ΦΩΤΟΜΕΤΡΙΚΑ ΜΕΓΕΘΗ

Σκοπός του Κεφαλαίου Μετά την ενότητα αυτή, ο μαθητής θα μπορεί να: Γνωστικοί στόχοι Να αναφέρει τον ορισμό του φωτισμού επιφάνειας δίνοντας ορθή μονάδα μέτρησης Να διακρίνει τη διαφορά μεταξύ φωτεινής ροής και έντασης φωτεινής Να καταγράφει τις νόρμες ασφαλούς φωτισμού για διαφορετικούς χώρους Να εξηγεί την επίδραση της απόστασης στη φωτεινότητα σύμφωνα με τον νόμο του αντιστρόφου τετραγώνου Να υπολογίζει την απαιτούμενη ισχύ λαμπτήρα για συγκεκριμένο χώρο (π.χ. 20 m² τάξη) με βάση επιθυμητή φωτεινότητα Να αναγνωρίζει τι σημαίνει ο δείκτης απόδοσης (lm/W) λαμπτήρα Να κατανοεί τον ρόλο της θερμοκρασίας χρώματος (CCT) στην ποιότητα φωτισμού Να χαρακτηρίζει τις διαφορές μεταξύ λαμπτήρων LED, φθορισμού και αλογόνου Να αναλύει τα πλεονεκτήματα ενός συστήματος φωτισμού με αισθητήρες (π.χ. φωτοκύτταρο) Να αξιολογεί πώς η θέση εγκατάστασης φωτιστικών (π.χ. αποστάσεις, γωνία) επηρεάζει την ομοιογένεια φωτισμού Συναισθηματικοί στόχοι (στάσεις) Να εκφράζει ενδιαφέρον για την ενεργειακή απόδοση και περιβαλλοντική επίπτωση τεχνολογιών φωτισμού Να δείχνει υπευθυνότητα όταν προτείνει λύσεις φωτισμού για συγκεκριμένους χώρους, λαμβάνοντας υπόψη τις ανάγκες των χρηστών Ψυχοκινητικοί στόχοι (δεξιότητες) Να σχεδιάζει διάγραμμα εγκατάστασης φωτισμού για έναν χώρο (20 m²), τοποθετώντας σωστά φωτιστικά και αισθητήρες Να χρησιμοποιεί φορητό φωτόμετρο για μέτρηση φωτεινότητας στον χώρο εργαστηρίου Να επεξηγεί τις μετρήσεις και να προτείνει βελτιώσεις στη διάταξη φωτισμού

