OSVETLJENJE
1
Priroda svetlosti
Izrazom ”svetlost” označava se svako zračenje koje prouzrokuje neposredno vidljivo opažanje. Svetlost je u osnovi, zračena ili reflektovana energija koja dospe u čovečije oko i koja se u vidnom organu (kompletno ljudsko oko sa delom mozga) pretvori u čulno opažanje i osećanje svetline – utisak o jačem ili slabijem zračenju – i boja. Zračenje je u fizikalnom smislu definisano kao emitovanje ili prenos energije u obliku elektromagnetnih talasa ili čestica. Spektar elektromagnetnih zračenja je vrlo širok, dok se u tehnici osvetljenja iskorištava samo vrlo usko područje spektra talasnih dužina izmeñu 10-7 i 10-3 metara, koje se označava kao optičko zračenje. Čovečije oko opaža još uže područje spektra i to područje talasnih dužina od 380 nm do 780 nm. To područje se naziva vidljivo zračenje ili svetlost. Današnja fizika pripisuje svakom zračenju dvojnu (dualističku) prirodu: talasnu i korpuskularnu.
18.05.2009.
2 od 44
CRVENA
ŽUTA NARANDŽASTA
LJUBIČASTA PLAVA ZELENA
780
566 589 627
495
436
380
18.05.2009.
IR-C
IR-B
IR-A
UV-B UV-A
UV-C
1000000
3000
1400
780
400
280 315
100
ULTRAVIOLETNO INFRACRVENO
λ [nm]
3 od 44
Svetlotehničke veličine
Osnovne svetlotehničke (fotometrijske) veličine: svetlosni fluks, svetlosna jačina, Φ osvetljenost, =I sjajnost Ω Fluks
Φ
Φ .[lm ] lumen I
I
Ω
.[cd ] kandela
E .[lx ] luks
[ ] .[m ]
L . cd / m 2 S
Jačina
2
Ω .[sr ] steradijan
Φ =E S
S
E =L Ω
Osvetljaj
E
Ω
I =L S
S
Sjajnost
L 18.05.2009.
4 od 44
Električni izvori svetlosti
Osnovni kriterijumi za izbor električnog izvora svetlosti su:
svetlosni fluks svetlosna iskoristivost, η [lm W ] pad svetlosnog fluksa tokom životnog doba boja svetlosti i svojstva u pogledu reprodukcije boja električna snaga izvedbeni oblik ponašanje u pogonu nabavna cena i troškovi eksploatacije
18.05.2009.
5 od 44
Vrste svetlosnih izvora
Inkadescentni
Pri proticanju struje kroz metalnu nit zagreva se na visoku temeperaturu i emituje zračenje u vidljivom delu spektra
Sijalice sa užarenim vlaknom – žarulje Sijalice sa užarenim vlaknom i halogenim elementom (jod, brom)
Luminiscentni
Pri proticanju struje kroz gasove ili metalne pare dolazi do elektromagnetnog zračenja koje jednim delom pada u vidljivi deo spektra
Niskog pritiska (0,1 do 1,3 Pa)
fluorescentne cevi natrijumove sijalice niskog pritiska
Visokog pritiska (3104 do 9105 Pa)
živine sijalice visokog pritiska metal-halogene sijalice visokog pritiska natrijumove sijalice visokog pritiska
18.05.2009.
6 od 44
Sijalice sa užarenim vlaknom
Edison 1879. sijalica sa ugljenim vlaknom Današnja sijalica datira od početka XX veka
Volframovo vlakno u unutrašnjosti staklenog balona spiralizovano Nosači od molibdena Stakleni balon Priključak izveden u vidu metalne čaure sa Edisonovim navojem E10 E14 E27 E40 Veći deo energije na toplotu Visoka temperatura staklenog balona
18.05.2009.
7 od 44
Ako se kroz vlakno propusti električna struja, vlakno će se usled Džulovog efekta, zagrevati.
Kada temperatura dostigne 500º C vlakno počinje da svetli,
Zrače energiju u širokom području optičkog zračenja.
pri temeraturi od 1500 ºC svetli žutom bojom, a na 2500 ºC belom
5-15% dovedene energije se pretvara u svetlost, preostali deo predstavlja toplotne gubitke.
