CALCULUL FOTOMETRIC AL SISTEMELOR DE ILUMINAT INTERIOR

Proiectarea unui sistem electric de iluminat interior se face in urmatoarele etape :

- alegerea sistemului de iluminat (subcap.4.2);

- alegerea tipului de sursa (cap.2);

- alegerea corpului de iluminat (se coreleaza cu sistemul de iluminat si se tine seama de cerintele de design);

- amplasarea corpurilor de iluminat (in functie de tipul sistemului de iluminat si realizarea uniformitatii necesare);

- calcul fotometric.

In cadrul acestui subcapitol se va aborda doar ultima dintre etape, celelalte fiind prezentate anterior.

1 Parametrii ce caracterizeaza un sistem de iluminat

Un sistem de iluminat trebuie sa asigure conditii favorabile pentru percererea luminii de catre ochi.

Sensibilitatea ochiului la lumina este caracterizata prin :

- pragul luminos, este nivelul de iluminare pentru care are loc senzatia de lumina;

- pragul vizual, este nivelul de iluminare pentru care are loc senzatia de distingere a conturului obiectului observat;

- pragul cromatic, este nivelul de iluminare pentru care are loc senzatia de culoare.

Limita superioara a sensibilitatii este determinata de luminanta prin fenomenul de orbire, care se produce in urmatoarele conditii la trecerea de la intuneric la lumina, la contraste puternice intre surse de lumina si mediul inconjurator.

Valoarea luminantei de la care apare orbirea depinde de atarea nervoasa si de oboseala observatorului.

Parametrii ce caracterizeaza un sistem de iluminat, prin care se apreciaza si calitatea (confortul) microclimatului luminos interior, sunt :

a) Nivelul de iluminarii (E) se recomanda in functie de natura activitatii ce se desfasoara in spatiul respectiv si care depinde de : marimea detaliilor, contrastele de luminanta, viteza si precizia cu care trebuiesc observate detaliile, timpul in care se desfasoara activitatea.

b) Uniformitatea iluminarii : este o conditie de calitate; printr-un iluminat uniform se evita oboseala ochilor pe seama efortului de acomodare la diferite nivele de iluminare.

Normativele dau valori pentru rapoartele E_min/E_max ; E_min/E_med, pe categorii de incaperi.

c) Luminanta corpurilor aflate in campul vizual, pentru evitarea fenomenului de orbire. Luminantele maxime admise sunt :

3000 - 5000 cd/m² pentru iluminatul general;

1000 - 2000 cd/m² pentru iluminatul local;

5000 - 15000 cd /m² pentru iluminatul exterior;

Luminanta se poate reduce prin cresterea inaltimii de suspendare a corpurilor sau prin montarea de abajururi.

d) Contrastele de luminanta.

Valoarea maxima admisa este de 40/1, iar recomandate sunt 3/1 intre obiectul observat si fond si 10/1 intre obiectul observat si mediu.

e) Culoarea si compozitia spectrala a luminii. La studiul surselor de lumina s-a prezentat compozitia spectrala a acestora, cu precizarea modului de redare a culorilor (R_a) in functie de natura activitatii.

a)     Umbrele si perceperea detaliilor. Deoarece in unele locuri de munca iluminatul artificial trebuie sa asigure ti perceperea detaliilor si conturareaobiectului observat, iar in alte locuri dimpotriva, se vor alege corpurile de iluminat cu distributia corespunzatoare a fluxului in spatiu.

2. Calculul fotometric cantitativ (de predimensionare)

al sistemelor electrice de iluminat interior.

Sistemul electric de iluminat (artificial) normal aferent unui obiectiv trebuie sa asigure anumiti parametrii cantitativi si calitativi pentru microclimatul luminos interior din fiecare incinta a respectivului obiectiv.

