Iluminat Conf.dr.Ing.dorin Beu

1

Conf.dr.ing. Dorin Beu

Suport de curs: INSTALAII ELECTRICE I DE ILUMINAT

Cap. 1. Eficiena energetic n iluminat

Cap. 2 Noiuni generale

Cap. 3 Surse de lumin eficiente energetic

Cap. 4 LED-uri

Cap. 5 Aparate de iluminat

Cap. 6 Iluminat natural

Cap. 7 Tuburi de lumin

Cap. 8 Sisteme de control

Cap. 9 Sisteme de iluminat interior

Cap. 10 Iluminat exterior

Cap. 11 Managementul sistemelor de iluminat exterior

Cap. 12 Plan de iluminat general ntr-o localitate

Cap. 13 Iluminatul i sntatea utilizatorilor

Cap. 14 Iluminatul i protecia mediului

Seminarii

1. Utilizarea programului european Dialux - partea 1

2. Utilizarea programului european Dialux - partea 2

3. Calculul performanei energetice n iluminat conform SR-EN 15193

4. Msurarea performanei energetice n iluminat conform SR-EN 15193

5. Soluii de mbuntire a performanei energetice n iluminat

6. Realizarea unui aparat de iluminat cu LED-uri

7. Sistem de iluminat cu celule fotovoltaice

Studii de caz:

Iluminat n birouri

Iluminat n coli

Iluminat n hoteluri

Iluminat n spaii comerciale

Iluminat n parkinguri

Iluminat public

Instalaii Electrice i de Iluminat

2

Managementul iluminatului public

Cursul este dedicat cunoaterii att a principalelor noiuni specifice de inginerie a

iluminatului: mrimi fotometrice i colorimetrice; echipamente de iluminat - lmpi,

aparate de iluminat, dispozitive de control al iluminatului; metode de calcul

fotometric; confortul vizual i microclimatul luminos, calitatea iluminatului; iluminat

public arhitectural i urban; integrarea sistemului de iluminat n arhitectura cldirii, ct

i a prevederilor normativelor NP061-02 privind sistemele de iluminat interior i

NP062-02 privind iluminatul public.

Dup parcurgerea disciplinei, cursanii vor fi capabili s realizeze proiectarea asistat

de calculator a sistemelor de iluminat - program DIALux i s efectueze msurtori

specifice ale iluminrii i luminanei, cu luxmetrul i luminanmetrul.

CAP. 1. EFICIENA ENERGETIC N ILUMINAT

1.1. Retragerea treptat de pe pia a lmpilor cu incandescen

Prevederi legale

Pe data de 8 decembrie 2008, Comitetul Ecodesign a acceptat propunerea Comisiei

Europene pentru retragerea treptat de pe pia a lmpilor cu incandescen.

Regulamentul 244/2009 al Comisiei Europene, tradus n limba romn de

Ministerul Mediului, prevede retragerea din septembrie 2009 a lmpilor cu

incandescen (inclusiv cele cu halogen) mate sau opal i a lmpilor cu

incandescen clare cu putere mai mare de 100W, iar apoi treptat a tuturor lmpilor

cu incandescen clare rmase. Lmpile cu reflector ncorporat nu fac obiectul

acestui regulament.

Pn n 2012 toate lmpile cu incandescen (inclusiv o bun parte din lmpile

cu halogen) vor fi retrase de pe pia.

Consideraii generale

Din 2008, lmpile fluorescente compacte - LFC - au n plus un timbru verde de 0,90

RON ceea ce a scumpit suplimentar aceast variant. Din pcate, n Romnia nu

exist o mentalitate de protecie a mediului, iar motivaia alegerii LFC ine mai mult

de economiile de bani ulterioare.

3

Lampa cu incandescen, descoperit de Edison n 1879, a reprezentat un

moment de rscruce n civilizaia industrial i muli specialiti rmn ataai de ea.

PLDA - Professional Lighting Design Association s-a pronunat mpotriva retragerii

lmpii cu incandescen. Pe site-ul www.pld-a.org este prezentat acest punct de

vedere i este dat exemplul Noii Zeelande care a renunat la retragere. Comisia

Internaional de Iluminat (Commission Internationale de lEclairage) - CIE - nu i-a

exprimat un punct de vedere oficial. Oricum, ideea retragerii lmpilor cu

incandescen nu a venit din partea asociaiilor profesionale din iluminat.

n cadrul discuiilor premergtoare lurii acestei decizii, rile din Europa de Est,

bazndu-se pe experiena comunist, s-au pronunat mpotriva retragerii, motivnd c

orice este interzis devine mai interesant. Cuba a interzis vnzarea sau importul de lmpi

cu incandescen din 2005, dar aceast soluie a fost impus. Probabil c o soluie

alternativ o reprezenta aplicarea unei suprataxe, asemntoare accizelor la tutun, n

aa fel nct diferena de pre LFC lamp cu incandescen s nu fie aa de mare.

Analiza pieei a artat c tehnologia LFC a ajuns la maturitate i prin introducerea

unei Carte Europene de Calitate privitoare la acest tip de lmpi s-a ajuns la o soluie de

calitate. Pe de alt parte, analiza LED-urilor ne conduce la ideea c acest tip de lmpi nu

sunt destinate nlocuirii directe a lmpilor cu incandescen (n sensul de a avea un

soclu i dimensiuni asemntoare), ci deschid calea spre noi concepte de iluminat liniar

sau pe suprafee circulare sau paralelipipedice.

Anumite avantaje ale lmpii cu incandescen: redarea culorilor foarte bun, dimensiuni

reduse, reglarea uoar a fluxului luminos, costuri reduse nu sunt nc egalate de

produse similare, dar mult mai eficiente energetic. Din aceste motive, specialiii n

iluminat au rezerve fa de msura retragerii lmpilor cu incandescen, chiar dac sunt

de acord cu principiul economiei de energie. Probabil c Regulamentul 244, mpreun

cu nemulumirile unor consumatori, vor provoca companiile productoare n a oferi n

scurt timp soluii care s rspund acestor observaii. Suntem de acord cu utilizarea pe

scar larg a LFC, dar atragem atenia c, n anumite situaii, nu avem soluii de

caracteristici identice pentru lmpile care vor fi retrase de pe pia.

1.2. Performana energetic a iluminatului electric din cldiri

Prevederi legale


4

La baza stabilirii performanei energetice a iluminatului electric din cldiri st

standardul European EN 15193, devenit standard romnesc n noiembrie 2008.

Standardul European introduce temenul LENI (Lighting Energy Numeric Indicator)

exprimat n [kWh/m/an] i contorizarea separat a consumului de energie electric

utilizat n iluminat.

Energia total utilizat pe o anumit perioad ntr-o cldire sau ncpere este

suma dintre energia utilizat pentru iluminat WL,t i energia auxiliar WP,t utilizat

pentru ncrcarea acumulatorilor n iluminatul de siguran i pentru alimentarea

sistemelor de control.

,

,

unde

Pn este puterea total instalat pentru iluminat dintr-o cldire sau ncpere;

Ppc = puterea auxiliar total instalat a sistemului de control pentru iluminat dintr-o

cldire sau ncpere;

Pem = puterea auxiliar total instalat de alimentare a aparatelor de iluminat de

siguran dintr-o cldire sau ncpere;

ty = durat anual standard 8760 ore;

tD = timp de utilizare a aparatelor de iluminat pe perioada ct exist iluminat natural;

tN = timp de utilizare a aparatelor de iluminat pe perioada ct nu exist iluminat natural;

te = timp dencrcare a aparatelor de iluminat de siguran cu acumulatori;

FD = factor de lumin natural disponibil. Normativul acord un spaiu amplu acestui

aspect , lund n considerare potenialul uria al luminii naturale. De exemplu, pentru

o coal, 1800 de ore de utilizare sunt pe timpul zilei. Sunt extrem de importante

materialele de vitrare, deschiderile, obstruciile exterioare, sistemele de umbrire;

FO = factor de ocupare (n cazul utilizrii senzorilor de prezen);

FC = factor de iluminare constant (n cazul sistemelor de control care permit

meninerea nivelului de iluminare la o valoare constant).

Energia total anual utilizat pentru iluminat

5

Indicatorul numeric pentru energia luminoas LENI

unde A este suprafaa total util a cldirii [m2],

Exprimat ntr-un mod mai simplist,

LENI = Pn x t x FD x FO x FC

unde Pn = putere instalat [kW/m2]; Puterea electric instalat n cldire are o

valoarea int n jur de 2 W/m2/100 lx;

t = timp de utilizare[h/an], ntre 2000 ore n cazul colilor i 5000 ore pentru spitale.

Programul Dialux poate s calculeze valoarea LENI, dar proiectantul trebuie s

verifice ipotezele de lucru (se consider implicit c avem de-a face cu un spaiu de

birouri).

Consideraii generale

La ora actual se ateapt din partea autoritilor romne s stabileasc etichetarea

energetic a cldirilor. Situaia altor ri din UE, unde la investiiile din bani publici, s-

a stabilit o valoare LENI de 10kWh/m2/an prin caietul de sarcini, ar trebui s dea de

gndit att autoritilor publice ct i proiectanilor. Obinerea unor valori att de

sczute nu se obine doar prin utilizarea lmpilor din ultima generaie, ci i prin

utilizarea iluminatului natural, sistemelor de control al iluminatului. Avem de-a face cu

o transformare a modului de proiectare a sistemelor de iluminat interior, dar i cu

urmrirea n timp a rezultatelor reale.

Timp de utilizare

Tabelul 1.1 Valorile timpului de utilizare n funcie de destinaia cldirii (cf. SR EN

15193)

Destinaia cldirii Ore de funcionare anuale

tD tN tO

Birou 2250 250 2500

coal 1800 200 2000

Spital 3000 2000 5000

Hotel 3000 2000 5000

Restaurant 1250 1250 2500


6

Sal de sport 2000 2000 4000

Retail 3000 2000 5000

Fabrica 2500 1500 4000

Un punct cheie este determinarea timpului de utilizare anual a sistemului de iluminat

t0 exprimat n numr de ore. Acest timp este compus din timpul de utilizare pe

perioada cnd exist iluminat natural tD i n absena acestuia tN.

Valorile din Tabelul 1.1 sunt cu titlu indicativ, dar pot fi inlocuite atunci cnd se

cunosc date exacte despre timpul de utilizare (de exemplu, fabrici la care se lucreaz

n trei schimburi).

