CORPURI DE ILUMINAT

Corpurile de iluminat sunt dispozitive in care se monteaza una sau mai multe lampi electrice (surse de lumina) si care realizeaza in totalitate sau in parte urmatoarele functiuni :

distribuie fluxul luminos in spatiu dupa necesitati;

modifica componenta spectrala a luminii;

diminueaza luminanta surselor cand aceasta are valori periculoase pentru ochi;

asigura alimentarea cu energie electrica si izoleaza electric sursele de celelalte elemente constructive;

asigura sustinerea mecanica a surselor de lumina si a accesoriilor acestora ;

asigura pretectia mecanica si impotriva diferitilor agenti nocivi.

Elementele componente ale unui corp de iluminat sunt :

a)      sistemul optic, care poate fi format din :

elemente reflectante (oglinzi);

elemente transmitatoare (abajururi, globuri);

elemente selectiv absorbante (filtre de culoare).

b)      armatura care contine elementele de fixare mecanica a lampilor, sistemului optic, conductoarelor electrice de legatura si a aparatelor necesare functionarii surselor electrice de lumina (diferite montaje);

c)      sursa electrica de lumina.

1.Caracteristicile fotometrice ale corpurilor de iluminat.

a)      Curbele fotometrice

Asa cum se cunoaste, marimea fotometrica de baza este intensitatea fotometrica

care, pentru o sursa de lumina se materializeaza intr-un vector definit pentru intreg spatiul volumetric din jurul acesteia.

Locul geometric ale extremitatilor vectorilor intensitate luminoasa pentru un unghi solid de 4p formeaza o suprafata fotometrica (corp fotometric).

Definirea unui vector al suprafetei fotometrice se face in coordonate polare, respectiv valoarea vectorului si coordonatele unghiulare a si b, I(a b), fig.1.

Prin intersectia unei suprafete fotometrice cu un plan meridian (b) rezulta o curba fotometrica - I(a)_β=ct

Din punct de vedere a formei suprafetei fotometrice corpurile de iluminat pot fi :

simetrice, cand suprafata fotometrica rezulta prin rotirea unei curbe fotometrice in jurul axului meridian I(a b) = I(a) si ca urmare, corpul de iluminat poate fi caracterizat printr-o singura curba fotometrica (fig.2.a);

practic simetrice, cand valorile intensitatii luminoase I_a, de la un plan meridian (b_i), la altul (b_j) nu difera cu mai mult de 20% respectiv, fig.2b:

(1.)

asimetrice, cand intre valorile intensitatilor luminoase, de la un plan meridian la altul, este o diferenta mai mare de 20%, fig.2c.

In literatura tehnica curbele fotometrice specifice fiecarui corp de iluminat se dau pentr-un flux de referinta de 1000 lm.

Intensitatea luminoasa reala se determina astfel :

(2)

Fig.1.

unde : f_I - este fluxul real instalat in corpul de iluminat

I^*_a , I^*_{(a b} - intensitatile luminoase, ridicate din curbele fotometrice, corespunzatoare fluxului de referinta de 1000 lm.

Fig.2

b)      Randamentul

Pentru un corp de iluminat randmentul reprezinta raportul :

(3.)

unde : - f_c - este fluxul luminos emis de corpul de iluminat;

f_e - este fluxul luminos al lampilor montate in corp.

Pentru un corp de iluminat sub forma de glob sferic difuzant, fig.3, fluxul total ce se transmite este :

(4)

iar pentru randamentul acestui corp rezulta :

Fig.3

(4')

c ) Factorul de amplificare

Pentru corpurile de luminat cu distributie neuniforma se defineste factorul de amplificare m :

(5)

unde :

I_max-este intensitatea luminoasa maxima a corpului, care se masoara pe curba fotometrica I₀ -este intensitatea luminoasa medie sferica a corpului de iluminat :

d) Unghiul de protectie

Cu acest unghi se determina zona din spatiu din care ochiul nu poate privi direct elementul de luminanta mare (filamentul) al sursei, fig. Acest unghi are o mare

importanta in evitarea fenomenelor de orbire. Unghiul de protectie se determina astfel :    (7)

