Θεμελιώδη μεγέθη και νόμοι της φωτομετρίας και πρότυπα για έργα φωτισμού οδών, εξωτερικών χώρων και σηράγγων

Transcript

1 Σεμινάρια ΤΕΕ Φωτισμός οδών, εξωτερικών χώρων και σηράγγων Αίθουσα εκδηλώσεων ΤΕΕ, 13 Μαρτίου 2019, Θεμελιώδη μεγέθη και νόμοι της φωτομετρίας και πρότυπα για έργα φωτισμού οδών, εξωτερικών χώρων και σηράγγων Φραγκίσκος Β. Τοπαλής Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Εργαστήριο Φωτοτεχνίας

2 Το ορατό φως: Μια ακτινοβολία σαν όλες τις άλλες Όρια ορατής ακτινοβολίας: 380nm-780nm Τι διαφέρει από τις άλλες: Διεγείρει τον ανθρώπινο οφθαλμό

3 Ο ανθρώπινος οφθαλμός Τα αισθητήρια της όρασης: στον αμφιβληστροειδή (retina) 2 τύποι τέτοιων αισθητήρων : Κώνοι (~6-7 εκατομμύρια σε κάθε οφθαλμό) Ράβδοι (~120 εκατομμύρια σε κάθε οφθαλμό)

4 Τα αισθητήρια της όρασης και το κέντρο όρασης στον εγκέφαλο

5 Κώνοι και ράβδοι Ράβδοι πολύ πιο ευαίσθητοι από τους κώνους Υπό φως οι ράβδοι φθάνουν σε κορεσμό και δεν αντιδρούν Υπό σκότος οι κώνοι είναι σχεδόν αδρανείς Άρα η όραση οφείλεται στους κώνους υπό φως: Φωτοπική όραση (Photopic vision) στις ράβδους υπό σκότος : Σκοτοπική όραση (Scotopic vision) Οι ράβδοι δεν αναγνωρίζουν χρώματα Η αναγνώριση χρωμάτων οφείλεται μόνο στους κώνους

6 Κώνοι και ράβδοι Μέγιστη ευαισθησία κώνων στα 555 nm (πρασινοκίτρινο) Μέγιστη ευαισθησία ράβδων στα 507 nm (κυανοπράσινο

7 3 τύποι κώνων Υπεύθυνοι για την αναγνώριση των 3 βασικών χρωμάτων (κόκκινο, πράσινο, μπλε) Η έλλειψη ενός τύπου κώνων προκαλεί αχρωματοψία

8 Φως και χρώμα Με ποιο μέγεθος μετρούμε το χρώμα (απόχρωση) των φωτεινών πηγών; Με αντιστοίχιση με το χρώμα της ακτινοβολίας που εκπέμπει το μέλαν σώμα του Max Planck όταν βρεθεί σε συγκεκριμένη θερμοκρασία

9 Το φάσμα του μέλανος σώματος του Max Planck h Σταθερά Planck (6, J s) c Ταχύτητα φωτός (2, m/s) k Σταθερά Boltzman (1, J/K) λ Μήκος κύματος (m) t Θερμοκρασία μέλανος σώματος (Κ) P λ Watt ακτινοβολίας ανά m 2 επιφανείας μέλανος σώματος ανά m μήκους κύματος

10 Όταν αλλάζει η θερμοκρασία του μέλανος σώματος μετατοπίζεται η κορυφή του φάσματός του Υψηλή θερμοκρασία -> Προς μικρότερα μήκη κύματος Χαμηλή θερμοκρασία -> Προς μεγαλύτερα μήκη κύματος

11 Θερμό και ψυχρό μέλαν σώμα Ψυχρό μέλαν σώμα: Πλούσιο το μπλε περιεχόμενο Θερμό μέλαν σώμα: Πλούσιο το κόκκινο περιεχόμενο

12 Αντιστοίχιση φωτεινής πηγής με μέλαν σώμα Βρίσκουμε το μέλαν σώμα που εκπέμπει ακτινοβολία με την ίδια απόχρωση με το φως της φωτεινής πηγής μας Εκφράζουμε το χρώμα της φωτεινής πηγής με τη θερμοκρασία στην οποία όταν βρεθεί το μέλαν σώμα θα παράγει φως του ιδίου χρώματος με την πηγή Η θερμοκρασία στην οποία όταν βρεθεί το μέλαν σώμα παράγει ομοιόχρωμο φως με την πηγή είναι η θερμοκρασία χρώματος (Colour temperature) της φωτεινής πηγής

13 Θερμοκρασία χρώματος διάφορων φωτεινών πηγών

14 Η θερμοκρασία χρώματος στον οδοφωτισμό Χαμηλή θερμοκρασία χρώματος (θερμή απόχρωση) Υψηλή θερμοκρασία χρώματος (ψυχρή απόχρωση)

15 Επίδραση της απόχρωσης φωτός στη ψυχολογική διάθεση

16 Η ποιότητα απόδοσης χρωμάτων από τις φωτεινές πηγές Μετράται με φασματικές μεθόδους η απόδοση από τη φωτεινή πηγή μιας σειράς τυποποιημένων χρωμάτων Η συνολική βαθμολογία, με άριστα το 100, εκφράζεται: με το συντελεστή Ra (Ευρώπη) ή με το συντελεστή Color Rendering Index-CRI (ΗΠΑ) Ra=CRI

