Avantajele in domeniul uniformitatii sunt insa insotite de investitii insemnate. Se recomanda pentru incinte cu suprafete utile mari si in care activitatea nu se desfasoara in

locuri bine stabilite (sali de spectacole, de competitii sportive, foaiere, holuri, hale industriale cu specific unic, etc.).

b)Sistem de iluminat normal general localizat se obtine printr-o concentrare a corpurilor de iluminat in zona (zonele) de lucru, rezultand o repartizare neuniforma a

corpurilor de iluminat pe plafon, respectiv o distributie neuniforma a iluminarii pe planul util : valori ridicate in zonele efective de lucru si mai mici in zona cailor de circulatie, fig.2.

c) Sistem de iluminat normal local, asigura un nivel ridicat de iluminare numai pe suprafete restranse ale planului de lucru (masa, planseta, banc de lucru, masina-unealta, zona de control tehnic, etc), unde se lucreaza efectiv.

Evident, acest sistem este cel mai economic, insa datorita contrastelor foarte mari de luminanta si a neuniformitatii pronuntate a iluminarii nu se poate utiliza decat asociat cu un siatem de iluminat general de nivel redus, obtinandu-se sistemul de iluminat combinat, fig.3.

d) Sistem de iluminat integrat, care combina iluminatul natural cu cel artificial. Pentru incaperile de mare adancime, in care iluminatul natural nu poate asigura un nivel corespunzator pe toata suprafata (planul) utila, este necesara completarea suprafetei opuse ferestrelor cu un sistem de iluminat normal, ce se va utiliza si in timpul zilei.

Evident, pentru a creste eficienta energetica a sistemului de iluminat normal

acesta trebuie dotat cu posibilitati de comanda cat mai grupata a corpurilor de iluminat.

1.2. Sistem electric pentru iluminat de siguranta.

Sistemul electric pentru iluminat de siguranta (SIS) are rolul de a asigura un nivel de iluminare recomandat in cazul in care sistemul de iluminat electric normal (SIN) nu mai functioneaza din motive voite sau accidentale. Alimentarea, respectiv , functionarea SIS poate fi permanenta (simultana cu SIN) sau nepermanenta, respectiv printr-o conectare automata sau manuala la intreruperea functionarii SIN.

In conformitate cu reglementarile din Romania [8] se utilizeaza patru tipuri de alimentare cu energie electrica a SIS, in functie de particularitatile obiectivului ce se prevede cu SIS si anume :

Tipul 1.a. - SIS ce functioneaza atat timp cat sunt persoane in obiectiv si este alimentat in mod normal de la sursa de baza (SB). La disparitia acesteia se trece pe automat in max.2^'' pe sursa de rezerva (grup electrogen functionand in gol - GEG), fig.4.

Tipul 1.b. - SIS ce functioneaza atat timp cat sunt persoane in obiectiv si este alimentat permanent de la o sursa independenta (baterie de acumulator, fig.4.b).

Tipul 2.a. - SIS ce functioneaza atat timp cat sunt persoane in obiectiv, fiind alimentat de la sursa de baza (SB), iar la disparitia acesteia se trece automat pe o baterie de acumulatori sau un grup electrogen cu pornire automata, fig.4c.

Tipul 2.b. - SIS ce functioneaza atat cat sunt persoane in obiectiv, alimentat de la sursa de baza. La disparitia acesteia se trece automat pe surse locale (BA) prin comutare automata locala (fiecare sectie, pavilion isi are sursa locala de rezerva, BA), fig.4.d. Un caz particular il reprezinta utilizarea luminoblocurilor.

Tipul 3.a. - SIS ce functioneaza atat timp cat sunt persoane in obiectiv, fiind alimentat de la un transformator diferit de cel pentru SIN, fig.4.e.

Tipul 3.b. - SIS ce functioneaza atat timp sunt persoane in obiectiv, cu alimentare permanenta de la un bransament diferit de cel pentru SIN, fig.4.f.

Tipul 3.c. - SIS idem tipul 2b.

Tipul 4.a. - SIS comandat normal, functioneaza cat timp sunt persoane in obiectiv si este alimentat de la tabloul general de forta (TGF) inaintea intrerupatorului general, fig.4.g.

Tipul 4.b. - SIS ce functioneaza atat timp cat sunt persoane in obiectiv, este comandat manual si este alimentat de la TG comun, inaintea intrerupatorului general, fig.4.h.

