+ All Categories
Home > Documents > Cap.1 (Iluminat)

Cap.1 (Iluminat)

Date post: 04-Apr-2018
Category:
Upload: mihai-adrian
View: 243 times
Download: 0 times
Share this document with a friend

of 37

Transcript
  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    1/37

    11.1. Mrimi fotometrice1.1.1. LuminaSpectrul de lumin corespunde unei pri a spectrului radiaiei electromagnetice, avnd

    lungimi de und cuprins ntre 380 i 760 nm (fig. 1.1). Spectrul radiaiilor vizibile reprezint uneantion foarte redus din ntregul spectru, care mai cuprinde radiaiile , radiaii Rntgen, radiaiiinfraroii, radiaii ultraviolete .a. Radiaiile din spectrul 380 760 nm determin o senzaiefiziologic specific asupra ochiului uman, numit lumin.

    ILUMINAT ELECTRIC

  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    2/37

    Iluminat electric

    Ochiul uman prezint senzaii diferite pentru diferite lungimi de und. Aceste senzaii diferitesunt numite culoare (tabelul 1.1). n cazul n care lumina cuprinde ntreg spectrul al radiaiilor vizibileochiul sesizeaz culoare alb.

    Lungimea de und a unei radiaii electromagnetice poate fi determinat din relaia

    f

    c= , (1.1)

    n care c este viteza luminii (viteza de propagare n vid), iarf frecvena radiaiei (c 3 108 m/s nvid; 2,25 108 m/s n ap i 2 108 n sticl).

    2

    10-12 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 100 102 104 106 108 [m]

    Radiaiicosmice,

    Raze

    RazeRntgen

    UltravioletLumin

    Infrarou

    Microunde

    Undedecimetrice

    Undeultrascurte

    Undescurte

    Undemedii

    Undelungi

    380 400 450 500 550 600 650 700 750 [nm]

    Fig. 1.1 Spectrul undelor electromagnetice.

    Violet

    Bleu

    Verde

    Galben

    Rou

    Rou

  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    3/37

    Iluminat electric

    Tabelul 1.1Sensibilitatea spectral a ochiului uman

    Lungimea de undnm Culoarea

    380 430 Violet430 485 Bleu485 570 Verde570 600 Galben600 610 Portocaliu610 760 Rou

    n realitate culoarea se realizeaz prin suprapunerea radiaiilor vizibile cu diferite lungimi deund emise de sursa de lumin.

    n tabelul 1.2 este indicat clasificarea surselor tehnice de lumin n funcie de culoare,conform CIE (Comisiei Internaionale de Iluminat) i DIN (Standardul German). Culoarea unei sursede lumin se caracterizeaz prin temperatura sa de culoare. Temperatura de culoare a unei surse delumin se definete ca fiind temperatura (n K) corpului negru, a crui radiaie are aceeai culoare cucea a sursei de lumin analizate.

    Tabelul 1.2Culoarea unei surse de lumin

    Definiie conformDIN

    Definiie conformCIE

    Domeniul temperaturii deculoare

    Alb cald (ww) Grupa 1 (cald) < 3300 K Alb neutru (nw) Grupa 2 (mediu) (3300 5000/5300) K

    Alb lumina zilei (tw) Gruppe 3 (rece) > 5000/5300 K

    Lumina zilei rezult din radiaia termic a soarelui n urma filtrrii prin atmosfera pmntului.Radiaia termic a soarelui cuprinde un spectru continuu cu lungimi de und cuprinse ntre circa 300 i4500 nm cu o temperatur medie de culoare de 5000 K (pentru Europa).

    1.1.2. Mrimi i uniti fotometrice

    Toate corpurile avnd o temperatur peste 0 K radiaz energie. ns numai radiaiile care suntobservate de ctre ochiul uman corespund energiei luminoase. Fiecare surs de lumin emite oanumit energie luminoas W. Energia luminoas nu este o mrime obiectiv, fiind energia uneiradiaii electromagnetice dar validat subiectiv de ctre ochiul uman.

    Energia radiat n unitatea de timp (puterea radiat) i validat de ctre ochiul uman sedefinete ca fiindfluxul luminos

    t

    W

    d

    d= . (1.2)

    Unitatea de msur, lumenul (lm), corespunde unui flux luminos emis de o sursmonocromatic cu lungimea de und de 555, 5 nm (f= 540,0154 1012 Hz) i care consum 1/683 W.Altfel spus, rezult un flux de 1 lm n cazul unei transformri ideale a puterii de 1/683 W, absorbit deo surs de lumin care emite o radiaie monocromatic cu lungimea de und de 555, 5 nm (galben).

    Toate celelalte mrimi fotometrice se raporteaz la fluxul luminos.Fluxul luminos definete caracteristicile energetice ale surselor de lumin i este utilizat

    pentru determinarea randamentului i eficienei luminoase a surselor de lumin i a instalaiilor de

    iluminat.Dac o surs de lumin emite o putere spectral p (fig. 1.2), ochiul uman observ n moddiferit fiecare lungime de und. Sensibilitatea spectral a ochiului uman depinde nu numai de putereaspectral ci, n mare msur, i de compoziia spectral a luminii. Ochiul uman nu recepioneaz n

    3

    p

    p

    380 555 760 [nm]Bild 1.2. Sensibilitatea spectral.

  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    4/37

    Iluminat electric

    mod egal toate radiaiile luminoase. Maximul spectrului luminos al ochiului uman se afl la 555,5

    nm unde sensibilitatea spectral kprezint o valoare unitar

    =p

    k . (1.3)

    Fluxul luminos poate fi determinat din relaia

    == nm760

    nm380

    nm760

    nm380

    dd pk . (1.4)

    Eficiena luminoas a unei surse de lumin reprezint raportul dintre fluxul luminos emisde surs i puterea absorbit din reeaua electricPde ctre sursa de lumin

    =

    =

    0

    nm760

    nm380

    d

    d

    pP

    . (1.5)

    Eficiena luminoas este un indicator economic al unei surse de lumin.n cazul unei transformri ideale a energiei electrice absorbite de o surs care emite o lumin

    monocromatic cu lungimea de und de 555, 5 nm rezult o eficien luminoas = 683 lm/W. nrealitate, sursele actuale de lumin artificial au o eficien luminoas mult mai mic. n tabelul 1.3sunt prezentate cteva exemple n acest sens.

    Tabelul 1.3Eficiena luminoas a unor surse de lumin

    Sursa de luminEficiena luminoas

    lm/WLampa cu incandescen 8 20

    Lampa fluorescent 75 110Lampa cu descrcare n vaporide mercur de nalt presiune 32 60

    Lampa cu descrcare n vaporide sodiu de nalt presiune 66 130

    Intensitatea luminoas I a unei surse de lumin (fig. 1.3), n direcia , se definete ca fiindfluxul luminos emis n direcia , raportat la unghiul solid n care are loc emisia (densitateaspaial a fluxului luminos n direcia )

    =I . (1.6)

    Intensitatea luminoas determin cantitatea de lumin emis ntr-o anumit direcie, fiinddependent n special de suprafeele reflectante care asigur orientarea luminii (de exemplu, unreflector).