17 Ένα παράδειγμα

18 Το αποτέλεσμα

19 Κατηγορίες χρωματικής απόδοσης LED LED 1B 1A

20 Τι είναι το φως; Το φως είναι ακτινοβολία που γίνεται αντιληπτή από τον οφθαλμό Άρα, η δημιουργία φωτός εξαρτάται από: την ισχύ P(λ) της ακτινοβολίας και την περιοχής του φάσματος που εκπέμπεται η ακτινοβολία σε σχέση με την ευαισθησία V(λ) του οφθαλμού 780nm 380nm P( ) V ( ) d

21 Φωτεινή ροή (Luminous flux) Η φωτεινή ισχύς φωτεινής πηγής ονομάζεται φωτεινή ροή: K m 780nm 380nm P( ) V ( ) d P(λ): Watt Km= 683 lumen/watt Φ: lumen (συντόμευση: lm)

22 Προσδιορισμός της φωτεινής ροής Ακτινοβολία P(λ) Ευαισθησία οφθαλμού V(λ) Φωτεινή ροή: Ολοκλήρωμα του P(λ)V(λ) K 780nm m 380nm P( ) V ( ) d

23 Φωτεινή ένταση (luminous intensity) Φωτεινή ένταση I είναι η ποσότητα φωτεινής ροής Φ (lumen) ανά μονάδα στερεάς γωνίας Ω (steradian) I 1 lumen 1 candela 1 steradian Στερεά γωνία Ω=S/r 2 Μονάδα: Στερακτίνιο (sr)

24 Διαγράμματα πολικής κατανομής φωτεινής έντασης φωτεινής πηγής Κατανομή φωτεινής έντασης στο χώρο σε πολικές συντεταγμένες

25 Ένταση φωτισμού (illuminance) Ένταση φωτισμού E είναι το μέτρο της φωτεινής ροής Φ (lumen) ανά μονάδα (m2) φωτιζόμενης επιφάνειας S E S Μονάδα: lux (lx) 1 lux 1 lumen 2 1m

26 Μερικές τυπικές εντάσεις φωτισμού

27 Παραδείγματα απαιτήσεων έντασης οδοφωτισμού του Ευρωπαϊκού Προτύπου ΕΝ

28 Μετρητές έντασης φωτσμού (Luxmeters) Φορητοί Γενικής χρήσης Ακρίβειας δεκαδικών Υψηλής ακρίβειας Επιτραπέζιοι (για εργαστήρια)

29 Καμπύλες ίσου φωτισμού Διάγραμμα Isolux

30 X(m ) Isolux με ψευδο-χρώματα για διάκριση των περιοχών ίσου φωτισμού A A A Y(m)

31 Μέτρηση έντασης φωτισμού οδοστρώματος σύμφωνα με το ΕΝ Μέτρηση σε κάναβο μεταξύ 2 διαδοχικών ιστών Υπολογισμός μέσης έντασης φωτισμού Υπολογισμός ομοιομορφίας φωτισμού E min /E av

32 Λαμπρότητα (Luminance) ή έ ή ύ ή έ ά ή ό έ ή L I A candela m 2 ά : cd / m Nit( ά ) 2

33 Παραδείγματα απαιτήσεων λαμπρότητας του Ευρωπαϊκού Προτύπου ΕΝ

34 Λαμπρόμετρα Απλά φορητά Λαμπρόμετρα spot με σκόπευτρο Κάμερες λαμπρότητας

35 Μέτρηση λαμπρότητας οδοστρώματος σύμφωνα με το ΕΝ Μέτρηση λαμπρότητας σε κάναβο μεταξύ 2 διαδοχικών ιστών Υπολογισμός μέσης λαμπρότητας, ομοιομορφίας λαμπρότητας, διαμήκους ομοιομορφίας, δείκτη θάμβωσης, δείκτη φωτισμού περιβάλλοντος

36 Μέτρηση λαμπρότητας με spot λαμπρόμετρο ή με κάμερα λαμπρότητας Στατική κάμερα Επί κινουμένου οχήματος Λήψη εικόνας σε πραγματικό χρόνο

37 Να λάβουμε υπ όψιν και τη φωτορύπανση; Το κακό οπτικό σύστημα στέλνει φως εκεί που δεν χρειάζεται Άσκοπη σπατάλη ενέργειας για να στέλνουμε φως στον ουρανό και στα μπαλκόνια Βιολογικές επιδράσεις στον άνθρωπο (αναστολή έκκρισης μελατονίνης-κόπωση-στρες) αλλά και στην πανίδα και χλωρίδα Φωταύγεια του ουράνιου θόλουαπώλεια του νυχτερινού ουρανού. Τα σύγχρονα παιδιά δεν έχουν δει ποτέ τη γραμμή του γαλαξία μας

38 Υπολογισμός του φωτός που ρυπαίνει UFR: Upward Flux Ratio μ: Utilization Factor ULOR: Upward Light Output Ratio DLOR: Downward Light Output Ratio P area : Reflectance of road surface P surrounds : Reflectance of surroundings L av,initial /L av,maint : Maintenance factor

39 Γενικά είναι στο χέρι μας να μην έχουμε δρόμους σαν αυτούς Θάμβωση από τα φωτιστικά Συνολική ανομοιομορφία Διαμήκης ανομοιομορφία

40 Η μέρα που θα έχουμε δρόμους σαν αυτούς δεν απέχει πολύ

41 Ευχαριστώ για την προσοχή σας Φραγκίσκος Β. Τοπαλής Εργαστήριο Φωτοτεχνίας Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο