Osvetljenje

1. Osvetljenje Matija Sokola April/Maj 2011

2. UVOD Svetlost je elektromagnetno zracenje koje nadra�uje ljudsko oko i time izaziva osecaj vida i do�ivljaj boje. Nastanak EM zracenja - elektroni u atomima primaju energiju i prelaze na vi�i energetski nivo. Pri povratku na originalni nivo, odaje se energija u obliku EM talasa. Talasna du�ina i frekvencija zavise od kolicine energije. Nema tacnih granica � tipicno oko ce reagovati na talasne du�ine od 400 do 700 nm, iako neki ljudi vide talasne du�ine od 380 do 760 nm. 380 do 760 nm odgovara frekvencijama od 395 do 790 THz.

3. UVOD Ljudsko oko je slabo osetljivo na krajnje vrednosti vidljivog spektra, pa se u tehnici osvetljenja koristi opseg od 470 do 650 nm. Ljudsko oko je najosetljivije na zelenu svetlost od 555 nm. Osvetljenje mora da zadovolji svoju svrhu i da obezbedi-ispuni kriterijume za �ivot i rad (ili za reklamu). Osnovna te�nja dobrog ve�tackog osvetljenja je da koristi svetiljke ciji ce spektar svetlosti biti �to slicniji suncevoj.

4. Vrste i svrha osvetljenja U zgradama: op�te osvetljenje � ravnomerno se osvetljava cela prostorija; dopunsko osvetljenje � vecina svetlosnog fluksa izvora neposredno osvetljava �eljenu ravan.

5. Vrste osvetljenja u industrijskim objektima Op�te � osvetljava objekte, prostorije (centralno ili sektorski) i radna mesta. Radno � lokalno. Nu�no � u prostrijama gde se ne sme prekidati rad. Sigurnosno Pomocno - sa pomocnog izvora EE, obezbedjuje minimalnu osvetljenost), Panicno - sa baterije (min. 3 h), pokazuje izlaze, Orijentaciono � osvetljava glavne komunikacije, Stra�arsko � za obezbedjenje objekata.

6. U elektroenergetskim postrojenjima Op�te. Radno. Prenosno � za remonte u zgradama i na otvorenom. Nu�no � u prostrijama gde se ne sme prekidati rad. Za obezbedjenje � du� cele ograde Za obele�avanje prepreke za vazdu�nu plovidbu (dimnjaci, tornjevi, dalekovodi) Ukrasno.

7. Fotometrijske velicine Osnovni element svakog zracenja je prosta (monohromatska) radijacija. Broj prostih radijacija je beskonacan, jer je frekvencija prakticno kontinualna. Razlicite frekvencije ljudsko oko vidi kao boje - od ljubicaste (oko 410 nm) do crvene (oko 750 nm) Pri promeni sredine, menja se brzina prostiranja, pa svetlost zadr�ava frekvenciju ali menja talasnu du�inu. Svetlosno zracenje se defini�e fluksom, jacinom, osvetljajem, bljeskom, kao i spektrom.

8. Svetlosna jacina Svetlosna jacina je mera snage svetlosti intenziteta svetlosti u jednom smeru. Simbol je I , a jedinica kandela (cd) 1 kandela je definisana kao jacina svetlosti izvora koji emituje monohromatsku svetlost od 5,4x1014 Hz�(555 nm) energetske jacine 1/683 W po steradijanu. 1 steradijan je prostorni ugao od 360�/(4p) Ako izvor od 1 cd emituje svetlost ravnomerno u svim pravcima, svetlost ima snagu od 18,4 mW

9. Svetlosni fluks Svetlosni fluks je ukupno zracenje jednog izvora svetlosti, u opsegu frekvencija koje ljudi vide. Koristi se kao objektivno merilo korisne snage koji izvor svetlosti emituje. Simbol je F , a jedinica lumen (lm) F = I W gde je W prostorni ugao. Svetlosni izvor jacine 1 cd oda�ilje u prostor ukupni svetlosni fluks od 4p odnosno 12,56 lumena

10. Osvetljenost Osvetljenost je definisana kao upadno zracenje reducirano na jednu povr�inu. Simbol E , jedinica luks (lx) E = F / S Odnosno E = I / r2 Osvetljenost od 1 lx dobija se kad 1 lm svetlosnog fluksa ravnomerno pada na povr�inu od 1m2

11. Osvetljenost 1 lx � pun mesec, 10 lx � ulicno osvetljenje, 100 - 1000 lx � osvetljenost za rad, 10 000 lx � osvetljenost u operacionoj sali, 100 000 lx � direktna sunceva svetlost.