Literatura de specialitate nu recomanda o metodologie unica de calcul fotometric a sistemelor de iluminat (artificial) normal. Fiecare varianta de calcul se efectueaza insa in doua etape, respectiv una cantitativa globala (de predimensionare) si cealalta calitativa de verificare.

Marimile fotometrice de baza, ce fac obiectul calculului fotometric al SIN pot fi : nivelul de iluminare mediu recomandat sau luminanta medie admisa pe planul util si pe suprafetele reflectante.

In aceasta lucrare, dintre metodele globale de predimensionare a unui SIN interior se vor prezenta : metoda factorului de utilizare si metoda reflexiilor multiple.

2.1. Metoda factorului de utilizare.

Aceasta este metoda frecvent utilizata datorita simplitatii si eficientei sale in calcule curente de predimensionare a SIN.

Metoda porneste de la conditia de a asigura pe planul util, fig.5.6, cu suprafata utila (S_u), un nivel de iluminare mediu recomandat (E_med), in functie de natura activitatii ce se desfasoara la nivelul planului util.

h_s

f_c

h f_u

h_u (s_u) plan util

a b

Fig.5.6

Ca urmare, fluxul util (f_u), la nivelul Su va rezulta din (2.9) :

f_u = S_u · E_med [lm] (5.1)

Pentru a asigura la nivelul S_u un flux util f_u, in corpurile de iluminat amplasate pe plafon, la inaltimea de suspendare h, fig.5.6., va fi necesar sa se instanleze un flux f_c a carui valoare va depinde in primul rand de f_u, iar in al doilea rand de caracteristicile mediului de transmisie a acestui flux pe distanta h. Aceste caracteristici, in urma unei determinari experimentale, s-au sintetizat in factorul (coeficient) de utilizare (u) al sistemului de iluminat, specific fiecarei incinte. Ca urmare :

f_{c nec} = ; u 1 (5.2)

iar fluxul necesar a fi instalat in sursele de lumina (lampile) % cu care se echipeaza corpurile de iluminat va fi :

f_{1 nec} = [lm] (5.3)

unde D este factorul de depreciere al corpului de iluminat (4.8).

Factorul de utilizare a fost determinat si deci se alege din literatura de specialitate [4;5;6;7] in functie de :

factori fotometrici : coeficientii de reflexie ai peretilor (r_p) si ai tavanului (r_T) si tipul corpului de iluminat (distributia fluxului emis in spatiu);

factori geometrici : dimensiunile incintei (a,b,h) si ampasarea corpurilor in spatiu.

Factorii geometrici sunt sintetizati in indicele incaperii (de local) i, care se calculeaza cu diferite relatii respectiv :

i = tg j =     (5.4)

daca suprafata utila este un patrat :

i = sau i = (5.5)

in cazul unei suprafete dreptunghiulare, cu a , latura mare si b, latura mica.

Factorul de utilizare a fost determinat, considerand ca mediul de propagare a luminii dintr-o incinta nu este depreciat (fum, praf, etc.). Daca se considera ca acest mediu este depreciat, atunci se va tine seama de aspect prin factorul de depreciere al mediului [4; 5; 6; 7]

f_{1 nec} =       [lm] (5.6)

De regula, factorul de utilizare se indica pentru un anumit factorul de depreciere al corpului; intr-o asemenea situatie in (5.3;5.6) se va considera D=1.

Daca, pentru un corp de iluminat, proectantul estimeaza ca factorul de depreciere real D_r nu mai corespunde celui indicat si pentru care corespunde celui indicat si pentru care corespunde valoarea lui u, atunci este necesara corectia :

f_{1 nec} = [lm]                    (5.7)

Evident, o conditie similara este necesara si pentru cazul in care se apreciaza ca randamentul corpului de iluminat, h_c (4.2) nu corespunde celui real h_cr si ca urmare :

f_{1 nec} = [lm]                    (5.8)

Pe seama f_{c nec}, respectiv a f_{1 nec} trebuiesc determinate numarul total de lampi, n_l, de corpuri de iluminat n_c si de lampi al unui corp, n_lc. Din cerintele de calitate (uniformitatea iluminarii), cele economice (un numar cat mai mic de corpuri) si de varietatea de corpuri de iluminat (in special n_1c) proiectantul va aprecia cum va solutiona ecuatia :

f_{1 mc} n_c· f_c = n_c · n_{1 c}· f₁ (5.9)

unde f₁ este fluxul de calcul al unei lampi, indicat de firma constructoare.

