową gdzie niewielka zmiana napięcia powoduje dużą zmianę natężenia prądu (rys. 1),
ze wzrostem temperatury zmniejsza się wartość napięcia przewodzenia diody co przy zachowaniu stałego napięcia zasilania może prowadzić do wzrostu prądu przewodzenia i przegrzania diody (rys. 2).

Charakterystyki napięciowo prądowe
rys 1 Charakterystyki napięciowo prądowe diod świecących


napięcie przewodzenia Uf
rys 2 Napięcie przewodzenia Vf w funkcji temateratury otoczenia T (ambient temperature). (źródło: E.Fred Schubert)


Przy zasilaniu ze źródła napięciowego w szereg z diodą powinien być włączony rezystor, który dostosowuje napięcie źródła do napięcia diody oraz zmniejsza zależność napięcia na diodzie od napięcia źródła zasilania (rys. 3). Rezystancję R tego rezystora można obliczyć ze wzoru:

wzór 1

gdzie:
R - rezystancja rezystora szeregowego
Us - napięcie źródła
Uf - napięcie przewodzenia diody
If - prąd przewodzenia


rys 3
rys. 3 Schemat układu zasilania diody ze źródła napięciowego.


Wprowadzenie rezystora do obwodu nie jest rozwiązaniem korzystnym bowiem rezystor powoduje straty mocy co obniża skuteczność świetlną takiego układu.
Taśmy z diodami świecącymi najczęściej produkowane są z następujących diod:
diody SMD 3528 zawierają jeden chip, prąd przewodzenia IF=20 mA, typowy strumień świetlny Φ=6 lm,
diody SMD 5050, zawierają trzy chipy, prąd przewodzenia IF=60 mA, typowy strumień świetlny Φ=15 lm.

rys 4
rys. 4 Schemat układu zasilania taśmy z diodami świecącymi.


Poniżej przedstawiono przykładowe obliczenia dla taśm z diodami świecącymi.

Obliczenie rezystancji (dla SMD 5050):
wzór 2

Obliczenie skuteczności świetlnej:
wzór 3

Gdy pominąć straty mocy na resystorze:
wzór 4

Z powyższych obliczeń wynika, że wprowadzenie rezystora zmniejsza skuteczność świetlną. Taśmy diodowe mają jednak następujące zalety:
możliwość przycinania do pożądanej długości,
niewielkie rozmiary,
możliwość łatwego montażu.


Ponadto tanie, słabej jakości taśmy, zawierają nieselekcjonowane lub źle selekcjonowane diody mogące sprawiać wiele problemów. Wszystkie produkty marki ECOLIGHTING zawierają tylko diody selekcjonowane się w zakresie parametrów fotometrycznych (strumień świetlny), kolorymetrycznych (współrzędne barwy) i elektrycznych (napięcie przewodzenia). Rozważając problem zasilania diod należy wziąć pod uwagę selekcjonowanie napięcia przewodzenia UF. Jeżeli na taśmie zostaną zamontowane diody o różnych wartościach napięcia przewodzenia to w poszczególnych odcinkach taśmy może w związku z tym płynąć prąd IF o różnym natężeniu. Może to spowodować powstanie następujących problemów:
poszczególne diody mogą mieć różną jaskrawość,
poszczególne odcinki będą miały różną temperaturę.

Występowanie różnej temperatury diod spowoduje, że:
diody będą miały różne wartości strumienia,
diody o wyższej temperaturze będą podlegały szybszemu starzeniu co skutkuje szybszym spadkiem strumienia świetlnego.

Biorąc powyższe pod uwagę należy kupować taśmy dobrej jakości u sprawdzonych dostawców.


Taśmy LED ecolighting z układem CCR, o podwyższonej jakości - 3 lata gwarancji.