12. Nivo osvetljenosti Osvetljenje treba da bude tako odabrano da osvetljenost odgovara zahtevima prostorije u koju se postavlja. Nizak nivo osvetljenosti smanjuje radnu sposobnost, a suvi�e visok izaziva zasenjivanje i neekonomican je. Za grube poslove dovoljna je manja osvetljenost od osvetljenosti za precizne poslove. � Prema JUS standardu, postoji 6 nivoa osvetljenosti, prema zahtevima osvetljenosti

13. Nivoi osvetljenosti Prosecna osvetljenost prostorije (lx)

14. Prostorna ravnomernost osvetljenosti Odnos izmedju osvetljenosti najslabije osvetljenog mesta u prostoriji prema prosecnoj osvetljenosti.

15. Tipicni nivoi osvetljenosti Stanovi lx Hodnici, stepeni�ta, podrumske prostorije 30*, 50 Kupatila 50*, 80 Spavace sobe 50*, 80 Trpezarije, kuhinje 80*,150 Saloni i sobe za rad 80*, 150 Vrednosti obele�ene sa * se uzimaju ako se osvetljenje vr�i sijalicama sa metalnim vlaknom. Osvetljenje fluorescentnim cevima treba da bude i do 100% vece.

16. Tipicni nivoi osvetljenosti Trgovine lx Skladi�ta za privremeni sme�taj robe 50 Skladi�ta za sortiranu robu 80 Prodavnice preradjevina od metala, ko�e 150 Prodavnice finih proizvoda i robne kuce 300 Velike robne kuce, supermarketi 600

17. Tipicni nivoi osvetljenosti Kancelarije i ustanove lx Prostorije za op�te poslove, arhive, registatori 150 Otprema po�te, prijemna mesta za stranke, finiji kanc. poslovi, racunovodstvo i knjigovodstvo 300 Tehnicko crtanje 600 �kole Ve�baonice, ucionice 150 Sale za crtanje, laboratorije 300

18. Tipicni nivoi osvetljenosti Zdravstvene ustanove lx Hodnici, bolesnicke sobe 80 Priprema jela, sobe bolnickog osoblja 80 Ordinacije, laboratorije, apoteke 150 Operacione sale, sale za obdukciju 600

19. Tipicni nivoi osvetljenosti Drvna industrija lx Rezanje drveta 80 Jednostavniji radovi za obradu drveta 150 Radovi za finu obradu drveta 300 Rezbarenja i tome slicna fina obrada drveta 600

20. Tipicni nivoi osvetljenosti Graficka industrija lx Priprema litografskih ploca, radovi oko �tamparskih ma�ina,�tampanje tapeta 150 Radovi na litografskim plocama, galvanoplastika, sortiranje papira 300 Izrada kli�ea, doterivanje sloga, izrada matrica 600

21. Spektar svetla Iako je spektar kontinualan, koristi se podela na boje, tipicno prema talasnim du�inama u vazduhu:

22. Osetljivost oka Percepcija ljudskog oka zavisi od talasne du�ine svetlosti. Najbolje vidimo plavu, zelenu i crvenu. Fotopska vizija � pri dobroj osvetljenosti. ? Skotopska pri slaboj osvetljenosti.

23. Odlike ljudskog oka KONTRAST � je subjektivni osecaj luminacije dva podrucja vidnog polja videnih istovremeno ili jedno za drugim. KONTRAST Crni tu� na belom papiru 1:18 Crna �tampa na novinskom papiru1:14 Crna slova pisace ma�ine na papiru1:8 Mastilo na belom papiru1:10 Izmedu radne tacke i okoline10:1 Izmedu svetlosnog izvora i pozadine20:1 Izmedu bilo kojih tacaka u vidnom polju40:1

24. Odlike ljudskog oka ADAPTACIJA Promenom precnika zenice Promena aktivne povr�ine mre�njace O�TRINA VIDA Zavisi od boje svetlosti Velicine sjaja Osvetljenosti predmeta BLE�TANJE Fiziolo�ko ble�tanje Psiholo�ko ble�tanje