    Unghiul solid poate fi calculat din relaia

    2

    cos

    r

    A = , (1.7)

    n care A este aria suprafeei iluminate, rdistana dintre sursa de lumin i suprafaa iluminat, iarunghiul dintre direcia razei luminoase la suprafaa iluminat i normala pe aceeast suprafa (unghiulde inciden).

    4

    Q

    F

    r

    Fig. 1.3 Intensitatealuminoas.

    I

    n

  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    5/37

    Iluminat electric

    Unitatea de msur a unghiului solid este sterradianul [sr].

    Sursele uzuale prezint valori diferite ale intensitii luminoase pe diferitele direcii. Esteposibil a ataa intensittii luminoase noiunea de vector. Modulul acestuia se determin din relaia dedefiniie (1.7), direcia este , iar sensul este radial.

    Unitatea de msur a intensitii luminoase este candela [cd].Repartiia n spaiu a intensitii luminoase a unei surse este o caracteristic important a unei

    surse de lumin. Fiind cunoscut repartiia intensittii luminoase n spaiu (n plan) a unei surse pot fideterminate principalele caracteristici fotometrice ale acesteia. Locul geometric al vrfurilor vectorilorintensitate luminoas reprezint corpul fotometric (n spaiu) sau curba fotometric (n plan).

    Pentru a obine curba fotometric (n general corpul fotometric) al unei surse de lumin estenecesar a msura intensitatea luminoas n diferitele direcii i, la o anumi scar, s fie trasat loculgeometric al vrfurilor vectorilor corespunztori.

    n mod uzual, curbele (corpurile) fotometrice sunt indicate pentru o surs standard de 1000 lm.

    Valoarea real a intensittii luminoase, pentru o surs de lumin, cu un flux total , rezultdin relaia

    10000

    = II , (1.8)

    n careI0 este valoarea indicat de constructorul sursei de lumin.Ca exemplu, n fig. 1.4 este indicat o curb fotometric pentru o surs uzual de lumin.

    Nivelul de iluminare Edefinete fluxul luminos care ajunge pe suprafaa iluminat. Nivelul deiluminare este un criteriu pentru necesarul de lumin i deci determin numrul de surse de luminntr-o zon. Unitatea de msur a nivelului de iluminare este luxul [lx].

    Nivelul de iluminare reprezint mrimea de baz pentru dimensionarea instalaiilor deiluminat

    AE

    dd= . (1.9)

    Acuitatea vizual a ochiului uman depinde n mare msur de nivelul de iluminare a cmpuluivizual. Odat cu creterea nivelului de iluminare crete, n general, i acuitatea vizual. Un nivel deiluminare corespunztor pe planul de lucru determin randamentul activitilor n zon.

    Valori tipice ale nivelului de iluminare n exterior sunt: zi de var nsorit 60 000 100 000 lx; zi de var nnourat pn la 20 000 lx; zi de iarn nnourat pn la 3000 lx; noapte cu lun plin pn la 0,25 lx; noapte senin cu stele pn la 0,01 lx.n tabelul 1.4 sunt indicate valorile minime ale nivelului de iluminare pentru birouri i spaii

    administrative.Suprafaa de lucru este un plan fictiv la care se refer msurtorile privind nivelul de

    iluminare. n general acest plan este orizontal i plasat la 0,85 m deasupra podelei.

    Tabelul 1.4

    Valori minime ale nivelului de iluminare n birouri i spaii administrative

    Tipul ncperiiValoarea minim admisbil anivelului de iluminare,Emin

    lx

    Suprafaa la care serefer nivelul de

    iluminareSpaii administartive i birouri, slide lectur, sal de edine i spaiiculturale

    200 Nivelul suprafeei delucru

    Spaii pentru pregtirea, distribuireai preluarea mncrii (buctrii, slide mese, bufet)

    200 Nivelul suprafeei delucru

    Spaii de baie, camere de mbrcare.75 Nivelul solului

    5

    110

    100

    90

    80

    70

    60

    50

    40

    120 130 140 160 180160 140 130 120110

    100

    90

    80

    70

    60

    50

    40

    30 20 10 0 10 20 30

    30

    60

    90120

    150

    180

    210

    240

    270

    300 cd

    I

    Fig. 1.4 Curba fotometric pentru o surs de lumin.

  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    6/37

    Iluminat electric

    toaleteHoluri cu scri, scri, rampe dencrcare, coridoare principale, casascrilor

    50 Nivelul solului

    Alte culoare i scri 50 Nivelul solului

    Reducerea nivelului de iluminare determinat de o instalaie de iluminat datorit mbtrnirii imurdririi poate fi luat n consideraie prin intermediul factorului de meninere subunitarM. Rezult,n acest fel, c iniial sunt instalate mai multe surse de lumin, pentru ca dup un timp s rezultevaloarea impus a nivelului de iluminare.

    Valoarea invers a factorului de meninereMeste factorul de depreciere (tabelul 1.5).

    Tabelul 1.5Factorul de meninere i factorul de depreciere

    Reducerea nivelului de iluminare datoritmurdririi i mbtrnirii lmpilor, a

    instalaiilor de iluminat i a pereilor ncperiiFactorul de meninere

    M

    Factorul dedepreciere

    normal 0,8 1,25ridicat 0,7 1,43

    puternic 0,6 1,67

    Repartiia nivelului de iluminare pe o suprafa este indicat prin curbe izolux. Acestea rezultprin unirea punctelor cu acelai nivel de iluminare.

    Luminana L este o msur a senzaiei de strlucire a unei suprafee care emite sau reflectlumin, asupra ochiului uman, determinnd fenomenul de orbire. Orbirea este definit ca fiind senzaiade perturbare a vederii, datorit unei repartiii necorespunztoare a luminanei i/sau a unui contrast

    prea ridicat al luminanelor n cmpul vizual al observatorului.Luminana L este mrimea fotometric de baz, care este receptat de ochiul uman, fiinddefinit ca raportul dintre intensitatea luminoas i suprafaa emitoare (fig. 1.5)

    = cosd

    d

    A

    IL , (1.10)

    n care este unghiul de observare i determin aria suprafeei vizibile a suprafeei luminoaseUnitatea de msur este candela/m2 [cd/m2].Repartiia luminanelor pe o suprafa, ntr-un spaiu iluminat, este un criteriu important

    pentru evaluarea calitii mediului luminos.Exemplu de valori ale luminanei n mediul ncojurtor sunt prezentate mai jos: soare la amiaz pn la 150000 cd/cm2 ;

    lamp cu incandescen mat 2 5 cd/cm2

    ; lamp fluorescent compact 0,9 2,5 cd/cm2 ; lamp fluorescent tubular 0,4 1,7 cd/cm2 ; luna 0,25 cd/cm2 .Pentru a se asigura un confort vizual i limitarea oboselii rapide se recomand asigurarea unei

    repartiii practic uniforme a luminanelor. Altfel spus, nu este admis depirea unei anumiteneuniformiti a nivelului de iluminare pe suprafaa de lucru. Ca indicator este utilizat factorul deneuniformitate kdeterminat ca raport ntre valoarea minimEmini valoarea medieEmed a nivelului deiluminare. n cazul unui iluminat general n birouri, factorul de neuniformitate k trebuie s fie maimare ca 1/1,5.