Fig.2

Cu cat unghiul de protectie este mai mare cu atat corpurile de iluminat asigura o protectie mai buna impotriva orbirii. In functie de d impus si de tipul corpului de iluminat va rezulta o anumita inaltime de suspendare al acestuia.

e) Factorul de depreciere

Datorita imbatranirii in timp a elementelor componente ale unui corp de iluminat, fluxul luminos, emis la un moment dat, scade in raport cu cel emis initial si ca urmare, se defineste factorul de depreciere (D), astfel :

(8)

unde : f_m - este fluxul emis la un moment dat in timpul exploatarii;

f_I - este fluxul emis initial de acelasi corp.

Pentru a mentine q_m in limita unor valori admisibile este necesar ca peridic corpul de iluminat sa fie curatat, iar lampa sa fie intocmita dupa durata de utilizare.

f)       Distributia zonala a fluxului luminos

Aceasta caracteristica s-a introdus deoarece in calculele fotometrice ale sistemelor de iluminat este necesar sa se cunoasca partea, din fluxul total al unui corp, emisa intr-o anumita zona din spatiu.

In fig.5. si tab. 1este reprezentata distributia zonala a fluxului unui corp de iluminat cu Φ_sursa=1000 lm si h=85%. Valoarea unghiului solid la centru, pentru

b (0 p) se calculeaza astfel :

W p (cos a - cos a a < a

Fig.5.

Tabelul 1

g) Curbele izolux spatiale

Locul geometric al punctelor din spatiu in care iluminarea (E) are aceeasi valoare se numeste curba izolux spatiala. Aceste puncte se definesc prin distanta (d), fig.6. a punctului fata de verticala corpului de iluminat si inaltimea de suspendare (h) a acestuia.

Fig.6

O curba izolux se traseaza folosind expresia analitica a iluminarii intr-un punct :   

din care se expliciteaza

(9)

Se impune valoarea iluminarii (E =E₁) a curbei izolux, apoi pentru un anumit plan meridian (b_i) se alege o prima valoare pentru unghiul a a ; din curba fotometrica I(a) se obtine valoarea intensitatii luminoase, iar din (9) se calculeaza h (ordonata punctului cu iluminareaq E₁, in raport cu sursa de lumina), iar din d =h tga se obtine si cealalta coordonata a punctului. Pentru alte valori ale lui a(0;p), se obtin toate punctele dintr-un plan meridian in care nivelul de iluminare este E₁. Evident, daca corpul de iluminat este simetric, locul geometric al punctelor E = E₁ dintr-un plan orizontal (H), ( h=ct) va fi un cerc.

Daca corpul de iluminat nu este simetric se vor repeta cele de mai sus pentru fiecare plan meridian (pentru fiecare curba fotometrica din familia de curbe fotometrice, specifica corpului respectiv).

2. Clasificarea corpurilor de iluminat.

a)      Dupa tipul sursei de lumina :

pentru lampi cu incandescenta;

pentru tuburi fluorescente;

pentru lampi cu descarcari in gaze si vapori metalici.

b)      Dupa domeniul de utilizare :

clasa A - pentru iluminat interior;

clasa B - pentru iluminat exterior;

- clasa C - pentru iluminatul mijloacelor de transport;

clasa D - pentru utilizari speciale (proiectoare, iluminat arhitectural).

c)      Dupa distributia fluxului luminos

De regula, corpurile de iluminat sunt componenta de baza a unui sistem de

iluminat (vezi cap. 5) In functie de cerintele sistemului de iluminat corpurile de iluminat se amplaseaza, fata de planul util, astfel incat sa asigure o anumita distributie a fluxului pe suprafata acestuia. Din acest punct de vedere corpurile de iluminat si ca urmare sistemele de iluminat, pot fi

1. -cu distributie directa, fig.7a, sunt cele mai avantajoase corpuri,din punct de vedere al eficientei economice a sistemului de iluminat din care face parte, la acelasi nivel de iluminare, necesar de asigurat.