Prosečni radni vek sijalice sa užarenim vlaknom iznosi 1000 sati. Kada svetlosni fluks sijalice opadne za 20 % u odnosu na nazivni fluks, sijalica se smatra praktično neupotrebljivom. Svetlosno iskorištenje 6-15 [lm/W] Neosetljive na sniženje napona – manji svetlosni fluks Osetljive na povišenje napona – smanjuje se životni vek
18.05.2009.
8 od 44
Napon [%]
18.05.2009.
9 od 44
HALOGENE SIJALICE
U stakleni balon se dodaje halogeni element jod ili brom sa dodatkom argona. Na taj način se uspostavlja ciklus regeneracije volframovog vlakna “halogeni kružni proces” Vek trajanja dvostruko duži (oko 2000 sati) Bolja svetlosna iskoristivost Boja svetlosti vrlo pogodna 3000K
Sijalica se izrañuje u obliku cevi od kvarcnog stakla duž koje je razapeto spiralizovano vlakno.
Temperatura na površini kvarcne cevi za vreme rada sijalice je 520 – 970 ºC i zato se ova sijalica smešta u specijalan stakleni balon. U praktičnoj primeni halogene sijalice se dele u 2 skupine:
reflektorske halogene žarulje niskonaponske halogene žarulje
18.05.2009.
10 od 44
18.05.2009.
11 od 44
FLUORESCENTNE CEVI
Fluorescentne su izvori svetlosti, koji deluju na osnovu električnog pražnjenja u živinim parama niskog pritiska, reda veličine 0,1-0,3 Pa. Elektrode su načinjene od dvostruko spiralizovanog volframovog vlakna. elektrode
Stakleni balon
Fluorescentni premaz
18.05.2009.
12 od 44
Bilans zračenja
Kod ovih izvora energetski bilans pretvaranja je
2% vidljivog zračenja, 38% je termičko dok ostalih 60% otpada na UV zračenje talasne dužine 253,7 nm. To nevidljivo zračenje se na fluorescentnom sloju apsorbuje i pretvara u vidljivo zračenje. 25% dovedene energije pretvara se u vidljivu svetlost 75% u toplotu.
Hemijski sastav fluorescentnog sastava je: borat, silikat, fosfat, volframat. Različitim kombinacijama ovih supstanci dobijaju se različite boje svetlosti:
18.05.2009.
13 od 44
TB toplo bela boja (2900 K) - utisak tople boje i sadrži povećanu komponentu crvene svetlosti. SB svetlo bela boja (3500 K) - svetlost bele boje toplog tona. BB bela boja (4500 K) - svetlost bele boje koja deluje hladno. DS boja dnevne svetlosti (6500 K) - slična boji dnevne svetlosti srednje naoblačenog neba. Osim ovih fluorescentne-cevi proizvode se i fluorescentne-cevi sa luksuznim bojama koje se odlikuju vrlo dobrom reprodukcijom boja, ali slabijim stepenom iskorišćenja (TBX, BBX). 18.05.2009.
14 od 44
PRIGUŠNICA
Proces paljenja cevi Uloga startera Uloga prigušnice
STARTER
18.05.2009.
15 od 44
Osetljive na sniženje napona, na sniženje temperature Potrebne predspojne naprave Loš faktor snage cosφ Pogodne tamo gde ne treba često paljenje Vek trajanja produžen do 7000 sati Svetlosna iskoristivost do 80 lm/W Stroboskopski efekat Standardne fluorescentne cevi prečnika 38 mm Svetlosni fluks Φ [lm]
Snaga [W]
dužina [mm]
TB
TBX
SB
BB
BBX
DS
toplo bela
t.b.de luxe
svetlo bela
bela
bela de luxe
dnevna svetlost
2900K
2900K
3500K
4500K
4500K
6500K
20
590
1250
800
1250
1250
840
850
40
1200
3000
2000
3000
3000
2000
2200
60
1500
4800
3200
4800
4800
3200
3350
18.05.2009.