Tabelul 1.2 Influena luminii naturale asupra cldirilor echipate cu sisteme de control

Tipul cldirii Tipul sistemului de control FD

Birou, sal de sport,

industrie

Manual 1,0

Gradual cu senzori de lumin

natural

0,9

Restaurant, retail Manual 1,0

coal, spital Manual 1,0

Gradual cu senzori de lumin

natural

0,8

Tabelul 1.3 Influena valorilor implicite de ocupare asupra cldirilor echipate cu

sisteme de control

Influena ocupaional

Tipul cldirii Tipul sistemului de control FO

Birou, coal Manual 1,0

Automat, peste 60% din puterea

instalat

0,9

Sal de sport, industrie,

restaurant, retail

Manual 1,0

Hotel Manual 0,7

Spital Manual (control automat parial) 0,8

n plus normativul SR EN 15193 introduce trei trepte de calitate

7

* ndeplinirea cerinelor de baz; ** conformitate cu cerinele; *** ndeplinirea

total a cerinelor

Tabelul 1.4 Clase de criterii pentru proiectarea aparatelor de iluminat

Clase de criterii pentru proiectarea

aparatelor de iluminat

* ** ***

Iluminat meninut pe planul de lucru

orizontal (Eorizontal)

Controlul orbirii de disconfort

Evitarea efectului de plpire

Controlul reflexiilor de voal

Redarea culorilor

Evitarea umbrelor accentuate i a luminii

prea difuze pentru o bun modelare

Distribuia iluminrii n ncpere (Evertical)

Atenie la comunicarea vizual a chipurilor

(Ecilindric)

Atenie acordat sntii

n conformitate cu valorile prescrise n Tabelul 5.3 din SR EN 12464-1

n conformitate cu exigenele din SR EN 12464-1


8

Cap. 2. NOIUNI GENERALE

2.1. Vederea

Funcionarea simurilor umane necesit nu numai stimularea sistemului nervos de

ctre un factor extern, ci i interpretarea de ctre creier a semnalelor primite. Astfel

vederea trebuie neleas ca vedere i interpretare, iar procesul vederii cuprinde

trei funcii:

procesul fizic al producerii unei imagini a lumii externe pe receptoare, situai in

ochi, care sunt sensibili la lumin;

generarea unor semnale n sistemul nervos care conecteaz receptoarele

sensibile la lumin cu creierul;

interpretarea semnificaiilor legate de semnale de ctre creier; aceast etap

implic experiena vizual care ncepe odat cu naterea.

Toate aceste procese implic consum de energie i necesit timp pentru interpretare.

Anatomia ochiului

Structura ochiului uman este analoag cu o

camera video, conform tabelului alturat.

Figura 2.1. Structura ochiului uman

Tabelul 2.1. Analogie ochi-camer video

Ochi Camer video Funcie

Cornee i umoare

apoas

Lentile de

focalizare

Curbare a luminii pentru formare

imagine

Cristalin Lentile secundare Focalizare fin

Iris Diafragm Adncime cmp vizual, ajustare nivel de

iluminare

Umoare sticloas Auto-focus Acionare a lentilelor

9

Conjuctiv Filtru lumin

natural

Protejare sistem optic de zgrieturi

Sclera Cutie Carcas

Retin Suprafa

fotoelectric

Conversie a luminii n semnal electric

Vase de snge din

retin

Cablu electric Furnizare energie

Nerv optic Semnal video de

ieire

Transmisie date

Celulele receptoare

Prin dispersia luminii naturale ntr-o prism se obine urmtorul spectru de culori:

Culoare Domeniu [nm]

violet 380-450

albastru 450-490

verde 490-560

galben 560-590

portocaliu 590-640

rou 640-750

Exist dou tipuri de receptoare, denumite conuri i bastonae, dup forma lor.

Bastonaele sunt sensibile la niveluri sczute de lumin, dar sunt saturate la niveluri

moderate, iar conurile sunt mai puin sensibile dar pot face fa fluxurilor mari de

lumin. Doar conurile sunt sensibile la culoare, datorit celor trei clase de pigmeni.

Lipsa unui pigment duce la daltonism (n majoritatea cazurilor nu pot distinge ntre

rou i verde). Aceast problem afecteaz 8% din brbai i 0,5% din femei. Ochiul

uman este sensibil la radiaii electromagnetice dintr-un domeniu relativ ngust cuprins

ntre 380 - 750 nm. Sub 380 nm avem domeniul radiaiilor ultraviolete, iar peste 750

nm ncepe domeniul radiaiilor infraroii. Sensibilitatea ochiului uman la radiaiile

luminoase variaz n funcie de lungimea de und a acestora, fiind maxim, n cazul

vederii diurne, la culoarea verde (=555 nm) i minim la capetele spectrului. n

acest sens CIE a introdus n 1933 funcia eficacitii luminoase relative V(). Aceast

funcie este valabil pentru vederea diurn (fotopic). n cazul vederii nocturne


10

(scotopic) ochiul uman are un maxim n zona verde, la =507 nm, i o curb V()

specific (efectul Purkinje). La niveluri foarte sczute ale luminanei (

11

Observaie: candela este o mrime fundamental inclus n SI (Sistemul Internaional

de msuri) i este definit ca intensitatea luminoas ntr-o direcie dat a unei surse

care emite o radiaie monocromatic de frecven 5401012Hz, corespunznd la

0 = 555 nm n aer, pentru care intensitatea energetic este de 1/683 W pe steradian.

Iluminarea - E

Definiie: Raportul dintre fluxul luminos d primit de un element de suprafa i aria dA

a suprafeei

Formula: E = d/dA

Unitate de msur: lux [lx]

Observaie: Iluminarea unei suprafee este invers proporional cu ptratul distanei de

la surs la acea suprafa i variaz cu cosinusul unghiului de inciden.

Emitana luminoas - M

Definiie: Raportul dintre fluxul luminos d emis de un element de suprafa i aria dA a

suprafeei

Formula: M = d/dA

Unitate de msur: lumen per metru ptrat [lm/m2]

Luminana - L

Definiie: Raportul dintre luminoas dI n direcia considerat i aria proieciei

ortogonale a acestei suprafee pe un plan perpendicular pe direcia dat

Formula: L = dI/dA cos

Unitate de msur: candela per metru ptrat [cd/m2]

Eficacitatea luminoas -

Definiie: Raportul fluxul luminos total emis de o surs de lumin i puterea total P

consumat de sursa de lumin i aparatura auxiliar

Formula: = /P

Unitate de msur: [lm/W]

2.3. Msurri fotometrice


12

Msurarea iluminrii

Aparatul de msurare a iluminrii - luxmetrul - este simplu i uor de mnuit. Totui,

fotocelula luxmetrului prezint anumite caracteristici pe care utilizatorul trebuie s le

cunoasc pentru a obine cele mai bune rezultate.

Sensibilitate spectral. Rspunsul majoritii fotocelulelor, la diferite lungimi de

und din domeniul vizibil, difer de cel al ochiului omenesc. Aparatele fr corecia

culorii sunt potrivite doar pentru acele tipuri de iluminant pentru care sunt calibrate (n

general, lumina de la o lamp cu filament cu temperatura de culoare de 2700 K).

Multe aparate sunt dotate cu filtru de corecie a culorii, care le schimb rspunsul

spectral pn la o suprapunere aproximativ peste curba de sensibilitate spectral a

ochiului omenesc.

Chiar i n cazul utilizrii acestor dispozitive, pentru unele surse de lumin cu o

compoziie spectral diferit de un radiator termic normal este necesar folosirea

unui 'factor de corecie a culorii', furnizat de ctre fabricant. Exist i aparate dotate

cu filtre, att de precise nct nu necesit factori de corecie a culorii, dar care sunt

mai scumpe.

Corecia de cosinus (corecia pentru incidena oblic). Dac fluxul luminos

ajunge la suprafaa fotocelulei sub un anumit unghi, va produce o iluminare

proporional cu cosinusul unghiului de inciden, dar acest lucru nu se reflect

ntotdeauna n rspunsul celulei. Exist dou motive: n primul rnd, lumina care nu

cade perpendicular, va fi reflectat mai puternic de ctre protecia celulei i astfel nu

va atinge suprafaa sensibil la lumin, iar n al doilea rnd, marginea de protecie

umbrete lumina incident la unghiuri mici.

Deoarece fotometrele sunt calibrate pentru flux luminos perpendicular pe

suprafaa celulei, fluxul luminos care cade sub un anumit unghi i fluxul luminos difuz

vor da valori citite mai sczute dect cele calculate, n cazul n care nu se aplic

proceduri de corectare. Pentru msurri ale iluminrii n planul orizontal, erorile

variaz ntre cteva procente - pentru spaii interioare cu sisteme de iluminat direct

sau semidirect, unde doar o mic proporie a luminii este recepionat prin reflexie de

la perei sau tavan - la 10-15% pentru sisteme de iluminat indirect, sau chiar mai mult

de 25% dac lumina vine doar de la ferestrele laterale. n cazul proiectoarelor sau a

instalaiilor de iluminat stradal, eroarea poate fi chiar mai mare, datorit unghiurilor

de inciden sczute ce pot aprea.

13

Un bun fotometru trebuie s conin un dispozitiv - de ex., o calot difuzant

care va fi plasat deasupra celulei -

proiectat pentru a corecta suprafaa

receptoare n aa fel nct lumina

care vine din orice direcie s fie

evaluat corect - aa numita

corecie de cosinus. Fotometrele

moderne sunt deseori prevzute cu

o fotocelul al crei design asigur o

bun corecie a cosinusului n orice

circumstan, fr a fi nevoie de un adaptor special. Un fotometru cu corecie

adecvat urmeaz legea cosinusului pentru orice unghi de inciden. Aparatele fr

corecie sunt utilizate doar atunci cnd sunt cunoscute limitele lor.

Figura 2.2 Luxmetru

Oboseala. Toate celulele fotometrice prezint un anumit grad de oboseal,

adic o tendin a indicatorului de a reveni ncet pentru cteva minute nainte de a se

stabiliza. Acest efect este mai puternic la valori mari ale iluminrii i cu ct fotocelula

a fost acoperit pentru un timp mai ndelungat sau aparatul a fost inut anterior la

ntuneric sau a fost utilizat la niveluri de iluminare mult mai sczute. De aceea,

nainte de a ncepe msurtorile, aparatul va fi scos din cutie i lsat s se adapteze

la nivelul de iluminare la care se vor face msurtorile.

Temperatura ambiental. La anumite tipuri de celule fotoelectrice, sensibilitatea

este influenat de temperatur. Dac msurtorile se fac la temperaturi joase sau

nalte, va trebui fcut o corecie corespunztoare. Tabelele de corecie a

temperaturii sunt furnizate de fabricanii aparatelor.

mbtrnirea. Att sensibilitatea absolut, ct i distribuia sensibilitii spectrale

a celulelor fotoelectrice se poate schimba n timp. De aceea este necesar o

calibrarea anual a luxmetrului.

Msurarea luminanei

Daca imaginea ariei aparente a unei suprafee, a crei luminan vrem s-o msurm,

este proiectat pe aria fotosensibil a unei celule fotoemisive sau fotovoltaice,


14

iluminarea citit de celul este proporional cu luminana ariei pe direcia de

msurare. De aceea, un luminanmetru se compune dintr-o celul fotoelectric i un

sistem optic care proiecteaz imaginea ariei de msurat pe suprafaa celulei.

Circuitul de msurare este calibrat pentru a da valorile luminanei n cd/m2.