    1.1.3. Legile fotometrice

    6

    n

    dA

    dI

    Fig. 1.5 Luminana.

    Sursa de lumin

    Ochiul uman

  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    7/37

    Iluminat electric

    Legile fotometrice prezint relaia dintre nivelul de iluminare Entr-un punct al suprafeei de

    lucru (nivel de iluminare punctual) i intensitatea luminoas I a unei surse de lumin, distana rfade sursa de lumin i unghiul de inciden a razei luminoase.Din relaiile (1.6), (1.7) i (1.9) rezult

    22

    coscosd

    dd

    d

    d

    d

    r

    I

    r

    F

    A

    I

    A

    I

    AE

    =

    =

    =

    = . (1.11)

    Legea ptratelor distanelor arat c nivelul de iluminare pe o suprafa este inversproporional cu ptratul distanei dintre sursa de lumin i suprafa iluminat (fig. 1.6)

    21

    22

    2

    1

    r

    r

    E

    E= . (1.12)

    Legea cosinusurilor arat c nivelul de iluminare pe o suprafa este direct proporional cu

    cosinusul unghiului de inciden (fig. 1.7)

    2

    1

    2

    1

    cos

    cos

    =E

    E. (1.13)

    Nivelul de iluminare maxim rezult n cazul incidenei perpendiculare a razei luminoase pesuprafaa iluminat.

    Legea lui Lambert se refer la suprafeele luminoase difuze i uniform radiante, prezentndastfel valori ale luminanei egale n toate direciile

    LA

    IL

    A

    IL ===

    =

    d

    d

    cosd

    d max2/ . (1.14)

    n cazul surselor care respect legea lui Lambert, din relaia (2.14) rezultdImax = dI cos. (1.15)Intensitatea luminoas scade cu cosinusul unghiului direciei razei luminoase fa de normala

    la suprafa.

    1.1.4. Determinarea practic a eficienei luminoase a uneisurse punctiforme

    Eficiena luminoas = /P este mrimea de baz n evaluarea energetic a unei surse delumin i poate fi determinat prin msurtori. Puterea electric absorbit de o surs de lumin poate fimsurat cu ajutorul unui wattmetru. Pentru evaluarea fluxului luminos trebuie cunoscut saudeterminat corpul fotometric al sursei.

    n acest scop, n jurul sursei de lumin S este trasat un cerc fictiv de raz r (fig. 1.8). Daccorpul fotometricI, =f(, ) este cunoscut, valoarea fluxului luminos poate fi calculat sub forma

    =

    = =

    2

    0 0

    dI . (1.14)

    Unghiul solid d rezult din relaia

    2d

    dr

    A= (1.15)

    deoarece ntr-o sfer unghiul de inciden este /2.

    Aria elementar dA rezult dA = r d r sin d = r2 sin d d (1.16)Relaia (1.14) poate fi deci scris sub forma

    7

    I

    n

    n

    r1

    r2

    Fig. 1.6 Legea ptratelordistanelor.

    Brennstellung

    I

    2n1n

    21

    r

    Bild 1.7 Legea cosinusurilor.

    dA

  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    8/37

    Iluminat electric

    =

    =

    = ddsin

    2

    0 0I . (1.17)

    n mod obinit, sursele de lumin prezint o curb fotometric cu simetrie axial, iar relaia(1.17) devine

    ==

    =

    =

    = dsin2dsind

    0

    2

    0 0

    II . (1.18)

    Curba fotometricI =f(), n cazurile practice, se mparte n 18 intervale egale i sunt suntindicate valorileI(2 k1) /36 (k= 1 18) n mijlocul fiecrui interval. Se consider c n fiecare zonintensitatea luminoas este constant i egal cu valoarea de la mijlocul intervalului I(2 k 1) /36 . Cuaceast ipotez, relaia (1.18) devine

    =

    =18

    136/)12(36/)12(2

    k

    kk SI (1.19)

    n relaia (1.19)

    =

    18/

    18/)1(

    36/)12( dsin

    k

    k

    kS .

    Funcia S(2 k 1) /36 este dat sub form tabelat i astfel din relaia (1.19) poate fi calculatfluxul luminos . n continuare poate fi determinat eficiena luminoas.

    1.1.5. Msurarea nivelului de iluminare

    Mrimea fotometric nivel de iluminare poate fi determinat prin msurare cu ajutorul unuiluxmetru. Echipamentul de msurare a nivelului de iluminare const n principiu dintr-un receptorfotoelectric (celul fotoelectric) i un instrument indicator (fig. 1.9).

    Pe o plac 1 din oel este plasat un disc 2 din seleniu. Stratul semitransparent 3 din aur sauplatin permite ca lumina s cad pe discul din seleniu. Atunci cnd pe discul de seleniu ajunge fluxul, ntre aiba metalic 4 i placa 1 din oel trece curentul electricIproporional ca valoare cu fluxul .aiba metalic 4 va avea o polaritate negativ, iar placa 1 polaritate pozitiv. Deoarece aria suprafeeiiluminate rmne constant i este cunoscut, curentul Iva avea valoarea proporional cu nivelul deiluminare, iar echipamentul poate fi etalonat direct n luci. Rezistorul R este utilizat pentru etalonareaechipamentului ca luxmetru.

    Fluxul incident parcurge filtrul 5 care permite ajustarea sensibilitii spectrale a seleniului nraport cu sensibilitatea spectral a ochiului uman.

    Luxmetrul poate fi utilizat i pentru msurarea intensitii luminoase. Pentru aceasta estenecesar a fi cunoscut distana r ntre sursa de lumin i suprafaa iluminat precum i unghiul deinciden .

    Pe durata msurtorilor este necesar a lua n consideraie cu exactitate unghiul de inciden sau mai simplu se urmrete realizarea unui unghi = /2 (rezult valoarea maxim a indicaieiechipamentului de msurare).

    Dac pentru msurarea intensitii luminoase este utilizat luxmetrul, din relaia (1.19) poate fideterminat fluxul luminos. n acest scop trebuie determinate prin msurtoare cele 18 valoriI(2 k1) /36.

    8

    d

    d

    dA

    Fig. 1.8 Calculul fluxului luminos.

    Q

    54321

    A

    I

    Fig 1.9 Luxmetru.

    R

  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    9/37

    Iluminat electric

    Msurarea nivelului de iluminare prezint un interes deosebit pentru evaluarea instalaiilor de

    iluminat, pentru compararea valorilor impuse cu cele reale ale nivelului de iluminare i pentruadoptarea de msuri necesare mbuntirii sistemului de ilumnat.