25. Ljudsko oko Oko, organ cula vida, ima pribli�no sferni oblik precnika oko 2,5 cm. Spolja je obavijeno beonjacom, koja je u prednjem delu blago ispupcena prema napred. Taj ispupceni deo predstavlja cvrstu i providnu membranu koja se naziva ro�njaca (lat. cornea). Iza ro�njace nalazi se komora ispunjena ocnom tecno�cu. Zatim dolazi okrugli obojeni deo oka koji se naziva du�ica ili iris, koji na sebi ima okrugli otvor zenicu (pupila) koji omogucava da svetlost padne na ocno socivo (lens crystallina). Zenica se mo�e �iriti i skupljati, cime se reguli�e svetlosni fluks koji pada na ocno socivo, cime se oko �titi od prekomernog nadra�aja. Socivo je preko tetiva vezano za cilijarne mi�ice kojima mo�e da se menja oblik sociva.

26. Ljudsko oko Prostor iza sociva ispunjen je pihtijastom masom koja se naziva staklasto telo (corpus vitreum). Zadnja povr�ina oka prekrivena je finim spletom (mre�om) nervnih vlakana, pa se ova oblast naziva mre�njaca (retina). Ova vlakna sacinjena su od celija koje se nazivaju ��tapici i �cepici i koje plivaju u tecnosti koja se naziva vidni purpur. Na mre�njaci se nalazi malo udubljenje - �uta mrlja, u cijem je centru vrlo mala povr�ina precnika 0,25 mm pod latinskim nazivom forea centralis, sastavljena samo od cepica na kojim se formira najo�triji lik. Ocni mi�ici usmeravaju oko uvek tako da lik predmeta koji se posmatra padne na ovu oblast. Iz mre�njace polazi ka mozgu ocni nerv (�ivac). Sam kraj ocnog nerva predstavlja slepu mrlju, jer u njoj nema ni cepica ni �tapica.

27. Cepici i �tapici U oku ima oko 120 milona �tapica, i oko 7 miliona cepica . Periferni delovi mre�njace prekriveni su prete�no �tapicima, dok broj cepica raste prema sredini oka. � �tapici i cepici imaju bitno razlicite uloge. Osetljivost �tapica na jacinu svetlosti je oko 1000 puta veca od osetljivosti cepica, tako da oni stvaraju osecaj svetlosti vec kada desetak fotona u sekundi pogadja mre�njacu. Medjutim, �tapici "ne razaznaju" boje, tj. nisu osetljivi na boje. Tako, pri slabom osvetljenju oko ne razaznaje boje (efekat sumraka), vidi sva tela kao razlicito siva, ali mo�e da razazna njihove oblike. Za vidjenje boja, koje oko pocinje da razlikuje kod vecih svetlosnih intenziteta, odgovorni su cepici koji su manje osetljivi od �tapica.

28. Spektri svetla Svetlost se vidi kao bela kada su zastupljene sve talasne du�ine (boje) u odredjenim proporcijama. Osnovna te�nja dobrog ve�tackog osvetljenja je da spektar bude �to bli�i Suncevom spektru.

29. Suncev spektar Van atmosfere � vrlo blisko spektru crnog tela na 5800 K

30. Suncev spektar Na nivou mora � manji nivo zbog apsorpcije u atmosferi

31. Spektri svetla

32. Spektri svetla SPEKTAR ZRACENJA RAZNIH SVETLOSNIH IZVORASPEKTAR ZRACENJA RAZNIH SVETLOSNIH IZVORA

33. Svetlosni Izvori

34. UVOD Svetlosni izvori su tela koja emituju svetlost, odnosno EM talase u opsegu frekvencija koje registruje ljudsko oko. Prirodni: Sunce (1,37 kW/m2) munje Ve�tacki: Termicki (plamen i sijalice sa u�arenim vlaknom). Elektroluminiscentni � elektricno pra�njenje u gasovima. Fluorescentni � odaju svetlost kad su izlo�eni zracenju vi�e energije (UV). Laserski.