Taśmy z serii ECOLIGHTING Project CCR, z diodami świecącymi budowane są bez użycia rezystorów. Taśmy takie posiadają zalety typowe dla taśm diodowych ale pozbawione są wad związanych z umieszczaniem na taśmach rezystorów.
Zamiast rezystora na taśmie diodowej montowane są tranzystory ze sprzężeniem emiterowym. Takie rozwiązanie nazywane jest Constant Current Regulator (CCR). Charakterystyka napięciowo-prądowa takiego regulatora została przedstawiona na rysunku 1. Z charakterystyki wynika, że regulator stabilizuje prąd w szerokim zakresie napięcia. W takim wypadku zasilacz napięciowy nie musi stabilizować napięcia z dużą dokładnością.

rys 1
Rys. 1. Charakterystyka napięciowo-prądowa regulatora CCR


Na rysunku 2 przedstawiono przykładowy schemat połączenia  taśmy diodowej z układem CCR.  Układ umożliwia zmianę natężenia za pomocą rezystora Radj przyłączanego do katody. Kiedy taka zmiana nie jest konieczna złącze katody i pinu nr 3 pozostaje otwarte.

rys 2
 Rys. 2. Taśma diodowa z tranzystorem emiterowym

Układ regulatora CCR posiada ujemną charakterystykę temperaturową co oznacza, że przy wzroście temperatury zmniejszeniu ulega wartość natężenia prądu (rys. 3). Ta funkcja pozwala zabezpieczyć diody w sytuacji kiedy następuje wzrost temperatury.


rys 3
Rys. 3. Wpływ temperatury na zmianę charakterystyki napięciowo-prądowej regulatora CCR

Zastosowanie zasilania prądowego w taśmach diodowych Ecolighting Project CCR powoduje:
stabilną pracę ze stałą wartością prądu,
brak zmiany barwy i jaskrawości,
brak wpływu zmiany temperatury na parametry diod (zasilacz CCR),
dłuższą trwałość.

Słownik techniki świetlnej

Bryła fotometryczna
Pełnym opisem rozsyłu strumienia świetlnego źródła światła jest obraz przestrzenny. Mierzone w różnych kierunkach światłości nanosi się jako wektory w układzie sferycznym. Bryłą fotometryczną nazywamy powierzchnię utworzoną przez końce wektorów światłości o wspólnym początku (zlokalizowanym w środku świetlnym źródła światła). Jeżeli np. będziemy mieli do czynienia ze źródłem o równomiernym rozsyle, dla którego światłość we wszystkich kierunkach jest jednakowa to bryła światłości będzie miała kształt sfery (powierzchnia kuli). Przedstawianie na rysunkach bryły jest jednak kłopotliwe. Dlatego najczęściej rozsył strumienia przedstawia się w postaci tzw. krzywych światłości. Krzywa światłości powstaje z przecięcia bryły fotometrycznej płaszczyzną pionową przechodzącą przez środek świetlny źródła światła. Jeżeli rozsył strumienia jest obrotowo-symetryczny to wystarczy narysować jedną krzywą. Jeżeli natomiast rozsył strumienia nie jest obrotowo-symetryczny (co najczęściej ma miejsce) to wtedy bryłę fotometryczną należy przeciąć kilkoma płaszczyznami południkowymi oddalonymi od siebie o określony kąt w płaszczyźnie poziomej. Najczęściej krzywe światłości przedstawia się dla dwóch charakterystycznych płaszczyzn pionowych, które są wzajemnie prostopadłe.

bryłakrzywe
Bryła fotometryczna i krzywe światłości oprawy oświetleniowej przedstawione w płaszczyznach C0-C180 oraz C90-C270



Kodowanie barwy światła
Powszechnie stosowanym sposobem kodowania barwy światła i oceny oddawania barw jest system składający się z trzech cyfr. Pierwsza cyfra określa grupę wskaźnika oddawania barw a pozostałe dwie określają dwie pierwsze cyfry temperatury barwowej.

Przykładowe kodowanie barwy i oddawania barw źródeł światła

Kod

Wskaźnik oddawania barwy Ra

Temperatura barwowa

Wrażenie Barwy

940

90-100

4000 K

neutralna

930

90-100

3000 K

ciepła

860

80-89

6000 K

chłodna

840

80-89

4000 K

neutralna

830

80-89

3000 K

ciepła

827

80-89

2700 K

bardzo ciepła

640

60-69

4000 K

neutralna

540

50-59

4000 K

neutralna

530

50-59

3000 K

ciepła

 



























Luminancja
luminancja
Ilustracja definicji luminancji

Jest to obiektywne wyrażenie za pomocą wielkości fizycznej intensywności świecenia powierzchni. Jednostką luminancji są kandele przypadające na metr kwadratowy powierzchni (cd/m2). Luminancję można mierzyć za pomocą specjalistycznych przyrządów. Należy zaznaczyć, że luminancja nie opisuje jednoznacznie jaskrawości obiektu (czyli odczucia obserwatora), a jedynie właściwości fizyczne powierzchni wysyłającej lub odbijającej światło.