    1.1.6. Caracteristici fotometrice

    Lumina incident pe o suprafa, n funcie de caracteristicile fotometrice ale acesteia, poate fiabsorbit, transmis sau reflectat.

    Factorul de absorbie a este raportul dintre fluxul luminos absorbit a i fluxul luminosincident (fig. 1.9 a))

    = aa . (1.21)

    Factorul de reflexie r este raportul dintre fluxul luminos reflectat r i fluxul incident (fig. 1.9 b))

    = rr . (1.22)

    Factorul de transmisie teste raportul dintre fluxul luminos transmis t i fluxul incident (fig. 1.9 c))

    = tt . (1.23)

    Factorii de absorbie, de reflexie i de transmisie pot lua valori cuprinse ntre 0 i 1. Sumacelor trei factori este totdeauna unitar.

    Valori tipice ale acestor factori fotometrici sunt indicate n tabelul 1.6.

    Tabelul 1.6

    Valori tipice pentru factorii fotometrici

    Material Factorul de absorbie Fcatorul de reflexie Factorul de transmisieSticl clar 0,02 0,04 0,06 0,08 0,90 0,92Sticl prismatic 0,05 0,10 0,05 0,20 0,70 0,90Material plastic (alb, opac) 0,10 0,20 0,20 0,50 0,40 0,60Lemn. de culoare deschis 0,40 0,70 0,30 0,60 Lemn, de culoare nchis 0,85 0,90 0,10 0,15 Ciment, Beton, nefinisat 0,70 0,80 0,20 0,30

    1.1.7. Redarea culorilor

    Redarea culorilor este unui dintre criteriile principale privind calitatea luminii, indicnd ct decorect i se pare unui observator culoarea corpurilor iluminate artificial. Culoarea corpurilor estecorect cnd este privit la lumina natural.

    Esenial pentru calitatea redrii culorilor ntr-o instalaie de iluminat este spectrul radiaieisursei de lumin.

    Indicele Ra de redare a culorilor definete caracteristicile de redare ale culorilor de ctresurselor de lumin artificial (tabelul 1.7).

    Nivelul 1A de redare a culorilor definete cea mai ridicat capacitate de redare a culorilor ieste cerut la ncercare/controlul culorilor. n ncperile cu birouri, n general, este suficient nivelul 1B.

    Tabelul 1.7Nivele de redare a culorilorRa

    Caracteristici Nivel de redare a culorilor Indicele de redare a culorilor

    Foarte bune 1 A 90 1001 B 80 902 A 70 80

    9

    r

    t

    a) b) c)

    Fig. 1.6 Caracteristicile fotometrice ale corpurilor.

  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    10/37

    Iluminat electric

    Bune 2 B 60 70Medii 3

    40 60Slabe 4 20 40Nedefinite < 20

    1.2. Aparate de iluminat

    Aparatele de iluminat au rolul de a dirija i reforma fluxul luminos al unei surse de lumin ide a asigura protecia contra orbirii. Acestea trebuie s asigure i o funcie estetic, avnd n vedere cforma, poziia i implementarea lor ntr-un spaiu trebuie s armonizeze cu arhitectura zonei.

    Aparatele de iluminat trebuie s asigure modificarea luminaei i a curbei fotometrice a uneilmpi pentru a obine caracteristici fotometrice optimale n funcie de scopul propus.

    Aparatele de iluminat au i funcii de protecie i siguran, necesare n zonele n care sunt

    plasate. De asemenea, aparatele de iluminat asigur posibilitatea conectrii elementelor auxiliarenecesare funcionrii lmpii.Aparatele de iluminat au rolul de a asigura iluminarea spaiilor sau suprafeelor, acionnd

    astfel direct asupra ochiului uman.Aparatele de iluminat pot fi clasificate astfel: pentru utilizare general; pentru utilizare n ncperi de locuit; pentru utilizare n ncperi cu funcii culturale.Aparatele de iluminat de utilizare general reprezint clasa cea mai important pentru

    iluminarea spaiilor de producie i de lucru, precum i a iluminatului stradal. Sunt realizate pentruiluminat interior, iluminat exterior sau pentru scopuri speciale.

    Pentru evaluarea aparatelor de iluminat se folosete randamentul A , definit ca raportul dintrefluxul luminos A emis de aparatul de iluminat i fluxul luminos lemis de lampa (lmpi)

    =l

    AA , (1.24)

    Aparatele de iluminat, n funcie de modul de transmitere a fluxului luminos, pot fi mprite,n principiu, n urmtoarele categorii:

    cu repartiie direct (fig. 1.7 a)), avnd peste 90% din fluxul luminos emis n semisferainferioar;

    cu repartiie semidirect (fig. 1.7 b)), avnd 60 90% din fluxul luminos emis nsemisfera inferioar;

    cu repartiie mixt (fig 1.7 c)), avnd avnd 40 60% din fluxul luminos emis nsemisfera inferioar;

    cu repartiie semiindirect (fig 1.7 d)), avnd avnd 40 60% din fluxul luminos emis nsemisfera superioar;

    cu repartiie indirect (fig 1.7 e)), avnd peste 90% din fluxul luminos emis n semisferasuperioar.

    Aparatele de iluminat cu emisie numai n emisfera inferioar asigur, de obicei, un nivelridicat de iluminare pe suprafeele orizontale, ns, deseori, o suprtoare neuniformitate a iluminriicu umbre pronunate, atenuate n mic msur de celelalte surse de lumin.

    Sunt utilizat, n principal, aparate de iluminat cu repartiie semidirect sau semiindirectdeoarece o parte din lumina transmis de aparatele de iluminat cade pe perei sau tavan, de unde estereflectat, obinndu-se astfel o iluminare aproape fr umbre.

    Evitarea fenomenului de orbire este unul dintre criteriile care trebuie luat n vedere la alegereai dimensionarea aparatelor de iluminat. n cazul aparatelor de iluminat dintr-un material transparent,luminana sursei este limitat datorit materialului. Sunt utilizate n acest scop aparate de iluminat custicl opalin sau mat, precum i din materiale plastice cu caracteristici asemntoare.

    10

    a)

    b)

    c)

    d)

    e)

    Fig. 1.7. Aparate de iluminat.

  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    11/37

    Iluminat electric

    Reflectoarele sunt aparate de iluminat speciale cu caracteristici de direcionare a radiaiei

    luminoase. Cu ajutorul aparatelor de iluminat oglindate este posibil ca fluxul luminos al unei lmpi sfie orientat pe o direcie bine determinat sau s se modifice ntr-un mod substanial curba fotometrica sursei.

    Sunt ntlnite urmtoarele tipuri de aparate de iluminat pentru reflectoare: cu oglin sferic(fig. 1.8 a)); cu oglind parabolic (fig. 1.8 b)), cu oglind elipsoidal (fig. 1.8 c)).