Luminanmetrul este un instrument de precizie

pentru determinarea luminanei, dar poate fi utilizat

i pentru msurarea iluminrii, reflectanei,

transmitanei, factorului de lumin natural,

unghiurilor solide i determinarea indicilor de

orbire. Avantajul aparatului l constituie abilitatea

de a msura direct luminana pe arii cu dimensiuni

unghiulare reduse precum i domeniul larg de

luminane. Prin msurarea luminanei se pot obine date despre calitatea iluminatului

ntr-o ncpere i nu doar despre cantitate, ca n cazul msurrii iluminrii.

Figura 2.3 Luminanmetru

Pentru msurtori normale, subiectul este vzut prin telescopul instrumentului,

iar cercul mic din centrul cmpului de vedere este fcut s coincid cu partea din

scen a carei luminan vrem s-o msurm.

Msurarea intensitii luminoase

Majoritatea msurtorilor referitoare la intensitatea luminoas sunt fcute n

laboratoarele productorilor de aparate de iluminat pentru a obine curba fotometric

a unui aparat de iluminat. Aceast operaiune implic msurarea iluminrii pe o

fotocelul n diferite direcii din jurul aparatului de iluminat. Intensitate luminoas

poate fi calculat cunoscndu-se valorile iluminrii i distana dintre fotocelul i

aparatul de iluminat.

Pentru msurarea intensitii luminoase se utilizeaz goniofotometre. Sunt

patru tipuri fundamentale de tehnici de msurare pentru determinarea distribuiei

intensitii luminoase aparatului de iluminat.

1. Aparatul de iluminat este rotit n jurul axelor longitudinale i transversale,

fotocelula rmne fix.

2. Aparatul de iluminat este fix, fotocelula se mic pe un traseu semisferic.

15

3. Aparatul de iluminat este rotit n jurul axei verticale, fotocelula se mic pe un

traseu semicircular.

4. Aparatul de iluminat este liber s se mite, dar n aa fel nct poziia de operare

s rmn tot timpul aceeai, lumina este direcionat spre o fotocelul fix cu

ajutorul unei oglinzi.

Msurarea fluxului luminos

Fluxul luminos al unei lmpi electrice poate fi calculat pe baza intensitilor

luminoase msurate n diferite direcii sau msurat direct cu ajutorul unei sfere

fotometrice (sfera integratoare sau "sfera Ulbricht" cum mai este ea cunoscut, dup

numele cercettorului care a descris principiul ei n 1900). Lampa care va fi msurat

este suspendat n centrul sferei. Pereii sferei sunt vopsii alb-mat i sunt perfect

difuzi. Datorit reflexiei interne, iluminarea din orice poriune de pe suprafaa

interioar a sferei este proporional cu fluxul luminos total al lmpii. O mic

deschidere n peretele sferei permite msurarea iluminrii. Dispozitivul de msurare

este calibrat pe baza unei lmpi standard cu flux luminos cunoscut.

2.4. Colorimetrie

Aprecierea culorilor este subiectiv; un model al culorilor trebuie s in seama de

nelegerea mecanismului vederii color pentru a avea o utilitate. Pn acum 100 de

ani, aprecierea culorilor era fcut doar cu ochiul liber.

Aditivitatea culorilor

Orice culoare poate fi obinut prin amestecul a trei culori primare. Aceasta deoarece

capacitatea de discernmnt a ochiului este slab (fa de culorile primare care

compun lumina), comparativ cu a altor organe de sim ca urechea sau nasul; un

stimul complex de lumin este perceput ca o singur senzaie. In cazul unui stimul

audio complex, ca de exemplu o orchestr se poate discerne un singur instrument i

se poate asculta de exmplu doar pianul, pe cnd n cazul luminii albe nu poate fi

remarcat componenta roie.

Bazele sistemului tricromatic pornesc de la dou constatri:

orice culoare poate fi obinut exact prin combinaia a trei culori primare,


16

relaiile de aditivitate n domeniul culorilor se menin ntr-un domeniu larg de

condiii de observare.

Oricare trei culori pot fi utilizate ca surse primare, cu condiia ca nici una s nu

poat fi obinut prin combinaia celorlalte dou. Exemplul clasic este Rou (650 nm),

Verde (540 nm) i Albastru (460 nm). Exemple de utilizare a aditivitii culorilor sunt:

lmpile fluorescente trifosforice, iluminatul de scen, tiprirea i televiziunea color.

Substractivitatea culorilor

Orice suprafa este selectiv n modul n care reflect i absorb lumina. Suprafeele

roii absorb verde i albastru i reflect doar roul. Teoria substractivitii culorilor

este fundamental pentru evaluarea performanelor legate de culoarea unor lmpi.

De exemplu, un corp rou va apare portocaliu dac lampa este deficient n culoare

roie. Exemple de utilizare a substractivitii sunt vopselele.

Sistemele de referin pentru culori se clasific n dou grupe:

Grupa I - prin amestecul a trei culori monocromatice de referin;

Grupa II - prin trei mrimi caracteristice: tonalitate, claritate i saturaie.

Grupa I se bazeaz pe sistemul tricromatic prezentat anterior. CIE a adoptat sistemul

colorimeric propus de Judd, numit i triunghiul culorilor, n 1931. n colurile

triunghiului sunt trei culori ipotetice X (rou), Y (verde) i Z (albastru). Coordonatele

tricromatice x, y, z se determin cu relaiile x=X/(X+Y+Z), y=Y/(X+Y+Z), z=Z/(X+Y+Z)

i x+y+z=1. Determinarea acestor coordonate, pentru culoarea luminii sau pentru

culoarea reflectat de o suprafa, se face cu ajutorul spectrofotometrului. Pe acest

triunghi se figureaz locul geometric Plankian (al corpului negru) care este o curb

pe care sunt definite temperaturi de culoare, care corespund temperaturii la care

trebuie nclzit corpul negru pentru a emite o radiaie luminoas identic.

Grupa II a fost realizat de un pictor american, Albert Munsell, pentru definirea

culorilor cu ajutorul cataloagelor, pe baza a cinci culori primare i cinci intermediare.

Selecia se face cu ochiul liber. Cele trei mrimi caracteristice sunt: tonalitate

(proprietate vizual de discretiza culorile albastru, verde, galben, excluznd gama

alb-negru), claritate (proprietatea vizual prin care un corp reflect sau transmite prin

difuzie o fraciune din fluxul incident) i saturaie (proprietate vizual prin care se

poate evalua proporia de culoare pur n senzaie vizual global).

17

3. SURSE DE LUMIN EFICIENTE ENERGETIC

3.1 Definirea energetic i colorimetric a surselor de lumin

Eficacitatea luminoas a unei lmpi se exprim n lumen pe watt (lm/W) i reprezint

raportul ntre fluxul luminos emis de lamp ("flux luminos iniial", dup 100 ore de

funcionare) i puterea electric consumat (n cazul lmpilor cu descrcri, fr

luarea n considerare a pierderilor electrice n echipamentul auxiliar). De exemplu, o

lamp fluorescent emite 3000 lm i consum 40 W, iar balastul su consum 10 W;

eficacitatea luminoas a lmpii este 3000/40=75 lm/W, iar a sistemului lamp-balast

este 3000/(40+10)=60 lm/W.

Durata de via i deprecierea fluxului luminos emis se refer la grupuri de

lmpi i se determin n condiii standard de testare. Durata de via este definit att

ca "durat de supravieuire" - numrul de ore de funcionare n care se deterioreaz

50% din lmpile grupului testat, ct i ca "durat de via economic" - numrul de

ore de funcionare n care fluxul luminos emis (sau eficacitatea luminoas) scade la

un procent dat (n general 70%) fa de valoarea iniial (dup 100 ore de

funcionare). Deprecierea fluxului luminos pe durata de via se datoreaz

"mbtrnirii" lmpii i este cauzat de mai muli factori. Aceste dou caracteristici

sunt stabilite de fiecare productor n parte i sunt incluse n cataloagele de

prezentare. n Tabelul 3.1 sunt date valori informative pentru lmpile electrice de uz

general, cu menionarea ambelor durate de via pentru lmpile cu descrcri. n

condiii reale de funcionare, caracteristicile menionate au valori inferioare celor

standard, datorit unor factori externi ca variaii de tensiune, frecven de conectare,

vibraii, temperatura mediului ambiant, tipul balasturilor.

Tabelul 3.1 Caracteristici generale privind durata de via i de depreciere a fluxului

luminos

Tipul lmpii Durata de via standard

pn la rmnerea n

funcie a 50% din lmpi, ore

Durata de via pn la

scderea fluxului luminos

la 70% din valoarea

iniial, ore


18

LIG

LIH

1000

2000

-

-

LFT (26 mm) - multifosfor

- nalt

frecven

- halofosfat

LFT (38 mm) - halofosfat

LFC

6000 ... 12.000

7500 ... 15.000

6000 ... 12.000

5000 ... 10.000

8000 ... 10.000

12.000 ... 24.000

15.000 ... 30.000

12.000 ... 24.000

10.000 ... 24.000

10.000 ... 14.000

LMF

LMM

LMH - balon fluorescent

- balon clar

14.000 ... 28.000

6000 ... 12.000

5600 ... 13.000

6500 ... 13.000

14.000 ... 28.000

6500 ... 13.000

6000 ... 12.000

6500 ... 13.000

LSJP

LSP - standard

- plus

- de luxe

- white

11.500 ... 23.000

14.000 ... 28.000

15.000 ... 30.000

14.000 ... 28.000

10.000

15.000 ... 30.000

13.500 ... 27.000

16.500 ... 31.000

14.000 ... 28.000

6000 (90%)

LQ 60.000 (pn la 80%) 60.000

ntre redarea culorilor i eficacitatea luminoas a unei lmpi exist o puternic

contradicie. Pentru ca s se obin o culoare ct mai real a unui obiect iluminat de

o surs de lumin, aceasta trebuie s aib un spectru de radiaie ct mai larg,

apropiat de cel al luminii naturale. Dar, transformarea energiei radiante n lumin

este determinat de eficacitatea luminoas relativ spectral V, fiind maxim pentru

o radiaie monocromatic avnd lungimea de und de 555,5 nm (ce corespunde unei

culori galben/verde). Productorii de lmpi obin, ns, rezultate spectaculoase prin

utilizarea unor tehnologii moderne, ce asigur un compromis de nalt calitate ntre

aceti doi parametri caracteristici. Au rezultat, astfel, att lmpile fluorescente de tipul

multifosfor cu un indice de redare a culorii de 95-98 i o eficacitate luminoas de

64-65 lm/W, ct i lmpile cu vapori de sodiu de nalt presiune cu spectrul mbuntit

cu un indice de redare a culorii de 60 i o eficacitate luminoas de 90 lm/W. Desigur

trebuie avut n vedere preul de cost ridicat al acestor lmpi speciale.