2.2 Metoda reflexiilor multiple

Metoda factorului de utilizare prezinta o serie de dezavantaje :

- metoda este specifica unor tipuri de corpuri, dispuse uniform;

- nu se pot determina luminantele nedii ale peretilor si tavanului.

Neajunsurile acestea pot fi depasite prin calculul componentei iluminarii (medii) reflectate, metoda numindu-se metoda reflexiilor multiple.

Fenomenul reflexiei multiple a fost prezentat succint in §4.1, unde s-a aratat ca iluminarea intr-un punct pe suprafata sferei, in urma reflexiilor multiple, deci fara iluminarea directa, (2.25) se poate scrie [43]:

E = unde    (5.10)

m = - este constanta sferei, iar

E₀ =   - este iluminarea medie directa realizata de sursa.

Valoarea lui m in functie de r se dau in tabelul 5.1

Tabelul 5.1.

Obtinerea unei iluminari mai mari nu reprezinta o incalcare a principiului conservarii energiei. In literatura de specialitate se sustine acest aspect punct de vedere prin faptul ca fluxurile receptate nu ajung simultan pe suprafata sferei si ca urmare ele nu se pot insuma, dar inertia ochiului conduce la senzatia de amplificare a fluxului receptat.

Ina [43], se sustine ca principiul conservarii energiei nu este contrazis datorita faptului ca iluminarea nu este energie, ci putere (energie luminoasa pe unitate de timp) receptata pe unitatea de arie. Analizand fluxul transmis pe o suprafata de contur imediat vecina si exterioara interiorului sferei, se poate evalua puterea transmisa materialului sferei, respectiv puterea (fluxul) absorbita de mediul exterior.

Iluminarea totala pe suprafata interioara a sferei se obtine din insumarea iluminarii reflectate (5.10) cu iluminarea directa :

E_TOTAL = E_DIRECT + E_REF = E₀ + E₀ (5.11)

Inmultind (5.11) cu aria sferei se obtine o egalitate de fluxuri :

f_TOTAL f_DIRECT f_REF = E₀ x S_sfera + E₀ x S_sfera (5.12)

Fluxului absorbit :

f_ABS f_TOTAL x (1-r (5.13)

respectiv :

f_ABS = (1-r)E₀ x S_sfera + (1 - r)E₀ x S_sfera

f_ABS = (1-r f_Lampa rf_Lampa f_Lampa

Egalitatea exprima in fapt principiul conservarii energiei : tot fluxul emis de lampa este in final absorbit, deci intreaga putere radiata este absorbita de pereti.

In concluzie, amplificarea iluminarii datorata reflexiilor multiple este reala dar nu se traduce in amplificarea fluxului, ele produc o amplificare a nivelului de iluminare.

Reflexiile multiple intr-o cavitate

Fie o suprafata concava de arie S₁ (fig. 5.7.a), perfect difuzanta, avand o deschidere de arie S₂. Interiorul cavitatii este luminat de o sursa cu un flux notat %. Acest flux este receptat de cele doua suprafete, adica :

f_c j₁ j₂

In fig. 5.7.b [43]se poate urmari modul de transmitere a fluxului luminos, in procesul reflexiei multiple.