    Unghiul de protecie al unui aparat de iluminat, este msurat fa de orizontal i este definitca cel mai mare unghi pentru care nu mai este posibil observarea direct a lmpii din interiorulaparatului de iluminat. Observarea direct a unei surse luminoase libere determin, de obicei,fenomenul de orbire datorit luminanei ridicate.

    Pentru a evita fenomenul de orbire direct, aparatele de iluminat utilizeaz materialenetransparente pentru carcas precum i lamele sau rastru pentru ecranarea lmpilor (fig. 1.9). Deasemenea, capacele din material opal sau de form prismatic asigur reducerea luminaelor.

    1.3. Surse de lumin

    Sursele de lumin i tehnica iluminatului se refer la sursele artificiale, ca surse de radiaiielectromagnetice n domeniul vizibil al spectrului.

    Lmpile electrice reprezint modul practic de realizare a surselor de lumin utilizate n specialpentru iluminatul artificial. n prezent, n tehnica iluminatului exist o mare varietate de surse delumin artificial adecvate diferitelor scopuri. Deosebirea const nu numai n dimensiuni i form, cintr-o msur chiar mai important n modul de producere a luminii, puterea nominal, fluxul luminos,culoarea luminii, tipul soclului etc.

    Principial sursele de lumin pot fi mprite n dou clase:

    surse termice (lmpi cu incandescen); surse cu descrcri electrice (lmpi fluorescente, lmpi cu descrcare n vapori metalici denalt presiune);

    n cazul surselor termice, energia absorbit este utilizat pentru nclzirea unui metal (deobicei, wolfram), obinndu-se pe lng radiaie termic i o anumit radiaie luminoas (spectrucontinuu).

    n cazul surselor cu descrcare electric, este utilizat radiaia electromagnetic ce rezult ncanalul de descrcare (spectru discontinuu linii spectrale). Aceasta este convertit n spectrul vizibilcu ajutorul unui strat fluorescent.

    1.3.1. Lmpi cu incandescen

    1.3.1.1. Lmpi cu incandescen normale

    Lmpile cu incandescen sunt surse termice de lumin. Un fir metalic plasat n interiorul unuibalon din sticl este adus la incandescen prin efect Joule, la trecerea unui curent electric (fig. 1.10).

    n funcie de temperatura sa, filamentul emite un anumit spectru de radiaii electromagnetice(fig. 1.11).

    Ca surs de lumin este utilizat n prezent filamentul din wolfram (punct de topire circa3400C).

    Lmpile cu incandescen cu puteri nominale de 15 40 W sunt realizat n mod obinuit cuvid n interiorul balonului din sticl, iar lmpile cu puteri nominale peste 60 W sunt realizate, deobicei, cu un gaz inert n interiorul balonului.

    Cea mai mare parte a radiaiilor emise, pentru temperaturile uzuale de 2200 2500Ccorespund domeniului radiaiilor termice, astfel nct lampa cu incandescen este, n primul rnd, unelement nclzitor, cu o pondere redus ca surs de lumin. Ar fi fost avantajos dac elementul nclzit

    11

    a) b) c)

    Fig. 1.8 Reflectoare.

    a) b) c)

    Fig. 1.9 Unghiul de protecie:a) Lamp fluorescent cu un aparat de iluminat metalic simplu;

    b) Lamp cu incandescen cu un aparat de iluminat netransparent;c) Lamp fluorescent cu aparat de iluminat cu lamele.

    24

    1

    45

    Vid saugaz

    (argon)(Argon)

    3

    6Fig. 1.10 Lamp cu incandescen:1 Elementul cald (filament din

    wolfram); 2 Balon din sticl;3 Soclu; 4 Electrod; 5 Tij din

    sticl;6 Element de contact.

    p*

    1,8

    1,4

    1,0

    0,6

    0,20400 450 500 550 600 650 [nm]

    Fig. 1.11 Puterea spectral relativp* a unei

    surse de lumin:1Lampa cu incandescena cu vid; 2 Lampa cu

    incandescena cu gaz; 3 .Lampa fluorescent.

    12

    3

  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    12/37

    Iluminat electric

    ar fi ajuns la circa 5000C, ceea ce ar fi condus la o eficien luminoas de circa 95 lm/W. n prezent

    nu sunt materiale care ar putea lucra la aceste temperaturi.Cele mai importante avantaje ale acestor lmpi sunt urmtoarele: dimensiuni reduse; o foarte bun redare a culorilor; o mare varietate de puteri nominale i forme; apariia imediat a luminii dup conectare n circuitul electric; cost redus la achiziie; posibilitate de reglare continu a fluxului luminos; receptor liniar (nu rezult armonici de curent electric); nu determin defazare ntre curentul absorbit i tensiunea de alimentare (nu necesit putere

    reactiv).

    Principalele dezavantaje ale lmpii cu incandescen sunt:eficien luminoas foarte redus (8 20 lm/W);durat de utilizare redus (1 000 ore);solicitare termic ridicat (temperatura balonului din sticl poate atinge 150C); luminana are valori deosebit de ridicate (200 1200 cd/cm2) ceea ce conduce la pericol

    de orbire;curentul electric I0 n momentul conectrii lmpii (n starea rece a filamentului) este foarte

    diferit de curentul Ir de funcionare normal (I0/Ir 8), ceea ce determin o puternic solicitare almpii i a circuitului de alimentare (raportul ntre rezistena electric a lmpii n stare rece i nfuncionare este aproximativ 14);

    datorit vaporizrii wolframului, pe partea interioar a balonului din sticl, se depune un strat

    netransparent; caracteristicile fotometrice ale lmpii cu incandescen, pe durata funcionrii, devindin ce n ce mai reduse (negrirea balonului datorit depunerii vaporilor de wolfram); dup 1000 ore defuncionare, lampa prezint un flux luminos care nu depete 80% din valoarea iniial;

    prezint o sensibilitate ridicat la variaii de tensiune; o influen deosebit o are nivelul detensiune Uasupra duratei de viaD

    14

    =

    rr U

    U

    D

    D, (1.25)

    n careDr = 1000 ore este durata normat, iarUr = 230 V tensiunea normat.Din relaia (1.25) rezult c la o supratensiune de 105% durata de via se reduce la 50% , iar

    la o reducere a tensiunii cu 5% fluxul luminos scade cu 17%.Nivelul tensiunii la bornele lmpii are o influen ridicat asupra caracteristicilor fotometrice

    i electrice ale lmpii (fig. 1.12).n afara lmpilor de utilizare general exist o mare varietate de lmpi cu utilizri speciale:

    lmpi pentru faruri auto, lmpi pentru proiectoare, lmpi lumina zilei cu balon albastru etc.n fig. 1.13 este prezentat bilanul energetic al unei lmpi incandescente normale.