O solutie particulara de realizare a SIS, asa cum s-a precizat pentru tipurile 2b si 3c se bazeaza pe folosirea folosirea luminoblocurilor. Acestea, fig.5, sunt corpuri de iluminat prevazute cu schema electrica ce permite alimentarea unei lampi de 220V/15W de la sursa de baza (SB), fig.4.d (reteaua de joasa tensiune a obiectivului) si o lampa de 6V/5W ce asigura iluminarea de siguranta de la o baterie (BA) inclusa in corpul de iluminat (luminobloc) pe o durata de 8 ore. Trecerea de pe SB pe BA se face automat la disparitia tensiunii SB, prin intermediul releului de tensiune RU. In regim normal BA este in regim de incarcare permanenta prin intermediul redresorului R alimentat de la SB prin montajul serie (divizor) cu R.U.

Reancarcarea completa a BA are loc dupa 20 ore. Pe langa gruparea SIS dupa cerintele legate de siguranta in alimentare se mai practica o clasificare si dupa rolul functional al acestora si anume :

a)     SIS - pentru continuarea lucrului, care au rolul de a asigura continuarea procesului de munca la acelasi nivel de iluminare sau la unul mai scazut, in functie de natura activitatii ce nu trebuie sa se intrerupa. Reglementarile in vigoare recomanda nivelele de iluminare pentru SIS in functie de rolul functional al acestora.

SIS se prevede in urmatoarele situatii :

in incaperile in care intreruperea functionarii SIN poate produce distrugeri, explozii, incendii, pagube materiale, accidente sau victime umane;

sali de operatii;

laboratoare unde au loc experimentari ce nu pot fi intrerupte;

incinte in care intreruperea procesului tehnologic necesita manevre specifice;

incinte in care exista echipamente ce trebuiesc manevrate in caz de incendiu;

incaperi importante pentru activitatea de conducere a statului;

De regula aceste tipuri de SIS se incadreaza, din punct de vedere a asigurarii alimentarii in tipul 2.

b)     SIS - pentru evacuare, au rolul de a asigura evacuarea cladirilor in cazul scoaterii din functie a SIN si trebuie sa marcheze clar traseele destinate evacuarii. In general, prevederea SIS de evacuare este obligatorie pentru incaperile si caile de evacuare in care pot apare simultan mai mult de 50 de persoane. Evident, cu cat acest numar este mai mare cresc cerintele legate de siguranta alimentarii cu energie electrica si anume:

tipul 1 - pentru sali de spectacole cu peste 1500 persoane;

tipul 2 - pentru sali de spectacole cu (50-1500) persoane;

tipul 3 - pentru muzee cu 601 - 1500 persoane, magazine universale de 201 - 600 persoane;

tipul 4 - pentru magazine cu 101 - 200 persoane, hoteluri cu capacitate medie, scarile iluminate natural ale blocurilor de locuinte cu peste 6 nivele, etc.

c)     SIS - pentru evitarea panicii au rolul de a asigura un nivel de iluminare scazut pentru evitarea accidentelor grave ce se pot produce in sali de spectacole cu peste 400 locuri in cazul intreruperii SIN. Acest SIS trebuie sa intre in functiune automat in maxim 1'' si se incadreaza in tipul 1 sau 2 din punct de vedere a asigurarii alimentarii;

d)     SIS - pentru circulatie are rolul de a asigura circulatia in interiorul salilor de spectacole la intreruperea SIN. Culoarea luminii este verde, iar corpurile de iluminat se monteaza in plinta pe peretii laterali ai salilor de spectacol sau in contratreptele din sala;

e)     SIS - pentru marcarea hidrantilor, are rolul de a permite depistarea rapida a acestora in caz de incendiu, cand de regula, SIN este intrerupt. Se prevede in obiectivele in care SIS pentru evacuare nu este suficient pentru depistarea hidrantilor. Montarea corpurilor de iluminat se poate realiza in interiorul nisei hidrantului, fiind insa necesare masuri speciale de protectie impotriva electrocutarii( tensiune redusa, corp de iluminat cu protectie speciala) sau in afara nisei, alaturat sau deasupra, in care caz nu mai sunt necesare masuri speciale de protectie.

f)      SIS - pentru paza, asigura securitatea unor incinte, de circulatie sau la exteriorul unor obiective si trebuie sa functioneze odata cu lasarea intunericului sau in incaperi fara lumina naturala.