16 od 44
Živine sijalice
Žižak
Elektrode
pomoćni gas argon glavna pomoćna
Proces razgorevanja
Živa isparava 105 Pa
traje do 5 min
Radni napon oko 180V Kada napon opadne ispod 180V sijalica se gasi
Prigušnica Nakon gašenja mora se ohladiti 18.05.2009.
17 od 44
Boja svetlosti
Deo svetlosti UV deo spektra Od vidljivog dela spektara 50% 577 i 579,1 nm
50% 546,1 nm
vidni nedostatak crvene boje Fluorescentni premaz itrijum-vanadat aktiviran evropijumom u starijim izvedbama, fluor-germanat Spoljašnja rasveta Vek trajanja
Svetlosna iskoristivost
do 16000 sati 40 – 60 lm/W
Stroboskopski efekat
18.05.2009.
18 od 44
18.05.2009.
19 od 44
Natrijumove sijalice
Sijalice niskog pritiska
balon od borat-stakla BrO3 u obliku U cevi na čijim zidovima je nataložen natrijum u vidu kapljica koje predstavlja osnovno punjenje kao pomoćno punjenje koristi se mešavina argona i neona po uključenju dolazi do pražnjenja kroz pomoćno punjenje, a kada se dostigne radna temperatura od 570K i ispari natrijum počinje emisija kroz natrijumovu paru. Sijalica zrači jarko žutu svetlost da bi se održala radna temperatura cev se stavlja u stakleni balon sa vakuumom unutrašnjost balona se premazuje tankim slojem indijum-oksida, koji reflektuje infracrveno zračenje i dodatno spečava hlañenje para natrijuma
18.05.2009.
20 od 44
talasne dužine 589 i 589,6 nm svetlosna iskoristivost 110 – 150 lm/W radni položaj – horizontalni zbog ravnomernog kapljičenja tečnosti vek trajanja do 16000 sati spoljašnje osvetljenje 18.05.2009.
21 od 44
Sijalice visokog pritiska
poboljšanje spektra zračenja povećanjem pritiska u cevi zbog toga su sijalice znatno robusnije, a cev se pravi od sinterovanog aluminijum-oksida Osnovno punjenje je amalgam natrijuma i žive ksenon - pomoćno punjenje Ovaj balon se smešta u spoljašnji plašt od kvarcnog stakla ili natrijum-karbonatnog krečnog stakla iz koga je ispumpan vazduh Poboljšanje spektralne karakteristike postignuto je “razvlačenjem” karakterističnih linija spektra natrijuma, ali i pojačavanjem zračenja u ostalim delovima spektra, pa se može uzeti da je spektar ovih sijalica kontinualan, sa maksimumom oko 600 nm. Zbog toga je svetlost ovih sijalica žućkasto-bela (“zlatne boje”). 18.05.2009.
22 od 44
18.05.2009.
23 od 44
svetlosna iskoristivost 70 – 150 lm/W radni položaj – praktično 360 stepeni vek trajanja do 28000 sati moraju imati predspojnu napravu – prigušnicu starter - specijalni tiristorski - naponske udare reda 1,8 – 3 kV vreme razgorevanja - oko 1 minut loš faktor snage pa se mora kompenzovati kondenzatorom spoljašnje osvetljenje
18.05.2009.
24 od 44
METAL - HALOGENE
poboljšanje spektralnih karakteristika zračenja živinih sijalica – dodavanje u osnovno punjenje halogenih elemenata – jodidi indijuma, talijuma i natrijuma danas halogenidi disprozijuma, holmijuma i tulijuma ili kalajni jodid – smeša ovih jedinjenja se stavlja u isti kvarcni balon sa živom. na taj način se dobijaju izuzetno dobre spektralne karakteristike uz ostale povoljne osobine zbog toga se upotrebljavaju tamo gde je potrebna dobra reprodukcija boja uz visoke vrednosti osvetljaja upotrebljavaju se za
spoljašnje osvetljenje -sportski stadioni, reflektorsko osvjetljenje zgrada, filmska i televizijska snimanja, unutrašnje osvetljenje - sportski objekti, industrijske hale, tuneli ...
18.05.2009.
25 od 44
18.05.2009.