19

3.2 Eticheta energetic

Etichetarea energetic a aparatelor casnice, inclusiv a lmpilor electrice a fost

legiferat prin Directivele 97/75/CEE i 98/11/CE a Comisiei Europene. Eticheta

energetic i Fia de informare asigur informaii care permit caracterizarea unui

anumit model de aparat i comparaia cu alte modele.

Eticheta definit de aceste directive conine indicaiile de baz ale sursei de lumin:

- clasa de eficien energetic de la A la G, A fiind clasa cea mai perfomant

- fluxul luminos, n lumeni

- puterea absorbit, n W

- durata de via, n ore

- tensiunea nominal, n V

Figura 3.1 Eticheta energetic

(a) lamp cu incandescen;

(b) lamp fluorescent compact.

Eficiena energetic a unei lmpi electrice este dat de indicatorul "Eficacitate

luminoas", raport ntre flux luminos emis i putere consumat, n lumen/watt. Din

datele de pe etichetele alturate, lampa cu incandescen are eficacitatea luminoas

de 670/60=11,16 lm/W, iar lampa fluoresecent compact - de 1100/20 =55 lm/W


20

Cap. 4. LED-uri

LED este abrevierea de la Light-Emitting Diode, adic diod care emite lumin.

Descriere. LED-ul este realizat dintr-un material semiconductor dopat cu

impuriti pentru a creea o jonciune p-n i emite pe o singur lungime de und, n

mod natural, n funcie de materialul utilizat n jonciune.

Figura 4.1 Structura unui LED

Istoric. Fenomenul de electroluminiscen a fost descoperit de Round n

1907, iar n 1927 Losev a creat primul LED. Primele aplicaii au aprut n 1961 cu

LED-uri pe baz de GaAs (galiu-arseniu), iar n 1962 Holonyak jr. a descoperit primul

LED GaAs care emitea n domeniul vizibil rou. Rnd pe rnd au fost descoperite

LED-urile galben-verzui pe baz de GaP (galiu-fosfor), galben pe baz de AlInGaP

(aluminiu-indiu-galiu-fosfor). La nceputul anilor 90, Nakamura a realizat o

descoperire esenial, LED-ul albastru pe baz de InGaN pe un strat de safir.

Nakamura a primit n 2006 Millenium Technology Prize pentru aceast descoperire.

LED-ul albastru a permis obinerea luminii albe prin dou tehnologii: 1) RGB prin

combinarea unui LED rou, verde i albastru i 2) LED albastru acoperit cu un

luminofor, care transform lumina albastr n lumin alb. Principala problem a

LED-urilor albe o reprezint culoarea luminii (primele LED-uri redau slab culorile,

ceea ce a condus la o analogie cu prima generaie de lmpi fluorescente) i temperatura

de culoare (coordonatele luminii albe sunt departe de curba corpului negru).

21

Figura 4.2 Structura unui aparat de iluminat cu LED (dup Osram)

Aparate de iluminat cu LED-uri. Ca s poat fi utilizat, un LED trebuie

montat n interiorul aparatului de iluminat i trebuie rezolvat problema temperaturii

pe jonciune (managementul termic face necesar montarea unor radiatoare sau a

unor ventilatoare). Alimentarea LED-urilor se face prin intermediul unui driver

(dispozitiv electronic) care, n majoritatea cazurilor, realizeaz alimentarea n curent

constant la 350 mA sau 700 mA. Acest driver este alimentat n curent continuu la o

tensiune de 12 V sau 24 V. Pentru a rezolva distribuia luminii, deasupra LED-urilor sunt

pozate lentile.

Avantajele LED-urilor:

Durata de funcionare mare: dac la nceput se meniona frecvent 100.000

ore, la ora actual se specific standardul L70 (durata de timp n ore dup care fluxul

luminos al LED-urilor scade la 70% din cel iniial). Chiar i aa, discutm de o durata

de funcionare undeva ntre 30.000-50.000 ore, foarte mare n comparaie cu lampa

cu incandescen care are 1000 de ore. Din acest motiv, n multe cazuri, aparatul de

iluminat cu LED nu are prevzut posibilitatea de nlocuire a sursei de lumin.

Eficiena energetic: la nivelul anului 2011 se discut de obinerea unor LED-uri

albe cu eficacitatea luminoas de 185 lm/W. Aici ns trebuie mult precauie la o

comparaie cu alte surse de lumin. Valoarea aceasta mare este obinut n condiii

de laborator i nu sunt menionate date despre IRC i TCC. Cu ct temperatura de

culoare a unui LED crete, cu att mai mare este i eficacitatea luminoas. Mult mai


22

corect este o evaluare a eficacitii luminoase la nivel de aparat de iluminat. La ora

actual, downlight-urile cu LED au o eficacitate luminoas de 60 lm/W, mult mai

mare dect versiunile cu lmpi fluorescente compacte (ntre 30-40 lm/W)

Protecia mediului: spre deosebire de lmpile fluorescente, LED-urile nu

conin mercur - Hg.

Dinamica luminii prin:

Reglajul fluxului luminos;

Dinamica culorilor la variantele RGB;

Dinamica culorii de temperatur (lumin alb cald/neutru/rece). La ora

actual exist versiuni tunnable white, la care utilizatorul i poate alege

temperatura de culoare, din domeniul 2500-10.000 K. Soluia const n

introducerea unor LED-uri roii printre LED-uri albe cu temperatura de

culoare foarte mare;

Aplicaii stroboscopice.

Miniaturizare: dimensiunile mici ale LED-urilor fac posibile dimensiuni foarte

mici ale aparatelor de iluminat direcionale.

Dezavantajele LED-urilor:

Preul: la ora actual soluia cu LED-uri este mai scump ca investiie iniial,

comparativ cu soluiile clasice, dar se amortizeaz n timp (eficien energetic,

costuri de nlocuire mari). Costul continu s scad, iar calitatea LED-urilor se

mbuntete.

Dependena de temperatur. Randamentul LED-urilor depinde de temperatura

mediului ambiant: dac temperatura este mare, randamentul scade i invers. Din

acest motiv aplicaiile de succes sunt n frigidere sau iluminatul public n zona

subpolar.

Orbirea: creterea eficacitii luminoase n condiiile unor dimensiuni reduse a

creat probleme legate de orbire.

Dificultatea n obinerea unor soluii omnidirecionale.

Fiabilitatea driverelor: n majoritatea cazurilor cnd aparatul de iluminat cu

LED nu mai funcioneaz, vina o poart driverele.

Blue hazard: exist suspiciuni c LED-urile albastre sau LED-uri albe-reci pot

crea probleme ochilor, deoarece pot depi specificaiile din ANSI/IESNA RP-27.1

05: Recommended Practice for Photobiological Safe.

23

Cap. 5. SPECIFICAREA APARATELOR DE ILUMINAT

5.1 Introducere

Acum ctva timp am fost solicitat s fac msurri ale nivelului de iluminare.

Investitorul strin a cerut prin tema de proiectare un nivel de iluminare mediu de 200 lx i

dorea o verificare. Rezultatele msurrilor au artat un nivel mediu de 96 lx, care

conducea la un nivel de iluminare meninut de 76 lx. Cum numrul de aparate de

iluminat din proiect a fost respectat, se putea concluziona c avem de face cu o

greeal de proiectare. Dup studierea proiectului s-a constatat c s-au efectuat

calcule bazate pe un aparat de iluminat 2x58 W/840 cu reflector industrial de la un

fabricant de referin, dar s-a specificat aparat de iluminat 2x58 W, fr menionarea

caracteristicilor sau a tipului de lamp. Antreprenorul a achiziionat aparate de

iluminat 2/58 W pentru birouri, cu montaj aparent, cu grtar i lampa 58 W/765. Dup

nlocuirea aparatelor i a lmpilor cu cele avute n vedere de poiectant, s-a obinut un

nivel de iluminare mediu de 245 lx.

Din analiza acestui incident, rezult importana specificaiei complete a tipului

de aparat de iluminat, pentru a se evita confuziile i situaiile conflictuale de pe

antier. n lipsa unor specificaii clare, antreprenorul va alege cel mai ieftin aparat de

iluminat cu caracteristici ct mai apropiate de cel specificat. Pn n 1990, n

condiiile unui singur furnizor de aparate de iluminat - ELBA Timioara - se meniona

n proiecte doar denumirea comercial a produsului. n condiiile economiei de pia

i n cazul proiectelor bugetare, nu este admis menionarea denumirii comerciale a

unui anume productor. n aceast situaie se pune problema specificrii tipului

aparatului de iluminat intr-un mod ct mai neutru (n anumite cazuri se menioneaza

productorul, codul, dar trebuie specificat c este doar o referin sau similar). Fac

excepie investiiile private n care beneficiarul a ales unul sau mai muli productori,

specificai prin tema de proiectare.

5.2 Procesul de proiectare

Pentru echipamentele de instalaii este o practic comun ca la execuie s se

nlocuiasc produsele specificate n faza de proiectare cu unele similare, de obicei


24

mai ieftine. n cazul multor echipamente de instalaii este uor s se fac comparaii

ntre produsele specificate i cele similare, pentru a stabili dac au performane

asemntoare.

n cazul iluminatului, sunt mai muli factori care trebuie luai n considerare, de

la performana energetic i distribuia fluxului luminos, trecnd prin protecia contra

ocului electric, ntreinere i ncheind cu estetica produsului. Acceptarea

alternativelor este o procedur complex i alegerea unei alternative nepotrivite

poate avea consecine serioase n ceea ce privete calitatea sistemului de iluminat

(de la nivelul de iluminare, pn la ncadrarea n arhitectura cldirii).

Proiectanii sistemelor de iluminat care nu dau specificaii suficient de precise i

clare se expun unor procese cu beneficiarii sau neplncheindii serviciilor de

proiectare, n cazul n care sistemul de iluminat nu corespunde cu cerinele

menionate n tema de proiectare. Din pcate, nu este prea clar cum trebuie s arate

aceste proceduri de specificare i, de multe ori, proiectanii sunt presai de ali

participani la proiect s ia decizii care au la baz alte criterii dect cele tehnice.

n discuiile dintre proiectani se simte frustrarea lor, cnd, dup ce au lucrat

vreme de luni la un proiect, studiind cataloage, discutnd cu clienii, stabilind soluii

de comun acord cu arhitecii asupra celor mai potrivite aparate de iluminat din spaiile

cheie, vine un antreprenor care face presiuni pentru acceptarea unor alternative

ieftine. Pe de alt parte, aceast specificare nu trebuie s limiteze posibilitile

fabricanilor sau antreprenorilor de a negocia i a obine un proiect, dar este sarcina

proiectantului de a asigura cea mai bun opiune pentru client. De aceea,

proiectantul trebuie consultat pentru orice alternativ sau modificare a proiectului,

pentru a avea un aviz tehnic asupra soluiei.

