Lys Design. Indendørsbelysning

Transkript

1 Lys Design Indendørsbelysning ISR og Energy piano 30. September 2017

2 Indhold 1. Godt Design 2. De to vigtigste standarder 3. Fotometri Generelt 4. Fotometri Kvantitative mål for Lys 5. Fotometri Farve, Blænding, Flimmer 6. Design - Dagslys, Ensartethed, Generel/Lokal lys 7. Lumen henfald og Lumen beregning 8. Software 2

3 1. Godt Design Lysdesign er at sørge for passende synlighed for de personer, der opholder sig i bygningen. Den rigtige belysning på det rigtige tidspunkt på det rigtige sted. Målet er: Tilstrækkelig belysning for at udføre de visuelle opgaver selv under vanskelige omstændigheder og over en længere periode. Visuelle forhold der giver en følelse af velvære og medvirker til høj ydeevne. 3

4 1. Godt Design God belysning giver sikkerhed, produktivitet, velvære og godt helbred. Overbelysning og for lidt belysning fører til øjen-træthed. Belysning skal spille sammen med arkitekturen tænk lys ind fra starten med krav med I udviklingen af arkitekturen. I service sektoren udgør lys typisk 20% af elforbruget. Derfor er energieffektivitet, brug af dagslys og lysstyring vigitig. God belysning opnås via et godt design med balance mellem: 1) menneskelige behov 2) arkitektur 3) energieffektivitet 4) 0lave livscyklusomkostninger. 4

5 2. Standarder God indendørsbelysning via at opfylde minimumsgrænserne for: Sikkerhed mod uheld; Visual ydeevne til at kunne udføre arbejde med graduering efter, hvor visuelt svære opgaver, at man udfører plus varigheden; Visuel komfort så man har en følelse af velvære, hvilket medvirker til at man udfører arbejdet bedre og forbliver rask. De væsentligste standarder for indendørs belysning i servicesektoren er: EN Light and lighting - Lighting of work places - Part 1: Indoor work places EN Energy performance of buildings Energy requirements for lighting 5

6 2.1 Standard DS/EN :2011 European Standard EN :2011, Light and Lighting - Lighting of workplaces - Part 1: Indoor work places, indeholder krav/anbefalinger for følgende parametre: Lysstyrke Ensartethed Blænding Farvegengivelse Der er anbefalinger for diverse typer af erhverv og aktiviteter. Eksempel: Der er også anbefalinger for belysning af vægge og lofter. 6

7 2.2 IEC Standard EN :2017 Energikrav for Bygninger herunder Belysning Standard der supporterer implementering af EU s EPBD direktiver. LENI (Lighting Energy Numeric Indicator) introduceret heri og er et kvantitativt mål for energieffetiviteten for en bygning [kwh / m 2,,år]. Beregningerne inkluderer hovedparametre for elforbrug i bygningen: Samlet effekt for belysning inklusiv standby for styresystemer, opladning og nødbelysning; Lysstyringssystem (manuelt eller automatisk i forhold til dagslys eller bevægelsessensorer); Dagslys indtrægning fra lodrette vinduer og taglys-systemer; brugen af bygningen og korresponderende behov for belysning; Hvornår der er personer i bygningen (beskæftigelses-tidspunker og usikkerhed). 7

8 3. Fotometri Generelt 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. 8

9 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) 9

10 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. 10

11 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. 11

12 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 12

13 3.4 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. 13

14 3.5 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] 14

15 4. Fotometri Kvantitative mål for Lys Lysmængde Lys intensitet Lysstyrke Luminans Reflektans 15

16 4.1 Fotometriske størrelser og enheder Lysmængde (F) Mængden af lys udstrålet fra lyskilden (i alle retninger). Enhed Lumen (lm) Symbol Ф Oplyses i lyskilde specifikation i katalog, datasider, hjemmeside og på indpakningen. Energieffektivitet = Lysmængde Effektforbrug (lm/w) 16

17 4.2 Fotometriske størrelser og enheder Lys Intensitet (I) Mængden af lys udsendt per sekund i en specifik retning og keglevinkel delt med keglevinklen Ω = (S/r²) I v2 I v1 Enheden er candela (cd) Ω I I = Ф Ω 17