Suprafata S₂ este considerata transparenta sau perfect absorbanta, astfel incat fluxul incident pe ea j₂ se pierde. Fluxul j₁ se reflecta pe suprafata S₁. Fluxul reflectat va fi egal r₂j₂ (restul fiind absorbit) si se va distribui corespunzator, pe cele doua

suprafete. Modul in care fluxul reflectat se distribuie pe cele doua suprafete este exprimat prin factorul de utilizare (sau de forma) al unei suprafete si este exprimat prin factorul de utilizare (sau de forma) al unei suprafete in raport cu cealalta. Astfel, se definesc :

U₁₂ = , (5.14)

U₁₁ = , (5.15)

rezulta :

U₁₂ + U₁₁ = 1,

In literatura de specialitate factorii de utilizare se considera constanti, caracterizand complet fenomenul reflexiei multiple numai pe baza configuratiei geometrice succesive.

Pe baza acestui rationament, in fig. 5.7.b, in coloana a III-a, rezulta fluxul total incident pe suprafata S₁, obtinut prin suma tuturor reflexiilor succesive :

f₁ j₁ (1 + U₁₁r₁ + U₁₁²r₁² + . + U₁₁ⁿr₁ⁿ j₁

= (5.16)

Acest raport s-a definit S coeficient al reflexiei multiple. Ca si in cazul constantei sferei, acesta poate fi supraunitar, exprimand astfel efectul de amplificare a iluminarii (si nu a fluxului) datorita incintei.

Pentru suprafata S₂ se obtine, prin insumarea coloanei I, fluxul total primit :

f₂ j₂ j₁₂ j₂ + U₁₂r₁j₁(1 +U₁₁r₁ + U₁₁²r₁² + . + U₁₁ⁿr₁ⁿ

f₂ j₂ +                         (5.17)

Rezulta, in mod similar :

Pe seama factorului de utilizare a unei suprafete in raport cu alta si a coeficientilor reflexiei multiple, rezulta, pentru un numar de 'n' suprafete :

f₁ g₁ j₁ r₂U₂₁f₂ r₃U₃₁f₃ r_nU_n1f_n

f₂ g₂ r₁U₁₂f₁ j₂ r₃U₃₂f₃ r_nU_n2f_n

f₃ g₃ r₁U₁₃f₁ r₂U₂₃f₂ j₃ + .. + r_nU_n3f_n (5.18)

.......

f_n g_n r₁U_1nf₁ r₂U_2nf₂ r₃U_3nf₃ j_n

Unde :

f₁ - fluxul total incident pe suprafata S₁;

j₁ - fluxul incident initial pe suprafata S₁;

f₂ - fluxul total primit de catre suprafata S₂ in urma reflexiilor multiple (aceste fluxurisunt necunoscutele sistemului);

r₂f₂ - fluxul total reflectat (in spatiu) de catre suprefata S₂;

r₂U₂₁f₂- fluxul primit de S₁ din totalul fluxului incident pe S₂;

f₃ - fluxul total primit de catre suprafata S₃;

r₃f₃ - fluxul total reflectat (in spatiu) de catre suprafata S₃;

r₃U₃₁f₃ - fluxul primit de S₁ din totalul fluxului incident pe S₃;

In (4, pag. 176), acest formalism matematic include o prima eroare, si anume prezenta coeficientilor reflexiei multiple. Pentru a demonstra aceasta afirmatie, in prima ecuatie a sistemului, se calculeaza raportul f₁ j₁ care este , conform definitiei, chiar g₁

Prima ecuatie a sistemului devine :

(5.19)

Deoarece toti termenii din paranteza sunt pozitivi, egalitatea nu este posibila. Cu respectiva corectie, sistemul care exprima bilantul reflexiilor multiple se rescrie in forma corecta [43]:

f₁ j₁ r₂U₂₁f₂ r₃U₃₁f₃ r_nU_n1f_n

f₂ r₁U₁₂f₁ j₂ r₃U₃₂f₃ r_nU_n2f_n

f₃ r₁U₁₃f₁ r₂U₂₃f₂ j₃ + .. + r_nU_n3f_n (5.20)

