Confortul vizual si microclimatul luminos

Confortul vizual si microclimatul luminos

Calitatea iluminatului

Problematica

- parametri caracteristici ai unei instalatii de iluminat

- performanta vizuala, confort vizual, ambianta vizuala

- parametrii de calitate

- nivelul de iluminare si uniformitatea iluminarii

- evitarea sau limitarea orbirii (distributia luminantelor)

- culoarea aparenta si redarea culorilor

- modelarea

- modele de evaluare a calitatii

Pentru a proiecta o instalatie de iluminat trebuie:

sa stim care sunt standardele de iluminat pe care trebuie sa le asiguram;

sa stim caracteristicile si restrictiile spatiului;

sa oferim o solutie care sa poata fi transpusa in practica intr-un mod optim.

McNair afirma ca 'cheia este sa stii: ce trebuie sa faci, de ce trebuie sa o faci si ce inseamna aceasta'. Trebuie avut in considerare puterea consumata, pretul de cost si aspectul estetic. Economisirea energiei prin corelare cu lumina naturala si un compromis tehnic sunt considerate in mod uzual. Fluxul luminos necesar, determinat de caracteristicile fotometrice, poate fi obtinut folosind mai putine sau mai multe lampi de puteri diferite, astfel rezultand un anumit numar de variante posibile

Aspecte generale

Iluminatul trebuie sa fie dimensionat astfel incat sa creeze o ambianta cat mai placuta pentru munca, asigurand in acelasi timp un consum de energie cat mai rezonabil. Este important ca aspectele vizuale ale unei instalatii de iluminat sa nu fie compromise printr-o simpla reducere a energiei consumate, avand in vedere faptul ca in cele mai multe institutii, costul iluminatului, chiar daca este substantial, nu reprezinta decat o mica parte din costurile totale aferente desfasurarii activitatii umane in spatiul respectiv. Impactul negativ al conditiilor vizuale proaste asupra costurilor asociate calitatii muncii si productivitatii este de cateva ori mai mare decat cel al iluminatului. Este astfel o eroare sa se economiseasca energia pe seama eficacitatii umane. Pentru proiectarea unei instalatii de iluminat este necesar sa fie cunoscute standardele in vigoare, caracteristicile si restrictiile spatiului si modalitatea optima de transpunere in practica a proiectului respectiv. Proiectantul (1) alege tipurile cele mai eficiente de lampi si corpuri de iluminat, (2) determina numarul si puterea lampilor, (3) stabileste amplasarea corpurilor de iluminat, avand in vedere configuratia localului, astfel incat sa asigure atat nivelul si uniformitatea iluminarii cat si nivelul si contrastele de luminanta cerute de norme si (4) selecteaza solutia cea mai ieftina. Interactiunea parametrilor caracteristici ai unei instalatii de iluminat este prezentata in figura.

Sarcina vizuala este foarte diferita in raport cu tipul activitatii desfasurate, de la citirea unei carti la asamblarea unor componente electronice. Caracteristicile sarcinii vizuale determina conditiile cerute unui sistem de iluminat. O proiectare si o executie ingrijite sunt cerinte apriorice pentru un iluminat artificial de buna calitate.

Calitatea iluminatului realizat de o anumita instalatie poate fi descrisa prin urmatorii parametri:

nivelul de iluminare si uniformitatea iluminarii

evitarea sau limitarea orbirii (distributia luminantei)

culoarea aparenta si redarea culorilor

modelarea.

Factorii calitativi ai iluminatului au ponderi diferentiate in functie de destinatia si arhitectura unei incaperi. Accentul poate sa cada pe:

performanta vizuala, prin alegerea corespunzatoare a nivelului de iluminare si limitarea orbirii

confortul vizual, prin redarea culorilor si distributia luminantei

ambianta vizuala, prin selectarea culorii luminii, directiei luminii si modelare.

Modelarea. Aspectul unui spatiu interior este imbunatatit daca elementele de structura, dotarile si persoanele din incinta sunt iluminate astfel incat formele sunt evidentiate in mod clar si placut iar umbrele sunt formate fara sa creeze confuzii in perceptia vizuala. Ceea ce se obtine printr-o lumina orientata intr-o anumita directie mai mult decat in alta. Termenul modelare descrie modalitatea prin care lumina dezvaluie formele obiectelor tridimensionale.