    1.3.1.2. Lmpi cu incandescen cu halogeni

    Aceste lmpi au principalul avantaj c pe ntreaga durat de via emit un flux luminosconstant. Lampa (fig. 1.13) const dintr-un balon din cuar, de form cilindric, avnd plasat unfilament liniar pe axa cilindrului. Balonul din cuar este umplut cu argon i o parte bine determinat devapori de iod. Pe durata funcionrii, wolframul vaporizeaz i o parte ajunge pe suprafaa interioar a

    balonului. La temperatura relativ redus a balonului are loc reacia wolframului cu vaporii de iod irezult o iodur gazoas de wolfram. n apropierea filamentului, datorit temperaturii ridicate dinzon, iodura se descompune i are loc depunerea wolframului pe filament.

    12

    1,61,4

    1,2

    1,0

    0,8

    0,6

    0,40,85 0,9 0,95 1,0 1,05 1,1 U/Ur

    Fig. 1.12. Mrimile relative ale lmpii cuincandescen n funcie de tensiune.

    D/Dr

    D/Dr

    /r

    /r

    P/Pr P/P

    r/r

    /r

  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    13/37

    Iluminat electric

    Pe durata funcionrii are loc un echilibru ntre procesul de vaporizare i de depunere a

    wolframului. Se poate considera c rezult un proces regenerativ.

    n cazul lmpilor cu incandescen cu halogeni nu apare negrirea balonului din cuar. Pentru ase realiza reacia chimic dintre wolfram i vaporii de iod trebuie ca temperatura balonului s fie decirca 600C. Din acest motiv poate fi folosit numai cuarul.

    Lampa cu incandescen cu halogeni trebuie s aib dimensiuni reduse i o form simetricaxial pentru a se obine un proces regenerativ al iodului.

    Deoarece costurile sunt relativ ridicate, aceast lamp este utilizat pentru scopuri speciale:echiparea farurilor automobilelor (lmpi auto), lmpi fotografice sau pentru proiecie film, iluminatulslilor de sport, a teatrelor, studiourilor etc.

    Lmpile cu incandescen cu halogeni au urmtoarele caracteristici principale: eficiena energetic 20 25 lm/W;

    durata de via 2000 ore; posibilitatea de reglare continu a fluxului luminos.

    1.3.2. Lmpi cu descrcare n vapori metalici

    n cazul lmpilor cu descrcare electric sunt utilizate radiaiile electromagnetice care apar nprocesele de schimb de energie ce rezult la ionizrile prin ciocnire.

    ntr-un tub care cuprinde vapori metalici (n general un gaz) figura 1.15 sub influena unuicmp electric exterior rezult, la bornele tubului, o relaie specific ntre curentul electric din tub itensiunea la bornele tubului. Principial, gazele sunt materiale izolante. n lipsa purttorilor de sarcinnu poate s apar curent electric la aplicarea tensiunii la borne. n realitate, n spaiu exist totdeauna o

    anumit cantitate de purttori de sarcin, determinat de slaba ionizare datorat unor surse exterioare,de exemplu radiaia cosmic.

    13

    Energia absorbit 100%

    Radiaievizibil

    8%

    Radiaie infraroie afilamentului din wolfram 58%

    Pierderi prin conducie iconvecie de la filament labalonul din sticl 34%

    Pierderitermice princonducie iconvecie

    12%

    Radiaie infraroie80%

    Radiaie infraroiea balonului din

    sticl 22%

    8% 58%

    34%

    22%

    Fig. 1.13. Bilanul energetic al unei lmpi cu incandescen normale.

    3

    5Fig 1.14 Lamp cuincandescen cu halogeni:

    1 Filament; 2 Balon din cuar;3 Soclu; 4 Electrod;5 Element de contact

    1

    2

    4

    mA

    R

    Ur

    I EF Arc electric

    D

    C

    Zon de trecere

    B

    Descrcareautonom

    Descrcarentunecat

    A

    UB

    UT

    O

    a) b)

    Fig. 1.15 Caracteristica tensiune-curent electric a unei descrcri n mediu gazos.

    UT

  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    14/37

    Iluminat electric

    Sub influena unui cmp electric, determinat de tensiunea UT la bornele tubului, purttorii de

    sarcin se deplaseaz spre electrozi. Pentru un cmp electric redus (pn n punctul A) rezult o relaieliniar ntre tensiunea aplicat i curentul electric din tub.ncepnd din punctul A aproape toi purttorii de sarcin, produi n fiecare moment, sunt

    transportai la electrozi. Pn n punctul B, curentul electric rmne constant la o valoare de saturaie.O cretere a tensiunii aplicate (a intensittii cmpului electric) determin o cretere a vitezei

    purttorilor de sarcin. Atunci cnd energia cinetic a acestora este mai mare ca energia de ionizare,datorit ionizrilor prin ciocnire apare un surplus de purttori de sarcin i deci curentul electric

    prezint o cretere a valorii sale.Creterea intensitii curentului electric are loc dup o curb exponenial (pn n punctul C).

    Acestei descrcri ntunecoase i corespunde o densitate relativ redus de curent electric.La o cretere n continuare a densitii de curent electric, n spaiul de descrcare rezult o

    intensificare a proceselor de apariie a electronilor prin termoionizare i fotoionizare. ncepe etapa de

    descrcare autonom. n prima parte are loc un proces de trecere (CD) i apoi rezult o descrcare narc electric.

    Canalul descrcrii electrice determin o intens emisie electromagnetic, de obicei, ndomeniul radiaiilor ultraviolete. Pentru a obine o radiaie luminoas este necesar o conversie nspectrul vizibil. n acest scop este folosit substana fluorescent plasat pe partea interioar a tubuluide descrcare.

    n cazul lmpilor cu descrcare n vapori metalici curentul electric trebuie limitat n domeniulEF (fig. 1.15). n acest scop sunt folosite elemente pentru limitarea curentului (stabilizarea descrcriielectrice ntr-un anumit domeniu al caracteristicii tensiune-curent electric), numite balast. De cele maimulte ori, pentru limitarea curentului electric sunt utilizate bobine (balast inductiv). Uneori suntfolosite i condensatoare (foarte rar rezistoare).

    1.3.2.1. Lmpi fluorescente

    Lmpile fluorescente sunt lmpi cu descrcare n vapori de mercur de joas presiune. ninteriorul tubului este un amestec gazos de argon i krypton mpreun cu un miligram de mercur(presiunea gazului 150 160 Pa; presiunea vaporilor de mercur 0,15 15 Pa). Pe parteainterioar a tubului din sticl este plasat un strat subire pulverulent dintr-un material fluorescent.Canalul descrcrii electrice determin o intens radiie n domeniul ultraviolet (n principal liniaspectral de 253 nm, aa numita linie rezonant a mercurului) care este convertit n domeniul vizibilcu ajutorul stratului din material fluorescent. Materialul fluorescent determin calitatea luminii ieficiena sursei de lumin.

    n cazul surselor liniare (tuburi fluorescente), descrcarea electric se dezvolt n interiorul

    unui tub din sticl (16 38 mm diametru) prevzut, pe partea interioar, cu un strat fluorescent, iarla capete tubului sunt plasai doi electrozi. n mod obinuit electrozii constau din filamente dinwolfram, acoperite cu un strat activ din pmnturi rare. Filamente trebuie prenclzite.

