Wykad 6

Techniki świetlne

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak, prof. uczelni Katedra Optyki i Fotoniki

Wydział Podstawowych Problemów Techniki Politechniki Wrocławskiej

http://www.if.pwr.wroc.pl/~wozniak/

https://eportal.pwr.edu.pl/course/view.php?id=8328 Miejsce konsultacji: pokój 27 bud. A-1

Wykład 6

Kształtowanie przestrzennego rozsyłu strumienia

świetlnego przez oprawy oświetleniowe

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

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 nie-optycznych!

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 wnikaniem do jej wnętrza wody.

Oprawy oświetleniowe – BHP

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

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.

Podział opraw oświetleniowych:

Oprawy oświetleniowe – podział

1) Klasyfikacja ze względu na stosunek strumienia świetlnego oprawy do całkowitego strumienia świetlnego – pięć klas oświetlenia:

Podział opraw oświetleniowych ze względu na rodzaj bryły fotometrycznej – różne kryteria.

Oznaczenie Nazwa klasy – oświetlenie Stosunek strumieni [%]

I Bezpośrednie 90100

II Przeważnie bezpośrednie 6090

III Mieszane 4060

IV Przeważnie pośrednie 1040

Oprawy oświetleniowe – podział

2) Klasyfikacja ze względu na kształt krzywej światłości w dolnej półprzestrzeni – 10 wyidealizowanych, podstawowych krzywych światłości:

Podział opraw oświetleniowych ze względu na rodzaj bryły fotometrycznej – różne kryteria.

Oprawy oświetleniowe – podział

3) Klasyfikacja ze względu na kierunek występowania światłości maksymalnej oprawy oraz wartości tzw. współczynnika kształtu krzywej światłości – siedem

rodzajów krzywych światłości:

Podział opraw oświetleniowych ze względu na rodzaj bryły fotometrycznej – różne kryteria.

Oprawy oświetleniowe – podział

3) Klasyfikacja ze względu na występowanie tzw. uwydatnionych

kierunków promieniowania:

Podział opraw oświetleniowych ze względu na rodzaj bryły fotometrycznej – różne kryteria.

Oprawy oświetleniowe – podział

4) W oświetleniu dróg: dodatkowa klasyfikacja ze względu na ograniczenie

olśnienia w charakterystycznych kierunkach obserwacji użytkowników

dróg:

Podział opraw oświetleniowych ze względu na rodzaj bryły fotometrycznej – różne kryteria.

Oprawy oświetleniowe – podział

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.

Podział opraw oświetleniowych ze względu na rodzaj bryły fotometrycznej – różne kryteria.

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

Układu optycznego oprawy oświetleniowej:

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;

Oprawy oświetleniowe – układ optyczny

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

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;

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…

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.