Στερεά Γωνία Έστω μια σφαίρα ακτίνας R από το κέντρο τις οποίας ξεκινά δέσμη ακτινοβολίας που φωτίζει ένα τυχαίο τμήμα S της εσωτερικής της επιφάνειας. Ορίζεται ως στερεά γωνία Ω το πηλίκο του εμβαδού S προς το τετράγωνο της ακτίνας. Δηλαδή: Έχει ως μονάδα μέτρησης το στερακτίνιο sr (sterad) Ερώτηση : Πόση είναι η στερεά γωνία που ορίζεται από ολόκληρη τη σφαίρα; Εφαρμογές της Στερεάς Γωνίας Η στερεά γωνία έχει πολλές πρακτικές εφαρμογές, ιδιαίτερα στη φωτιστική τεχνολογία αλλά και σε άλλες επιστήμες. Ας δούμε μερικές σημαντικές: Στη Φωτιστική Τεχνολογία Φωτεινή ένταση (candela): Ορίζεται ως το φως που εκπέμπει μια πηγή σε μία μονάδα στερεάς γωνίας. Έτσι, η στερεά γωνία συνδέει την ποσότητα φωτός με την κατανομή του στον χώρο. Φωτιστικά σώματα (προβολείς, σποτ, λάμπες): Η διαφορά ανάμεσα σε έναν προβολέα και μια λάμπα δωματίου εξηγείται από το μέγεθος της στερεάς γωνίας. Προβολέας --> μικρή στερεά γωνία, συγκεντρωμένο φως. Λάμπα --> μεγάλη στερεά γωνία, διάχυτο φως. Σχεδιασμός φωτισμού σε χώρους: Οι αρχιτέκτονες φωτισμού χρησιμοποιούν τη στερεά γωνία για να καθορίσουν πώς κατανέμεται το φως σε έναν χώρο (π.χ. πόσο ομοιόμορφος θα είναι ο φωτισμός σε μια αίθουσα). Στις Επικοινωνίες & Τηλεπικοινωνίες Κεραίες ραδιοκυμάτων και δορυφορικές κεραίες: Η στερεά γωνία χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό του διαγράμματος ακτινοβολίας μιας κεραίας. Κεραία με μικρή στερεά γωνία --> συγκεντρώνει ενέργεια σε μια κατεύθυνση (καλύτερη εμβέλεια). Στη Φυσική Ακτινοβολία και φωτεινή ροή: Ο υπολογισμός της ενέργειας που φτάνει σε μια επιφάνεια από τον Ήλιο ή άλλες πηγές γίνεται μέσω της στερεάς γωνίας που “βλέπει” την πηγή. Αστρονομία: Τα τηλεσκόπια «συλλέγουν» φως από αστέρες μέσα σε μια στερεά γωνία. Μεγαλύτερη στερεά γωνία --> περισσότερο φως, μικρότερη λεπτομέρεια. Στην Οπτική & Απεικόνιση Φακοί και κάμερες: Το οπτικό πεδίο μιας κάμερας εκφράζεται ως στερεά γωνία. Ευρυγώνιοι φακοί --> μεγάλη στερεά γωνία. Τηλεφακοί --> μικρή στερεά γωνία. Ένταση φωτεινής πηγής Είναι το συνολικό ποσό ορατής ακτινοβολίας που εκπέμπει μια πηγή προς μια ορισμένη κατεύθυνση. Μια φωτεινή πηγή δεν εκπέμπει ομοιόμορφα το φως που παράγει. Δηλαδή αν η πηγή τοποθετηθεί στο κέντρο σφαίρας, η φωτεινή ροή Φ που θα εκπέμπεται προς την εσωτερική επιφάνεια της σφαίρας δεν θα είναι η ίδια σε κάθε σημείο αυτής. Για παράδειγμα σε ένα λαμπτήρα πυράκτωσης η φωτεινή ροή Φ1 που εκπέμπεται σε μια στερεά γωνία ω1 προς τα πλάγια του λαμπτήρα είναι πολύ μικρότερη από την φωτεινή ροή Φ2 που εκπέμπεται σε μια στερεά γωνία ω2=ω1 προς τα κάτω Είναι επομένως χρήσιμο να οριστεί ένα διανυσματικό μέγεθος που θα καθορίζει προς κάθε συγκεκριμένη κατεύθυνση του στερεού χώρου το ποσό της Φωτεινής Έντασης (Luminous Intensity) ή Ένταση Φωτεινής Πηγής Ι. Η Φωτεινή ένταση ορίζεται ως ο λόγος της στοιχειώδους Φωτεινής Ροής dΦ που εκπέμπει μια φωτεινή πηγή μέσα σε μια στοιχειώδη στερεά γωνία dω, προς τη γωνία αυτή: Η Φωτεινή Ένταση Ι εκφράζεται με τη μονάδα cd (candela) για την οποία ισχύει: Cd=lm/sr (candela=lumen/sterad) Από τον ορισμό αυτό φαίνεται ότι η Φωτεινή Ένταση Ι έχει τις ίδιες διαστάσεις με την Φωτεινή Ροή Φ γιατί το στερακτίνιο είναι αδιάστατο μέγεθος. Επομένως η μονάδα cd έχει τις ίδιες διαστάσεις με τη μονάδα lm. Η φωτομετρική καμπύλη ή πολικό διάγραμμα μας δείχνει την κατανομή της έντασης φωτισμού στο χώρο, πως διαχέεται το φως στο χώρο ,δηλαδή την ποσότητα της φωτεινής ροής που ακτινοβολεί προς μια ορισμένη κατεύθυνση με μονάδα μέτρησης candela (cd) και τον τρόπο κατανομής της φωτεινής έντασης των φωτιστικών Για να γίνει σαφές πως προκύπτουν αυτά τα διαγράμματα θεωρείται αρχικά πως το φωτιστικό σώμα βρίσκεται αναρτημένο στην κανονική του θέση. Η κατακόρυφος που διέρχεται από το κέντρο συμμετρίας του φωτιστικού σώματος με κατεύθυνση αυτή προς την οποία φωτίζει το σώμα (συνήθως προς τα κάτω) αποτελεί το σημείο αναφοράς, δηλαδή ο κατακόρυφος άξονας με αρχή το κέντρο συμμετρίας του φωτιστικού και κατεύθυνση προς τα κάτω αντιστοιχεί στη τιμή των 0 μοιρών. Η οριζόντια επιφάνεια που διέρχεται από το κέντρο συμμετρίας αντιστοιχεί στις γωνίες 90ο και 270ο Όταν η φωτεινή πηγή παρουσιάζει διανομή της φωτεινής έντασης συμμετρική ως προς άξονα και έχει σε όλα τα επίπεδα την ίδια μορφή, τότε μπορεί να παρασταθεί με το μισό της μορφής της. Φωτεινή ροή Φωτεινή ροή Φ είναι το συνολικό ποσό ορατής ακτινοβολίας που εκπέμπει μια πηγή προς όλες τις κατευθύνσεις σε ένα δευτερόλεπτο. Εκφράζεται σε λούμεν (lm). Συνήθως αναγράφεται στο κουτί του προϊόντος. Από το φωτιστικό, αυτό που τελικά παίρνω ως φωτεινή ροή (Φ) είναι λίγο μικρότερο, και εξαρτάται από το συντελεστή απόδοσης (η) του φωτιστικού. Επίσης η φωτεινή ροή δεν εκπέμπεται η ίδια προς όλες τις κατευθύνσεις. Τα lumens είναι η μονάδα μέτρησης της δύναμης του φωτός που παράγεται. Σήμερα, σε όλες τις συσκευασίες λαμπτήρων υπάρχουν ετικέτες με στοιχεία φωτισμού (φωτεινότητα, αναμενόμενη διάρκεια ζωής, θερμοκρασία χρώματος, καταναλισκόμενη ενέργεια), τα οποία σου επιτρέπουν να συγκρίνεις τους λαμπτήρες από πλευράς απόδοσης και όχι μόνο από πλευράς ισχύος (Watt). Η ισχύς συγχέεται συχνά με τη φωτεινότητα. Αυτό που πρέπει να θυμάσαι είναι ότι τα Watts μετράνε την ποσότητα της ενέργειας που χρειάζεται για να παραχθεί φως, ενώ τα lumens μετράνε την ποσότητα του φωτός που παράγεται. Οσο περισσότερο το φως που χρειάζεσαι, τόσο μεγαλύτερος πρέπει να είναι ο αριθμός των lumens. Φωτισμός Επιφάνειας Ο φωτισμός επιφάνειας συνιστά το κομμάτι της φωτεινής ροής που πέφτει σε μια επιφάνεια, ανά μονάδα επιφάνειας. Αυτή εξαρτάται από τη φωτεινή ροή της πηγής, τη γωνία δέσμης, καθώς επίσης από την απόσταση της μετρούμενης περιοχής από τη φωτεινή πηγή. Πρόκειται για μια πολύ σημαντική μονάδα η οποία μπορεί εύκολα να μετρηθεί με έναν μετρητή lux (φωτόμετρο). Οι τιμές του Φωτισμού Επιφάνειας για συγκεκριμένα δωμάτια παρατίθενται στον ακόλουθο πίνακα: Τα προηγούμενα μεγέθη που μελετήσαμε περιγράφουν τις ιδιότητες της πηγής της φωτεινής ακτινοβολίας. Ωστόσο οι ιδιότητες της φωτεινής πηγής δεν μπορούν να καθορίσουν με ακρίβεια το αποτέλεσμά της, μιας και εξαρτάται και από τον τρόπο εγκατάστασης, όπως το ύψος ανάρτησης, τον προσανατολισμό της φωτεινής δέσμης κ.λ.π. Αντίθετα ο φωτισμός επιφάνειας εκφράζει το αποτέλεσμα των φωτιστικών σωμάτων Όλοι σχεδόν οι λαμπτήρες του εμπορίου δεν εκπέμπουν ομοιόμορφα φωτεινή ροή. Για το λόγο αυτό η σχέση Ε=dΦ/dS μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό της μέσης έντασης φωτισμού οποιασδήποτε επιφάνειας S η οποία δεν φωτίζεται ομοιόμορφα. Η παραδοχή αυτή είναι αρκετά χρήσιμη για μελέτες φωτισμού μικρών χώρων όπου συνήθως δεν απαιτείται αυστηρή ακρίβεια στους υπολογισμούς. Φυσικά μια τέτοια απλοποίηση δεν είναι αποδεκτή για μελέτες μεγάλων χώρων (κινηματογράφοι, θέατρα, στάδια, δρόμοι, πλατείες κ.