    Lungimea tubului este determinat de fluxul luminos nominal al lmpii.Descrcarea electric este amorsat iniial n mediul gazos din tub, iar apoi are loc vaporizarea

    mercurului i dezvoltarea descrcrii n vapori metalici.Tensiunea relativ ridicat (pn la 2,5 kV) necesar amorsrii descrcrii este obinut n

    multe dintre lmpile fluorescente actuale cu ajutorul unui starter St (fig. 1.16). Starterul const dintr-un tub de descrcare G, de dimensiuni reduce, avnd n paralel conectat un condensator Cs pentrulimitarea perturbaiilor de nalt frecven. Tubul de descrcare G este umplut cu neon i are doielectrozi Ea (de form liniar) i Eb (element bimetalic).

    Dac la bornele de alimentare se aplic tensiune alternativ de 230 V, ntre electrozii E a i Eb

    se iniiaz o descrcare luminiscent. Cldura dezvoltat n tubul G conduce la deformareaelementului bimetalic Eb pn la atingerea celor doi electrozi. Curentul de scurtcircuit rezultat (decirca 1,5 mai mare dect curentul nominal) determin nclzirea rapid a celor doi electrozi (filamente)

    14

    Ur= 230 V

    Fig. 1.16 Lampa fluorescent.

    BC

    R

    E1 E2S1

    S2

    St

    Cs

    Ea

    Eb

    T

    G

  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    15/37

    Iluminat electric

    E1 i E2 pn la circa 800C. n tubul G, atingerea celor doi electrozi Ea i Eb ai starterului (circa 0,3 s)

    conduce la dispariia descrcrii electrice, rcirea elementului bimetalic i revenirea sa la formainiial. La ntreruperea circuitului ntre electrozii Ea i Eb ai starterului, la bornele bobinei B apare unimpuls de tensiune (circa 2,5 kV) care determin strpungerea spaiului ntre electrozii E 1 i E2 . ncazul n care n tubul T nu a avut loc iniierea descrcrii, ntregul proces de aprindere se reia.Descrcarea se iniiaz n amestecul gazos de baz apoi are loc vaporizarea mercurului i continuareadescrcrii n vapori de mercur.

    Radiaia luminoas emis este foarte redus, avnd n vedere c emisia unei descrcri nvapori de mercur are loc practic numai n domeniul ultraviotet. Stratul fluorescent plasat pe parteainterioar a tubului de descrcare convertete circa o treime din radiaiile invizibile UV n radiaiivizibile a cror culoare depinde de materialul fluorescent utilizat.

    Tensiunea la bornele tubului UT, dup amorsarea acestuia, este mai mic dect tensiunea deaprindere a starterului [UT = (0,3 0,6) Ur], nct starterul nu mai are n continuare niciun rol.

    Starterul are urmtoarele funciuni: asugurarea prenclzirii filamentelor tubului principal; realizarea unei deschideri brute a circuitului electric inductiv astfel nct la bornele bobinei

    B s se obin o tensiunea ridicat; limitarea perturbaiilor de nalt frecven n perioada iniial de aprindere a lmpii.Bobina B trebuie s asigure aprinderea lmpii, dar are i rolul de a limita curentul electric de

    prenclzire n perioada de aprindere a lmpii precum i de a stabiliza descrcarea electric n zonaimpus EF a caracteristicii tensiune-curent electric a lmpii (limitarea curentului prin tubul principal nregimul normal de funcionare).

    Tubul de descrcare T este conectat n circuit prin intermediul soclurilor S 1 i S2 , cu doielectrozi.

    Condensatorul CR are rolul de a asigura mbuntirea factorului de putere al lmpii (nfuncionare normal factorul de putere natural nu depete 0,6).Prin alegerea corespunztoare a stratului fluorescent, lmpile fluorescente pot fi realizate n

    principal cu urmtoarele culori: alb culoare (temperatura de culoare circa 4400 K) care permite obinerea unei eficiene

    luminoase ridicate i o utilizare general. Aceste lmpi sunt larg utilizate pentru iluminare n industrie,birouri, ncperi comerciale, n exterior.

    lumina zilei culoare alb-albstruie (temperatura de culoare circa 6400K) care esteasemntoare luminii zilei. Aceste lmpi sunt utilizate n locurile n care este important distingereareal a culorilor (tipografii, ateliere foto, industrie textil .a.);

    alb cald culoare cald (temperatura de culoare 3300 K), cu o pondere important adomeniului rou, este adecvat iluminrii spaiilor de odihn (ncperi de locuit, spaii culturale,

    restaurante etc.).O durat ridicat de via, o eficien luminoas relativ mare i o bun redare a culorilor au

    condus la o larg utilizare a acestor lmpi.Principalele caracteristici ale lmpilor fluorescente sunt: eficien luminoas ridicat 75 110 lm/W; o mare varietate de modele (cele mai des sunt utilizate lmpile cu puterea nominal de 20 W

    i 40 W); o redare a culorilor de la bun pn la foarte bun; o durat ridicat de via (16 000 ore); posibilitate de reglare continu a fluxului luminos pn la 1% , n cazul utilizrii balastului

    electronic;

    mai puin sensibile dect lmpile cu incandescen la variaii de tensiune (fig. 1.17); micilevariaii pn la 5% influeneaz relativ puin puterea absorbit i durata de viaa a lmpii;

    luminan redus (0,4 1,7 cd/cm2).

    15

  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    16/37

    Iluminat electric

    Bilanul energetic al unei lmpi fluorescente este indicat n fig. 1.18.

    Principalele dezavantaje ale lmpii sunt urmtoarele: fluxul luminos al lmpii este puternic dependent de temperatur; valorile optimale aletemperaturii mediului ambiant sunt de la 25C (la tuburile T26* ) pn la 35C (la tuburile T16).

    datorit bobinei de limitate B rezult un factor de putere natural de circa 0,6; pentrumbuntirea factorului de putere este prevzut un condensator de o anumit valoare (dac nu se iaualte msuri);

    dimensiuni mari;costuri relativ mari; durata de via este sensibil la frecvena conectrilor (n cazul unei frecvene reduse a

    conectrilor crete durata de via); lampa fluorescent este un receptor puternic neliniar; datorit caracteristicii neliniare a

    lmpii curentul electric absorbit are o form distorsionat n raport cu o sinusoid; curentul electriccuprinde armonici de valoare ridicat (fig. 1.19); dac la bornele lmpii se aplic o tensiune alternativ u (fig. 1.20) rezult un efect

    stroboscopic, deoarece fluxul luminos emis urmreate forma curentului electric i din tub (fluxulluminos variaz cu o frecven dubl fa de a curentului electric); n mod normal aceast variaie de100 Hz nu este sesizat, ns obiectele care de mic sau se rotesc repede (de exemplu, piesele ntr-unstrung) pot fi percepute n mod incorect, ceea poate genera accidente.