Modelarea unui interior este cuprinsa intr-o scara de evaluare larga, de la redusa pana la puternica. Intensitatea modelarii depinde de tipul cladirii si activitatile desfasurate in interior. Cand lumina vine dinspre mai multe directii si este difuza, modelarea rezulta slaba si interiorul apare neinteresant datorita lipsei contrastelor de luminanta. Pe de alta parte, o componenta directionala puternica produce o modelare prea intensa si umbrele pot fi deranjante. Totusi, umbrele intentionat-pronuntate prin folosirea unor surse de lumina de mici dimensiuni (lampi spot) conduc la efecte dramatice interesante. Magazinele, incaperile de arta si alte spatii de prezentare vor fi iluminate astfel incat sa se obtina diferite grade de modelare a umbrelor corespunzatoare diferitelor exponate. Ferestrele sau corpurile de iluminat de mari dimensiuni pot sa produca o modelare de calitate fara umbre intense; modelarea este insa diminuata daca dimensiunile sursei de lumina sunt prea mari in raport cu distanta pana la obiectul iluminat (cum ar fi cazul unui iluminat indirect).

Umbrele profunde ce provoaca contraste de luminanta nedorite pot fi atenuate prin amplasarea unor surse de lumina suplimentare. De asemenea, suprafetele mate cu reflexivitate ridicata din incapere pot deveni surse secundare de lumina care contribuie la reducerea umbrelor prin reflexia difuza a luminii catre spatiile umbrite. Umbre cu contururi moi sunt obtinute de la surse de lumina de suprafata mare, cum sunt corpurile de iluminat cu lampi fluorescente sau folosind un sistem de iluminat indirect. In unele cazuri particulare, cand se cer evidentiate forme sau texturi deosebite, solutia optima se va stabili pe baza unor experimente. In situatiile in care lumina ajunge pe suprafata obiectului vizat din alte directii decat cea verticala se pot avea in vedere urmatoarele recomandari pentru a se obtine o modelare corespunzatoare a obiectului.

Raportul vector iluminare/iluminare scalara (sferica) determina relatia intre iluminarea obtinuta dintr-o directie data si iluminarea difuza. Un raport de 1,2 . 1,8 va asigura conditii satisfacatoare pentru perceptia figurii umane intr-un sistem de iluminat general.

Gradul de iluminare al unor exponate (display) reprezinta raportul intre iluminarea locala, in planul in care este asezat obiectul expus si iluminarea orizontala medie a incaperii. Valorile sunt cuprinse intre 5/1 pentru efecte subtile, abia sesizabile si 50/1 pentru efecte intense, dramatice.

Raportul intre componentele orizontala/verticala ale iluminarii medii a obiectului iluminat de aproximativ 3/1 . 4/1 permite perceptia optima tridimensionala.

Iluminarea scalara medie de cel putin 40% din cea orizontala evidentiaza satisfacator formele.

Raportul iluminare cilindrica/iluminare orizontala ce asigura o modelare acceptabila este cuprins in limitele 0,3 . 3.

Recomandari privind evaluarea calitatii iluminatului

Criterii individuale de evaluare. O instalatie de iluminat de buna calitate este eficienta din punct de vedere energetic daca permite un nivel inalt de performanta vizuala fara disconfort. Calitatea iluminatului nu este direct masurabila dar este o stare creata prin relatia dintre mediu si persoane. Un iluminat de buna calitate exista atunci cand: (1) sunt create conditii vizuale bune, (2) sustine realizarea sarcinii sau determina comportamente corespunzatoare mediului si stari psihice corespunzatoare situatiilor, (3) determina interactiunile si comunicarea dorita si (4) contribuie la estetica spatiului.

Stabilirea calitatii iluminatului trebuie facuta prin masurarea efectului asupra persoanelor, luand in considerare toate caracteristicile incaperilor si a persoanelor ce utilizeaza spatiul. S-au facut mai multe studii care au incercat sa gaseasca metode pentru evaluarea calitatii unui sistem de iluminat. In urma acestor studii, au rezultat anumite criterii care trebuie indeplinite pentru a obtine o calitate buna a iluminatului. Exista criterii subiective, rezultate in urma sondajelor de opinie privind efectul pe care-l are iluminatul asupra persoanelor ce folosesc spatiul iluminat. Pentru a considera un iluminat de buna calitate trebuie ca minimum 70% din intervievati sa fie de acord ca iluminatul este confortabil. Un alt criteriu asociat cu o iluminare de buna calitate este ca 95% din ocupanti sa poata citi un scris de dimensiunea de 6 puncte.

