Apšvietimo skaičiavimas

Mus supantis pasaulis yra kupinas šviesos. Nuo jos neatsiejamas mūsų gyvenimas, buitis. Šviesa, jos intensyvumas, įtakoja žmogų tiek fiziškai, tiek emociškai. Ji geba mums sukelti nuovargį, nerimą arba sutekti jėgų, energijos, gerų emocijų.

Keičiantis amžiams, technologijoms vystantis, žmonija sugebėjo pažaboti šviesą, ją sukurtį, keisti, tobulinti. Saulės teikiamos šviesos jau seniai nebepakanka. Jau seniai praėjo tie 1880-ieji, kuomet išradėjas Tomas Edisonas (angl. Tom Edison) užpatentavo pirmąją elektros paskirstymo sistemą, taip suteikdamas galimybę kaitrinei lemputei atsirasti kiekvieno to meto amerikiečio namuose.

Nuo to laiko šviesos šaltiniai vis tobulinami, išrandami naujesni, taupesni, ekonomiškesni. Kartu su jais vystėsi tokios mokslo šakos, tiriančios šviesą, kaip šviesotechnika, elektrotechnika. Jų dėka, susiteminti šviesos bei apšvietimo techniniai parametrai, apbrėžti jų dydžiai bei vatavimo vienetai.

Remiantis šiomis žiniomis, kviečiu į trumpą šviesos savybių apžvalgą.

Šviesa - tai elektromagnetinis spiduliavimas, veikiantis akies tinklainę ir sukuriantis joje matomą vaizdą. Elektromagnetinių bangų spektro ribos nuo ~  iki ~ m. Optinę spektro dalį sudaro spinduliavimas, kurio bangos ilgis nuo ~  iki ~ 3,4 · m. Skiriamas infroraudonasis (340 ÷ 0,76 µm), regimasis (0,76 ÷ 0,38 µm) ir ultravioletinis (0,38 ÷ 0,01µm) spinduliavimas. Mus supančių spalvų matymas taip pat priklauso nuo elektromagnetinių bangų ilgio:

Raudona - λ = 0,76 ÷ 0,62 µm;

Oranžinė - λ = 0,62 ÷ 0,59 µm;

Geltona - λ = 0,59 ÷ 0,56 µm;

Žalia - λ = 0,56 ÷ 0,50 µm;

Žydra - λ = 0,50 ÷ 0,48 µm;

Mėlyna - λ = 0,48 ÷ 0,45 µm;

Violetinė - λ = 0,45 ÷ 0,38 µm.

Žmogaus akis skirtingai reaguoja į spalvas, štai į gelsvai-žalsvą spalvą ji reaguoja jautriausiai. Maksimalus akies jautrumas yra esant 0,555 µm ilgio bangai. Bangų spektras, esantis už raudonos ir violetinės spalvų spektro ribų, žmogaus akimi jau nebmatomas.

Apšvietimas gali būti natūralusis, dirbtinis, mišrus. Natūraliojo apšvietimo spektras žmogui artimesnis, tačiau jis yra nepastovus tiek paros, tiek metų bėgyje, todėl visais atvejais papildomai papildomai įrengiamos dirbtinio apšvietimo sistemos. Šių sistemų projektavimui naudojamos tokios kompiuterinės programos, kaip ReLux, Optiwin, Lumagic, Jakobsson, Calcolux ir kitos.

Apšvietimas nusakomas kiekybiniais ir kokybiniais rodikliais. Kiekybiniai rodikliai: šviesos srautas, šviesos stipris, apšvieta, skaistis, šviesis, šviesinis veiksmingumas ir atspindžio koeficientas. Pagrindiniai kokybiniai rodikliai: pulsacijos koeficientas, akinimo indeksas, fonas, kontrastas su fonu, spalvos atkūrimo indeksas, spalvinė temperatūra ir t.t.  Apžvelgsime kiekvieną jų.

Pagrindinis fotometrijos dydis, apibūdinantis šviesą - šviesos srautas - Φ. Tai spindulių srauto dalis, sukelianti žmogaus regos organams šviesos pojūtį.  Šviesos srauto matavimo vienetas - liumenas (lm). Liumeno dydžio suvokimui pateiksime pavyzdį: 1cm² žemės paviršiui, esant debesuotam orui, tenka apie 1lm šviesos srauto, o esant giedram orui - apie 10lm. Štai įprasta katrinė lemputė, 60W galingumo, esant 230V įtampai, į 1 cm² žemės paviršiaus išskiria apie 800lm šviesos srauto, kai tuo tarpu kišeninis žibintuvėlis - 6lm.

Šviesos srautas erdvėje pasiskirstęs netolygiai. Jo spinduliavimo bet kuria kryptimi intensyvumą charakterizuoja šviesos stipris. Tai šviesos srauto ir erdvinio kampo, į kurį šaltinis spinduliuoja šviesą, santykis:

I = Φ/ω (1cd=1 lm/1 sr).

Šviesos stipris matuojamas kandelomis (cd). Kandela yra šviesos stipris tokio šaltinio, kuris tam tikra kryptimi skleidžia vienspalvę  540x10¹² hercų dažnio 1/683 vato steradianui stiprio spinduliuotę.

Steradianas (sr) - SI sistemos papildomas erdvinio kampo bematis vienetas, lygus erdviniam centriniam kampui, kuris sferos paviršiuje išpjauna figūrą, lygiaplotę kvadratui, kurio kraštinė lygi sferos spinduliui. Sferą sudaro 4π  steradianų.

Apšvieta E yra šviesos srauto tankis apšviestame paviršiuje:

E =  dΦ/dS (1lx = 1lm/m² ),

čia: dΦ - elementarus šviesos srautas, lm; dS - elementarus plotas, m².