λ.π) όπου απαιτείται υπολογισμός της έντασης φωτισμού Ε βάσει των χαρακτηριστικών καμπυλών φωτεινής ισχύος των φωτιστικών σωμάτων που δίνονται από τον κατασκευαστή Λαμπρότητα Εκφράζει την ποσότητα του φωτός που ανακλάται, όταν σε μια επιφάνεια ενός m 2 πέφτει φως από μια πηγή έντασης 1 cd και η οποία ποσότητα φτάνει στο μάτι του παρατηρητή. Το μέγεθος εκφράζεται σε 1Nit = 1 cd/m 2 Λαμπρότητα φωτεινής πηγής ορίζεται ως το πηλίκο: L = I / S όπου Ι: η ένταση της φωτεινής πηγής και S: η επιφάνειά της. Μετρά το φως όπως το αντιλαμβάνεται το ανθρώπινο μάτι Όταν μια επιφάνεια που διαχέει το φως, φωτίζεται ομοιόμορφα με φωτισμό Ε (lux) και έχει συντελεστή ανάκλασης ρ, η λαμπρότητά της σε cd/m 2 είναι L=ρ*Ε Η έννοια της λαμπρότητας ενός αντικειμένου αποτελεί ουσιαστικά φωτομετρικό μέγεθος πολύ κοντά στην πρακτική του Σχεδιασμού. Είναι ένα μετρήσιμο μέγεθος για το τί πραγματικά βλέπουμε, καθώς επηρεάζεται απόλυτα από το αντικείμενο που ανακλά το φως και τις ιδιότητές του. Ο σχεδιασμός χώρου πολύ συχνά διέπεται από υποκειμενικά κριτήρια. Για παράδειγμα θα μπορούσαμε να έχουμε έναν χώρο όπου τα πάντα να είναι μαύρα και έναν ίδιο χώρο, όπου τα πάντα είναι λευκά. Εισάγοντας το ίδιο φωτιστικό στους δύο χώρους στην ίδια ακριβώς θέση η φωτεινή ροή ουσιαστικά του φωτιστικού θα παραμείνει σταθερή. Η εντύπωση και η οπτική εμπειρία όμως είναι απόλυτα διαφορετική στους δύο χώρους. Στον μαύρο χώρο οι λαμπρότητες μπορεί να είναι σχεδόν μηδενικές. Παρατήρηση : Στην πράξη προτιμούμε τις πηγές φωτισμού που έχουν μεγάλη επιφάνεια εκπομπής φωτός είτε από κατασκευής (π.χ. ματ λάμπες, λάμπες φθορισμού, panel lights ), είτε γιατί βρίσκονται μέσα σε φωτιστικά σώματα, έτσι περιορίζεται σημαντικά το ανεπιθύμητο και κουραστικό φαινόμενο της λαμπρότητας της πηγής. Η λαμπρότητα εξαρτάται σε σημαντικό βαθμό από τα χαρακτηριστικά ανάκλασης των φωτιζόμενων αντικειμένων και από το μέγεθος και την κατεύθυνση προέλευσης της προσπίπτουσας φωτεινής ροής. Έτσι αποκτά μεγάλη τιμή όταν υπάρχει μεγάλη τιμή φωτεινής έντασης και όταν ο παρατηρητής δεν βρίσκεται σε θέση με κατεύθυνση κάθετη προς την επιφάνεια της φωτεινής πηγής. Ο ανακλώμενος φωτισμός επηρεάζεται από το χρώμα, την επιφάνεια και το υλικό από το οποίο είναι κατασκευασμένο το αντικείμενο. Για παράδειγμα τα αντικείμενα τα οποία είναι απόλυτα λευκά από την ποσότητα του φωτός που θα δεχτούν θα απορροφήσουν το 10% και θα ανακλάσουν το 90%. Αντίθετα τα μαύρα αντικείμενα θα απορροφήσουν το 90% και θα ανακλάσουν το 10%. Επίσης ο βαθμός ανάκλασης των αντικειμένων εξαρτάται και από το αν η επιφάνεια είναι γυαλιστερή ή ματ, στην πρώτη περίπτωση η ανάκλαση θα είναι μεγαλύτερη ενώ στις ματ επιφάνειες θα είναι μικρότερη. Μεγάλες διαφορές στις τιμές λαμπρότητας μεταξύ του πεδίου εργασίας του κοντινότερου και πιο μακρινού περιβάλλοντος χώρου, εξαναγκάζουν την κόρη του ματιού σε διαδοχικές αναπροσαρμογές του μεγέθους της, με αποτέλεσμα την κόπωση του εργαζόμενου και ενδεχομένως βλάβη της όρασης του. Πρέπει λοιπόν εκτός των άλλων να αποφευχθεί η μεγάλη ανομοιογένεια στις τιμές λαμπροτήτων μέσα στο οπτικό πεδίο του παρατηρητή. Νόμοι Φωτομετρίας Νόμος των αντίστροφων τετραγώνων Όταν η ένταση ακτινοβολίας μιας σημειακής φωτεινής πηγής είναι Ι, ο φωτισμός τον οποίο αυτή προκαλεί στην επιφάνεια S, κάθετη στη διεύθυνση των ακτίνων, η οποία βρίσκεται σε απόσταση d από την πηγή προσδιορίζεται από τη σχέση E = Ι / d 2 Νόμος του συνημιτόνου Ο φωτισμός που προκαλεί μια σημειακή φωτεινή πηγή σε ένα σημείο μιας επιφάνειας είναι ανάλογος με την ένταση της φωτεινής πηγής (Ι) , ανάλογος με το συνημίτονο της γωνίας (φ) με την οποία προσπίπτουν οι ακτίνες στη στοιχειώδη επιφάνεια και αντιστρόφως ανάλογος με το τετράγωνο της απόστασης (R) της φωτεινής πηγής από το φωτιζόμενο σημείο E = Ι συνφ / R 2 Νόμος της Προστιθέμενης Φωτεινότητας Όταν δύο ή περισσότερες φωτεινές πηγές φωτίζουν το ίδιο σημείο, η συνολική φωτεινότητα είναι το άθροισμα των επιμέρους. Εολ=Ε1+Ε2+Ε3+ … QUIZ: Νόμοι Φωτομετρίας Φωτιστική απόδοση Λαμπτήρων (luminous efficacy) Οι λαμπτήρες χρησιμεύουν για τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας ισχύος σε φωτιστική. Όπως οι ηλεκτρικές συσκευές χαρακτηρίζονται από την ηλεκτρική τους ισχύ έτσι και οι λαμπτήρες χαρακτηρίζονται από τη φωτιστική τους ισχύ που μετριέται σε Lumen (Λούμεν). Το ποσοστό της φωτεινής ροής Φ που αποδίδεται από κάποιον λαμπτήρα για κάθε watt καταναλισκόμενης ισχύος Ρ ονομάζεται απόδοση α του λαμπτήρα και εκφράζεται σε lumen / Watt α = Φ / Ρ Η φωτιστική απόδοση ενός λαμπτήρα ουσιαστικά δείχνει πόσο αποτελεσματικά μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε ορατό φως. Τυπικές Τιμές Φωτιστικής Απόδοσης QUIZ: Απόδοση Λαμπτήρων Σύνοψη Βασικών Φωτομετρικών Μεγεθών Φωτεινή Ροή (Φ) – σε lumen (lm): πόσο φως παράγει μια πηγή. Φωτισμός (Ε) – σε lux: πόσο φως πέφτει σε μια επιφάνεια. Φωτεινή Ένταση (I) – σε candela (cd): πόσο φως εκπέμπεται προς μια κατεύθυνση. Λαμπρότητα (Luminance) – σε nit ή cd/m²: πόσο φωτεινή φαίνεται μια επιφάνεια. Φωτορύπανση Το κακό οπτικό σύστημα στέλνει φως εκεί που δεν χρειάζεται Άσκοπη σπατάλη ενέργειας για να στέλνουμε φως στον ουρανό QUIZ: Φωτορύπανση Πείραμα Μέτρηση φωτεινότητας με κινητό τηλέφωνο Lux Light Meter Pro ΦΑΣΗ 1: Ενεργοποίηση - Πρόκληση Σκέψης Ερώτηση Εκκίνησης: Τι σημαίνει «δυνατό φως»; Πώς το μετράμε; Ποιο φως είναι πιο έντονο: ενός φακού ή του ήλιου; Πώς το αποδεικνύουμε; ΦΑΣΗ 2: Διερεύνηση με Πείραμα Υλικά: Φωτόμετρο ή app σε κινητό (π.χ. Lux Meter) Δύο διαφορετικές λάμπες (π.χ. LED & πυρακτώσεως) Μεζούρα / χάρακας Μαύρο κουτί ή σκοτεινός χώρος Πείραμα: Πόσο φως φτάνει σε διαφορετική απόσταση; Οδηγίες: Τοποθέτησε την πηγή φωτός (π.χ. φακό ή λάμπα) σε σταθερό σημείο. Χρησιμοποίησε το φωτόμετρο για να μετρήσεις την ένταση φωτός (lux) σε διάφορες αποστάσεις (π.χ. 20, 40, 60 cm). Κατέγραψε τις τιμές. Τι παρατηρείτε; Πώς αλλάζει ο φωτισμός με την απόσταση; ___________________ ΦΑΣΗ 3: Κατανόηση Εννοιών Μέσα από την Πράξη Με βάση το πείραμα και τις παρατηρήσεις: Ποιο μέγεθος μετρήσαμε στο πείραμα; ____________________________ Ποιο μέγεθος θα χρειαζόμασταν αν θέλαμε να μετρήσουμε πόσο φως εκπέμπεται γενικά από τη λάμπα; ___________________ Αν μια λάμπα είναι πολύ φωτεινή αλλά καλύπτει μικρή περιοχή, τι λέμε ότι έχει; ___________________ ΦΑΣΗ 4: Κατασκευή Γνώσης – Αναστοχασμός Με δικά σας λόγια, εξηγήστε: Γιατί ο φωτισμός μειώνεται όσο απομακρυνόμαστε από την πηγή; ________________________________ Πώς σχετίζεται η φωτεινή ροή με τον φωτισμό;___________________________________________________ Αν είχαμε δύο λάμπες με την ίδια ένταση, αλλά διαφορετική γωνία εκπομπής, πώς θα φαινόταν αυτό στον φωτισμό της επιφάνειας;_______________________________________________________