26 od 44
Svetlosna iskoristivost 75 – 95 lm/W vek trajanja do 10000 sati moraju imati predspojnu napravu – prigušnicu starter - specijalni tiristorski - naponske udare reda 3,5 – 4 kV
18.05.2009.
27 od 44
Svetiljke
Svetiljke su naprave koje služe za raspodelu, filtriranje ili pretvaranje svetla izvora svetlosti i koje ujedno sadrže potrebne delove za nošenje i prišvršćenje, za zaštitu i pogon izvora svetlosti. Zahtevi koje mora obezbediti svetiljka
svetlotehnički
mehanički
elektrotehnički
oblikovni
raspodela svetlosnog fluksa
mehanička čvrstoća
pogonska sigurnost
estetski izgled oblika svetiljke
raspodela svetlosne jačine
otpornost na zagrevanje
zaštita od previsokog napona dodira
harmoničnost uklapanja u ambijent
ograničenje blještanja
otpornost na koroziju
zaštita od radio televizijskih smetnji
povoljna iskoristivost
otpornost na prodor vlage
jednostavan i siguran električni priključak
sprečavanje zagañenja laka montaža lako održavanje
preglednost i lak dostup unutrašnjim električnim delovima
trajnost
trajnost el. delova 18.05.2009.
28 od 44
Za ocenu svetlotehničkih karakteristika svetiljki merodavne su fotometrijske karakteristike:
raspodela svetlosnog fluksa raspodela svetlosne jačine raspodela sjajnosti iskoristivost svetiljke
18.05.2009.
29 od 44
raspodela svetlosnog fluksa Raspodela svetlosnog fluksa Svetlosni fluks u donji poluprostor Φ◡ [%]
Svetlosni fluks u gornji poluprostor Φ◠ [%]
Direktna
90-100
10-0
Pretežno direktna
60-90
40-10
Jednolika
40-60
60-40
Pretežno indirektna
10-40
90-60
Indirektna
0-10
100-90
Naziv svetiljke
18.05.2009.
30 od 44
raspodela svetlosne jačine
18.05.2009.
31 od 44
18.05.2009.
32 od 44
raspodela sjajnosti
prikazuje se u vidu dijagrama za kontrolu bleštanja u vidu graničnih krivih sjajnosti
iskoristivost svetiljke – η
optička iskoristivost svetiljke predstavlja odnos izlaznog svetlosnog fluksa svetiljke i ukupnog nazivnog svetlosnog fluksa svih izvora svetlosti u svetiljci
18.05.2009.
33 od 44
Unutrašnje osvetljenje Faktori kvaliteta unutrašnjeg osvetljenja
nivo osvetljenosti ravnomernost osvetljenosti raspodela sjajnosti ograničenje blještanja smer upada svetla i senovitost klima boje ograničenje stroboskopskog efekta
18.05.2009.
34 od 44
Nivo osvetljenosti
minimalni nivo osvetljenosti za prag raspoznavanja crta lica
≈ 20 lx
minimalni nivo osvetljenosti u radnim prostorijama za zadovoljavajuće raspoznavanja crta lica
≈ 200 lx
optimalni nivo osvetljenosti u radnim prostorijama
1500 − 2000 lx
dodatno osvetljenje za teže vidne zahteve
2000 − 20000 lx 18.05.2009.
35 od 44
vidni zahtevi
nivo osvetljenosti JUS U.C9.100
prepruke JKO
vrlo mali
50
30-60
mali
80
120
srednji
150
250
veliki
300
500
vrlo veliki
600
1000
vanredno veliki
1000
2000
ravnomernost = Emin : Esr vidni zahtevi vrlo mali mali
18.05.2009.
ravnomernost 1:6 – 1:3 1:3
srednji
1:2,5
veliki
1:1,5
36 od 44
POSTUPAK PROJEKTOVANJA UNUTRAŠNJEG OSVETLJENJA
prikupljanje potrebnih informacija, odreñivanjevanje faktora kvaliteta osvetljenja, proračun stvarne srednje osvetljenosti, kontrolu ravnomernosti osvetljenosti, kontrolu snošljivosti bleštanja, izradu nacrta osvetljenja, utvrñivanje karakterističnih električnih podataka ureñaja osvetljenja, proračun ekonomičnosti ureñaja osvetljenja.