Apšvietos vienetas liuksas (lx). Taškinio šviesos šaltinio sukurta apšvieta E, lx, tiesiog proporcinga šviesos stipriui I, cd, spindulio kampo kosinusui ir atvirkščiai proporcinga atstumo nuošaltinio iki paviršiaus R, m, kvadratui:

E = I cos α/R².

Skaistis L, cd/ m² apibūdina bet kurio paviršiaus ploto vieneto S, m² spinduliuojamos šviesos stiprį I, cd.

L = dl/ dS cos α,

čia: α - kampas tarp statmens švytinčiam paviršiui ir matymo krypties.

Šviesis M, lm/m² , apibūdina bet kurio paviršiaus ploto vieneto S, m², atspindimą
(praleidžiamą) šviesos srautą Φ, lm:

M = dΦ/dS.

Šviesinis veiksmingumas K, lm/W, apibūdina šviesos šaltinio efektyvumą.

Atspindžio koeficientas ρ apibūdina paviršiaus savybę atspindėti į jį krintantį šviesos srautą Φ:

Ρ = Φ _ats/ Φ _kr,

čia: Φ _ats - atsispindėjęs šviesos srautas, lm;  Φ _kr - krintantis šviesos srautas, lm.

Atspindžio koeficientas apibūdina foną - paviršių, ant kurio yra stebimas objektas. Kai Ρ>0,4, fonas yra šviesus, kai Ρ = 0,2...0,4 - vidutinis, ir kai Ρ<0,2 - tamsus.

Objekto ir fono kontrastas K_L - tai stebimojo objekto ir fono skaičių santykis:

K_L = |L_o - L_f|/L_f ,

čia: L_o - stebimojo objekto skaistis; L_f - fono skaistis.

Objekto ir fono kontrastas didelis, kai K_L>0,5, vidutinis, kai K_L = 0,2...,05 ir mažas, kai K_L <0,2.

Dujinio išlydžio lempos pasižymi tam tikro dažnio pulsacija esant kintamai elektros srovei. Pulsacijos dažnis apibūdinamas pulsacijos koeficientu K_P, %. Šio koeficiento preocentinė reikšmė nurodo lempos ryškumą:

K_P =  Φ_max - Φ _min/ 2 Φ _vid ·100,

čia: Φ_max ir Φ _min - maksimali ir minimali šviesos srauto reikšmės, esant dažnio periodui nuo 0,02 iki 50Hz; Φ _vid - vidutinė šviesos srauto reikšmė, esant tam pačiam dažnio periodui.

Žmogaus akis reaguoja į apšvietos pokyčius. Apšvietos pulsacijos dažnis yra reglamentuojamas ir nusakomas apšvietos pulsacijos koeficientu K_P, %.:

K_P = E _max - E _min/ 2 E _vid·100,

čia: E _max ir E _min - atitinkamai maksimali, minimali ir vidutinė apšvietos reikšmės, esant atitinkamo dažnio periodui.

Akinimas galimas dėl neteisingo šviestuvų išdėstymo. Akinimo indeksas AI gali būti nustatomas:

AI = 10·log ,

čia: L_o - matomumo lauke esančių šviestuvų vidutinis skaistis, cd/ m², neįvertinant akinimo šaltinio; L_j = tai j-ojo šviestuvo skaistis cd/ m²; ω_j - j-ojo šviestuvo erdvinis kampas, sr; P_j - j-ojo šviestuvo pozicijos indeksas.

Spalvinė temperatūra - tai juodojo kūno, spinduoliuosjančio tokio pat spektro, kaip tiriamas šviesos šaltinis, spindulius, temperatūra. Kuo aukštesnė temperatūra, tuo didesnę spektro dalį sudaro trumpabangis, artimas violetiniam, spinduliavimui.

Praktiniam naudojimui skiriamos keturios spalvinių temperatūrų kategorijos:

• 2500-2800 K - šilta, gelsva. Šios spalvos šviesą skleidžia kaitrinės lempos ir liuminescencinės lempos 827, 927.
• 2800-3500 K - šilta, neutrali. Šios spalvos šviesą skleidžia kaitinamosios halogeninės lempos ir liuminescencinės lempos 830, 930.
• 3500-5000 K - neutrali, šalta. Šios spalvos šviesą skleidžia liuminescencinės lempos 840, 940.
• 5000 K ir daugiau - dienos šviesos, šaltos dienos (melsvos) šviesos. Šios spalvos šviesą skleidžia liuminescencinės lempos 850, 865, 950, 965.

Spalvos atkūrimo indeksas R_a, %.

Natūrali šviesa, kaitrinės ir halogeninės kaitinamosios lempos stebimų objektų spalvos neiškraipo, nes šių šaltinių spinduliuojamas spektras tolygus. Didžaijai daliai dujinio išlydžio lempų būdingas netolygus, iškripytas spektras, pakeičiantis stebimo objekto spalvos suvokimą. Dažniausiai naudojamos trys spalvų atkūrimo indekso R_a kategorijos:

• R_a nuo 90÷100 - labai geras spalvų atkūrimas,
• R_a nuo 80÷90 - pakankamas spalvų atkūrimas,
• R_a nuo 80 ir mažiau - patenkinamas ir blogas spalvų atkūrimas.

Projektuojant apšvietimą, būtina žinoti šias pagrindines šviesos savybes. Remiantis visais reikalavimais ir gebant teisingai apskaičiuoti šviesos intensyvumą tam tikroje erdvėje, galima sukurti puikų apšvieitmą, atitinkantį kiekvieno poreikius.

Parengė Indrė Talkačiauskaitė

Statybų ir būsto gido Asa.lt informaciją atgaminti visuomenės informavimo priemonėse bei interneto tinklalapiuose be raštiško UAB "IKS" sutikimo draudžiama.