Η διαφορά της φωτεινής ροής Φ και της φωτεινής έντασης Ι είναι: Η φωτεινή ροή Φ (lummen) αναφέρεται σε ένα λαμπτήρα και είναι το συνολικό ποσό ορατής ακτινοβολίας που εκπέμπει ο λαμπτήρας προς οποιαδήποτε κατεύθυνση. Η φωτεινή ένταση I (cd) αναφέρεται σε έναν λαμπτήρα και είναι το συνολικό ποσό ορατής ακτινοβολίας που εκπέμπει το φωτιστικό προς μια ορισμένη κατεύθυνση.

Στο επόμενο παράδειγμα φωτομετρικής καμπύλης ενός φωτιστικού παίρνουμε τις αντίστοιχες φωτεινές εντάσεις Στην κατεύθυνση των 40ο αντιστοιχεί φωτεινή ένταση Ι40=89cd Στην κατεύθυνση των 90ο αντιστοιχεί φωτεινή ένταση Ι90=78cd Στην κατεύθυνση των 180ο αντιστοιχεί φωτεινή ένταση Ι180=0cd Στην προηγούμενη καμπύλη φωτεινής έντασης βλέπουμε πως η ευνοικότερη περίπτωση έντασης φωτισμού από το συγκεκριμένο φωτιστικό βρίσκεται στην κατεύθυνση μεταξύ 0ο και 70ο και η χειρότερη στις 180ο (πάνω από το φωτιστικό). Κάθε καμπύλη φωτεινής έντασης αναφέρεται συνήθως σε λαμπτήρα φωτεινής ροής 1000lm, οπότε για την εύρεση της έντασης κάθε λαμπτήρα πολλαπλασιάζουμε την τιμή του διαγράμματος με τον κατάλληλο συντελεστή. Για παράδειγμα αν μελετάμε φωτιστικό σώμα λαμπτήρα υδραργύρου υψηλής πίεσης φωτεινής ροής 13500lm, οι τιμές της φωτεινής έντασης που λαμβάνονται από το πολικό διάγραμμα θα πρέπει να πολλαπλασιάζονται με το συντελεστή 13,5 (13500/1000=13,5).