Jaskrawość to subiektywne odczucie obserwatora polegające na tym, że obserwowana powierzchnia wydaje się jaśniejsza lub ciemniejsza. Odczucie to może się zmieniać w zależności od panujących warunków oświetleniowych (adaptacja obserwatora). Dla przykładu światła mijania samochodów wydają się mniej jaskrawe w ciągu dnia, a bardziej jaskrawe w nocy, pomimo że nie zmieniła się intensywność ich świecenia (luminancja).

Luminancja będąca miarą jaskrawości powierzchni jest bodaj najważniejszą wielkością fotometryczną. Zdolność widzenia, postrzeganie powierzchni, rozróżnianie szczegółów jest możliwe dzięki temu, że obserwowane obiekty posiadają różne jaskrawości i różne barwy. Poprzez sztuczne oświetlenie możemy kształtować barwy i jaskrawości (luminancje) obiektów i przedmiotów znajdujących się w otoczeniu, a tym samym wpływać na możliwość ich postrzegania. Norma* podaje, że rozkład luminancji w polu widzenia wpływa na poziom adaptacji narządu wzroku oraz na wygodę widzenia. Aby zapewnić odpowiedni poziom wygody widzenia norma zaleca unikanie następujących sytuacji:
  • zbyt wysokich luminancji występujących w polu widzenia , które mogą powodować wzrost olśnienia,
  • zbyt wysokich kontrastów luminancji mogących powodować zmęczenie (występuje wtedy ciągła adaptacja narządu wzroku do skrajnych wartości luminancji),
  • zbyt niskich wartości luminancji pola pracy i zbyt małych wartości kontrastu luminancji w odniesieniu do pola pracy i jego bezpośredniego otoczenia, które mogą powodować efekt znużenia i spadku wydajności pracy.

Podane zalecenia wynikają z wiedzy będącej wynikiem wielu lat pracy badaczy, którzy starali się znaleźć najlepszy w danych warunkach stosunek luminancji trzech pól: przedmiotu pracy, tła na którym występuje przedmiot pracy i ogólnego otoczenia. Jedyna wskazówka znajdująca się w normie* dotyczy zalecanych zakresów współczynników odbicia strumienia świetlnego głównych powierzchni we wnętrzu: sufit 0.6-0.9, ściany 0.3-0.8, płaszczyzna pracy 0.2-0.6 podłoga 0.1-0.5. Powiązanie współczynnika odbicia danej powierzchni z luminancją wynika z tego, że luminancja (w rozważaniach uwzględnia się w zasadzie powierzchnie odbijające światło w sposób rozproszony) zależy od natężenia oświetlenia wytworzonego na tej powierzchni i od współczynnika odbicia. Podanie zalecanych wartości współczynników odbicia strumienia świetlnego głównych powierzchni we wnętrzu powoduje wystąpienie w większości typowych sytuacji wyrównanego rozkładu luminancji w otoczeniu, lecz projektant oświetlenia powinien wziąć pod uwagę wszystkie czynniki jakie w danych okolicznościach decydują o uzyskaniu danego rozkładu luminancji.

Symbol: L
Jednostka: kandela na metr kwadratowy [cd/m2]

* PN-EN 12464-1 Światło i oświetlenie. Oświetlenie miejsc pracy. Część 1: Miejsca pracy we wnętrzach.

luminancja

Gdzie:
I - światłość w kierunku obserwatora
S' - pole powierzchni pozornej (rzut powierzchni na płaszczyznę prostopadłą do kierunku obserwacji)



Natężenie oświetlenia
natężenie
 Ilustracja definicji natężenia oświetlenia

Jest to stosunek strumienia świetlnego padającego na powierzchnię do pola tej powierzchni. Natężenie oświetlenia jest chyba najlepiej znaną wielkością fotometryczną jednak to luminancja i jej rozkład w sposób podstawowy odpowiada za zapewnienie właściwej wygody widzenia, wydolności wzrokowej i bezpieczeństwa. Wartość luminancji danej powierzchni zależy m.in. od własności fotometrycznych tej powierzchni (dla powierzchni idealnie rozpraszających światło zależy od wartości współczynnika odbicia strumienia świetlnego). Na etapie projektowania zazwyczaj nie można przewidzieć właściwości powierzchni z jakich będzie wykonane wnętrze, a w związku z tym nie można również przewidzieć (obliczyć) luminancji tych powierzchni. Natężenie oświetlenia jest wielkością, której wartość można stosunkowo łatwo obliczyć i zmierzyć. Z tego względu jest to podstawowy parametr, za pomocą którego dokonuje się oceny jakości oświetlenia.