35. Sijalice sa metalnim vlaknom EE se pretvara u termicku, a zatim u svetlosnu. Balon sijalice je ili vakuumiran ili ispunjen inertnim gasom (argon + azot ili kripton). Vlakno je od volframa, osmijuma ili tantola. Volfram � temperatura topljenja je 3655 K (3410 C) Vlakno se ugreje na oko 2500 do 2800 C. Prave se od 10 do 300 W. Svetlosni ucinak je 8 do 20 lm/W Svetlosni ucinak opada tokom upotrebe.

36. Sijalice sa metalnim vlaknom Kada se kroz vlakno propusti elekricna struja, vlakno se ugreje, na oko 500 C pocinje da svetli, a oko 2500 C svetli belom bojom. Kad bi u balonu bio vazduh, vlakno bi izgorelo. Problem sa vakuumom je da pri visokim temperaturama volfram isparava sa vlakna, oslobadja se i skuplja na staklenom balonu. Ovim isparavanjem vlakno se brzo tro�i. U modernim sijalicama, u balon se ubacuje inertan gas koji smanjuje gubitak volframa � ispareni atomi se sudaraju sa atomima gasa i tako vracaju na vlakno. Po�to je gas inertan, nema reakcije (sagorevanja). Na taj nacin se povecava vek trajanja sijalice a moguce su i malo vi�e temperature vlakna, dajuci bolji svetlosni ucinak.

37. Tipicne snage i svetlosni fluksevi

38. Sijalice sa metalnim vlaknom 1. Stakleni balon 2. Inertni gas 3. Spiralno vlakno 4,5. Kontaktne �ice (nikl) 6. Podupirac 7. Stakleni podupirac 8. Kontakt 9. Podno�je � navoj 10. Izolacija

39. Vlakno Vlakno je tipicno du�ine nekoliko metara Da bi se dugacko vlakno upakovalo u standardnu sijalicu, pravi se od uvijene spirale � dvostruko spralizovano vlakno.

40. Sijalice sa metalnim vlaknom Podno�je : Navoj E10, E14, E27, E40. Bajonet B-15 i B-22. Bajonet-auto Ba7s, Ba9s, Ba15s i Ba22s. Baloni mogu biti : Bistri Matirani Opalizirani Metalizirani Obojeni

41. Opalizirane sijalice

42. Razne sijalice

43. Specijalne sijalice sa metalnim vlaknom Reflektorske � balon je posebnog oblika i iznutra delimicno presvucen slojem aluminijuma. Infracrvene � za staklenike i za inkubatore Za fri�idere � mala potro�nja Za �porete � specijalno staklo Sa crvenom svetlo�cu � za foto laboratorije Projekcione Za mikroskope

44. Specijalne sijalice sa metalnim vlaknom Halogene sijalice proizvode blje�tavu svetlost koja osvetljene povr�ine cine svetlijim i �ivljim. U balon se dodaje mala kolicina joda ili broma � halogenog elementa, koji �vraca� ispareni volfram na najtoplija mesta vlakna. Stoga se nit mo�e zagrejati na vi�u temperaturu (3000�C) Belja svetlost i bolja svetlosna korisnost (do 22 lm/W) Tipican �ivotni vek od 2000 sati. Posebna pa�nja pri instalaciji.

45. Halogene sijalice Halogene sijalice su do 50% sjajnije od klasicnih sijalica. Kod njih je takode moguca regulacija jacine izlazne svetlosti. Najce�ce su to niskonaponske halogene sijalice, malih dimenzija i velike ekonomicnosti. Neophodan je transformator koji mre�ni napon smanjuje na 12 V. IRC princip zasniva se na termickom vracanju energije. Specijalan omotac na balonu sijalice (infracrveni omotac) reflektuje toplotu nazad u sijalicu. Dakle, potrebno je manje energije da bi u�areno vlakno odr�avalo radnu temperaturu. IRC halogene sijalice u�tede i do 45% elektricne energije Halogene sijalice su dostupne i kao direktna zamena za klasicne sijalice sa u�arenim vlaknom bez potrebe za bilo kojom vrstom transformatora ili pratece elektronike.

46. Halogene sijalice

47. �ivine sijalice �ivine sijalice su prve sijalice sa pra�njenjem u metalnim parama uvedene u op�tu primenu. Koriste se u spolja�njem osvetljenju, kao i za industrijske hale. Relativno mala cena, dug vek trajanja i dobra boja. Danas su malo manje popularne zbog novih sijalica koje imaju bolji svetlosni ucinak.