Η φωτεινή ροή ουσιαστικά ταυτίζεται με την φωτεινή ισχύ του λαμπτήρα επειδή η φωτεινή ροή υποδηλώνει την φωτεινή ενέργεια που εκπέμπεται από μια φωτεινή πηγή ανά μονάδα χρόνου

Με την πάροδο του χρόνου η φωτεινή ροή μειώνεται σχεδόν σε όλες τις φωτεινές πηγές, ανεξάρτητα από την τεχνολογία που χρησιμοποιείται για την κατασκευή τους. Καθόλη τη διάρκεια ζωής ενός συμπαγούς λαμπτήρα, η φωτεινή ροή πέφτει στο 30% της αρχικής τιμής. Στους λαμπτήρες LED, αυτή μειώνεται στο 70% της αρχικής τιμής κατά το τέλος της ωφέλιμης ζωής τους. Στο σημείο αυτό, θα πρέπει να σημειωθεί ότι ένας λαμπτήρας LED δεν πρέπει να θερμαίνεται, δεδομένου ότι θερμοκρασίες που υπερβαίνουν τους 70° ελαττώνουν τον χρόνο ζωής του. Αυξημένες θερμοκρασίες μπορεί να προκληθούν λόγω κακής κατασκευής, όπως επίσης από ακατάλληλη τοποθέτηση. Για παράδειγμα, μην χρησιμοποιείτε συνδυαστικά έναν λαμπτήρα LED με λαμπτήρα διαφορετικού τύπου κάτω από το ίδιο αμπαζούρ. Η καθορισμένη φωτεινή ροή σε άλλους λαμπτήρες είναι άμεσα διαθέσιμη ενώ σε άλλους επιτυγχάνεται σταδιακά. Οι λαμπτήρες LED παρέχουν τη συνολική φωτεινή ισχύ αμέσως, σε αντίθεση με τους συμπαγείς λαμπτήρες φθορισμού οι οποίοι χρειάζονται μερικά λεπτά μέχρι να αποδώσουν στο μέγιστο. Γι' αυτό, οι συμπαγείς λαμπτήρες φθορισμού δεν είναι κατάλληλοι για δωμάτια όπου αναβοσβήνετε συχνά τα φωτιστικά. Θα πρέπει να γνωρίζετε ότι η διαρκής ενεργοποίηση και απενεργοποίηση των φωτιστικών μειώνει σε μεγάλο βαθμό τη διάρκεια ζωής τους.