In ceea ce priveste tipul de sursa, la realizarea SIS se utilizeaza de regula lampile cu incandescenta si cele fluorescente cu aprindere rapida (LFR), celelalte tipuri fiind folosite in mod conditionat; de exemplu se vor utiliza corpuri de iluminat cu cel putin doua, LFA si care pot functiona independent.

Din considerente economice corpurile de iluminat ale SIS pot si este recomandat sa faca parte si din SIN ( de exemplu pentru SIS de evacuare de pe coridoare, scari, holuri), insa se impune o marcare adecvata care sa permita verificarea mai atenta a acestora.

2. 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.

2.1 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.

g)     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.

2.2. 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.

2.2.1. 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.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.6

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

f_u = S_u · E_med [lm] (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.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 (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] (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 =     (4)

daca suprafata utila este un patrat :

i = sau i = (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] (6)

De regula, factorul de utilizare se indica pentru un anumit factorul de depreciere al corpului; intr-o asemenea situatie in (3;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]                    (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]                    (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 (9)

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

2.2.2 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    (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 1

Tabelul 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 (10) cu iluminarea directa :

E_TOTAL = E_DIRECT + E_REF = E₀ + E₀ (11)

Inmultind (11) cu aria sferei se obtine o egalitate de fluxuri :

f_TOTAL f_DIRECT f_REF = E₀ x S_sfera + E₀ x S_sfera (12)

Fluxului absorbit :

f_ABS f_TOTAL x (1-r (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. 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. 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 = , (14)

U₁₁ = , (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. 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

= (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 + (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 (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 :

(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 (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 (21)

f₃ r₁U₁₃f₁ r₂U₂₃f₂ j₃

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

f₁ r₂U₂₁f₂ r₃U₃₁f₃ j₁

- r₁U₁₂f₁ f₂ r₃U₃₂f₃ j₂ (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

2.3. 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 (32), (33), (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.

2.3.1. Metoda punct cu punct pentru calculul componentei directe

in sisteme de iluminat cu surse punctiforme

Considerand o sursa punctiforma, concentrata in punctul 0 fig. 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 =    (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· (25)

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

e_{i p} = (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 = (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 (27) devine :

E_p = , unde    (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. 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 (40), iar iluminarea medie rezulta :

E_med = (29)

daca DS_I = DS₂ .. = DS_u =, unde n este numarul de suprafete elementare DS, fig.9

2.3.2. 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.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.7.

dE_P(H) =

dE_P(V1) =         (30)

dE_P(V2) =

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

2.3.3. 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 2.1, 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(27; 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.11a

= _f - _r                     (31)

Pentru definirea iluminaarii scalare se considera sfera de raza r care recepteaza un flux , fig 11b.

E_SC = (32)

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

m₁ = (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 = (34)

in care iluminarea cilindrica E_C se obtine la suprafata unui mic cilindru vertical, fig.11c, iar E_H este iluminarea orizontala in punctul considerat. Se recomanda m_2min=0,25 pentru o modelare satisfacatoare.

2.4. 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.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.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   (35)

VARIANTA I-a                                                            VARIANTA II-a

(COMPLETA)

Fig. 15

Fig.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 :

(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.

2. 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.13 care sa contina un numar cat mai mare de suprafete elementare (DS). Schema logica simplificata a programului se prezinta in fig.14.

Pentru optimizarea cerintelor cantitative se foloseste programul de calcul cu schema logica din fig. 1

Fig.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 (35; 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.10, asa, cum rezulta din fig. 16.

Citirea datelor                                                                 

Fig. 14

Fig. 15

E_med

E_medef

10²   2,5·10² 10⁵ n

Fig 16.

3. Tendinte actuale in conceperea sistemelor

de iluminat interior

Pe plan european si mondial, domeniul luminotehnicii s-a dezvoltat si se dezvolta mereu, atat datorita cercetarii stiintifice deosebit de active, care conduce la crearea permanenta de echipamente noi, mai performante cantitativ si calitativ, cat si necesitatii de ameliorare a sistemelor existente.

3.1. Tendinte

Tendintele actuale in conceperea sistemelor de iluminat se manifesta pe urmatoarele directii principale :

realizarea si utilizarea aurselor de lumina noi sau relativ noi;

integrarea arhitecturala a sistemelor, atat din punct de vedere ambianta luminoasa artificiala - estetica, cat si din punct de vedere al integrarii armonioase a iluminatului artificial cu cel natural;

conceptia unor sisteme de iluminat flexibile care se pot adapta in timp si/sau spatiu, fie la unele schimbari functionale sau recompartimentarii (birou si similare), fie la unele schimbari determinate de estetica, mentalitate, stil, de asemenea variabile in timp (spatii comerciale, muzee, locuinte), fie la unele schimbari tehnologice (in industrie);

managmentul energetic echilibrat si permanent, astfel incat sa se asigure un confort vizual maxim la consum de energie minim, ceea ce, evident se poate realiza numai printr-o proiectare care sa tina seama de componentele variabile ale luminii naturale in conexiune cu cea artificiala, realizandu-se constant un mediu luminos confortabil si functional.

Urmare a progresului tehnic, utilizarea surselor noi sau relativ noi (fig. 20) este o tendinta actuala in conceperea sistemelor de iluminat interior, datorita implementarii lor facile, in special in cladirile noi.

Printre aceste surse noi, se remarca in primul rand lampa cu inductie (in special varianta QL-PHILIPS- fig. 3.17) care ajunge la o durata de viata de 60000 de ore si care poate fi utilizata in locuri greu accesibile din interiorul sau exteriorul cladirii in principal datorita duratei sale de viata, dar ea poseda si alte calitati deosebite, printre care : redarea de culoare, lipsa palpairii, mentionarea minima, timp de amorsare practic instantaneu.

Lampa inteligenta DSX-T produsa de Osram si care utilizeaza o descarcare in arc in mediu de vapori de sodiu si xenon ajunge la un indice de redare peste 80, iar prin intermediul unui microprocesor poate schimba temperatura de culoare de la 2600K la 3000K, printr-o simpla comutare, prezentand astfel o facilitate importanta pentru multe spatii comerciale sau alte destinatii. Trebuie mentionat insa si aspectul negativ al scaderii eficacitatii luminoase la 52-62 lm/W.

Dintre lampile "relativ noi", lampa cu descarcari in vapori de mercur de inalta de inalta presiune si cu adaosuri de halogenuri metalice, datorita calitatilor sale deosebite de redare a culorilor si eficitatii (801mW; Tc=3000-5600K) este din ce in ce mai utilizata in sistemele de iluminat interior (gama MH-PHILIPS) la inaltimi mici si medii, pretandu-se astfel la distributii indirecte ale fluxului luminos.

Fig. 17.

+

Gama SON PHILIPS : SON si SON - T CONFORT avand Ra = 60 si

Conditie : compartimentare si mobilier valabil in timp si spatiu

Fig 18.

Un caz special il reprezinta utilizarea surselor care transmit lumina prin fibre optice si tuburi de lumina.

Cele doua sisteme, care folosesc materiale cu reflectante de valori mari (apropiate de 1), permit transmisia luminii dificile. Un exemplu este prezentat de o fantana arteziana (mediu umed) cu jeturi subtiri liniare.

Ambele sisteme se recomanda pentru interior, in special cu destinatie decorativa, de reclama, de punere in evidenta a unor suprafete sau zone dificile ca acces, de marcare a unor volume, forme, etc.

3.2 Sisteme de iluminat flexibile

O tendinta moderna legata de schimbari in timp si spatiu o reprezinta necesitatea crearii de sisteme de iluminat flexibile, adaptabile in timp si spatiu necesitatilor variabile.

In fig 18 se prezinta aspectele globale ale sistemelor de iluminat flexibile pentru cladiri noi sau cladiri existente.

In toate cladirile moderne (indiferent de destinatie) este necesar sa se realizeze posibilitatea echiparii cu un sistem flexibil, sistemul fix fiind depasit.

In continuare, se prezinta cateva cai pentru realizarea de sisteme de iluminat flexibile :

Modificarea pozitiei corpurilor de iluminat (relativ fixe) la coordonate spatiale diferite, in functie de nacesitatile sau dorintele beneficiarilor, variabile in timp. Aceasta varianta prezinta o gama larga de aplicare in cazul spatiilor comerciale, muzeelor, expozitiilor, locuintelor, etc.

Modificarea pozitiei corpurilor de iluminat mobile pe o anumita directie (montaj pe sina/canal).

Scimbarea corpurilor de iluminat cu altele mai moderne.

Modificarea parametrelor sursei de lumina prin sisteme de reglaj manual sau automat.

Modificarea geometriei sau a focalizarii sursei in cadrul corpurilor de iluminat.

Desigur, o instalatie electrica moderna trebuie sa poata asigura o modificare pozitionala, in special in incaperi caracterizate de schimbari fregvente cantitativ sau calitativ a exponatelor. In aceste conditii, o instalatie "clasica" este inadegvata, ea necesitand a fi realizata cu elemente modulare, canale sine complexe, produse de multe firme din Europa.

O problema speciala o prezinta birourile de proiectare, administratie etc. actuale, la care prezenta si densitatea calculatoarelor, respectiv a dispay-urilor a crescut si creste continuu. Fata de rezolvarile clasice cu corpuri de iluminat directe sau semidirecte, trebuie introduse solutii noi pentru evitarea reflexiei "de voal" care se manifesta pe ecranele display-urilor. Astfel, devine o necesitate, solutiile cu echipamente de iluminat direct ce pot fi actionate separat.

Utilizara exclusiva a sistemelor de iluminat indirect cu surse MH a devenit curenta in cazul unei mari densitati de display-uri si de suprafete vitrate sau lucioase, care pot produce reflexiile "de voal" parazitare si derutante precum si factorul de inconfort vizual (orbire reflectata fiziologica si psihologica).

Din punct de vedere al flexibilitatii in timp, problemele sunt similare pentru toate incaperile destinate activitatii umane de munca intelectuala sau fizica, sistemele trebuind sa asigure modificari dictate de diferite necesitati, prin echipament luminotehnic si electric.

O tendinta actuala pe plan international este si modernizarea sistemelor de iluminat al birourilor si incaperilor similare vechi, care trebuie adaptate la conditiile echipamentului nou (display-uri) si a nivelurilor ridicate de iluminare.

Problema este de multe ori dificila datorita solutiei clasice cu corpuri de iluminat incastrate care, in conditiile de seara, creeaza cantraste suparatoare de luminanta (corp de iluminat-plafon) la periferia campului vizual, determinand orbire psihologica si efect de gloom.

Compensarea se poate realiza prin corpuri de iluminat moderne cu luminanta scazuta si cu difuzie activa laterala catre peretii de culoare deschisa sau prin introducerea (dificila de multe ori) a unor corpuri de iluminat indirect laterale.

3.3. Managementul sistemelor de iluminat

Daca in trecut sistemele de iluminat aveau un caracter static, astazi este necesar ca ele sa fie concepute dinamic, in asa fel incat sa asigure o integrare fericita cu iluminatul natural din mai multe puncte de vedere.

Printre criteriile determinate sunt :

ambientul confortabil;

estetica/arhitectura interioara;

economia de energie.

De mentionat ca aceasta imbinare intre diferite aspecte se poate realiza numai printr-o procesare automata a componentelor, si anume :

variatia accesului de lumina naturala, de exemplu, prin utilizarea jaluzelelor cu comanda automata. Accesul solar direct intr-o incapere de lucru nu este acceptabil, datorita contrastelor de luminanta inadmisibile ce le creaza;

variatia fina si/sau in trepte a componentelor iluminatului artificial.

In continuare se prezinta o schema de control inteligent (fig 19) care pleaca de la urmatoarele date de intrare :

A.     Lumina naturala disponibila :

A1 - DA (trei posibilitati - procesare complexa)

A2 - NU (o posibilitate - procesare mai simpla)

B.     Modul de ocupare (B1, B2, B3)

Se observa ca sistemele se procesare diferite se sectioneaza si anume :

programare orara;

comanda localizata (manuala sau functie de senzori);

comanda functie de ocupare (prin senzori de detectare);

comanda functie de lumina naturala.

LEGENDA

···foarte recomandat pentru economia de energie

··se pot realiza economii de energie cu investitii acceptabile

·necesita un calcul tehnico-economic

Fig 19.

Sistemul LUXMATE prezentat de Zumtobel constituie un exemplu de control dar, evident, nu unicul.

Problematica managementului energetic pentru iluminat a inceput sa fie introdusa ca element de educatie in invatamantul mediu si superior in unele tari din CE.

Upload!

Trimite cercetarea ta!
Trimite si tu un document!
NU trimiteti referate, proiecte sau alte forme de lucrari stiintifice, lucrari pentru examenele de evaluare pe parcursul anilor de studiu, precum si lucrari de finalizare a studiilor universitare de licenta, masterat si/sau de doctorat. Aceste documente nu vor fi publicate.