18 4.3 Fotometriske størrelser og enheder Lysstyrke (E) Mængde lys der falder på en enhed af af et overfladeareal. Enhed Lux (lx = lm/m 2 ). Lysmængde der rammer overfladen E = Ф A Lysstyrke eksempler (lux) Overflade areal der rammes af lyset Sommer klar dag Overskyet dag Kontorbelysning Hotel rum Måneskin klar himmel lux lux 500 lux 100 lux 0,25 lux Vi ser ikke illuminansen (lysstyrken); men lyset der reflekteres fra overfladen = luminansen. 18

19 4.4 Fotometriske størrelser og enheder Luminans (L) Luminansen for en lys-udsendende ting eller overflade er lysintensiteten (I) udsendt per enhed af arealet eller overfladen Aa i en specifik retning. Enheden er candela per kvadratmeter (cd/m 2 ). L = I A a Lyskilde Luminans (cd/m 2 ) Sol overfladen 1,650x10^6 Glødepære 7,000,000 Blue overskyet himmel 2,000 / 80,000 x10^3 Lysstofrør 5,000 15,000 Kontor skrivebord 100 Vejoverflade (vejbelysning)

20 4.6 Fotometriske størrelser - RESUME Størrelse og symbol Enhed Enhed Symbol Forklaring Lysmængde Lumen lm Lysmængde fra lyskilde Lysintensitet Candela cd Lysintensitet Energieffektivitet Lumen per Watt lm/w Energieffektivitet Lysstyrke Lux lx Luminans Candela per kvadrat meter cd/m 2 Reflektans % ρ Lysmængde på en given overflade Opfatte lyshed for en overflade Forhold mellem reflekteret og indfaldende lys 20

21 5.1 Farvetemperatur 4000K god til arbejde Source: Phillips Lighting University Varm hvid Kold hvid Spektrum for glødepære (2800 K). Spektrum for sollys midt på dagen (5000 K). Mere diskontinuære spektra Eksempel på spektrum for lysstofrør. Eksempel på spektrum for LED 21

22 5.2 Farvegengivelse Farvegengivelse definerer hvide lyskilders evne til at gengive farvee korrekt. Det måles typisk med CRI (Colour Rendering Index) med en skala fra 0 til 100, hvor 100 er bedst (gives af dagslys). CRI > 90 er fremragende og anvendes på hospitaler, sundhedsklinikker, museer, teatrer, farve-inspektion/valg, tøjbutikker m.v. CRI > 80 er tilfredsstillende for de fleste indendørs-aktiviteter. CRI er beregnet på grundlag af gengivelsen af 8 farver. Desuden måles typisk 6 special farver R9 - R14 i supplementerende analyser. Det er fundet at den kraftig røde del spektrum for LED lyskilder i mange tilfælde er for lav, hvor det anbefales at R9 >

23 5.3 Blænding Blænding skabes af overdreven/ukontrolleret lysstyrke, belyste lyse overflader, direkte ind-syn til lyskilde i armatur, sol i vindue, for stor kontrast m.v. 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. 23

24 5.3 Beregning af Ubehagsblænding CIE Unified Glare Rating (UGR) UGR ligger i intervallet fra 5 til 40 Jo lavere jo bedre. Eks.; 10 vil ikke blive bemærket; men 28 vil genere. Vores øjne reagerer logaritmisk på lys Sum for alle armaturer i rummet UGR = 8 log 10 0,25 L B Baggrunds luminans L 2 Ω p 2 Luminans for et armatur Vinkel for armaturet set fra betragterens position Guth índex som er større jo længere armaturet er fra synslinien for betragteren 24

25 5.3 Afskærmning mod Blænding Luminans kcd/m 2 Min beskyttelses vinkel α 20 to < to < For armaturer skal for den specikke luminans anvendes minimumbeskyttelsesvinklen (se tabellen og figuren) for det visuelle felt. Reference: EN :2011, se om blænding 25