Au avantajul ca pot creea contraste mari necesare punerii in evidenta a reliefului unei suprafete, a detaliilor. Cele mai importante dezavantaje sunt :

au luminanta mare si necesita unghiuri de protectie mai mari, mai ales la

inaltimi de suspendare sub 8m;

produc umbre pronuntate;

tavanul incaperilor este foarte slab luminat, ducand la pericolul orbirii prin

contrast si o senzatie pronuntata de disconfort;

2.-cu distributie semidirecta, fig.7b, este o ampasare mai putin economica, deoarece o parte mai mica din fluxul emis de corp ajunge direct pe planul util, dar asigura un confort vizual mai bun. Sunt des utilizate datorita eficientei economice bune in raport cu celelalte corpuri;

3.-cu distributie mixta, fig.7c, este cea mai utilizata amplasare deoarece : nu provoaca umbre pronuntate, iluminarea plafonului si a peretilor este buna evitand orbirea prin contrast;

-cu distributie semiindirecta, fig.7d, determina un cost mai ridicat al sistemului de iluminat, la acelasi nivel de iluminare, dar asigura un confort vizual foarte bun, efectul de orbire prin contrast nu se mai produce;

5.-cu distributie indirecta, fig.7.e, este amplasarea cea mai putin economica, asigurand insa cel mai ridicat confort vizual.Se utilizeaza numai in cazuri deosebite.

In tabelul 2 este prezentat raportul dintre fluxul luminos emis in emisfera

inferioara f_direct si cea superioara f_indirect

d)      Dupa modul de montare, corpurile de iluminat pot fi :

suspendate cu tija, cablu, lant, etc;

montate pe plafon (plafoniere);

montate pe perete (aplice);

montate ingropat;

portabile sau lampi de masa, lampadare.

In literatura de specialitate [4] si practica executiei sistemelor electrice de iluminat, se prezinta si se utilizeaza o gama larga de variante de realizare a corpurilor de iluminat care se inscriu in clasificarile prezentate si care satisfac cele mai diverse cerinte functionale si estetice.

Tabelul 2

3. Calculul fluxului luminos EMIS de corpurilE de iluminat

Fluxul luminos emis de o sursa de lumina (corp) intr-un unghi solid infinit mic dw este :

(10)

iar fluxul emis in tot spatiul [ bI p aI p rezulta din :

    (11)

Considerand sursa punctiforma, asezata in centrul sferei de raza unitara, fig.8, calota sferica MN se vede sub un unghi solid egal cu suprafata calotei (deoarece R=1) :

(12)

iar pentru R=1 devine :

    (12')

Unghiul solid elementar al zonei sferice cuprinsa intre a si a+da (fig.8b) va reprezenta diferentiala expresiei (12) :

(13)

Intersectand sfera cu doua plane meridiane b si b+db se obtine o suprafata infinit mica ds careia ii va corespunde, la centrul sferei de raza unitara, un unghi solid :

(14)

Ca urmare, expresia analitica (11) devine :

(14')

Daca corpul de iluminat este simetric I(b) =ct, reyulta:

(15)

Pentru cazul in care curba fotometrica este un semicerc, I(a) = ct =I₀ :

(16)

Daca curba fotometrica este un cerc, tangent la planul orizontal ce contine sursa, fig.9, atunci :

iar,

(17)

						Fig.10
					Fig.11

Pentru curba fotometrica din fig.10 rezulta :

(18)

Iar pentru cazul in care :

(19)

Este evident ca, in cazul in care curba fotometrica are ca model matematic o expresie analitica complexa, aceasta devine dificil de integrat. Din acest motiv, a fost necesar sa se apeleze la metoda de integrare grafica.

Metoda grafica Rousseau.

Aceasta metoda permite estimarea fluxului emis de un corp pe seama curbelor sale fotometrice.