5.3 Procesul de achiziie

n faza de achiziie a aparatelor de iluminat pentru un proiect, antreprenorul caut

soluii similare cu cele propuse de proiectant, dar la costuri mai mici, sau ncearc

schimbarea soluiei prin alegerea unor aparate ieftine (de obiciei aparate modulare

nglobate 600x600 cu 4x18 W). Aceste soluii alternative pot aduce economii

substaniale care sunt ntotdeauna mai ales n avantajul antreprenorului i,

cteodat, sunt propuse ca avantaje financiare pentru clieni. Exist i alte motive

pentru care se ofer soluii alternative, care nu sunt neaprat mai ieftine: timp de

25

livrare, scoaterea din fabricaie a unui produs, scadena plii. Acestea sunt situaii

anormale, deoarece nu se pot ntmpla ntr-un proiect bine gestionat.

Nu trebuie neles de aici c orice soluie alternativ este automat inferioar

celei specificate. Exist situaii cnd antreprenorul alege o soluie mai scump,

deoarece reduce manopera i timpul de execuie (de obicei, aparatele de iluminat

sunt printre ultimele echipamente montate i sufer din cauza ntrzierilor la celelalte

capitole). Pentru anumite aparate de iluminat uzuale exist produse similare de la

zeci de productori i diferena ine de calitate, uurin de montaj. n aceste situaii,

antreprenorul vine cu un produs alternativ cu performane i aparen asemntoare

i nici proiectantul i nici beneficiarul nu au obiecii. Un bun antreprenor cunoate

mult mai bine piaa aparatelor de iluminat dect un proiectant, n special pe partea

financiar, i exist un interval de 6-12 luni ntre momentul selectrii unui produs i

cel al punerii n oper.

5.4 Problema responsabilitii

Este un subiect delicat pn unde merge responsabilitatea proiectantului sistemului

de iluminat: n multe situaii reale, n care proiectantul a furnizat un sistem care

respect normele n domeniu i cerinele beneficiarului, rareori este contactat de

beneficiar sau antreprenor pentru a i da avizul asupra alegerii furnizorului i a

soluiilor alternative. Pe de alt parte, atunci cnd apar modificri ale planurilor de

arhitectur sau nenelegeri referitoare la soluia propus, proiectantul este solicitat

urgent pe antier. Chiar dac nu este consultat n anumite faze ale derulrii lucrrii,

dac, la sfrit, beneficiarul nu este mulumit de parametrii cantitativi sau calitativi ai

instalaiei, se va ncerca trecerea vinei exclusiv pe umerii proiectantului. Implicarea

proiectantului n alegerea unei soluii alternative implic alocarea de timp

(cuantificabil financiar de ex. urmrire de antier) cu asumarea unor riscuri legale

(acionarea n justiie n cazul nerespectrii contractului).

Un alt subiect delicat rezid din faptul c, n procesul de alegere al aparatelor

sunt implicai beneficiarul, arhitectul, designerul de interior i proiectantul de instalaii

electrice. Dac toate aceste pri nu sunt consultate n acceptarea unor soluii

alternative, exist riscul ca proiectantul s ajung ntr-o poziie delicat n final.


26

n sine, procesul de specificare al unui aparat de iluminat este sensibil,

deoarece implic att performane tehnice, ct i criterii estetice. Deoarece aparatul

de iluminat este, n sine, un obiect vizibil, cu implicaii majore asupra esteticii

interioare, alegerea designului unui aparat de iluminat i, apoi, specificare lui este un

proces lung. De obicei, beneficiarul i arhitectul solicit sa vad un aparat de iluminat

pe viu nainte de luarea unei decizii (proces ndelungat, cu multe reveniri i

schimbri). O specificaie bazat doar pe caracteristici tehnice nu d nici un fel de

clarificri legate de estetica aparatului de iluminat.

Alegerea aparatelor de iluminat reprezint o responsabilitate care trebuie

neleas ca atare de ctre proiectant i trebuie cuprins n contractul de proiectare

sau n urmrirea de antier. n cazul n care nu se dorete o asemenea obligaie

datorit volumului mare de timp pe care l presupune, proiectantul ii ia

responsabilitatea doar pentru performanele tehnice, ceea ce nu este aa de simplu

precum pare. Dac antreprenorul alege un aparat de iluminat alternativ, cineva

trebuie s fac verificri dac este conform cu standardele specificate, respectiv

rezultatele calculelor sunt identice i furnizeaz acelai nivel de iluminare pe

suprafaa de lucru ca i aparatul de iluminat specificat. n aceste sens, este ideal ca

aceast comparaie s se fac cu un program independent, cum este DIALux

(program de calcul european) sau Relux, care utilizeaz baze de date de la

productori, i s nu fie folosite programele de calcul furnizate de fiecare productor

n parte. n general, proiectanii sistemului de iluminat nu sunt pltii pentru aceste

verificri, iar n cazul n care antreprenorul se implic, aceasta nseamna re-

proiectare, ceea ce este problematic n cazul n care ceva nu merge bine.

n mod ideal, proiectantul sistemului de iluminat va fi n poziia de a realiza o

evaluare complet a oricrei alternative propuse i va fi pltit pentru munca

suplimentar depus. n acest caz, sunt anumite criterii care trebuie aplicate atunci

cnd se realizeaz o astfel de evaluare:

Taxe profesionale proiectanii vor face o astfel de evaluare a alternativelor

propuse doar atunci cnd ele au fost specificate n contractul iniial sau au

primit indemnizaii alternative. Dac nu se fac astfel de aranjamente,

proiectantul nu va dori i nu se va pronuna asupra oricror alternative

naintate. Dac proiectantul este nsrcinat de antreprenor/productor s

execute o astfel de evaluare, trebuie fcut o separare profesional clar ntre

27

originalul proiectat i evaluarea alternativ, printr-o abordare neutr i

obiectiv.

Echivalen fotometric proiectantul poate cere caracteristici fotometrice

complete pentru toate aparatele de iluminat oferite alternativ, inclusiv curbe

polare sau echivalente. Evaluarea trebuie s utilizeze aceeai parametri ca i

calculele originale pentru a fi siguri c aparatul de iluminat alternativ

ndeplinete sau depete parametrii cerui.

Consum energetic al instalaiei de iluminat se face comparaia consumului

de energie ntre aparatul de iluminat specificat i alternativa propus.

Construcie i robustee confirmarea calitii, durabilitii i robusteii egale

poate necesita mostre, att din produsul specificat ct i cele similare. Aceasta

nu nseamn c aparate de iluminat mai puin robuste nu pot fi acceptate de

ctre beneficiar, dar cel puin trebuie avute n vedere n evaluare.

Accept estetic aparatele de iluminat alternative trebuie luate n considerare

att individual, ct i n relaie cu alte aparate de iluminat din proiect, pentru a

asigura acceptana estetic. Aceast procedur trebuie s includ i o

evaluare a aparatelor n funciune (aprinse) i va fi realizat mpreun cu

arhiteci, designeri, client i alte pri interesate. n cazul iluminatului exterior,

evaluarea se va face i n funcie de sistemul de fixare i suporturi.

Echivalen electric n proiectele cu caracteristici speciale pentru aparate,

alternativele propuse vor fi evaluate pe baza acelorai criterii. Compatibilitatea

componentelor i sistemelor va fi verificat pentru a asigura sigurana i

pentru a menine performanele proiectului original (de ex. efectul schimbrii

balastului asupra duratei de via). Factorul de putere, caracteristicile

dielectrice, interferene cu frecvenele radio, tensiuni de vrf i conductele din

interiorul aparatului trebuie evaluate mpreun cu multe alte caracteristici

electrice.

Echivalena altor proprieti tehnice - aparatul de iluminat propus trebuie s

aib ataate fiele tehnice i specificaiile tehnice care s ateste

compatibilitatea cu standardele romneti i cu cele europene. Atunci cnd

performanele aparatului de iluminat propus difer de cele ale aparatului

specificat, trebuie argumentat soluia alternativ.


28

ntreinere n evaluare trebuie avute n vedere uurina i simplitatea

ntreinerii; factorul de mentenan trebuie s fie identic sau mai mare dect

cel specificat de proiectant.

Beneficii indiferent dac beneficiile sunt financiare, uurin de instalare sau

economie de timp, acestea trebuie clar menionate n propunerea de

schimbare a aparatelor de iluminat specificate.

5.5 Protejarea intereselor

Conceptul de identic sau similar este utilizat de mai muli ani n Europa i va fi

probabil folosit i n anii urmtori. De aceea este important ca proiectanii sistemelor

de iluminat s-i protejeze att propriile interese, ct i pe ale clienilor. Procesul

descris anterior d un cadru clar pentru o evaluare structurat, care s rezolve toate

problemele i care s fie uor de neles pentru toi membrii echipei de proiectare.

29

Cap. 6. INTRODUCERE N PROBLEMATICA ILUMINATULUI NATURAL

Principala caracteristic a iluminatului natural este variaia iluminrii de la un moment

la altul. Iluminarea produs de cerul senin crete i descrete lent de la rsrit la

apus, n timp ce norii care acoper soarele determin variaii brute de iluminare -

Figura 6.1. Aceste variaii contribuie la caracterul specific al luminii naturale i o fac

diferit de lumina artificial.

Figura 6.1. Variaia iluminrii naturale de-a lungul unei zile din martie

Lumina natural este format din dou componente: lumina care vine de la bolta

cereasc i cea care vine direct de la soare.

6.1 Lumina soarelui

Fluxul de lumin natural variaz n funcie de timp, iar luminana bolii cereti nu

este nici constant, nici uniform, datorit schimbrii poziiei soarelui i variaiei

plafonului de nori. La limita exterioar a atmosferei, nivelul iluminrii solare este de

aproximativ 140.000 lx. Dup trecerea prin atmosfer, printr-un cer senin i la nivelul

mrii, nivelul iluminrii poate depi 100.000 lx. Variaiile specifice ale luminii solare

de-a lungul anului provin de la micarea Pmntului n jurul soarelui i a rotaiei

zilnice a Pmntului n jurul propriei axe. Succesiunea anotimpurilor provine de la

Ilum

inar

ea o

rizo

nat

al

[klx

]

Ora

Seninnnorat

Parial nnorat

Iunie

Septembrie

Decembrie

Martie

Soare


30

unghiul de 2327 dintre planul ecuatorului i planul orbitei - Figura 6.2. n studii

legate de iluminatul natural, n loc s se fac referine la ziua i luna din calendar,

este convenabil s se exprime data n funcie de unghiul de declinaie a soarelui n

acea zi (unghiul format de dreapta Soare-Pmnt cu planul ecuatorului).

Figura 6.2. Orbita Pmntului

31

Poziia aparent a Soarelui pe bolta cereasc, fa de un punct de observaie de pe

suprafaa Pmntului, este specificat n funcie de dou coordonate unghiulare

nlimea aparent s, unghiul pe care l face raza solar sosind n acel punct cu

planul orizontal al punctului, respectiv cu proiecia, pe acest plan, a razei solare.

azimutul s, unghiul pe care l face proiecia pe sol a razei solare sosind n acel

punct cu direcia pe sol a nordului; se msoar n planul orizontal, de la direcia

nord n sens invers trigonometric.