Η μονάδα φωτισμού επιφάνειας (lux) συνιστά το φως που παράγεται από φωτεινή ροή 1 lm η οποία πέφτει σε μια περιοχή με εμβαδόν 1m². Ωστόσο, ο φωτισμός επιφάνειας καθορίζεται επίσης από την απόσταση της φωτεινής πηγή από τη φωτίζουσα επιφάνεια (όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση, τόσο περισσότερα lumens χρειάζονται), από τη γωνία/διεύθυνση των ακτινών φωτός που πέφτουν (όσο μικρότερη είναι η γωνία πρόσπτωσης, τόσο πιο αδύναμος είναι ο φωτισμός). Όταν λοιπόν αγοράζουμε μια φωτεινή πηγή, συνιστάται να ελέγχουμε τον αριθμό των λούμεν (lm), ο οποίος αναγράφεται στο κουτί του λαμπτήρα. Ο αριθμός των λούμεν είναι μια μονάδα μέτρησης της φωτεινότητας, η οποία υποδηλώνει τη συνολική ποσότητα φωτός που εκπέμπεται από τη φωτεινή πηγή προς όλες τις κατευθύνσεις σε ένα δευτερόλεπτο.

Στο προηγούμενο παράδειγμα το πολικό διάγραμμα δίνεται μόνο για το ένα ημιεπίπεδο, γιατί το συγκεκριμένο φωτιστικό παρουσιάζει συμμετρία στην κατανομή της φωτεινής έντασης, κάτι που δεν συμβαίνει όμως με πολλά φωτιστικά σώματα. Για παράδειγμα παίρνοντας το φωτιστικό σώμα του παρακάτω παραδείγματος το οποίο είναι διαμήκες, παρατηρείται ότι η φωτεινή ένταση δεν είναι συμμετρική. Για το λόγο αυτό το πολικό διάγραμμα αυτού του φωτιστικού θα σχεδιαστεί σε δύο επίπεδα. Βάσει των κανονισμών της Διεθνούς επιτροπής φωτισμού CIE θα επιλεχθούν τα επίπεδα Α και Β Για παράδειγμα παίρνοντας το φωτιστικό σώμα του παρακάτω παραδείγματος το οποίο είναι διαμήκες, παρατηρείται ότι η φωτεινή ένταση δεν είναι συμμετρική. Για το λόγο αυτό το πολικό διάγραμμα αυτού του φωτιστικού θα σχεδιαστεί σε δύο επίπεδα. Βάσει των κανονισμών της Διεθνούς επιτροπής φωτισμού CIE θα επιλεχθούν τα επίπεδα Α και Β. Το τυποποιημένο επίπεδο Α αντιστοιχεί στο επίπεδο 90ο-270ο, ενώ το Β στο επίπεδο 0 ο - 180 ο . Στα δύο αυτά επίπεδα σχεδιάζονται τα πολικά διαγράμματα κατανομής της φωτεινής έντασης του φωτιστικού σώματος. Στη περίπτωση που τα φωτιστικά σώματα εμφανίζουν μεγαλύτερη ασυμμετρία και τα επίπεδα Α και Β δεν επαρκούν για να δώσουν μια αντιπροσωπευτική εικόνα για τη φωτεινή ένταση, τότε μπορεί να σχεδιαστεί και μια τρίτη καμπύλη στο πολικό διάγραμμα. Η καμπύλη αυτή θα αναπαριστά τη φωτεινή ένταση για το κατακόρυφο επίπεδο 45ο-225ο, όπως φαίνεται στο κάτω σχήμα.

H τιμή του φωτισμού σε μια συγκεκριμένη επιφάνεια μπορεί να μετρηθεί με μια σειρά από ειδικά όργανα τα οποία ονομάζονται μετρητές έντασης φωτισμού ή luxmeters Επίσης τα κινητά τηλέφωνα διαθέτουν εφαρμογές για την μέτρηση του φωτισμού επιφάνειας, όπως το LuxLight Meter

Σε αντίθεση με την Ένταση φωτισμού, η οποία εκφράζει την ποσότητα φωτεινής ροής που προσπίπτει στην επιφάνεια, η λαμπρότητα είναι το μέτρο της ποσότητας της φωτεινής έντασης, η οποία ανακλάται στην επιφάνεια προς το μάτι του παρατηρητή

Η λαμπρότητα θα μπορούσε να χαρακτηριστεί ως φαινομενική φωτεινότητα

Η μελέτη φωτισμού επιδιώκει την επίτευξη τιμών λαμπροτήτων εντός των παραδεκτών ορίων και ως εκ τούτου επιλέγονται οι κατάλληλοι βαθμοί ανάκλασης (ρ) των διαφόρων επιφανειών του φωτιζόμενου χώρου ως ακολούθως: α) Επιφάνειες γραφείων, πάγκων εργασίας ρ = 30% - 50% β) Οροφές ρ = 60% - 70% γ) Τοίχοι (ανάλογα με τη στάθμη φωτισμού) ρ= 40% - 70% δ) Δάπεδο ρ = 10% - 20%

Το μέγιστο επίπεδο λαμπρότητας για να εξασφαλίζεται οπτική οξύτητα και αντίληψη των χρωμάτων είναι για: την επιφάνεια εργασίας 100 cd/m2 (1sb) τους τοίχους 50 cd/m2 (0,5 sb) Η λαμπρότητα της οροφής εξαρτάται από τη λαμπρότητα του φωτιστικού σώματος. Όταν αυτή είναι μικρότερη από 120 cd/m2 (1,2 sb), η λαμπρότητα της οροφής θα πρέπει να έχει τιμές μεγαλύτερες από τη λαμπρότητα του φωτιστικού σώματος (20 < Lm < 200 cd/m2), (0,2<Lm<2 sb).