Cunoscand curba fotometrica a unui corp de iluminat simetric (fig.12), in care intensitatile luminoase I_a sunt reprezentate la scara a [cm/cd], se traseaza in exteriorul curbei fotometrice un semicerc cu centrul in punctul ''O'' si cu o raza oarecare R. Se duce o raza vectoare OS care face unghiul a cu axa xx^' si se prelungeste pana la intersectia cu cercul in S₁. Se proiecteaza apoi S₁ pe o axa yy^' ; paralel cu xx^' si deci din S^' astfel obtinut se traseaza segmentul S^'S^'' egal cu OS, care reprezinta intensitatea luminoasa I_a, la scara ''a''.

Repetand constructia pentru un numar cat mai mare de puncte de pe curba fotometrica se obtine curba M''S''T''P''D''Q''N'' care se numeste curba Rousseau.

Suprafata cuprinsa intre curba Rousseau si axa yy' este direct proportionala

cu fluxul luminos total emis de sursa a carei curba fotometrica a stat la baza construirii curbei Rousseau.

Din constructia grafica rezulta valoarea segmentelor : S'S'' = aI_a ; TT'' =aI_a+da

D'S' = Rcosa ; D'T' = Rcos(a+da

Ca urmare,

cu aproximatia da

Aria elementului de suprafata S'T'T''S'', in aceste conditii, devine :

(20)

si introdusa in (15) rezulta :

si ca urmare :

(21)

iar pentru intrega suprafata :

(22)

Determinarea, pe cale analitica a valorii suprafetei S, este la fel de dificila ca si determinarea directa a fluxului luminos (15.) Insa construirea acestei suprafete pe un suport omogen permite evaluarea ei prin comparatie cu o marime similara de referinta. Aceasta este suprafata corespunzatoare corpului simetric cu distributie uniforma care este un dreptunghi si careia ii va corespunde fluxul Φ_c= 4 I₀, ce se determina usor pe cale analitica si ca urmare :

Φ_c= 4π I₀ = S_referinta 2R a I₀= 4π I₀ = K S_referinta

Pentru un corp oarecare ,

Φ_c1 = S₁= S_c1,

unde: - Φ_c este fluxul luminos, cunoscut al corpului de referinta;

S_referinta suprafata Rousseau construita, conform metodei grafice de mai sus, pe un suport omogen si evaluata printr-o metoda oarecare, fig 13a ;

S_c1 suprafata Rousseau construita, conform metodei grafice de mai sus, pentru un corp oarecare, pe acelasi suport omogen si evaluata prin aceeasi metoda.

Diagrama Rousseau permite sa se calculeze fluxul emis intr-un con cu un anumit unghi solid la centru Ω (α₁;2π), proportional cu suprafata M^'M^''P^''P^'( fig.12):

(23)

Fluxul luminos emis intre unghiurile a si a este proportional cu suprafata S S^''P^''P^' :

(24)

Pentru exemplificare, dar si pentru confirmarea metodei grafice, in continuare se va aplica metoda grafica pentru curbele fotometrice din fig.9; 10 precum si pentru cazul unui corpului cu distributie spatiala uniforma I (a b) = I₀ = ct, fig.13. ce se adopta ca referinta.

In acest caz suprafata Rousseau reprezinta o semielipsa a carei suprafata este produsul semiaxelor si al factorului p

Deci :

Rezulta ca atat pe cale analitica cat si grafica s-au obtinut aceleasi valori pentru fluxul emis de un corp de iluminat simetric.

In cazul unor corpuri de iluminat nesimetrice, caracterizate printr-un numar n de curbe fotometrice, se poate aplica metoda grafica Rousseau.

In acest caz o curba fotometrica va caracteriza distributia spatiala a fluxului pentru un sector sferic [aI p bI b_I b_j )], respectiv b Db_k unde Db_k rezulta din defalcarea spatiului unghiular 2p in n segmente, fig.1

Pe seama celor de mai sus, fluxul emis intr-un sector de latime Db_k se va estima astfel :    (25)

iar fluxul total se va obtine prin insumarea celor n fluxuri partiale :

(26)

Corpuri de iluminat pentru interior.

1. Corpuri de iluminat pentru lampi incandescente (CILI), se pot grupa in urmatoarele categorii principale : pentru locuinte, pentru sali de spectacole, pentru

iluminat decorativ interior sau reliefarea unor obiective, pentru medii speciale (praf, umiditate, explozive).

