Grundliggende lysdesign Udendørsbelysning

Transkript

1 Grundliggende lysdesign Udendørsbelysning ISR og Energy piano 30 sep. 2017

2 Indhold 1. Godt design God vejbelysning er meget vigtig 2. Lysstyrke-Krav 3. Fotometri 4. Flimmer og blænding 5. Lumenhenfald 6. Lumen-metode 7. Software-værktøjer Source: 2

3 1. Godt design Der kan være økonomiske og miljømæssige grunde til at reducere belysningen; men med minimum lysniveauer. Beskyttelse og sikkerhed for udendørs belysning inkluderende veje, gader og uden for hjemmet. Det gælder om at undgå uheld, at kunne færdes sikkert og kunne se potentielle indbrudstyve. Skønhed hvor den rigtige udendørsbelysning kan skabe en behagelig atmosfære måske med fremhæve detaljer som et historisk monument eller et gademiljø. Et godt design af et vejbelysningsprojekt tager hensyn til aspekter som lysforurening, system energieffektivitet og livscyklus omkostninger. 3

4 2. Lysstyrke Krav (1) - Vejbelysning inkluderer flere vejbaner, cykelstier, fortove, nødspor, monumenter og nogen gange tilstødende arealer. - Udendørsbelysning omfatter monumenter, vejsideområder for fodgængere, cykelstier, nødbaner eller områder ved siden af vejbanen. - Geometrien varierer fra simpel (fx een vejbane) eller kompleks. Minimumskrav skal give sikkerhed, beskyttelse og god synlighed for fodgængere og kørende, men kravene er lave sammenlignet andre krav: 8 til 50 lux for vejbelysning mod lux til læsning og lux til præcisionsarbejde. 4

5 2. Lysstyrke Krav (2) - For vejbelysning måles gennemsnitlige belysningsstyrke horisontalt på vejfladen. - For sport er det sportpladsen horisontalt; men der kan også indgå et vertikalt plan som et ekstra kriterium for at sikre et korrekt syn for spillerne. - I byområder, hvor kriminalitet kan være et problem, bruges den halvcylindriske belysningsstyrke for at lette ansigtsgenkendelse. - Belysningskravene for et specifikt offentligt område afhænger primært af den specifikke lysklassekategori; - En belysningsklasse er et sæt fotometriske krav for den synlighed, der er nødvendig for trafikanterne på typer af vej, gader og områder. - Fodgængernes behov adskiller sig ved hastighed, nærhed af objekter, overflade og ansigtsgenkendelse. Lysstyrke, luminans, m.v. karakterisere minimumsbetingelserne for en bestemt klasse. 5

6 2. Lysstyrke Krav (3) De mest udbredte accepterede definitioner af vejklasser, ydeevne kriterier og målemetoder omfattende: EN : Valg af belysningsklasser EN : 2015 Effektivitet (performance) krav EN : 2015 Beregning of effektivitet EN : 2015 Metoder til at måle effektivitet EN : 2015 Energi effektivitetskrav - CIE* Recommendations for the lighting of roads for motor and pedestrian traffic Indeholder anbefalinger for vejbelysning for motor og forgænger trafik. Kvalitetskriterier og klasser, motor traffik krav, trafikstrøm regulering, etc., for alle vejkategorier og tilstødende områder, der skal belyses. *CIE - Commission Internationale d Eclairage 6

7 3. Fotometri Luminans Lysstyrke Vores øjne ser det lys, der reflekteres fra fladen (fladens luminans) ikke det lys der sendes mod fladen; men belysningsstyrken er meget lettere at måle. 7

8 3.1 Fotometri Synlig Lys Elektromagnetisk stråling dækker et meget stor diversitet af strålingstyper fra radiobølger til gamma-stråler. Lys er stråling med de bølgelængder (λ) (spektrum) som kan ses af det menneskelige øje = området mellem UV (380 nm) og IR (760 nm). Reference: Wikipedia (Original author : Philip Ronan) 8

9 3.2 Fotometri - Lysstyrke Fotometri er videnskaben at måle synligt lys i enheder, der vægtes i henhold til de menneskelige øjnes følsomhed. Den er baseret på en statistisk model af det menneskelige visuelle respons på lyset - det vil sige vores opfattelse af lys - under omhyggeligt kontrollerede forhold. Den fotometriske parameter lystyrke måles i lux (Lumens per kvadratmeter). CIE anmodede over hundrede observatører om visuelt at matche "lysstyrken" af monokromatiske lyskilder med forskellige bølgelængder under kontrollerede forhold. Et gennemsnit af målingerne resulterer i det såkaldte "photopic response" for den "gennemsnitlige" menneskelige observatør. 9