W normie* podano wymagane średnie wartości natężenia oświetlenia w obszarach zadania wzrokowego oraz w jego otoczeniu. Wymagania dla różnych wnętrz i zadań wzrokowych zawarto w odrębnym rozdziale. Podawane tam wartości średniego natężenia oświetlenia w obszarze zadania wzrokowego są wartościami eksploatacyjnymi to znaczy takimi wartościami, od których nie mogą być mniejsze wartości natężenia oświetlenia w całym okresie użytkowania instalacji oświetleniowej niezależnie od wieku i stanu instalacji.

Podano zalecaną skalę stopniowania natężenia oświetlenia (w lx), w której przyrosty natężenia oświetlenia kolejnych stopni zwiększają swoją wartość o około 50%: 20 - 30 - 50 - 75 - 100 - 150 - 200 - 300 - 500 - 750 - 1000 - 1500 - 2000 - 3000 - 5000. Przyjęta skala stopniowania wynika z ogólnie znanej zasady, według której 1.5-krotna zmiana odpowiada najmniejszej, znaczącej, dostrzegalnej różnicy w postrzeganiu poziomów natężenia oświetlenia.

Uznano, że najniższa wartość natężenia oświetlenia jaka powinna wystąpić we wnętrzach wynosi 20 lx gdyż w takich warunkach rysy ludzkiej twarzy zaczynają być ledwo rozpoznawalne. Natomiast w pomieszczeniach gdzie stale przebywają ludzie eksploatacyjne natężenie oświetlenia nie powinno być mniejsze niż 200 lx.

Symbol: E
Jednostka: luks [lx]

* PN-EN 12464-1 Światło i oświetlenie. Oświetlenie miejsc pracy. Część 1: Miejsca pracy we wnętrzach.

natężenie

Gdzie:
dΦ - strumień świetlny
dS - pole powierzchni

Przykładowe wymagania oświetleniowe dla wybranych pomieszczeń i stanowisk pracy; Em –średnia wartość eksploatacyjnego natężenia oświetlenia w obszarze zadania, UGRL – ujednolicony wskaźnik olśnienia, Uo – równomierność oświetlenia (stosunek najmniejszej dom średniej wartości natężenia oświetlenia na danej powierzchni), Ra- wskaźnik oddawania barw.


Pomieszczenie

Em [lx]

UGRL

Uo

Ra

Pomieszczenia służące komunikacji, korytarz

100

28

0,40

40

Schody

100

25

0,40

40

Toalety, łazienki, szatnie

200

25

0,40

80

Magazyn

100 (200)

25

0,40

60

Biuro (pisanie, czytanie, praca z komputerem)

500

19

0,60

80

Sala konferencyjna

500

19

0,60

80

Recepcja

300

22

0,60

80

Sala szkolna

300

19

0,60

80

Sala pracowni artystycznej, laboratorium

500

19

0,60

80


 





































Obserwator fotometryczny CIE normalny
Obserwator, którego krzywa względnej czułości widmowej jest zgodna z funkcją V(λ) dla widzenia fotopowego (dziennego) lub funkcją V’(λ) dla widzenia skotopowego (nocnego). Potocznie krzywą V(λ) nazywa się czułością widmową oka. Nie jest to jednak właściwe określenie z punktu widzenia techniki świetlnej. Oczywiście czułość widmowa oczu większości ludzi na świecie jest bardzo podobna do krzywej V(λ). Jednak krzywa ta ma trochę inne znaczenie. Przyjęto ją w 1924 roku w celu definiowania wielkości fotometrycznych. Wartości tej funkcji określono na podstawie badań pewnej populacji obserwatorów. W późniejszych latach inni badacze uzyskali wyniki trochę różniące się od tych wcześniejszych jednak krzywa V(λ) pozostała niezmieniona. Zgodnie z definicją krzywa V(λ) to względna, widmowa skuteczność świetlna.

Obserwatorem normalnym może być w pewnych warunkach oko człowieka. Jednak częściej jest nim głowica fotometryczna fotometru czyli urządzenia służącego do wykonywania pomiarów fotometrycznych np. luksomierza. Jeżeli czułość widmowa głowicy luksomierza jest zgodna z krzywą V(λ) to, po odpowiednim wyskalowaniu, luksomierz umożliwia pomiar wielkości fotometrycznej jaką jest natężenie oświetlenia (strumień świetlny padający na określona powierzchnię).

Maksimum czułości dla widzenia fotopowego przypada na długość fali 555 nm, a dla widzenia skotopowego na 507 nm.

czułość
Względna widmowa skuteczność świetlna dla widzenia fotopowego V(λ) oraz dla widzenia skotopowego V'(λ)



Oddawanie barw
Przyjmuje się, że przedmioty oświetlone światłem dziennym nie mają zniekształconych barw. Światło dzienne jest pewnym wzorcem i stanowi odniesienie dla sztucznych źródeł światła. Stopień zniekształcenia barw przedmiotów oświetlanych przez różne źródła światła najczęściej oceniany jest poprzez wskaźnik oddawania barw Ra (w literaturze angielskojęzycznej Colour Rendering Index – CRI). Jest to oficjalnie przyjęty i powszechnie stosowany system oceny.

Procedura wyznaczania wskaźnika oddawania barw jest następująca:
– mierzy się rozkład widmowy promieniowania ocenianego źródła światła,
– wyznacza się temperaturę barwową zmierzonego rozkładu widmowego,
– wybiera się iluminant (wzorcowy rozkład widmowy), z którym będzie porównywane badane źródło światła,
– oblicza się współrzędne barwy czternastu próbek barwnych, raz dla badanego źródła światła, drugi raz dla wybranego iluminantu,
– dla każdej próbki oblicza się różnicę barwy i na tej podstawie wartość szczególnego wskaźnika oddawania barw Ri (dla i równego od 1 do 14),
– wskaźnik oddawania barw oblicza się jako średnią arytmetyczną z pierwszych ośmiu szczególnych wskaźników (R1 do R8).

Próbki barwne wybrano z atlasu Munsella. Próbki o numerach od 1 do 14 służą do wyznaczania ogólnego wskaźnika oddawania barw i przedstawiają barwy o małym nasyceniu (odcienie pastelowe) z całego zakresu widzialnego. Pozostałe próbki są pomocne przy rozszerzonej ocenie oddawania barw. Barwy od numeru 9 do numeru 12 są barwami nasyconymi. Szczególne znaczenie ma próbka o numerze 9. Jest to barwa czerwona i często jest wykorzystywana do dodatkowej oceny oddawania barw w zakresie długofalowym. Bardzo często wykorzystuje się ją przy ocenie oddawania barw lamp diodowych. Dwie ostatnie próbki barwne również maja szczególne znaczenie. Próbka o numerze 13 odwzorowuje kolor ludzkiej skóry, a próbka o numerze 14 zieleń roślin.

oddawanie barw
Ilustracja czternastu próbek barwnych przyjętych do wyznaczania wskaźnika oddawania barw.


Wybór iluminantu zależy od temperatury barwowej badanego źródła światła. Kiedy temperatura barwowa ma wartość mniejszą od 5000 kelwinów to iluminantem jest idealny promiennik temperaturowy (ciało doskonale czarne). Dla temperatury powyżej 5000 kelwinów wybiera się iluminant odwzorowujący rozkład widmowy światła dziennego.

CRI
Ilustracja postrzegania barw oświetlonych źródłami śwaitła o róźnych wartościach wskaźnika oddawania barw Ra (CRI)


Klasyfikacja Wskaźnika oddawania barw według normy DIN

Grupa

Wartość wskaźnika Ra

Opis oddawania barw

1A

90-100

bardzo dobre oddawanie barw

1B

80-89

dobre oddawanie barw

2

60-79

średnie oddawanie barw

3

40-59

słabe oddawanie barw

4

20-39

bardzo słabe oddawanie barw


 























Wartość wskaźnika oddawania barw jest zależna od rozkładu widmowego promieniowania danego źródła światła. Poniżej przedstawiono rozkłady widmowe popularnych lamp, wartości temperatur barwowych Tb oraz wartości wskaźników oddawania barw Ra.

rozkład

Rozkład widmowy żarówki, Tb=2700K, Ra=100                                      Rozkład widmowy świetlówki z luminoforem
                                                                                                                                                  dwupasmowym, barwa neutralna
                                                                                                                                                  Tb=4000K, Ra=63



rozkład 2
Rozkład widmowy świetlówki z luminoforem                                         Rozkład widmowy świetlówki z luminoforem
trójpasmowym, barwa biała ciepła Tb=2700K, Ra=84                       trójpasmowym, barwa neutralna
                                                                                                                                                biała Tb=4000K, Ra=84



widmo 3
Rozkład widmowy kompaktowej lampy                                                      Rozkład widmowy kompaktowej lampy
metalohalogenkowej z jarznikiem kwarcowym,                                        metalohalogenkowej z jarznikiem ceramicznym,
Tb=4700K, Ra=84                                                                                                      Tb=3000K, Ra=92



widmo 4

Rozkład widmowy lampy sodowej, Tb=2000K, Ra=12



widmo 5
Rozkład widmowy diody barwy białej, Tb=7700K, Ra=70            Rozkład widmowy diody barwy białej, Tb=3400K, Ra=87



Olśnienie
Jest to stan w procesie widzenia opisywany jako odczucie niewygody lub zmniejszenia zdolności widzenia. Olśnienie występuje na ogół wtedy, kiedy w polu widzenia znajduje się obiekt (lub obiekty) o zbyt dużej jaskrawości lub kiedy występują zbyt duże różnice w jaskrawości pomiędzy obserwowanymi obiektami (np. pomiędzy obserwowanym obiektem, a tłem). Opisywana sytuacja może wystąpić kiedy jaskrawa powierzchnia będzie obserwowana na ciemnym tle (np. obserwacja świateł samochodów w nocy).

Wymagania podane w normie* dotyczą olśnienia przykrego, olśnienia przeszkadzającego i olśnienia odbiciowego. Olśnienie jest przykre, kiedy wywołuje uczucie przykrości, lecz niekoniecznie pogarsza postrzeganie przedmiotów. Olśnienie przeszkadzające to olśnienie pogarszające postrzeganie przedmiotów, lecz niekoniecznie powodujące przykrość. Olśnienie odbiciowe powodowane jest przez odbicia występujące w szczególności wówczas, gdy obrazy odbite nakładają się na obserwowany obiekt lub występują w jego pobliżu. Wyrażony jest również pogląd, że jeżeli olśnienie przykre jest odpowiednio ograniczone, to olśnienie przeszkadzające zazwyczaj nie stanowi istotnego problemu.

Ocena stopnia olśnienia przykrego pochodzącego od opraw oświetleniowych rozmieszczonych we wnętrzu dokonywana jest przy użyciu tabelarycznej metody CIE ujednoliconego wskaźnika olśnienia UGR. Wartości wskaźnika UGR stopniowane są co trzy jednostki co odpowiada znaczącej zmianie akceptowanego stopnia olśnienia: 10-13-16-19-22-25-28. Na podstawie badań eksperymentalnych i subiektywnej oceny stwierdzono, że wartość UGR 28 odpowiada doznawanemu olśnieniu (dopiero co) nieznośnemu, wartość 22 to olśnienie powodujące niewygodę, wartość 16 to olśnienie mało odczuwalne (które chciałoby się tolerować) a wartość 10 dotyczy olśnienia na granicy odczuwania (ledwo odczuwalne).

* PN-EN 12464-1 Światło i oświetlenie. Oświetlenie miejsc pracy. Część 1: Miejsca pracy we wnętrzach.



Strumień świetlny
Ilustracja definicji strumienia świetlnego
Ilustracja definicji strumienia świetlnego


Określa ilość światła wysyłanego przez źródło światła (lampę, oprawę oświetleniową). Zgodnie z definicją stosowaną w technice świetlnej jest to wielkość wyprowadzona ze strumienia energetycznego przez ocenę działania promieniowania na normalnego obserwatora fotometrycznego CIE.