18.05.2009.
37 od 44
Postupak izračunavanja svetlosnog fluksa, potrebnog za ostvarenje zahtevane srednje horizontalne osvetljenosti u prostoriji obuhvata utvrñivanje, odreñivanje i izračunavanje sledećih parametara
Dimenzije prostorije
Indeks prostorije
a ⋅b k= hK ⋅ (a + b )
Faktori refleksije površina
tavanice (ρt) zida (pz) poda (pP)
Izbor izvora svetlosti 18.05.2009.
38 od 44
Izbor svetiljke Iskoristivost osvetljenja
ηR
Na osnovu svetiljke i ostalih parametara (k, ρ)
Odreñivanje faktora
Zagañenja Starenja
Faktor refleksije (p)
Bele ili vrlo svetle boje
0,70
Svetle boje
0,50
Tamnije boje
0,30
Tamne boje
0,10
Odreñivanje ukupnog svetlosnog fluksa na osnovu zahtevanog osvetljaja En [lx]
Εn ⋅ a ⋅ b Φ potrebno = ηR ⋅ f
Boja povrašine
ni ⋅ n sv ⋅ Φ O ⋅ η R ⋅ f Ε sr = a ⋅b
Izračunavanje stvarnog srednjeg osvetljaja 18.05.2009.
39 od 44
Primer:
Proračunati potreban broj i raspored svetiljki za učionicu dimezija 15x10x4m, sa fluorescentnim cevima TB gde je radna površina na visini od 0,8m od poda. Tavanica je vrlo svetla ρt=0,7, zidovi svetli ρz=0,5. U slovi u prostoriji su čisti (tčišć=12 meseci), a zahtevani osvetljaj je 250lx. korisna visina
hK = h − hd = 4 − 0,8 = 3,2 m
indeks prostorije
k=
a ⋅b 15 ⋅10 = = 1,875 hK ⋅ (a + b ) 3,2 ⋅ (15 + 10 ) 18.05.2009.
40 od 44
Usvaja se svetiljka za fluorescentne cevi tip FSN 121240 (2x40) k=V za tu svetiljku je faktor zagañenja f1=0,88 a faktor starenja f2=0,87 Iz tabela za ρt=0,7 i ρz=0,5 dobija se ηR1=0,47 za k1=1,5 ηR2=0,52 za k2=2 Linearna interpolacija izmeñu ovih vrednosti
η R = η1 +
η 2 − η1 k 2 − k1
(k − k1 ) = 0,47 + 0,52 − 0,47 (1,85 − 1,5) = 0,5075 2 − 1,5
18.05.2009.
41 od 44
Potreban svetlosni fluks koji treba da se postigne: Ε ⋅ a ⋅b 250 ⋅15 ⋅10 Φ potrebno = n = = 96514 lm ηR ⋅ f 0,5075 ⋅ 0,88 ⋅ 0,87 Svetlosni fluks po fluo cevi (40W, TB) iznosi 3000lm, a pošto u svetiljci postoje dve fluorescentne cevi potreban broj svetiljki iznosi Φ potrebno 96514 nsv = = = 16,08 2 ⋅ Φ0 2 ⋅ 3000 Ako usvojimo po 5 svetiljki u tri reda imamo
nsv stv = 5 × 3 = 15 18.05.2009.
42 od 44
Možemo izračunati stavarni srednji osvetljaj
ni ⋅ nsv ⋅ Φ 0 ⋅η R ⋅ f 2 ⋅15 ⋅ 3000 ⋅ 0,5075 ⋅ 0,88 ⋅ 0,87 Ε sr = = a ⋅b 15 ⋅10
Ε sr = 233,1 lx
18.05.2009.
43 od 44
raspored svetiljki b'x bx
a 15 ax = = = 3 m 5 5
b=10m ax
a'x
b 10 bx = = = 3,3 m 3 3
a=15m
a − 4 ⋅ 3 15 − 12 a′x = = = 1,5 m 2 2
b − 2 ⋅ 3,3 10 − 6,7 bx′ = = = 1,67 m 2 2 18.05.2009.
44 od 44
