Teori om lysberegning

Transkript

1 Indhold Teori om lysberegning... 1 Afstandsreglen (lysudbredelse)... 2 Lysfordelingskurve... 4 Lyspunktberegning... 5 Forskellige typer belysningsstyrke Beregning af belysningsstyrken fra flere lyskilder Beregning af middelbelysningsstyrken Em Regelmæssighed UUUU18T Blænding UGR Refleksion ϱ Flimmer (flicker) Teori om lysberegning

2 Afstandsreglen (lysudbredelse) Afstandsreglen handler om at en given lysstyrke (I) fra et punkt (S) vil udbrede over et større samlet areal A jo længere væk for lyskilden arealet er. Nedenstående illustration viser at hvis den udsendte lysstrøm dækker et kugleudsnit på 1 x1 m 1 meter fra lyskilden, så vil den udsendte lysstrøm dækker et kugleudsnit på 2 x 2 m 2 meter fra lyskilden samt et kugleudsnit på 3 x 3 m 3 meter fra lyskilden. Belysningsstyrken (E) er forholdet mellem den udsendte lysstrøm divideret med arealet, derfor vil belysningsstyrken blive mindre jo længere væk fra lyskilden man er. Formlen for beregning af belysningsstyrke er: EE = II AA = II rr 2 Hvis E er 200 lux 1m fra lyskilden så er E = 50 lux 2 m fra lyskilden. Det kan udtrykkes således: belysnings styrken aftagen med kvadratet i forhold til afstanden.

3 Rumlig lysfordelingskurve Den rumlige lysfordelingskurve fremkommer ud fra måling af lysstyrken i alle retninger fra en lyskilde eller et belysningsarmatur. Armaturfabrikanter udfører måling af lysfordelingen på alle deres belysningsarmaturer. Lysfordelingskurvene anvendes til beregning af middelbelysningsstyrke i et rum eller udendørs. Beregningen kan foretages manuelt som en overslagsberegning eller med et beregningsprogram for et mere præcis resultat. Herunder er en rummelig lysfordelingskurve for en halogenpærer.

4 Lysfordelingskurve På lysfordelingskurven kan der aflæses hvor stor lysstyrker der i forhold til lyskildens lysstrøm. Herunder er en lysfordelingskurve for en glødelamper, inddelingen er 20cd/1000lm. Den inderste ring er 0 (ved andre lysfordelingskurve er nul centrum), værdien aflæses i punktet, hvor lysfordelingskurven skærer linjen for den aktuelle udstrålingsvinkel. Bemærk at der ved andre kurver kan have inddeling som starter fra centrum. Som det fremgår af kurven kan der stort set aflæses samme værdi i området fra 0 til 160 udstrålingsvinkel, fra 160 til 180 går lysudsendelsen mod 0. I området fra 0 til 160 udstrålingsvinkel kan der aflæses at ser udsendes ca. 80 cd/1000 lm. Ved en lyskilde med 600 lumen (ϕ) udsendes der en lysstrøm på 48 cd i given retning mellem 0 til 160. Ved en punktformet lyskilde er lysudsendelsen den samme i alle retninger. Lysstyrken beregnes ud fra formlen: II = Φ 4Π

5 Ved beregning regnes en halogenpære som en punktformet lyskilde. Ved en lyskilde med 600 lumen (ϕ) vil lys strømmen beregnes til 47,7 cd som svarer godt overens med resultatet fra lysfordelingskurven. II = Φ 4Π = 600 4Π = 47,7 [cccc] Lyspunktberegning Lyspunkt beregning er grundlaget for al lysberegning, til lyspunktberegning anvendes lyspunktmetoden. Ved lyspunktmetoden beregnes belysningsstyrken i et punkt. Beregningen kan opdeles i 2 beregninger, en beregning direkte under lysgiveren og en beregning i en vinkel ud fra lysgiveren. Lysgiveren kan enten værre en punktformet lyskilde eller et belysningsarmatur med lysfordelingskurve. Udgangspunktet for beregningen er formlen for beregning af belysningsstyrken (E). EE = II h 2 E: belysningsstyrke vinkelret på lysstrømmen I: Lysstyrken i en retning h: Afstanden fra lysgiver til beregningspunktet

6 Beregning fra en punktformet lyskilde. Figur 1 Lysstrømmen (I) beregnes ud fra lyskildens lysstrøm (ϕ). II = Φ 4Π Eksempel: Lysstrømmen for en halogenpære er opgivet til 600 lumen, lyskildens højde er 0,6 m over beregningsfladen. Lysstrømmen i alle retninger beregnes til: II = Φ 4Π = 600 4Π = 47,7 [cccc] Belysningsstyrken under lyskilden beregnes til: EE 0 = I h 0 2 = 47,7 0,6 2 = 133[llllll]