Pisząc językiem bardziej przystępnym chodzi o to, że źródła światła (żarówki, świetlówki itd.) emitują promieniowanie elektromagnetyczne. Moc tego promieniowania wyrażona w watach jest nazywana strumieniem energetycznym lub mocą promienistą. Strumień energetyczny oddziałuje na obserwatora, którego skuteczność świetlna jest zgodna z funkcją V(λ) (potocznie czułość widmowa oka). Strumień świetlny w odróżnieniu od strumienia energetycznego jest jednostką fotometryczną i określa skutki oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego na obserwatora normalnego CIE (potocznie na oko człowieka).

Symbol: Φ
Jednostka: lumen [lm]

wzór

gdzie:
Km - największa wartość widmowej skuteczności świetlnej, występuje przy długości fali 555 nm i wynosi 683 lm/W
λ - strumień energetyczny widmowy (moc promieniowania elektromagnetycznego)
Vλ - względna widmowa skuteczność świetlna dla widzenia fotopowego (dziennego)



Światłość
światłość
Ilustracja definicji światłości


Jest to stosunek strumienia świetlnego wysyłanego w określonym kierunku w elementarnym kącie przestrzennym do wartości tego kąta. Światłość służy głównie do charakteryzowania przestrzennego rozsyłu strumienia świetlnego źródeł światła (lamp i opraw oświetleniowych). Rozsył strumienia świetlnego przedstawia się najczęściej w formie rysunków przedstawiających tzw. krzywe światłości. Krzywe światłości opraw oświetleniowych służących do oświetlania ogólnego przedstawia się najczęściej we współrzędnych biegunowych. Natomiast krzywe światłości projektorów przedstawia się we współrzędnych prostokątnych.

Symbol: I
Jednostka: kandela [cd]

wzór światłość

gdzie:
dΦ - strumień świetlny
dω - kąt bryłowy



Temperatura barwowa
Temperatura barwowa służy do oceny barwy światła źródeł światła. Temperaturę barwową określa się tylko dla źródeł światła białego. Jeżeli barwa światła źródła jest nasycona (można ja scharakteryzować jako zieloną, czerwoną, niebieską itp.) to temperatury barwowej się nie wyznacza.

Temperatura barwowa źródła światła jest to rzeczywista temperatura ciała doskonale czarnego (podawana w Kelwinach), przy której jego barwa jest taka sama jak barwa promieniowania badanego źródła światła. Barwę porównuje się za pomocą współrzędnych chromatyczności. Ciało doskonale czarne jest idealnym modelem promiennika temperaturowego, które stosuje się w fizyce do określania pewnych zjawisk. Modele promienników temperaturowych (rzeczywistych a nie idealnych) można znaleźć w naszym otoczeniu. Promiennikiem temperaturowym jest żarnik żarówki, żar rozpalonego ogniska czy też rozgrzana „do czerwoności” przez kowala podkowa. Żar mocno rozpalonego ogniska ma kolor jasnożółty. Kiedy ognisko dogasa jego barwa zmienia się poprzez żółtą, pomarańczową do czerwonej. Przy zmianie temperatury promiennika temperaturowego zmienia się też barwa jego promieniowania. To zjawisko wykorzystywane jest przy określaniu temperatury barwowej źródeł światła.

barwarozkłady
Zdjęcie świetlówek o różnych barwach (od góry: ciepła, neutralna, chłodna) i odpowiadające im rozkłady widmowe.


Temperatura barwowa stanowi techniczną i jednoznaczną alternatywę dla stosowanych powszechnie określeń związanych z postrzeganiem światła o odcieniu ciepłym, neutralnym bądź chłodnym.

Zwyczajowo przyjęte zakresy barwy światła

Barwa światła

Temperatura barwowa

Ciepła

< 3300 K

Neutralna

3300 - 5300 K

Chłodna

> 5300 K

 
















W literaturze przedmiotu można znaleźć przynajmniej trzy kryteria pozwalające na wybór źródła światła o odpowiedniej temperaturze barwowej:
– chłodna barwa światła sprzyja aktywności (oświetlenie w pracy) a ciepła barwa odpoczynkowi (oświetlenie w domu),
– im wyższy poziom natężenia oświetlenia tym wyższa powinna być temperatura barwowa stosowanych źródeł światła,
– we wnętrzach, których powierzchnie mają ciepłe barwy zalecane jest stosowanie podobnych źródeł światła (o ciepłych barwach); wnętrza w barwach chłodnych wymagają również źródeł o chłodnych barwach; światło o chłodnej barwie tworzy wrażenie sterylności i czystości (gabinety lekarskie).




facebook