Iluminarea medie pe birouri se calculeaza in urma masuratorilor in 6 puncte de lucru, a 10 birouri in fiecare oficiu, in timp ce personalul este asezat la birou.

Uniformitatea iluminarii intre birouri se calculeaza ca raport minim-mediu al iluminarii stabilit prin 6 masuratori in aria de lucru a fiecarui birou. Acesta trebuie sa fie cel putin 0,8. Uniformitatea iluminarii pe suprafata unui birou este raportul iluminarii minime si medii calculate prin 6 masuratori ale iluminarilor pe fiecare birou si trebuie sa fie mai mare de 0,7. Acest criteriu este bazat pe un studiu facut de Boyce&Slater (1990), care au gasit ca uniformitatea iluminarii pe suprafata biroului nu are efect asupra realizarii sarcinilor si acceptarea conditiilor de uniformitate depinde de sarcina.

Prezenta reflexiei de voal in aria de lucru a biroului este determinata prin plasarea unei hartii laminate in aria de lucru cu persoana aflandu-se la masa si observand daca exista reflexii. La nici un birou testat nu trebuie sa existe o reflexie voalata evidenta, care reprezinta o cauza a disconfortului vizual (Bjorset&Frederiksen 1979). Referitor la prezenta reflexiei voalate pe monitoarele caculatoarelor, nici unul din monitoarele observate nu trebuie sa aiba reflexie voalata evidenta, acestea fiind o cauza a disconfortului vizual.

Raportul luminantei intre locul indeplinirii sarcinilor si mediul inconjurator se calculeaza prin masuratori pe fiecare birou testat, folosind un luminantmetru (sau un luxmetru echipat cu un tub cilindric negru). Acest raport al luminantei sarcina-mediu trebuie sa nu fie mai mare de 3/1 sau mai mic de 1/3. Criteriul privind raportul luminantei intre sarcina si podea este ca acesta sa nu fie mai mare de 10/1 sau mai mic de 1/10. Un alt criteriu privind luminanta este stabilit dupa un studiu facut de van Ooyen, van de Weijgert si Begemann (1987) care au raportat ca luminanta la nivelul peretelui si a planului de lucru depinde de tipul sarcinii indeplinite. Raportul luminanta sarcinii / luminanta planului de lucru / luminanta peretelui ar trebui sa fie de 10:4:3. Aceste valori au fost obtinute pentru birouri inchise cu o iluminare orizontala de 750 lx.

Interpretarea culorii lampilor se obtine prin citirea codului tiparit pe lampa. Nici o lampa folosita nu trebuie sa aiba indicele de redare a culorii - IRC - mai mic de 70. Cand o culoare este moderat importanta CIBSE recomanda ca IRC sa fie in gama 60-80 (CIBSE 1994).

Criteriul adoptat privind gradul de disconfort a orbirii estimat prin simpla identificare a tipului corpului de iluminat din cataloage este ca nici un corp de iluminat utilizat in birouri sa nu aiba un VCP (Probabilitatea Confortului Vizual) mai mic de 70% (IESNA 1993).

La proiectarea instalatiilor de iluminat, accentul se pune pe exprimarea nivelelor de iluminare. In plus, este posibil sa se calculeze marimile specifice ce caracterizeaza calitatea iluminatului.

Sisteme globale de evaluare a calitatii iluminatului. Performanta Vizuala Relativa (RPV) si Iluminarea Sferica Echivalenta (ESI) masoara abilitatea unei persoanei de a-si indeplini sarcinile vizuale in conditii de iluminat specifice, din perspectiva vizibilitatii si performantei vizuale. Pe de alta parte Probabilitatea Confortului Vizual (VCP) este strans legata de confortul vizual, analizat prin prezenta sau absenta disconfortului dat de orbire. Aceste marimi de calitate vizuala au aplicatii in proiectarea iluminatului si sunt intalnite in multe programe de calculator pentru analiza iluminatului.