............

f_n r₁U_1nf₁ r₂U_2nf₂ r₃U_3nf₃ j_n

Cazul cel mai intalnit este reflexia multipla intre trei suprafete, respectiv incinta paralelipipedica cu tavan, podea si pereti laterali (considerati ca o suprafata unitara). Sistemul precedent devine :

f₁ j₁ r₂U₂₁f₂ r₃U₃₁f₃

f₂ r₁U₁₂f₁ j₂ r₃U₃₂f₃ (5.21)

f₃ r₁U₁₃f₁ r₂U₂₃f₂ j₃

Se ordoneaza dupa necunoscutele j₁ j₂ j₃ si se obtine sistemul :

f₁ r₂U₂₁f₂ r₃U₃₁f₃ j₁

- r₁U₁₂f₁ f₂ r₃U₃₂f₃ j₂ (5.22)

- r₁U₁₃f₁ r₂U₂₃f₂ f₃ j₃

Sistemul se poate rezolva (regula lui Kramer), cu conditia prealabila a calcularii factorilor de utilizare si a fluxurilor directe j₁ j₂ j₃

3. Verificarea sistemelor de iluminat interior

Solutiile luminotehnice alese prin metodele de (pre)dimensionare cantitativa trebuiesc verificate din punct de vedere cantitativ (nivelul de iluminare efectiv) si calitativ. Acest lucru este necesar deoarece dimensionarea se realizeaza global (rezultand fluxul total necesar), pozitia corecta a corpurilor urmand a se stabili ulterior. Verificarea dimensionarii sistemelor deiluminat poate fi realizata prin modelare pe calculator, prin implementarea modelelor teoretice (5.32), (5.33), (5.34). In lipsa unui instrument software specializat, se pot utiliza metodele traditionale de verificare, prezentate in continuare.

Pentru aceasta se determina iluminarile directe in puncte, la care se adauga si valoarea medie a componentei reflectate.

Metodele de verificare cantitativa sunt metodele punct cu punct pentru diferitele tipuri de surse. Aplicarea lor se poate face analitic, grafic, sau pe calculator.

Pentru a calcula componenta directa a iluminarii data de o sursa, trebuie cunoscut tipul sursei, care poate fi : punctiforma, liniara sau suprafata luminoasa.

Corpurile de iluminat pentru lampi cu incandescenta, lampi cu vapori de mercur sau sodiu, se considera punctiforme daca :

h > 5d

unde :

h - inaltimea de suspendare;

d - diametrul maxim al corpului de iluminat.

Corpurile de iluminat echipate cu tuburi fluorescente se considera punctiforme daca :

h > 2,5d unde : d - este dimensionarea cea mai mare a corpurilor de iluminat.

Daca una din dimensiunile unui corp de iluminat nu respecta conditiile de mai sus, atunci sursa este liniara, iar daca doua din dimensiunile corpului de iluminat nu indeplinesc conditiile, avem o suprafata luminoasa.Astfel de surse nu se mai pot caracteriza prin curbe fotometrice ci prin repartitia luminantelor.

3.1. Metoda punct cu punct pentru calculul componentei directe

in sisteme de iluminat cu surse punctiforme

Considerand o sursa punctiforma, concentrata in punctul 0 fig. 5.8, pe baza legii generale a iluminarii, se pot determina componentele directe in plan orizontal intr-un punct P (E_PH) si in plan vertical (E_PV).

E_PH =    (5.23)

E_PV = E_PH·, unde   

I; h; a; d au semnificatia cunoscuta iar P - este perpendiculara din 0 pe planul(V). Intensitatea luminoasa I_ab se determina in functie de intensitatea luminoasa citita din curba fotometrica (I_a1000, pentru surse simetrice ) pentru lampa conventionala de 1000 lm :                                               I = I· (5.25)

Deci iluminarea in punctul P din planul orizontal determinata de sursa i va fi :

e_{i p} = (5.26)

Se considera h = ct, adica toate sursele sunt amplasate la aceeasi inaltime fata de planul orizontal (h).