Θάμβωση Η κατανομή της λαμπρότητας σε ένα εσωτερικό χώρο είναι σημαντικό κριτήριο για την ποιότητα της οπτικής εμπειρίας. Μια ισορροπημένη και αρμονική κατανομή λαμπρότητας κάνει ένα χώρο ευχάριστο και με οπτικό ενδιαφέρον. Ένας από τους πρωταρχικούς στόχους της επαγγελματικής μελέτης αρχιτεκτονικού φωτισμού είναι ακριβώς αυτή η ισορροπημένη κατανομή της λαμπρότητας των επιφανειών που ορίζουν ένα χώρο. Σε πολύ υψηλές τιμές λαμπρότητας ή σε μεγάλες διαφορές λαμπρότητας το μάτι υποφέρει και αδυνατεί να ανταποκριθεί, οπότε έχουμε το φαινόμενο της θάμβωσης. Για να αποφευχθεί η θάμβωση σε μια επιφάνεια θα πρέπει η λαμπρότητα Lmax του περισσότερο λαμπρού σημείου και η λαμπρότητα Lmin του λιγότερο λαμπρού σημείου ικανοποιούν τη σχέση: Lmax - Lmin / Lmax ≤ 10

Οι επιτρεπόμενες μέγιστες διαφορές λαμπρότητας για το φωτισμό εσωτερικού χώρου είναι: μεταξύ επιφάνειας εργασίας και κοντινού περιβάλλοντος <=10:3 μεταξύ επιφάνειας εργασίας και μακρινού περιβάλλοντος <=10:1

Στο παρακάτω διάγραμμα: μεταξύ ποιων γωνιών έχουμε καλή κατανομή φωτισμού; μεταξύ ποιων γωνιών έχουμε θαμβώσεις; δημιουργούνται hot - spots;

Δυο φωτεινές πηγές με την ίδια φωτεινή ένταση I αλλάμε διαφορετικές διαστάσεις δεν φαίνονται το ίδιο “φωτεινές” Η πηγή με τη μικρότερη επιφάνεια φαίνεται πιο “φωτεινή”

Η γωνία της δέσμης με μια επιφάνεια υπολογίζεται από την δέσμη και τον κάθετο άξονα στην επιφάνεια .

Παραδείγματα Φωτιστικών - Φωτομετρικών Καμπύλων

Φωτορύπανση: «Καμπανάκι» επιστημόνων – Επιδεινώνεται το βλαβερό για την υγεία φαινόμενο

Η μονάδα μέτρησης lux (lx) υποδηλώνει τη φωτεινότητα: 1 lux σημαίνει ότι μια περιοχή 1 m² φωτίζεται ομοιόμορφα με 1 lumen. Έτσι, ενώ η φωτεινότητα μιας πηγής φωτός δίνεται σε lumens, τα lux αναφέρονται στο φως που φτάνει σε μια επιφάνεια - π.χ. ένα τραπέζι. Καθώς η φωτεινή ένταση (candela) της φωτεινής πηγής, η απόσταση από την επιφάνεια και οι χωρικές συνθήκες επηρεάζουν την τιμή εκτός από το lumen, η τιμή lux δεν δίνεται στις λεπτομέρειες του προϊόντος.