10 3.3 Fotometri Dag og Nat Syn Der er tre typer af syn: Photopic Mennesker farvede syn under normale dagslysforhold (> 3 cd / m2). Øjenkeglerne er aktive. De er ansvarlige for farveopfattelse. Scotopic - menneskesyn i mørket (<0,001 cd / m2). Kun øjenstænger er aktive. Mesopic - en kombination af fotopisk og scotopic vision i situationer med lavt men ikke helt mørkt lys. Dette er betingelserne ved offentlige belysning, hvor både øjenkegler og -stænger er aktive. 10

11 3.3 Fotometri Dag og Nat Syn Sensitivitetskurver: Scotopic, Photopic og Mesopic menneskelig syn. Øjet reagerer ikke kun på lysstyrke men også på lysets spektralfordeling 11

12 3. Fotometri Mesopiske lysforhold I mellemlys intensitetsområder (skumring, daggry, gadelys) ligger øjets spektralfølsomhed et sted i området mellem nattesyn og dags-syn. Denne tilstand kaldes mesopic, og her er både stænger og kegler aktive. Traditionelle metoder med brug af 'Photopic Lumens' til at beskrive lysintensiteten i et mesopic område undervurderer lysintensiteten kraftigt, da de ignorerer stavcellernes bidrag til synet eller 'Scotopic Lumens. På Lawrence Berkley Laboratory er udviklet S/P forholdet (Scotopic/ Photopic ratio), der kan konvertere traditionelle lumens til faktiske lumens opfattet af øjet under mesopiske lysforhold, og giver et mere præcist estimat af den tilsyneladende visuelle lysstyrke af en lyskilde. Photopic Lumens * [S/P faftor] = Pupil Lumens Det forklarer en lav watt LED med højt S/P forhold fremstår som lysere for det menneskelige øje end en HPS-lampe med dobbelt så stor watt men utilstrækkelig spektrum for vores øje under mesopiske lysforhold. 12

13 3. Fotometri Pupil Lumens 60 Watt LED 140 lm/w: 8,400 [Photopic] * 1.96 [S/P]= 16,464 [Pupil Lumens] 150 Watt HPS 90 lm/w: 13,500 [Photopic] * 0.62 [S/P]= 8,370 [Pupil Lumens] 13

14 4.1 Flimmer Flimmer er hurtige og gentagne ændringer i lysintensitet Hvis frekvensen er under 90 Hz, vil flimmer typisk opfattes som blinkende, flagrende og ustabilt. Det skyldes, at den spændingsforsyningen til lyskilde ændres eller forsyningsspændingen selv fluktuerer Over 90 Hz kan ikke synlig flimmer have virkning på fysiologi og hjernes evne til at huske og bearbejde. Alle lyskilder kan flimre men for gode produkter er sørget, at flimmer ikke forekommer. Flimmer kan skyldes fluktuation i spændingsforsyningen, forkoblingen/driver, lysdæmper, defekte/dårlige elektriske og elektroniske komponenter i lyskilden (starter eller kondensatorer), eller komponenterne er ved at nærme sig slutningen af deres liv. 14

15 4.2 Blænding (1) Blænding skabes af overdreven/ukontrolleret lysstyrke, for stor kontrast, direkte ind-syn til lyskilde i armatur, sol i vindue, m.v. Det være synsnedsættende og/eller give ubehag, distraktion eller nedsat evne til at observere vigtige oplysninger. Det nedsætter færdselssikkerheden. Eksempel på belysning resulterende i synsnedsætning og ubehagsblænding Eksempel på hvordan reduceret lysstyrke forbedrer lysforholdene Source: lighting research center ( 15

16 4.2 Blænding (2) Der er to typer af blænding: Synsnedsættende blænding Synsevnen reduceres ved, at lyskilderne forårsager, at lysstyrken overlapper i billedet på nethinden, hvilket giver en reduceret billedkontrast, og gør det svært at skelne mellem små kontraster og/eller mindre objekter. Ubehagsblænding Blændingen giver ubehag. Det betragtes som et subjektivt kriterium, da følsomheden varierer fra person til person. 16