48. �ivine sijalice Unutra�nja kvarcna cev je ispunjena argonom i �ivom. Prvo se oformi tinjavo izbijanje (luk) izmedju glavne i pomocne elektrode, razvija se toplota i �iva isparava. Uskoro dolazi do pra�njenja izmedju glavnih elektroda.

49. �ivine sijalice Proces zagrevanja traje 3 do 5 minuta. Mora da se ohladi i �iva kondenzuje pre ponovnog paljenja. Svetlosno zracenje nastaje zbog sudaranja elektrona sa atomima �ive. Talasna du�ina zavisi od pritiska �ive (povezan sa temperaturom) i od gustine struje u cevi. Svetlost nema crvene komponente, pa se spoljni balon premazuje fluorescentnim prahom koji reaguje na ultraljubicaste talase i pretvara ih u vidljive i deficitarne crvene talase. Napon paljenja je vi�i od napona pra�njenja. Da se spreci udarna jonizacija i moguce o�tecenje elektroda, koristi se prigu�nica vezana na red, koja smanjuje napon na krajevima cevi na oko 125 V.

50. Tipicne �ivine sijalice

51. Spektar �ivinog pra�njenja Pri malim pritiscima, svetlost je skoro sva u UV opsegu, a porastom pritiska rastu �uta, zelena i ljubicasta komponenta.

52. Fluorescentne cevi 70 % celokupnog ve�tackog osvetljenja na svetu posti�e se pomocu fluocevi. Dug radni vek (oko 10 000 sati) i visok svetlosni ucinak (i do 100 lm/W). Fluocevi rade na principu elektricnog pra�njenja. Elektricnim probojem izmedu elektroda na krajevima staklene cevi, proizvodi se jedva vidljivo UV zracenje. Vidljiva svetlost nastaje tek kada UV zracenje osvetli fosforni sloj koji je nanesen po unutra�njosti staklene cevi. Za start i rad, sve fluocevi koriste predspojne uredaje. 

53. Fluorescentne cevi Staklena cev sadr�i nekoliko miligrama �ive i inertni gas, tipicno argon. Na krajevima cevi su �arne elektrode, prikljucene na AC napon.

54. Fluorescentne cevi Vidljiva svetlost se dobija fluorescencijom premaza cevi, tipicno na 440 nm i 546 nm. Boja svetlosti zavisi od hemijskog sastava premaza. Mnogi ljudi nalaze da je spektar fluo cevi neprijatan � ljudi izgledaju bledo. Ovo je zato �to mnoge fluo cevi imaju malu proporciju crvene svetlosti u spektru, �to pogotovo dolazi do izra�aja pri ni�im nivoima osvetljenosti. Fluo cevi se razlikuju po tyv temperaturi boje koja se krece od 2700K (topla bela) to 6800K (svetlo bela).

55. Fluorescentne cevi Fluorescentne lampe nisu pogodne za spoljnu rasvetu. Razlog je �to na njih u velikoj meri utice temperatura ambijenta, kako je to prikazano na slici. One su najefikasnije kada je temperatura vazduha koji ih okru�uje oko 27�C.

56. Fluorescentne cevi

57. Fluorescentne cevi Prigu�nica i starter. Nacin vezivanja u kolu.

58. Tipicne fluorescentne cevi

59. Povezivanje jedne fluo cevi

60. Svetiljke za fluorescentne cevi . 

61. Kompaktne fluorescentne cevi Zamenjuju klasicne sijalice sa u�arenim vlaknom. Prednosti su: manja potrosnja energije i du�i vek. manji bljesak jer je svetleca povr�ina veca. nema opasnosti od opekotina. U nekim zemljama (Irska, Australija,) sijalice sa u�arenim vlaknom su zabranjene, samo se kompaktne FC prodaju. Mane: skuplja zbog elektronike, ukljucenje nije trenutno, lo�e radi prvih minuta kad je hladno, neke (jeftinije i manje snage) imaju takav premaz da je spektar boje �hladan� i plavicast, problemi sa odlaganjem pregorelih (�iva je opasan otpad).

62. Kompaktne fluo cevi

64. Tipicne vrednosti kompaktnih fluo-cevi