Aceste coordonate unghiulare sunt date de ecuaiile

s = arcsin (sin sin cos cos cos15t); (6.1)

s = arccos [(sin sin sins)/(cos coss)], (6.2)

unde este latitudinea geografic a punctului considerat;

- declinaia soarelui;

t - ore de la miezul nopii.

nlimea aparent a soarelui la miezul zilei este (90-+).

Iluminarea solar direct E pe o suprafa expus soarelui ntr-o zi senin

este dat de expresia

E = 128 e-0,5 cosec s, klx. (6.3)

6.2 Modele CIE pentru bolta cereasc

Lumina care vine de la bolta cereasc se datoreaz, n special, dispersiei luminii

soarelui prin moleculele de aer din atmosfer. Legea dispersiei a lui Rayleigh,

valabil pentru particule mai mici de 1/10 din lungimea de und, arat c dispersia

pe unitatea de volum este invers proporional cu puterea lungimii de und la

puterea a patra. Aceasta nseamn c undele scurte de lumin (de la captul violet

al spectrului) sunt dispersate n mai mare msur ca undele lungi de lumin (de la

captul rou al spectrului). n consecin, cerul senin are culoarea albastr, iar razele

de soare directe (care au un spectru redus de unde scurte) par galbene. Tenta

galben este mai pronunat la rsrit, deoarece razele de soare au o traiectorie mai

lung prin atmosfer. Galbenul trece apoi n portocaliu, iar n final spre rou la apusul

soarelui.


32

Cerul senin. Luminana unui cer senin are trei componente specifice:

o component strlucitoare circumsolar a crei luminan are un maxim n

direcia soarelui i care se aseamn cu lumina soarelui n ceea ce privete

compoziia spectral;

o component alb care crete ca luminan de la zenit la orizont;

o component albastru nchis n acelai plan cu Soarele, dar la un unghi de

nlime la 90 de direcia soarelui.

Componenta circumsolar este pus pe seama dispersiei prin particulele

grosiere de praf i ap din atmosfer.

Componenta alb se datoreaz grosimii considerabile a atmosferei n direciile

apropiate de orizont. Lumina albastr continu s fie dispersat preferenial, dar

este, n acelai timp, atenuat n lunga sa traiectorie spre ochi. ntr-o grosime infinit

a atmosferei aceste dou efecte se anuleaz reciproc, producnd lumina alb de-a

lungul orizontului.

Componenta albastru nchis apare deoarece doar o mic parte din lumin este

reflectat la 90. Este i motivul pentru care aceast zon a bolii cereti apare

ntunecat.

Cele trei componente sunt cuprinse ntr-o ecuaie CIE pentru distribuia

luminanei pentru un cer senin (CIE 1972b). Aceast ecuaie este definit de raportul

dintre luminana L a unui element de cer i luminana zenital Lz:

)cos45,01091,0(27385,0

)1)(cos45,01091,0(

23

cos32,023

Ze

ee

L

LZ

z

, (6.4)

unde este unghiul dintre elementul de cer i Soare (radiani);

nlimea aparent a elementului de cer;

Z = (/2s) (radiani).

Unghiul este dat de expresia

= arccos (cosZ sin + si Z co co A), (6.5)

unde A este diferena dintre azimutul elementului de cer i azimutul Soarelui.

Determinarea iluminrii orizontale, EH, produs de un cer senin pornind de la

ecuaia (6.4) nu este uoar, astfel c s-a propus o relaie empiric. Pornind de la date

referitoare la iluminarea orizontal msurat n diferite pri ale globului, s-a obinut o

ecuaie n funcie de nlimea aparent s:

EH = 0,8 + 15,5 sin1/2 s . [klx] (6.6)

33

Cer mediu. Formula BRE pentru distribuia luminanei unui cer mediu are

trsturi similare cu cerul senin, dar implic i luarea n considerare a condiiilor de

cer cu nori, tipic pentru Marea Britanie i Europa continental:

L = a e-/40 + d[(5 2 sin)/3], [kcd/m2] (6.7)

unde a = 0,1 + 0,42s 0,7sin(7,2s), [kcd/m2] (6.8)

d = 9(0,3 + 0,434s 0,0042s 2)/11, [kcd/m2] (6.9)

i au semnificaiile de la relaiile (6.4) i (6.5).

Toate unghiurile sunt exprimate n grade.

Cer acoperit. Formula CIE exprim luminana L a unui element de cer acoperit

total n raport cu luminana zenital Lz:

L/Lz = (1 + 2sin)/3. (6.10)

Distribuia este, bineneles, simetric n jurul axei verticale i independent de

poziia soarelui.

Iluminarea medie orizontal, EH, produs de un cer acoperit CIE este dat de ecuaia

EH = 0,3 + 21,0 sins . [klx] (6.11)

Cer parial acoperit. Se consider c sunt ndeplinite condiiile pentru un cer

parial acoperit dac mai mult de 30% din bolta cereasc este acoperit cu nori.

Luminana L a unui element de cer parial acoperit, n raport cu luminana zenital Lz,

este:

)5526,0(551,0

)1)(5526,0(

2/3

cos8,02/3

Z

z e

ee

L

L

, (6.12)

unde semnificaiile mrimilor sunt cele de la relaiile (6.4) i (6.5).

6.3 Solul i obstacolele externe

Solul. Lumina reflectat de pe sol depinde de reflexivitatea acestuia, de orientarea

ferestrei fa de soare, de obstruciile dintre soare, sol i fereastr i de nlimea

ferestrei fa de sol. Pentru simplificarea calculului luminii reflectate de sol care

ajunge n interiorul unei ncperi, se consider c planul solului se ntinde de la

planul vertical al ferestrei la infinit. n acest caz, factorul de form dintre un punct de

pe suprafaa vertical i planul orizontal infinit (al solului) este 0,5. Aceasta nseamn


34

c jumtate din lumina care este reflectat de sol ajunge la suprafaa vertical a

ferestrei.

Obstacole. Obstacolele din mediul exterior pot reduce sau mri fluxul luminos

reflectat. Obstacolele includ cldiri, structuri adiacente sau vegetaie. O vegetaie

nalt poate afecta contribuia de la sol, soare sau/i cer. Efectul de reducere datorat

unei vegetaii nalte, ca de exemplu arbori caduci, variaz de la un anotimp la altul. O

vegetaie joas poate reduce contribuiile de la sol i este afectat de anotimp.

6.4 Ambientul luminos din interior creat de iluminatul natural

Lumina natural care intr ntr-un spaiu nchis poate fi analizat n termeni cantitativi

i calitativi. Lumina natural poate fi suficient pentru a reduce nivelul de lumin

artificial necesar, dar poate rezulta o fals economie de energie dac nu se

analizeaz calitatea iluminatului. O slab calitate a iluminatului natural poate rezulta

n disconfort i scdere a acuitii vizuale, ceea ce poate duce la scderea

performanelor i productivitii utilizatorilor, care, la rndul lor, pot duce la o utilizare

de mai lung durat a spaiului, rezultnd consumuri energetice suplimentare.

Aspecte cantitative. La fel ca i n cazul iluminatului electric, criteriul nivelului

iluminrii rmne cel mai utilizat n metodele de proiectare a iluminatului natural, din

cauza folosirii luxmetrelor i a uurinei de calcul. Nivelurile de iluminare variaz n

interiorul spaiului, n orice moment, n funcie de numrul, poziia i orientarea

ferestrelor, anotimp i condiii atmosferice exterioare. La acestea se adaug

problema obstruciilor interioare, care, n multe cazuri, nu sunt luate n seam n

proiectare.

Nivelul de iluminare i criteriul uniformitii iluminrii rmn cele mai importante

criterii de aprecierea a ambientului luminos pentru un proiectant, dar trebuie avute n

vedere i limitrile metodelor care se ocup doar de aspectele cantitative.

Calitatea iluminatului natural. Calitatea iluminatului natural dintr-o ncpere are

un impact fizic i psihologic asupra ocupanilor. Din cauza complexitii naturii

umane, analiza calitii este la fel de fluctuant ca stimulul (lumina natural).

6.5 Efecte fizice

35

Mediul vizual. Calitatea vizual a unui mediu iluminat natural este o problem

extrem de complex, deoarece trebuie avut n vedere rspunsul sistemului vizual

uman la acest mediu. Sunt trei factori importani care afecteaz calitatea vizual:

orbirea, raporturile luminanelor i culoarea.

Orbirea provocat de lumina natural se definete similar cu orbirea produs de

orice surs de lumina excesiv strlucitoare care intr n cmpul vizual i care creeaz

disconfort i/sau pierdere a vizibilitii. Disconfortul este asociat cu durere, oboseal,

ncordare sau tensiune crescut. Pierderea vizibilitii este o pierdere complet sau

parial a capacitii de a vedea o sarcin vizual. Att disconfortul, ct i pierderea

vizibilitii, cresc exponenial odat cu apropierea de linia de vedere a unei surse de

orbire. Astfel, orbirea este funcie de surs, poziie, intensitate, luminan

nconjurtoare i direcia de privire.

Disconfortul produs de orbirea direct depinde de diferenele de luminane

dintre fereastr i mediul interior. Cu ct este mai mare aceast diferen, cu att mai

mare este disconfortul. Pierderea vizibilitii datorit orbirii directe este determinat

de adaptarea vizual tranzitorie. Adaptarea tranzitorie este o msur a strii de

adaptare a sistemului vizual la un mediu neuniform. Sistemul vizual necesit timp

pentru a se adapta la variaiile de luminane din mediul luminos. n cazul iluminatului

natural, preocuparea primar a sistemului vizual este readaptarea la luminana

sczut a sarcinii vizuale sau a unui obiect din interior, dup ce sistemul vizual a fost

expus la luminana ridicat a ferestrei. Adaptarea de la lumin la ntuneric este

denumit adaptare la ntuneric. Valorile luminanei suprafeelor din interioare

iluminate natural nu le-ar ndrepti s fie considerate ca ntunecate, dar, comparativ

cu nivelul ridicat al luminanei ferestrelor, ele sunt foarte mici. Diferenele dintre

luminanele suprafeelor interioare i cea a ferestrelor sunt cuprinse ntre raportul 1/1

i cel de 1/10.000. Timpul necesar pentru readaptarea la luminanele din interiorul

unei ncperi este n funcie de contrastul dintre fereastr i sarcina vizual, timpul de

expunere la luminana ferestrei, mrimea luminanei ferestrei i unghiul vizual

subntins de fereastr. Timpul de readaptare este invers proporional cu contrastul,

luminana ferestrei i proporional cu dimensiunile ferestrei. n perioada de

readaptare are loc o pierdere temporar a capacitii de vedere. Majoritatea

ocupanilor vor compensa aceast pierdere a vizibilitii prin reducerea vitezei de

lucru sau a acuitii. Pierderile de vitez i/sau acuitate vor conduce la o reducere a


36

performanelor i, de aici, o potenial pierdere a productivitii. Cu toate c aceste

pierderi pot fi mici pentru o singur privire ctre o fereastr excesiv de strlucitoare,

pierderile cumulate de-a lungul a 8 ore de lucru pot fi semnificative.