Daca iluminarea in punctul P este determinata de un numar "n" de surse, atunci, pe seama suprapunerii efectelor rezulta :

E_p = (5.27)

Tinand seama ca iluminarea intr-un punct depinde si de conditiile de mediu (k=1/D), de reflexiile multiple si de faptul ca, de regula, in valoarea lui n nu sunt incluse toate corpurile de iluminat, expresia (5.27) devine :

E_p = , unde    (5.28)

m - coef. ce tine seama de reflexiile multiple (1,1÷1,4) si de neluarea in considerare a tuturor corpurilor de iluminat.

Metoda punct cu punct se aplica in urmatoarele situatii :

pentru calculul componentei directe in instalatiile de iluminat general;

pentru calculul si verificarea instalatiilor de iluminat general, in care componenta reflectata poate fi neglijata;

pentru calculul iluminarii pe planul de lucru in cazul iluminatului local;

pentru calculul iluminarii spatiilor dintre utilaje de dimensiuni mari;

pentru calculul instalatiilor de iluminat exterior.

Metoda se poate aplica numai pentru corpurile de iluminat cu repartitie directa, cel mult semidirecta, pentru celelalte tipuri de repartitie erorile sunt mari.

La calculul unui sistem de iluminat prin metoda punct cu punct se va asigura iluminarea medie impusa E_med in puncte caracteristice (A, B, E) (fig. 5.9), iar in punctele C, D, F, daca se lucreaza, se va asigura E_med cu un sistem de iluminat local. De obicei, la calculul iluminarii intr-un punct se iau in considerare corpurile de iluminat din jur aflate la o distanta I_i. Aportul celorlalte este estimat prin valoarea coeficientului m

Pentru verificarea instalatiei de iluiminat se va calcula un E_med. Pentru aceasta se imparte suprafata utila in suprafete elementare DS_I, se calculeaza iluminarea in centrul acestor suprafete cu relatia (5.40), iar iluminarea medie rezulta :

E_med = (5.29)

daca DS_I = DS₂ .. = DS_u =, unde n este numarul de suprafete elementare DS, fig.5.9

3.2. Metoda punct cu punct pentru calculul componentei directe

in sistemele de iluminat cu surse liniare.

Iluminatul cu surse luminoase liniare se utilizeaza tot mai mult ca urmare a folosirii corpurilor de iluminat cu tuburi fluorescente.

Pentru calculul iluminarii intr-un punct, dintr-un plan orizontal si vertical (fig.5.10) se separa un element de sursa liniara dx si plecand de la expresia :

dE_P(H) =

se stabilesc forme de exprimare particulare ale ei in functie de specificul sursei de lumina.

Astfel pentru exemplul din fig.5.7.

dE_P(H) =

dE_P(V1) =         (5.30)

dE_P(V2) =

Expresii similaresunt reproduse in [4, 5, 6] pentru diferite tipuri de surse (sursa tubulara, fasie luminoasa).

3.3. Aprecierea aspectelor calitative

Cerintele unui microclimat luminos impun o serie de conditii calitative cum ar fi : uniformitatea iluminarii, distributia luminantelor, culoarea luminii si reliefarea obiectelor (sarcini vizuale [4]). In acest scop, pe seama marimilor ce au facut obiectul calculelor cantitative se pot selecta marimile necesare.

a)     evaluarea uniformitatii iluminarii

Asa cum s-a aratat in paragraful 1, uniformitatea este un parametru de calitate a unui sistem de iluminat, recomandandu-se valori ale rapoartelor intre E_med, E_max si E_min pentru fiecare incinta in functie de natura activitatii. Cu ajutorul valorilor iluminarii E_p(5.27; 5.28) aceste rapoarte se pot calcula, iar in cazul in care nu se obtin valorile recomandate ale iluminarilor determinate, (in principal de amplasarea corpurilor de iluminat pe plafon) este necesara reamplasarea corpurilor de iluminat si reluarea calculului de verificare sau, daca este posibil, alegerea altui tip de corp de iluminat (o alta distributie in spatiu a fluxului luminos). De regula, se poate obtine nivelul de uniformitate recomandat, cu solutiile prezentate, fara modificarea (cresterea) fluxului instalat in incinta.

b)     evaluarea distributiei luminantelor

Aceasta evaluare se poate trata in planul util si in campul vizual.