CILI pentru locuinte se produc intr-o gama foarte variata in functie de destinatia functionala a incaperii ( de circulatie, de primire), dar indeosebi pentru camerele de locuit. Un corp de iluminat specific il reprezinta lustra, cu mai multe surse de lumina amplasate armonios.

Pentru unele sali de spectacole CILI sunt proiectate in functie de solutia arhitecturala in doua variante :

CILI mascate;

CILI mari cu multe surse, tip lustra, adaptate arhitecturii salii.

Corpurile de iluminat decorative, cu o aplicare extinsa, au rolul de a dirija fascicolul luminos mai mult sau mai putin concentrat catre zona sau obiectivul dorit.

2. Corpuri de iluminat pentru lampi fluorescente (CILF) se pot grupa tot in patru categorii : pentru spatii industriale obisnuite; pentru spatii administrative social-culturale, pentru spatii de circulatie, pentru medii speciale.

In tara se produc o gama larga de CILF cu simbolul de marcare FIA (fluorescent de interior tip aparent), completat cu una sau doua litere ce caracterizeaza varianta constructiva (P- protectie; R - cu reflector; G - cu gratar; S - suspendat; D - cu dispersor si un grup de cifre ce reprezinta numarul si puterea lampilor (ex. - FIPRAS - 265 - corp de iluminat interior, pentru lampi fluorescente cu reflector, protejat, tip aparent, suspendat, cu doua lampi de 65w ).

Deoarece sunt destinate sistemelor de iluminat interior, de regula industriale si pentru ca aceste CILF au, asa cum s-a aratat (paragraf 3.2.3.),un montaj aferent, pentru ele, se indica si gradele de protectie (I.P).

Realizarile din ultimul timp in domeniul LFA si LFR de dimensiuni mici permit realizarea unor CILF cu dimensiuni mai mici si cu un design placut, ceea ce va permite utilizarea lor si in locuinte, in ansambluri tip lustra, etc.

3. Corpuri de iluminat pentru lampi cu descarcari in vapori metalici sunt destinate S.I. din halele industriale inalte (peste 6m) unde este necesara o concentrare mare, cu un reflector, a fluxului luminos. Se construiesc pentru diferite grade de protectie in functie de caracteristicile mediului industrial in care se vor monta.

Corpuri de iluminat pentru destinatii speciale.

In aceste categorii se pot include :

corpurile de iluminat pentru sistemele de iluminat de siguranta (SIS);

proiectoarele pentru iluminatul scenelor de teatru, studiouri cinematografice, de televiziune.

In SIS se pot utiliza, de regula, aceleasi corpuri de iluminat ca si la SIN; totusi se produce si un corp special FIDA - 03 - 240 care are si doua lampi incandescente de 15w

care sa asigure realizarea unui SIS de evacuare. Un alt corp de iluminat special pentru SIS este luminoblocul, cu schema electrica din fig. 5.5.

Proiectoarele au o constructie complexa si in unele cazuri multifunctionala, datorita specificului domeniilor in care se folosesc [4].

5. Corpuri de iluminat pentru exterior

Aceste corpuri de iluminat se impart in trei categorii si anume :

pentru iluminat public (stradal);

pentru iluminarea suprafetelor mari si indepartate (proiectoare pentru iluminatul exterior);

proiectoare pentru iluminat decorativ, arhitectural, etc.

Pentru circulatia rutiera, in Romania, se produc corpurile tip PVB (P - public, V - cu lampi cu vapori de mercur; VS - vapori de sodiu; B - cu aparatoare de protectie).

Pentru iluminat exterior in zona triajelor depozitelor, aeroporturilor, statii electrice de interconexiuni, etc., se folosesc proiectoarele. O destinatie speciala a acestora o reprezinta iluminarea terenurilor de sport pentru activitati nocturne.

Pentru iluminarea exterioara decorativa, atat in tara cat si in lume, se produce o gama larga de corpuri de iluminat dupa natura obiectivului si efectul luminos dorit.