26 5.3 Undgå Blænding Lysdesign uden skarpe overgange/kontraster Styring af lyset fra vinduer via persienner eller tynde gardiner Forsyne bygningen med afskærmning mod kraftig sollys Manuel vindue-solafskærmning (så man kan se sollys på en vinterdag) Brug af refleksion eller absorberende glas i vinduerne. Undgå farvet glas. Lyse lofter, paneler og vægge Installere blødt diffus belysning i rum med megen IT virksomhed Retningsbestemt belysning mod, hvad der arbejdes med Brug af større lyskilder/armaturer/oled med mindre lyskoncentration Delvis brug af indirekte belysning Brug af afskærmning og/eller gittre i armaturerne Sørge for at lyskilderne ikke kan ses direkte i normale synsvinkler. 26

27 5.4 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. 27

28 5.4 Måling af Flimmer og Krav Procent Flimmer IES mål af den relative ændring af modulation. Den tager hverkenn hensyn til frekvans eller bølgeform. A B Procent Flimmer = 100 A + B Flimmer Index IES mål der ser på bølgeformen i form af arealerne over og under gennemsnit. Inkluderer ikke frekvensen. Flicker Index = Area 1 Area 2 IEA SSL s krav; f: Flimmer frekvens (Hz) FM: Flimmer modulation max (%) Nye IEA f SSL 90Hz krav som er med i FM opdateriet (0,025 udkast x f) til ny EU forordning Hz (foråret 2019): FM (0,08 x f) Short-term f > 1250Hz flicker metric for visible Ingen flicker FM krav PstLM 1.0 Stroboscopic Visibility Measure SVM <0.4 28

29 6.1 Design anvend dagslyset 29

30 6.2 Design - ensartet belysning Ensartethed er et udtryk for jævnheden af lysstyrkens spredning over henholdsvis arbejdsareal, gulv eller vægge. Hvis belysningen er for ujævn begynder øjnene at lave ufrivillige justeringer; mens øjnene stadig forsøger at fokusere. Dette medfører unødig stress og træthed. Standarden EN indeholder anbefalinger. Minimum lysstyrke ensartethed kaldes U O. Hvis kravet er U O er 0.6 og lysstyrke kravet for et areal er 300 lux, betyder dette at lysstyrken skal være mindst 180 lux for hvilket som helst punkt inden for arbejdsområdet (arealet). Direkte belysning giver skygger; mens detaljer kan forsvinde. Generelt opnår man den bedste belysning via en blanding af diffus og direkte belysning. 30

31 6.3 Design sørg for kontrast Kontrast (Luminans Kontrast) Forholdet mellem luminans for et lyst område af interesse og af det tilstødende mørkere område. Hver kritisk detalje i en visuel opgave skal afvige i lysstyrke eller farve fra den omgivende baggrund for at blive set. Synligheden er maksimal, når luminanskontrasten (og farvekontrasten - hvis der er en sådan) af detaljer i forhold til baggrunden er størst. 31

32 6.4 Design - generel og lokal belysning 32

33 7.1 Lumenhenfald Ældre teknologier 33

34 7.2 Lumen henfald LED Påvirket af: Temperatur Fugtighed Spænding/strøm fluktuation Material nedbryning (fosfor og omsluttende) Snavs/rengøring) 34

35 7.2 Metoder til at håndterer 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. 35

36 7.3 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), 36

37 7.3 Lumen Design - Beregning I belysningsdesign anvendes en forenklet lumen metode til at beregne lysniveauet for et bestemt rum. Metoden er en række beregninger, der bruger horisontale lysstyrkekriterier for at etablere et ensartet armaturlayout E = n F N UF LLF A E Gennemsnitlig horisontal belysning af arbejdsplan (lux) n Antal lyskilder i hver armatur F Lyskilde design lysmængde (lumen) N Antal armaturer UF Benyttelsesfaktor for det horisontale arbejdsplan LLF Vedligeholdelsesfaktor A Areal for arbejdsplanet (m 2 ) Typisk bruges et softwareværktøj til beregningerne fx. Dialux. 37

38 8. 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 ( 38

39 8. Software: DIALux 39

40 8. Software: Relux 40