Distributia luminantelor pe planul util se poate evalua corect si uzual prin distributia iluminarilor, respectiv prin nivele (factori) de uniformitate.

Distributia luminantelor in campul vizual, se poate evalua, conform [4] dupa metodologia urmatoare:

evaluarea orbirii directe de incapacitate (fiziologice) prin metoda curbelor de luminanta limita (europeana);

evaluarea orbirii directe de disconfort (psihologice), prin metoda indicelui de orbire (engleza) sau a indicelui de confort de luminanta (romaneasca).

c)     redarea culorilor

In literatura [4 ; 9] sunt indicate caracteristicile speciale pentru redarea culorilor in functie de nivelul de iluminare. Ghidul de iluminat interior [9] indica indicii de redare a culorilor pentru diferite grupuri de operatii vizuale.

d)     reliefarea obiectelor (modelarea)

In incaperile de lucru obiectelor (sarcinilor vizuale) trebuie sa li se redea corect forma. In alte tipuri de incaperi (de circulatie, divertisment, cultura, etc.) trebuie redata corect forma fetei umane. Proprietatea de a reda corect forma spatiala a unui corp tridimensional este definita reliefare sau modelare.

Un sistem de iluminat difuz, de exemplu realizat cu suprafete luminoase sau laminate si cu pereti reflectanti nu creaza conditii suficiente pentru o redare corecta a formei, realizandu-se o imagine plata (fara contraste, decifara relief).

Un sistem de iluminat directional poate crea contrastele necesare redarii formei. Daca fascicolul luminos este concentrat numai pe o singura parte a obiectului, atunci contrastul este foarte mate si se obtine o imagine dura.

Pentru evaluarea modelarii se introduc notiuni specifice [4] cum ar fi :

vectorul iluminare , iluminarea scalara sau medie sferica E_SC si iluminarea medie cilindrica, E_C. Vectorul se defineste ca diferenta maxima intre iluminarea E_f pe fata unui disc de raza r si iluminarea E_r pe cealalta fata a discului, fig.5.11a

= _f - _r                     (5.31)

Pentru definirea iluminaarii scalare se considera sfera de raza r care recepteaza un flux , fig 5.11b.

E_SC = (5.32)

Se considera ca indice de modelare m₁, capabil sa sintetizeze informatii semnificative cu privire la reliefare :

m₁ = (5.33)

Se considera o valoare buna pentru m₁ ε (1÷2) pentru incaperi de lucru intelectual si se obtine prin dispunerea asimetrica dirijata mareste indicele m₁ si modelarea fetei umane este satisfacatoare.

In [10] se recomanda utilizarea indicelui de modelare m₂.

m₂ = (5.34)

in care iluminarea cilindrica E_C se obtine la suprafata unui mic cilindru vertical, fig.5.11c, iar E_H este iluminarea orizontala in punctul considerat. Se recomanda m_2min=0,25 pentru o modelare satisfacatoare.

4. Metodologie de analiza a unui sistem de iluminat interior

Experienta cercetarii si posibilitatea utilizarii programelor de calcul automat au determinat elaborarea unei metodologii de analiza cantitativa si calitativa a sistemelor de iluminat "pas cu pas".

In fig.5.12 se prezinta schema logica cu care se asigura tratarea in doua variante a analizei sistemelor de iluminat.