Η στερεά γωνία (solid angle) είναι μια έννοια που χρησιμοποιείται κυρίως στη γεωμετρία, στη φυσική και στη φωτιστική τεχνολογία. Είναι το τρισδιάστατο ανάλογο της επίπεδης γωνίας. Γιατι μας ενδιαφέρει η στερεά γωνία στην φωτιστική τεχνολογία; Αποτελεί κεντρική έννοια στη φωτιστική τεχνολογία γιατί μας επιτρέπει να περιγράψουμε πώς κατανέμεται το φως στον χώρο. Δεν μας αρκεί να ξέρουμε πόσα lumen (συνολική φωτεινή ροή) παράγει μια πηγή· πρέπει να ξέρουμε και προς τα πού κατευθύνεται το φως. Χωρίς τη στερεά γωνία, δεν θα μπορούσαμε να μετρήσουμε πόσο "συγκεντρωμένο" είναι το φως προς μια κατεύθυνση. Σχεδιασμός φωτιστικών σωμάτων Ένα φωτιστικό μπορεί να έχει ίδια φωτεινή ροή (lumen) με ένα άλλο, αλλά διαφορετική κατανομή φωτεινής έντασης (cd) ανά στερεά γωνία. Παράδειγμα: ένας προβολέας συγκεντρώνει το φως σε μικρή στερεά γωνία → υψηλή ένταση. Μια λάμπα γενικού φωτισμού διαχέει το φως σε μεγάλη στερεά γωνία → χαμηλότερη ένταση ανά κατεύθυνση. Υπολογισμός φωτισμού (lux) Ο φωτισμός πάνω σε μια επιφάνεια εξαρτάται από την ένταση της πηγής και τη στερεά γωνία υπό την οποία φαίνεται η επιφάνεια Έτσι μπορούμε να ξέρουμε πόσα lux φτάνουν σε ένα γραφείο, έναν δρόμο ή μια αίθουσα. Αποδοτικότητα και άνεση Σχεδιάζοντας τη στερεά γωνία εκπομπής, εξασφαλίζουμε: ότι ο φωτισμός είναι αρκετός, δεν υπάρχει θάμβωση (glare), και η ενέργεια χρησιμοποιείται αποδοτικά (να μην φωτίζουμε «άσκοπα»). Με λίγα λόγια Η στερεά γωνία μας ενδιαφέρει στη φωτιστική τεχνολογία γιατί συνδέει τη φωτεινή ροή με την κατεύθυνση του φωτός, επιτρέποντας τον ακριβή σχεδιασμό, τη μέτρηση και την αξιολόγηση συστημάτων φωτισμού. Στα αριστερά βλέπεις τον προβολέα: το φως συγκεντρώνεται σε μικρή στερεά γωνία --> υψηλή ένταση σε μια κατεύθυνση. Στα δεξιά τη λάμπα δωματίου: το φως διαχέεται σε μεγάλη στερεά γωνία --> μικρότερη ένταση αλλά φωτίζει μεγάλο χώρο. Στα αριστερά φαίνεται η μικρή στερεά γωνία (σαν κώνος) που αντιστοιχεί σε έναν προβολέα --> συγκεντρωμένο φως. Στα δεξιά η μεγάλη στερεά γωνία --> η λάμπα δωματίου που φωτίζει διάχυτα μεγάλο χώρο.

Εφαρμογές των Νόμων Σχεδίαση εσωτερικού φωτισμού (π.χ. αίθουσες, μουσεία, γραφεία). Μελέτες οδοφωτισμού. Φωτομετρικές μετρήσεις για πιστοποίηση φωτιστικών. Οπτικοποίηση σκιάσεων και φωτεινής κατανομής στην αρχιτεκτονική.

Παράγοντες που Επηρεάζουν τη Φωτιστική Απόδοση Τεχνολογία λαμπτήρα (π.χ. LED vs. πυρακτώσεως). Θερμοκρασία λειτουργίας (κάποιοι λαμπτήρες έχουν ιδανική θερμοκρασία). Γήρανση λαμπτήρα – με τον χρόνο η απόδοση πέφτει. Τροφοδοσία (σταθερό ρεύμα/τάση βοηθά στη σταθερή απόδοση). Γιατί μας ενδιαφέρει η Φωτιστική Απόδοση; Για εξοικονόμηση ενέργειας (σημαντικό σε κτίρια, δρόμους, σχολεία). Για μείωση κόστους λειτουργίας. Για περιβαλλοντικούς λόγους (λιγότερη κατανάλωση ρεύματος → λιγότερο CO₂). Για βελτιστοποίηση φωτισμού σε κάθε χώρο (σωστή ισορροπία μεταξύ απόδοσης και χρωματικής ποιότητας).

Η φωτορύπανση είναι η υπερβολική ή κακώς σχεδιασμένη τεχνητή φωταγώγηση που αλλοιώνει το φυσικό νυχτερινό περιβάλλον. Συμβαίνει όταν το φως κατευθύνεται εκεί που δεν χρειάζεται, είναι πολύ έντονο, ή έχει ακατάλληλη χρωματική θερμοκρασία (π.χ. ψυχρό λευκό LED). Είδη φωτορύπανσης Υπερφωτισμός (over-illumination): χρήση περισσότερου φωτός από όσο απαιτείται. Θάμβωση (glare): υπερβολική φωτεινότητα που κουράζει ή τυφλώνει το μάτι. Φωτεινή αντανάκλαση (light trespass): όταν το φως εισέρχεται σε περιοχές που δεν χρειάζεται (π.χ. παράθυρα σπιτιών). Φωτεινός θόλος (skyglow): διάχυση φωτός στην ατμόσφαιρα που εμποδίζει την παρατήρηση του έναστρου ουρανού. Ακατάλληλο φάσμα φωτός: ιδιαίτερα το μπλε-λευκό φως LED που διαχέεται έντονα στην ατμόσφαιρα. Επιπτώσεις Περιβαλλοντικές: Διαταραχή οικοσυστημάτων, αποπροσανατολισμός πουλιών, χελωνών και εντόμων. Υγεία ανθρώπου: Μειωμένη παραγωγή μελατονίνης, προβλήματα ύπνου, αυξημένο στρες. Οικονομικές: Σπατάλη ενέργειας και πόρων. Αστρονομία: Δυσκολία επιστημονικής παρατήρησης του ουρανού. Τρόποι αντιμετώπισης Χρήση φωτιστικών με σωστή κατεύθυνση (φως μόνο προς τα κάτω). Περιορισμός της έντασης και διάρκειας φωτισμού. Επιλογή θερμών χρωμάτων (<3000K) αντί για ψυχρό λευκό. Εφαρμογή χρονοδιακοπτών και αισθητήρων κίνησης. Σχεδιασμός «σκοτεινών περιοχών» για την προστασία του ουρανού.

Η μέτρηση του φωτός δεν είναι μόνο για φυσικούς – είναι κρίσιμη για αρχιτέκτονες, φωτογράφους, μηχανικούς, και όσους σχεδιάζουν χώρους ή φωτισμό. Με ποιον τρόπο βλέπετε εσείς τη χρησιμότητα αυτής της γνώσης στη ζωή σας;