17 5. Lumenhenfald Hastigheden for lumenhenfald afhænger af belysningsteknologi, antal brændtimer, antal on/off cykler, temperatur, fugtighed, tryk m.v. Desuden skal snavsakkumulering håndteres med jævnlig rengøring. Vedligeholdelsesfaktoren er et estimat fra producenten for, hvor meget lysstyrken falder over levetiden. For LED er det en L-værdi for en levetid. Tre metoder til at håndtere lumenhenfald: 1. Lumenhenfald kan håndteres ved at købe større lyskilde wattage, hvilket medfører ekstra elforbrug i de første år af levetiden og måske større investering. 2. Alternativt kan man købe CLO armaturer/lyskilder med "konstant lumen output gennem hele levetiden (via styring i driveren). Dette giver besparelser på elforbruget. 3. En tredje mulighed er, at nogle producenter sælger intelligente LED armaturer inklusiv elektronik og kommunikation, hvor der via styring kan kompenseres for lumenhenfald. 17

18 6. Lumen Design - Vejbelysning Der anvendes en forenklet lumen-metode til at beregne lysniveauet for et bestemt rum (vej, rum, m.v.). Metoden består af en række beregninger, der bruger horisontale lysstyrkekriterier for at etablere et ensartet armaturlayout I sin enkleste form er lumen-metoden blot det samlede antal lumen, der er til rådighed i et rum, divideret med rummets areal. For at udføre denne beregning skal mange faktorer, koefficienter, lyskilde-lumendata og andre størrelser indsamles. Normalt bruges et softwareværktøj til at udføre beregningerne fx. Dialux. 18

19 6. Lumen Design - Horisontale lysstyrker Beregning af horisontal lysstyrke for et punkt på vejen: E = [I c, γ cos3 γ h 2 ] (lux) γ er vinklen dannet incidens retning i punktet og lodret (se figuren). Summen (Σ) omfatter i teorien alle armaturer i installationen. Illuminans-beregningerne vil lige som lysstyrke-beregningerne blive påvirket af en vedligeholdelsesfaktor. Source: Indalux 19

20 6. Lumen Design - Luminans beregning Luminans for et punkt på en vej beregnes som: L = [I c, γ r β, tg γ h 2 ] (cm/m 2 ) Summen (Σ) omfatter teoretisk alle armaturer i installationen. Lysintensiteten (I(c, γ)) og reduceret luminans-koefficient (r(β,tg γ)) er fundet ved kvadratisk interpolation af armatur-intensitet-matricen og fortovreflektion chart. Variabel h er armatur-max-højde (se figuren). Source: Indalux 20

21 6. Lumen Design - Vedligeholdelsesfaktor Vedligeholdelsesfaktor (MF) udtrykker den gennemsnitlige reduktion af lysstyrken over lyssystemets levetid. MF er et produkt af fire faktorer: MF = LLMF x LSF x LMF x RMF LLMF = Lyskilde-lumen-vedligeholdelsesfaktor (fra katalog eller praktisk målt værdi i en installation); LSF = Lyskilde-overlevelsesfaktor (afhænger af vedligeholdelsesplan, frekvens af tænd/sluk, udskiftes defekte lyskilder øjeblikkelig er faktoren 1, idet der så ikke vil blive tab af belysning grundet lyskildefejl; LMF = Armatur-vedligeholdelsesfaktor (afhænger især af skidtopbygning og intervallet mellem rengøring for armaturet); RMF = Rum-vedligeholdelsesfaktor (f.eks. Fx en tunnel, afhænger især af skidtopbygning og interval mellem rengøring), 21

22 7. Software-værktøjer Gratis og kraftfulde softwareværktøjer kan anvendes i designprocessen. Værktøjerne indeholder komplette databaser med lyskilde-karakteristika fra forskellige producenter; Disse software kan udføre komplekse beregninger, hjælpe med rumanalyse, præsentation eller endda en fotorealistisk gengivelse af rummet, der skal belyses. Lysværktøjer beregner lysstyrken og luminans for overflader. Værktøjerne kan eksportere de beregnede data. PÅ verdensplan er de fire mest anvendte værktøjer: DIALux ( Relux ( Radiance ( AGI32 ( 22

23 7.1 Software: DIALux 23

24 7.2 Software: Relux 24