Orbirea prin reflexie apare datorit imaginii ferestrei care se reflect pe o suprafa

oglindat. Acest tip de orbire implic poziia sursei i orientarea sarcinii vizuale. Pentru a

nu avea probleme cu orbirea prin reflexie, trebuie avut grij n poziionarea suprafeelor

i n orientarea corespunztoare a sarcinii vizuale fa de fereastr.

Raportul luminanelor. n cazul iluminatului natural, principala preocupare o

reprezint raportul dintre luminana ferestrei i luminana zonei care o nconjoar;

disconfortul sistemului vizual este proporional cu acest raport. n mod normal,

valoarea maxim a raportului luminanelor din cmpul vizual nu trebuie s

depeasc 40:1. n cazul sarcinilor vizuale dificile, raportul luminanelor trebuie s

fie mai mic de 5:1.

Culoarea luminii naturale. Cu excepia cerului acoperit, culoarea cerului este

departe de a fi omogen, din motivele expuse anterior. Totui, lumina care ajunge la

o fereastr i care provine din mai multe pri ale boltei cereti nu variaz chiar aa

mult n ceea ce privete culoarea sa. n cazul luminii naturale se consider c

distribuia spectral depinde aproape n ntregime de temperatura de culoare

corelat sau cromaticitatea luminii, astfel nct CIE a realizat specificaii (CIE 1986a)

pentru spectrul iluminanilor D, n special D50, D55, D65 i D75 - Tabelul 6.1, Figura 6.3.

Distribuia spectral a luminii naturale poate fi modificat prin transmisia prin

diferite materiale de vitrare. Deoarece distribuia spectral a luminii naturale,

combinat cu transmitana spectral a ferestrei, poate varia ntr-o gam destul de

larg, trebuie avut grij cnd se aleg finisrile ncperilor i mobilarea. Fiindc

majoritatea surselor de lumin artificial au distribuii spectrale diferite de lumina

natural, mostrele de culoare trebuie vzute att sub sursele electrice, ct i sub

lumin natural plus vitrare, pentru a se evita situaii neplcute dup ocupare.

Tabelul 6.1 Temperatura de culoare corelat a luminii naturale

Sursa Temperatura de culoare corelat

[Kelvin]

Soare

crete cu nlimea aparent la

4000

5500

37

Cer senin

Cer acoperit

Cel mai frecvent caz observat

10.000 100.000

4500 7000

aprox. 6000

Figura 6.3 Distribuia spectral a luminii naturale

Efecte psihologice i emoionale. O problem delicat o reprezint ntrebarea

dac o ncpere trebuie s fie cu fereastr sau fr fereastr. Principala preocupare

este felul n care iluminatul natural influeneaz percepia spaial i comportamentul

utilizatorilor. Dac absena iluminatul natural are un efect advers asupra atitudinii sau

motivaiei, acest lucru poate avea efect i asupra performanelor i productivitii.

Influena vitrrii poate fi vzut ntr-un studiu din 1962 despre efectul slilor de

clas fr ferestre asupra procesului de nvmnt. Laboratorul de Cercetri

Arhitecturale al Universitii din Michigan a studiat iluminatul natural n dou coli

elementare avnd cldiri identice. Una din coli a fost utilizat ca i situaie de control

cu fereastr, iar cealalt coal a fost modificat pentru a fi fr fereastr pentru un

an, dup care pentru un an a revenit la situaia cu fereastr. Testele de performan

efectuate asupra elevilor din slile de clas fr ferestre nu au indicat un efect

asupra procesului de nvmnt, comparativ cu elevii din cealalt coal.

n cazurile reale, chiar dac ntr-o ncpere exist ferestre, este posibil ca

utilizatorii s fie deranjai de soarele care vine direct pe fereastr i s utilizeze

jaluzele sau sisteme de ecranare, care transform practic spaiul ntr-un mediu fr


38

ferestre. O fereastr acoperit pare s fie mai puin neplcut dect o ncpere fr

ferestre, deoarece ocupanii tiu c ferestrele sunt acolo, iar contactul cu lumea

exterioar este posibil atunci cnd se dorete acest lucru.

6.6 Caracteristicile materialelor de vitrare

Materialele de vitrare pot fi: a) transparente, cnd materialul transmite lumina fr

schimbri aparente n direcie sau culoare, iar obiectele pot fi vzute clar prin

material, n orice direcie, b) translucide, cnd materialul transmite lumina fr

schimbri aparente n direcie sau culoare, iar obiectele nu pot fi vzute clar prin

material, n orice direcie i c) opace, cnd materialul nu transmite lumina. n unele

cazuri se utilizeaz sticl reflexiv, care este o sticl acoperit cu un strat transparent

din oxizi metalici (pe timpul zilei, vzut din interior materialul este transparent, iar

vzut din exterior este opac i acioneaz ca o oglind) sau sticl colorat, la care

sticla conine aditivi care schimb culoarea i reduc transmisia.

Proprietile optice ale materialului de vitrare - transmitana , reflectana i

absorbana - sunt n funcie de grosimea i proprietile fizice ale materialului,

proprietile suprafeelor (filmului) i unghiul de inciden a luminii.

O noutate n domeniu o reprezint materialele fotocromice sau electrocromice,

utilizate ca sisteme de control a luminii. Materialele fotocromice au proprietatea c

transparena lor scade odat cu creterea nivelului luminii incidente. O fereastr

realizat din sticl fotocromic ar fi transparent, n cazul n care e prezent doar

lumina bolii cereti, i ntunecat, n cazul luminii directe a soarelui.

Materialele electrocromice are capacitatea de a modifica transmitana la

trecerea unui curent electric (un exemplu l reprezint monitoarele cu cristale lichide).

O fereastr electrocromic poate fi proiectat cu pixeli adresabili, similar cu un

monitor de calculator. Un microprocesor poate controla care pixeli s fie transpareni

i care s fie opaci la un moment dat. Cteva efecte ar fi posibile: un model uniform

ar putea fi creeat cu diverse grade de umbrire, un model decorativ sau o poriune

ntunecat a ferestrei s-ar putea deplasa de-a lungul zilei, ca rspuns la micarea

soarelui. Pentru moment materiale fotocromice i electrocromice nu sunt disponibile

pe pia.

6.7 Opiunea pasiv solar

39

n principiu, 1 lux care provine de la iluminatul natural nlocuiete 1 lux de la

iluminatul electric, cu alte cuvinte se poate economisi energie electric utiliznd

iluminatul natural. Din pcate acest potenial rmne un deziderat din dou motive:

sistemul de iluminat electric rmne n funciune chiar i la miezul zilei;

pe lng aportul de lumin natural, ferestrele implic i pierderi de cldur n

sezonul rece i aport de cldur pe timpul verii.

Proiectarea raional a ferestrelor implic optimizarea i are n vedere dou

modele alternative pentru cldiri eficiente energetic n zonele temperate:

cldiri convenionale supra-izolate termic;

cldiri pasiv solare.

Prima opiune se bazeaz pe minimizarea mediului exterior. Pentru a reduce

aria periferic expus, aceste cldiri sunt ptrate n plan i conin ncperi foarte

mari, dar prea adnci pentru ca s fie iluminate sau ventilate natural. Ferestrele sunt

n general mici, termoizolate, identice pe fiecare faad i cu sticl reflectorizant

mpotriva radiaiilor infraroii.

O cldire pasiv solar este proiectat pentru a valorifica energia ambiental.

Lumina soarelui care atinge o fereastr sudic poate furniza mai mult energie

termal folositoare n sezonul rece dect se pierde n exterior prin aceeai fereastr.

Echilibrul termic este mbuntit n cazul ferestrelor cu geam termopan. Acest efect

este valabil pentru o orientare a ferestrei pn la 30 fa de sud. Trebuie luate

msuri de precauie mpotriva supranclzirii pe timpul verii; o soluie o reprezint

elementele arhitecturale sau obstruciile exterioare cldirii (copaci) care proiecteaz

umbre pe ferestre pe timpul verii, dar las s ptrund lumina soarelui la unghiuri

mici pe timpul iernii.

Cldirile pasiv solare sunt, de obicei, alungite n jurul axei est-vest, cu ncperi

nu prea adnci care pot fi iluminate cu succes de ferestre de dimensiuni moderate.

Ferestrele orientate spre sud vor avea dimensiuni mai mari dect restul, datorit

potenialului pasiv solar mai mare.

ncperile utilizate intermitent, ca de exemplu grupurile sanitare sau magaziile,

vor fi poziionate pe partea nordic a cldirii, mpreun cu spaiile de circulaie i

zonele unde se degaj o cantitate semnificativ de cldur. Controlul termic i al

iluminatului sunt vitale pentru echilibrul energetic n proiectarea solar pasiv.


40

Termostatele din ncpere vor opri nclzirea, de ndat ce o permite nclzirea

solar. Controlul iluminatului trebuie gndit astfel nct s asigure c iluminatul

natural va nlocui iluminatul electric atunci cnd este posibil.

n mod cert este important de luat o decizie strategic corect. n Tabelul 6.2

sunt trecui n revist principalii factori determinani. Proiectarea solar pasiv, cu un

bun iluminat natural, nu este o soluie valabil oriunde i impune serioase

constrngeri n ceea ce privete poziionarea i orientarea, aducnd limitri n

planurile interioare i circulaie. Pe de alt parte, rezultatul este un mediu mai uman,

care rspunde la cerinele i preferinele utilizatorilor.

Tabelul 6.2 Strategii pentru economisirea energiei

Factori care favorizeaz cldiri solar

pasive

Factori care favorizeaz cldiri

convenionale supra-izolate termic

O pant sudic n faa cldirii Cldiri nalte nspre sud

Un loc deschis Un spaiu supra-aglomerat de cldiri

O vedere plcut O vedere neplcut

Proprietari sau ocupani contieni

energetic

Zgomot de la trafic sau poluare

atmosferic

n Programul Thermie s-au evideniat multiplele modaliti prin care lumina natural

este condus spre interiorul cldirilor.

41

Figura 6.4 Modaliti de utilizare a luminii naturale n cldiri


42

7. SISTEME DE ILUMINAT CU CONDUCTE DE LUMIN - SICL

n ultima decad s-a observat un progres n proiectarea i punerea n practic a

sistemelor de iluminat electric cu conducte de lumin - SICL. Ideea introducerii de

conducte de lumin n interiorul cldirilor nu este nou, dar un factor important n

dezvoltrile recente l-a constituit noile materiale de nalt tehnologie, cu un pre

sczut, care permit redirecionarea fluxului luminos ntr-un mod mult mai eficient

dect prin metodele tradiionale.

n general, un SICL este o structur liniar care accept lumin concentrat,

sau aproape concentrat, pe care o transport de-a lungul ei prin mijlocul unor

diferite procese optice care pot cuprinde refracia, reflexia de la suprafee metalice,

reflexia parial de la interfee dielectrice sau reflexia intern total. Sistemele includ

modaliti de extragere a fluxului luminos din structur, ca i emisia de lumin din

seciunea de transport sau un emitor n form de corp de iluminat - Figura 7.1.