Valorile ESI, RVP si VCP sunt influentate si de alti factori in afara de cei fotometrici: tipul sarcinii vizuale, varsta observatorului, unghiul sub care este vazuta sarcina si alte caracteristici ale sistemului de iluminat. Pentru o incapere data si un sistem de iluminat dat, calcularea valorilor ESI si RVP va avea rezultate diferite in functie de caracteristicile sarcinii vizuale

Iluminarea Sferica Echivalenta (ESI) este iluminarea creata de o sfera uniform stralucitoare ce permite aceeasi vizibilitate ca si cea a sistemulului de iluminat luat in considerare. Calitatea si efectul luminii sferei sunt considerate ca standard de referinta pentru compararea vizibilitatii sarcinii. ESI caracterizeaza vizibilitatea sarcinii prin luarea in considerare a caracteristicilor sistemului de iluminat, a reflexiilor si contrastului sarcinii vizuale si a geometriei exacte a iluminatului relativ la sarcina si la observator. Metoda ESI a fost introdusa ca o metoda numerica pentru evaluarea efectului reflexiilor de voal asupra vizibilitatii sarcinii. Ea a fost prima analiza ce a permis specialistilor in iluminat sa stabileasca modul in care un sistem de iluminat afecteaza contrastul si ca urmare, vizibilitatea sarcinii. Aceasta metoda egaleaza vizibilitatea unei sarcini vazute in conditiile unui iluminat de referinta (sfera fotometrica) cu vizibilitatea aceleasi sarcini vazuta in mediul luminos real. In anii '70, nivelele de iluminare recomandate erau exprimate in ESI pentru sarcini cu sensibilitate la reflexia de voal. IESNA nu mai utilizeaza ESI pentru iluminarile recomandate. Dar atentioneaza proiectantul de sensibilitatea sarcinii la reflexia de voal. In cazul in care se folosesc metodele ESI in proiectare sau ca tehnica de comparare a sistemelor de iluminat, proiectantul este raspunzator pentru selectarea unui criteriu ESI corespunzator. Calculul ESI se face relativ usor folosind programe software existente pe piata.

Performanta Vizuala Relativa (RVP) este o alternativa a ESI, ca o masura a vizibilitatii sarcinii vizuale. RVP stabileste vizibilitatea sarcinii sub conditii exacte ale iluminatului si observare. Spre deosebire de ESI, RVP exprima rezultatele in termeni de performanta vizuala in loc de iluminare echivalenta. RVP reprezinta procentajul in care un obiect este vazut corespunzator, depinzand de varsta observatorului, de sistemul de iluminat si de natura sarcinii vizuale. RVP este o marime precisa de calcul in evaluarea capacitatii sistemului de iluminat de interpretare a contrastelor. Determinandu-se in procente, RVP este mult mai bine perceput de utilizatori. RVP nu poate fi folosit la compararea a doua sisteme de iluminat privind iluminarea necesara pentru performante egale, spre deosebire de ESI. RVP poate fi masurat utilizand un instrument specializat ce combina o camera video calibrata, un luxmetru, un calculator si un software specific. Este posibil sa se evalueze RVP la o instalatie de iluminat existenta. Aceasta metoda a fost propusa la sfarsitul anilor '70 de Blackwell. Valorile lui RVP produse printr-o schimbare a nivelului iluminarii de referinta sunt in stransa relatie cu costul aplicatiilor de iluminat.

Probabilitatea Confortului Vizual (VCP) reprezinta procentul populatiei ce considera sistemul de iluminat vizual confortabil si fara disconfort prin orbire. Prezenta si absenta orbirii trebuie luata in considerare la calcularea lui VCP. Disconfortul prin orbire apare cand luminanta este prea mare in campul vizual. De obicei este rezultatul alegerii nepotrivite a corpurilor de iluminat si a stralucirii excesive a suprafetelor. Disconfortul prin orbire poate fi determinat de ferestre sau de orice suprafata din campul vizual, dar in general este limitat de lumina directa data de corpurile de iluminat. Disconfortul prin orbire nu afecteaza neaparat performanta vizuala. Comitetul IESNA a stabilit ca orbirea directa poate sa nu fie o problema daca sunt satisfacute urmatoarele conditii: (1) VCP 70; (2) raportul maxim-mediu a luminantei corpurilor de iluminat sa nu depaseasca 5:1 (preferabil 3:1); (3) luminanta corpurilor de iluminat sa nu depaseasca valorile:

VCP este metoda curenta acceptata de IESNA pentru evaluarea orbirii directe intr-o incapere. Exista doua metode de obtinere a valorii VCP: (1) calcul punct cu punct si (2) utilizarea tabelelor date de producatori. Metoda cea mai performanta pentru stabilirea informatiei in confortul vizual este de a analiza conditiile existente in mediul luminos si de a determina valorile VCP in locuri specifice din spatiu. Exista programe de calcul care evalueaza valorile VCP in mediul luminos pentru un plan special a sistemului de iluminat.