7 For at beregne lysstyrken i en vinkel på 40, skal afstanden hv udregnes. Ud fra en trekantsberegning er forholdet: h 0 = h vv cos vv h vv = h 0 cos vv h vv = h 0 cos vv = 0,6 = 0,78 mm cos 40 Belysningsstyrken EE 40 beregnes til: EE 40 = I 2 h = 47,7 = 78 [llllll] vv 0,782 For at beregne den lodrette belysningsstyrke i en vinkel på 40, skal EE 40 omregnes til en lodret belysningsstyrke EEEE 40 som er belysningsstyrken på den vandrette flade. Ud fra en trekantsberegning er forholdet: EEEE 40 = EE 40 cos vv EEEE 40 = 78 cos 40 = 60[llllll]

8 Beregning fra en lysfordelingskurve. Ved beregning al belysningsstyrken fra en lysfordelingskurve, skal anvendes samme fremgangsmåde som ved en punktformet lyskilde, lysstrømmen skal dog aflæses på lysfordelingskurven for den aktuelle udstrålingsvinkel Figur 2 Eksempel: Lysstrømmen for en halogenpære er opgivet til 600 lumen, lyskildens højde er 1,6 m over beregningsfladen. Lysudsendelsen under lyskilden aflæses til 300cd/1000lm Lysudsendelsen ved 40 aflæses til 350cd/1000lm II 0 = I 1000llll = = 500 [cccc] Φ 600 II vv = I 1000llll = = 583 [cccc] Φ 600 Belysningsstyrken under lyskilden beregnes til: EE 0 = I h 0 2 = 500 1,6 2 = 195[llllll]

9 For at beregne lysstyrken i en vinkel på 40, skal afstanden hv udregnes. Ud fra en trekantsberegning er forholdet: h 0 = h vv cos vv h vv = h 0 cos vv h vv = h 0 cos vv = 1,6 = 2,09 mm cos 40 Belysningsstyrken EE 40 beregnes til: EE 40 = I 2 h = 583 = 133 [llllll] vv 2,092 For at beregne den lodrette belysningsstyrke i en vinkel på 40, skal EE 40 omregnes til en lodret belysningsstyrke EEEE 40 som er belysningsstyrken på den vandrette flade. Ud fra en trekantsberegning er forholdet: EEEE 40 = EE 40 cos vv EEEE 40 = 133 cos 40 = 102[llllll]

10 Forskellige typer belysningsstyrke Vandret belysningsstyrke Eh Vandret belysningsstyrke kaldes også den horisontale belysningsstyrke, belysningsstyrken beregnes på vandrette plane flader, gulv, loft m.v. Lodret belysningsstyrke beregnes som den totale lysstrøm der rammer en meget lille vandret flade divideret med arealet af fladen. DS stiller krav om beregning af den lodrette belysningsstyrke på arbejdspladsen og dets omgivelser samt loft og gulve Belysningsstyrken på loft og gulve beregnes i forbindelse med luminansovergange i rummet. Belysningsstyrken på arbejdspladsen og dets omgivelser beregnes i forholdt til arbejdes art. Figur 3 Lodret belysningsstyrke Ev Lodret belysningsstyrke kaldes også for den vertikale belysningsstyrke, belysningsstyrken beregnes på lodrette plane flader, vægge, m.v. Vandret belysningsstyrke beregnes som den totale lysstrøm der rammer en meget lille lodret flade divideret med arealet af fladen. DS stiller krav om beregning af den vandrette belysningsstyrke på vægge i forbindelse med luminansovergange i rummet. Figur 4

11 Cylindrisk belysningsstyrke Ez Cylindrisk belysningsstyrke anvendes til at beskrive belysningsstyrken på rummelige rumlige elementer. Cylindrisk belysningsstyrke beregnes som den totale lysstrøm der rammer en meget lille cylindrisk element divideret med arealet af overfladen af cylinderen DS stiller krav om beregning af den cylindrisk belysningsstyrke i forbindelse med ansigt genkendelse på siddende og stående personer. Figur 5 Halvrummelig belysningsstyrke Ehs Halvrummelig belysningsstyrke anvendes til ar beskrive belysningsstyrken på rummelige rumlige elementer på en overflade. Cylindrisk belysningsstyrke beregnes som den totale lysstrøm der rammer en meget lille halvkugleformet element divideret med arealet af overfladen af halvkuglen. I forbindelse med vejbelysning stiller der krav om beregning af den Halvrummelig belysningsstyrke i forbindelse med synligheden af vejbanen set i forhold til bilister. Figur 6