Varianta aI-a (completa), plecand de la alegerea componentelor sistemului de iluminat (SI) (sursa, corp, dispunerea acestora initiala) se realizeaza o predimensionare a SI prin metoda globala a factorului de utilizare (MFU), urmand, dupa definitivarea amplasarii sau etapa a II de amplasare, verificarile cantitative si calitative.

Verificarea cantitativa urmareste determinarea hartii iluminarilor (fig.5.9) prin cumularea iluminarilor punctiforme, directe si reflectate.

Se determina astfel iluminarea medie efectiva E_medef si factorii de uniformitate E_min/E_medef si E_min/E_max, informatii necesare in estimarea nivelului de iluminare si a distributiei iluminarilor (luminantelor).

Daca se relizeaza conditia :

E_medef E_med   (5.35)

VARIANTA I-a                                                         VARIANTA II-a

(COMPLETA)

Fig. 5.15

Fig.5.12.

unde E_medeste valoarea recomandata, fara ca depasirea sa fie mai mare de 10% atunci SI este corespunzator, in caz contrar calculul se reia, schimband componentele SI.

In mod similar se verifica si uniformitatea iluminarii :

(5.36)

Daca conditiile cantitative sunt relizate se trece la evaluarea cerintelor calitative si anume :

distributia luminantelor in campul vizual;

culoarea luminii;

reliefarea (modelarea).

Daca SI nu corespunde se adopta si se analizeaza o alta varianta ameliorata.

Varianta a II-a (redusa) trateaza simplificat calculele cantitative, fiindu-i necesara numai valorile medii ale iluminarii pe planul util, pereti plafon, fara discretizarea valorilor pe suprafete elementare (punctiforme).

Lipsa informatiilor privind distributia iluminarilor se accepta in incaperi cu nivele ridicate de iluminare (E>500lx) si cu o amplasare a corpurilor de iluminat pe seama unor scheme experimentale, cu interdistante limita date.

Pentru aspecte de calitate se revine la schema obisnuita a var-I.

5. Utilizarea calculului automat la dimensionarea

sistemelor de iluminat interior

Calculul automat (SOFT) al SI se poate utiliza pentru:

a)- Verificarea cantitativa a unor sisteme;

b)- Optimizarea unui SI din punct de vedere al cerintelor cantitative;

c)- Optimizarea complexa tehnico-economica a unui SI.

Verificarea cantitativa a SI interior cu un program de calcul se bazeaza pe caroiajul de calcul al suprafetei utile, fig.5.13 care sa contina un numar cat mai mare de suprafete elementare (DS). Schema logica simplificata a programului se prezinta in fig.5.14.

Pentru optimizarea cerintelor cantitative se foloseste programul de calcul cu schema logica din fig. 5.15.

Fig.5.13

Elementul esential al procesului de optimizare il constituie trecerea de la un sistem luminotehnic la altul pe seama reancadrarii in limitele impuse cerintelor de calitate (5.35; 5.36).

Trecerea unui sistem la altul mentinand tipul de corp consta in reamplasarea unui nou numar de corpuri de iluminat intr-o dispunere ameliorata. Se mentioneaza insa ca nu

orice dispunere este posibila pe un plafon dat, deoarece acesta poate avea elemente constructive (grinzi, etc.) ce impun restrictii.

.Pentru un plafon dat (cu o amplasare impusa corpurilor de iluminat) se poate elabora un SOFT pentru verificare si unul pentru optimizare din punct de vedere a tipului de corp de iluminat.

Ca urmare a utilizarii calculului automat s-a constatat ca iluminarea medie efectiva calculata (E_medef) depinde de numarul de suprafete elementare si al caroiajului de calcul fig.5.10, asa, cum rezulta din fig. 5.16.

Citirea datelor                                                                 

Fig. 5.14

Fig. 5.15

E_med

E_medef

10²2,5·10² 10⁵ n

Fig 5.16.