Diferitele SICL propuse sau construite constau dintr-o varietate de tipuri de surse,

mecanisme de transmitere a luminii i emitoare, dar au o caracteristic comun:

calea de la surs la receptor trece printr-un numr mare de procese optice pe o

distan de civa metri (n general). n comparaie, corpurile de iluminat

convenionale sunt create astfel nct, att cile optice ct i numrul de procese

optice s fie ct mai limitat posibil.

SICL sunt utilizate n aplicaii unde sursa i emitorul sunt separate de o

anumit distan sau se dorete un emitor care s fie diferit de aparatele de

iluminat convenionale ca dimensiuni, form sau caracteristici ale luminii emise. De

asemenea, SICL sunt recomandate pentru a rezolva probleme specifice de

proiectare, incluznd cele pentru a cror soluionare e nevoie de surse cu strlucire

redus. SICL pot fi folosit n cazul n care sursele de lumin trebuie localizate n

afara spaiilor cu risc de explozie, sau unde aportul de cldur al surselor de lumin

este inacceptabil. De asemenea, SICL poate fi utilizat pentru a ilumina zone, ca

piscine sau procese de producie continue, ceea ce permite ca lmpile i

echipamentul auxiliar s fie amplasate n spaii uor accesibile. Pe de alt parte,

sistemele bazate pe tehnologia fibrelor optice pot nlocui spoturile de lumin

miniaturale utilizate n prezentarea i iluminatul de accent al obiectelor mici.

43

a) b)

c) d)

Figura 7.1 Sisteme inovative pentru iluminat natural la distan n interiorul cldirilor

dup [5]

a, b) colector activ pe acoperi; c) emitor; d) colector pasiv pe faada cldirii

Simplitatea relativ a sistemelor de colectare pasive pe acoperi determin costuri

sczute, de ordinul a 50-75 /m2, comparabile cu costul iluminatului electric

convenional. Cel mai rspndit sistem este cel cu colector pasiv pe acoperi,

transportor cu tuburi de lumin, emitor opal, fiind n exploatare sute de mii n lume.

Costurile de investiie depind de configuraie i de manopera de implementare.

Amortizarea investiiei a numeroase sisteme anunate este de ordinul a 3-4 ani. Cu

toate acestea, multe sisteme cu colector pasiv zenital sunt incapabile s asigure

iluminarea satisfctoare a sarcinii vizuale i necesit un iluminat electric

suplimentar.

7.1 Elementele sistemului

Principalele elemente care alctuiesc SICL sunt sursa de lumin, seciunea de

transport i emitorul. Eforturile de cercetare au fost inegale pe aceste trei domenii.

Dac sistemele de transport ale luminii sunt numeroase i bine dezvoltate, sunt doar

puine surse de lumin specializate, altele dect cele pentru fibre optice i puini


44

emitori realizai n practic, ali dect cei care fac parte integral din sistemele de

transport.

a. Surse. Sursele de lumin pentru SICL constau, de obicei, dintr-o lamp i

anumite dispozitive optice care livreaz fluxul luminos ntr-o manier controlat ctre

sistemul de transport a luminii. Sunt trei cerine fundamentale pentru surs: (a) e

nevoie de o lamp cu flux luminos ridicat, deoarece unul din obiectivele SICL este de

a reduce numrul surselor convenionale, (b) deoarece distribuia luminii printr-un

astfel sistem implic pierderi datorit diferitelor procese optice, lmpile utilizate

trebuie s aib eficacitate luminoas mai mare dect cele utilizate n aparatele de

iluminat convenionale, (c) pentru toate tipurile de transport a luminii, trebuie s

existe un nalt grad de control al luminii la intrarea n seciunea de transport, pentru a

furniza lumin concentrat, care s permit proceselor optice urmtoare s se

desfoare cu pierderi de lumin minime.

Majoritatea aplicaiilor SICL utilizeaz lmpi cu halogenuri metalice. Acestea

prezint avantajul unei temperaturi de culoare apropiate de cea a luminii cerului,

ceea se le recomand pentru spaiile care au i o component de lumin natural.

Tehnologia existent la ora actual pentru lmpile cu descrcri nu reuete s

satisfac necesarul de flux luminos ridicat i dimensiuni reduse ale lmpii, sau, cel

puin, ca tubul de descrcare s fie destul de mic nct s fie poziionat cu precizie n

focarul dispozitivelor optice. Dezvoltri recente, ca lmpile cu halogenuri metalice de

60 W cu arc mic i de 400 W cu reflector integrat, promit o soluie a acestor

probleme. Dispozitivele optice care livreaz lumina n zona de intrare n sistemul de

transport sunt diverse, de la reflectoare cu faete multiple care concentreaz lumina

n fascicule separate, fiecare ndreptate spre colectoarele fibrelor optice, pn la

reflectoarele parabolice de dimensiuni mari, care furnizeaz lumin ntr-un unghi de

dimensiuni acceptabile. Ca o regul general, creterea gradului de control optic

conduce la mrirea pierderilor de lumin. Eficiena luminoas a unui reflector

parabolic din aluminiu polizat, care este utilizat pentru concentrarea luminii ntr-un

tub, este n jur de 80%.

b. Sisteme de transport ale luminii. Sistemul de transport este caracteristica

care difereniaz SICL de celelalte tipuri de aparate de iluminat. Principala funcie a

seciunii de transport este de a livra lumin de la surs la punctul de ieire, utiliznd

o mulime de procese fizice. n plus, anumite elemente de transport pot aciona ca

emitori de lumin. Cercetrile din ultimul timp au condus la apariia unor materiale

45

ieftine, care permit luminii s fie redirecionat n moduri mult mai eficiente dect n

cazul aparatelor de iluminat convenionale.

Sistemele de transport pot fi mprite n patru tipuri:

sisteme fascicul/lentile;

tuburi speculare (hollow mirrored pipes)

tuburi prismatice (hollow prismatic pipes)

sisteme cu miez solid

c. Emitori. O parte important din sarcina unui proiectant const n alegerea

materialului potrivit n instalaia de iluminat. Utiliznd echipamente convenionale,

aceste cerine vor fi satisfcute folosind lumina distribuit de la o gam de corpuri de

iluminat cu surse punctuale, liniare sau de suprafa, mpreun cu sistemele de

fenestrare. n prezent gama de tehnici de distribuire a luminii disponibil pentru

proiectantul care utilizeaz SICL este limitat de natura dispozitivelor de emisie.

Anumite tipuri de sisteme de transport, ca de exemplu fibrele optice, utilizeaz

produse comerciale bine puse la punct ca emitori , dar pentru altele aceste

elemente apar a fi doar conceptuale.

Caracteristicile emitoarelor pentru SICL variaz, iar proprietile lor fizice i

optice sunt influenate puternic de sistemul de transport la care sunt conectate. Ele

pot fi mprite n dou clase:

- transport i emisie combinate, n care lumina de la sursa aflat la distan este

extras continuu de-a lungul tubului;

- emitoare propriu-zise, care opereaz ntr-o manier similar cu aparate de

iluminat convenionale, pentru a redistribui fluxul luminos furnizat de sistemul de

transport.

Emitori prismatici. Sunt dou tipuri principale de emitor prismatic: (a) cu

seciune circular mic fabricat din material microprismatic i (b) cu seciune

rectangular sau circular din acrylic rigid cu grosimea de 4 mm. Sursa de lumin o

constituie o lamp cu halogen de 12 V pentru versiunile mici, sau o lamp cu

descrcri cu reflector, amndou producnd un flux concentrat cuprins n "unghiul

de acceptare" de aproximativ 27o. Transportul luminii n interiorul emitorului se face

prin reflexie intern total n materialul prismatic. Emisia este cauzat de

imperfeciunile structurii prismatice i de prezena luminii aflat n afara unghiului de

acceptare. Pierderea este n jur de 2%/300 mm lungime tub i acest efect face ca


46

tubul s strluceasc. Cteva dispozitive sunt utilizate la controlul fluxului produs de

emitor:

un material reflectiv, pentru acoperirea suprafeelor exterioare ale tubului care

nu sunt utilizate ca emitor, avnd ca efect redirecionarea fluxului napoi n tub;

un extractor, care const dintr-o band de material difuzant plasat n interiorul

tubului, astfel c lumina incident este mprtiat i scap prin pereii tubului

de transport. Controlul emisiei de-a lungul emitorului se obine prin

modificarea grosimii i formei benzii.

oglinzi plasate la captul tubului, care reflect o parte din fluxul luminos care

ar fi ieit afar i l ntoarce n tub,

Emitorii prismatici fabricai din film microprismatic sunt utilizai pentru

marcarea oselelor i la semnalizri, iar cei din material rigid la decorarea cldirilor

sau iluminatul spaiilor interioare, incluznd spaii ca birouri cu sarcini vizuale

pretenioase.

Fante. Aceti emitori sunt fabricai din tuburi cu pereii interiori din film elastic

din polietilemefat, care are o reflectan mare (0,85-0,9), cu excepia unui fante n

locul tubului. Tubul se pozeaz prin pompare de aer comprimat. Transmisia luminii

se face prin reflexie specular i lumina este emis prin fant, care poate fi

transparent sau difuz. Dimensiunile unghiulare ale fantei variaz ntre 30-110o.

Diametrul tubului variaz de la 250 mm (alimentat de la o lamp cu descrcri de 1 kW)

la 1200 mm (alimentat de 8 lmpi cu descrcri de 3,5 kW), cu sursele poziionate la

ambele capete ale ghidului de lumin. Raporturile dintre diametrul efectiv i lungime

sunt mai mari dect pentru sisteme transportor/emitor prismatic - de la 20 la 50,

dar, cu toate acestea, eficiena se situeaz ntre 30-40%. Instalaiile sunt proiectate

cu un gradient de luminan ntre 10:1 i 15:1 de la surs la capt sau de la surs la

mijloc.

Fibre optice - surse liniare. Fibrele optice pot fi utilizate ca emitor liniar prin

simpla eliminare a inveliului exterior cu indice de refracie sczut. Sursa este o cutie

de lumin pentru fibre optice. Cablurile sunt alimentate de la ambele capete, utiliznd

dou cutii, sau n bucl de la o singur cutie, pentru diametre de pn la 15 mm i

lungimi de 50 m. Efectul vizual produs este de band luminoas i aplicaiile tipice

sunt de subliniere a contururilor unor cldiri, sisteme de orientare pe crri i la

semnalizri. n multe aplicaii sunt utilizate ca nlocuitori pentru lmpile cu coloan

pozitiv (tuburi pentru reclame luminoase).

47

Fibre optice - surse punctuale. Captul cablului cu fibre optice poat

Documents

Iluminat Conf.dr.Ing.dorin Beu