12 Beregning af belysningsstyrken fra flere lyskilder Den samlede belysningsstyrke i et punkt E er summen af lyset fra de enkelte armaturer samt reflekteret lys som rammer punktet. Figur 7 Formlen for den samlede belysningsstyrke er: EE = EE 1 + EE 2 +EE 3 + EE 4 Beregning af middelbelysningsstyrken Em Middelbelysningsstyrken på en flade beregnes ud fra de enkelte beregninger eller måling af belysningsstyren i punkterne divideret med antallet af punkter. Kravet til minimal belysningsstyrke for forskellige arbejdsopgaver og lokaler fremgår af DS/EN Eksempel: EE 1 = 127, EE 2 = 169, EE 3 = 223, EE 4 = 277llllll EE mm = EE mm = EE 1 + EE 2 + EE 3 + EE = 202[llllll]

13 Regelmæssighed UU 00 Regelmæssigheden UU 0 af belysningen er et udtryk for hvor jævn belysningen er i et rum eller i omgivelserne omkring arbejdspladsen. Regelmæssigheden beregnes ud fra den middelbelysningsstyrken i forhold til den mindste belysningsstyrke i et rum, ved beregning er det tilladt se bort fra belysning i en zone 0,5 m rundt langs væggene langs væggene. Figur 8 Belysningsanlæg med høj regelmæssighed

14 Figur 9 Belysningsanlæg med lav regelmæssighed

15 Blænding UGR Blænding forekommer, når kontrasterne i synsfeltet bliver for store. Blændingsgraden afhænger af, hvor mærkbar eller generende den opleves. Figur 10: Kilde: Lysviden.dk Blænding benævnes UGR (Unified glare rating, Blænding værdien kan beregnes for indendørs kunstig belysning ud fra nedenstående formel. Beregningen af UGR er blænding fra alle synlige lamper i forhold til luminansen af baggrundens overflader. Kravet til maksimal blændingstal fremgår af DS/EN

16 Refleksion ϱ En flades refleksionsfaktor er et mål for, hvor meget af det indfaldne lys, der reflekteres. Refleksionsfaktoren beregnes som forholdet mellem den reflekterende belysningsstyrke og den indfaldne belysningsstyrke. Den reflekterende belysningsstyrke måles i 30 cm afstand fra den reflekterende flade. Figur 11: måling af reflektion Flimmer (flicker) Flimmer er hvor meget lyskilden blinker i forhold til den tilsluttede spændings forsyning. Flimmer kaldes også Flicker på engelsk. Flimmer medfører at øjet kan opfatte lysnedgangen fra lyskilden som følge af tænd og sluk af lyskilden. Øjet er følsomt ved for flimmer i området fra 1 til 100hz. Personer kan værre mere eller mindre følsomme over for flimmer Ved DC fra et batteri vil en lyskilde ikke blinke, flimmer opstår når lyskilden tilsluttes en AC spænding eller en elektronisk forkobling. Ved en 50 HZ AC spænding vil lyskilden i princippet tænde og slukke hver gang sinuskurven passerer 0 værdien, hvilket er 100 gange i sekundet. Hermed opstår flimmer. Ved Lysstofrør som er tilkoblet via en spole er lysnedgangen større da lysudsendelsen er nul ved nulgennemgang af sinuskurven, lysstofrøret slukker ikke helt da belægningen på røret har en selvlysende egenskab.

17 Ved Lysstofrør som er tilkoblet via en elektronisk forkobling som har en frekvens på op til 100 KHz er lysnedgangen ikke så stor ved nulgennemgang af sinuskurven som ved en 50Hz spole. For en glødelampe som er tilsluttet ac er Lysnedgangen for ikke så stor fordi glødetråden ikke når at afkøle. LED-lyskilder tilsluttes typisk til elektroniske drivere som omsætter ac til dc ved hjælp af puls modulation. (Se afsnit om dæmpere). Elektroniske drivere opererer også med frekvenser på op til 100 KHz. Flimmer har følgende værdier for de forskellige lyskilder. Glødelamper: 5-10 % Lysrør, magnetisk forkobling: 30-40% Lysrør, HF-forkobling: 1-5% LED-armaturer: 1-2% LED-lyskilder: 1-2% Måling af flimmer (flicker) Flimmer kan måles med et håndhold spektrometer som nedenstående. Måling af flimmer anvendes også til at kvalitetsbestemme LED lyskilder, hvor billige LED lyskilder kan have en stor flicker værdi Figur 12 Her er vist 2 målinger: til højre er der målt på et LC koblet lysstofrør, her er flicker målt til 38,5 %, til venstre er der målt på en billig GU10 LED lyskilde her er flicker værdeien på 24,4 %.