    Calitatea luminii emise poate fi evaluat prin factorul de neuniformitate (min/max) care, ncazul lmpilor fluorescente clasice are valoare de circa 0,4. Valoarea minim diferit de zero estedeterminat de remanena stratului fluorescent.

    Efectul stroboscopic poate fi limitat sau eliminat prin utilizarea montajulul duo (fig. 1.21),conectarea trifazat a lmpilor sau prin utilizarea balastului electronic (fig. 1.22). Balastul electronic

    asigur alimentarea tubului de descrcare cu o tensiune alternativ la o frecven de 20 40 kHz.

    * notaie utilizat pentru a indica forma (Tubular) i diametrul tubului (26 mm)

    16

    1,6

    1,4

    1,2

    1,0

    0,8

    0,6

    D/Dr

    I/Ir P/P

    r

    /r

    0,8 0,85 0,9 0,95 1,0 1,05 1,1 1,15 U/Ur

    Fig. 1.17 Mrimile relative ale lmpii fluorescente n

    funcie de tensiune.

    53%

    44%

    35%

    3% 18%

    Energia absorbit 100%

    Radiaie ultraviolet

    Conversie n stratulfluorescent

    Cldur 79%

    Radiaie Radiaie ultra- Pierderiluminoas 21% violet 37% termice 42%

    Fig. 1.18 Bilanul energetic al unei lmpi fluorescente.

    b)

    FIg 1.19 Forma curentului electric n lampa fluorescent a) i componen sa spectral b).

    DC 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 n

    a)

    I[A]1

    0,5

    0

    - 0,5

    - 1

    2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 t[ms]

    I[A]

    0,3

    0,2

    0,1

    0

    ui

    0

    u

    i

    t

    Fig. 1.20 Variaia mrimilor la o lampfluorescent.

    USt1

    St2

    A N

    230 V;50 Hz

    B2

    C2

    B1

    E21

    E11

    E12

    E22

    T1

    T2

    i1

    i2

    u

    a)

    i

    I2

    I1

    I

    b)

    1

    2

    ui

    0

    u

    i1

    1

    2

    ti2

    = 1

    + 2

    a)

    Fig. 1.21. Montaj duo a lmpilor fluorescente.

    I=I1

    +I2

  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    17/37

    Iluminat electric

    Datorit frecvenelor nalte, canalul descrcrii electrice arde continuu i fr variaii, ceea ce

    conduce la creterea gradului de confort vizual.

    1.3.2.2. Lmpile fluorescente compacte

    Lmpile fluorescente compacte funcioneaz dup acelai principiu ca i lmpile fluorescenteliniare. Sunt utilizate n aparate de iluminat de dimensiuni reduse. Aa numitele lmpi economice suntlmpi fluorescente compacte avnd n soclu inclus balastul electronic (fig. 1.23). Aceste lmpi suntutilizate n mod obinuit pentru nlocuirea lmpilor cu incandescen.

    Aprinderea descrcrii se realizeaz, de cele mai multe ori, cu ajutorul unui circuit rezonant L-C (fig. 1.24); aceast soluie este utilizat din ce n ce mai des i n cazul lmpilor liniare.

    nainte de aprinderea lmpii trece un curent electric prin circuitul serie compus din bobina B,filamentele lmpii i condensatorul C. n regim rezonant rezult o tensiune ridicat UC (fig. 1.24 a)),

    ceea ce conduce la amorsarea descrcrii n tub. n funcionare normal (fig. 1.24 b)), condensatoruleste scurtcircuitat de ctre canalul descrcrii electrice n lamp.

    Principalele avantaje ale lmpilor compacte sunt:

    17

    Filtru dereea

    RedresorCircuit inter-

    mediar detensiunecontinu

    i

    230 V

    InvertorTransformatorde adaptare denalt frecven

    Circuitrezonant

    L-C

    uL

    u

    i

    t

    u

    uc

    uL

    t

    c)

    u uc

    a)

    b)Fig. 1.22. Schema bloc a unui balast electronic a), forma curbelor de tensiune i curent la 50

    Hz b) i tensiunea la bornele tubului de descrcare c).

    i

  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    18/37

    Iluminat electric

    dimensiuni reduse, o form compact;

    o varietate mare de puteri nominale; eficien luminoas ridicat 55 88 lm/W; redare foarte bun a culorilor; durat mare de via (peste 10000 ore); posibilitate de a regla continuu fluxul luminos pn la 3% , la utilizarea balastului electronic; balastul electronic determin un factor de putere unitar.

    Principalele dezavantaje ale lmpilor compacte sunt:o intens disipare de cldur ntr-un volum redus;datorit caracteristicii neliniare, curentul absorbit din reea prezint un spectru important de

    armonici.

    1.3.2.3. Lmpi cu descrcare n vapori de mercur de nalt presiune

    Lmpile cu descrcare n vapori de mercur de nalt presiune au fost primele lmpi pentruiluminat general, alimentate la 230 V i prevzute cu balast inductiv. Constau dintr-un tub dedescrcare T din cuar (fig.1.25), n care se dezvolt o descrcare electric ntre electrozii principali E1i E2 . Dup conectarea lmpii n circuit, ntre electrodul principal E2 i electrodul auxiliar Ea sedezvolt o descrcare electric auxiliar, n mediul gazos din interiorul tubului (gaz inert), pentru aasigura o cantitate suficient de purttori de sarcin. Limitarea curentului n aceast descrcaresecundar este realizat de rezistorul R. Dup un anumit timp (3 5 minute) mercurul din interiorultubului vaporizeaz i descrcarea electric continu, ntre electrozii principali, n vapori metalici.Limitarea curentului electric n descrcarea principal i stabilizarea descrcrii electrice se realizeaz

    cu ajutorul unui element conectat n serie i numit balast. n mod obinuit drept balast se folosete obobin (balast inductiv) avnd n vedere pierderile active reduse.Descrcarea electric n vapori de mercur de nalt presiune (circa 0,15 MPa) este nsoit de o

    intens linie spectral n domeniul vizibil al spectrului (Galben 577 nm pn la violet 404,7 nm). Deasemenea, rezult o intens radiaie ultraviolet (linie spectral n principal 365,5 nm), utilizat pentruexcitarea stratului fluorescent cu nuana roiatic. Materialul fluorescent este plasat pe parteainterioar a balonului exterior K.

    Balonul exterior K din sticlasigur protecia tubului dedescrcare T contra aciunilorexterioare (limitarea influeneitemperaturii exterioare) i absoarbe o

    parte dintre radiaiile ultraviolete.

    18

    1

    2

    34

    Fig. 1.23. Lamp fluorescent

    compact:1tub din sticl n

    form de U; 2 balastelectronic; 3 Soclu;4Pies de contact.

    U

    UL

    B I

    CU

    C

    UF/2

    UF/2

    I

    UF U

    UL

    UC

    a) b)

    Fig. 1.24 Aprinderea lmpii fluorescente ntr-un circuitrezonant L-C:

    a) nainte de aprinderea lmpii; b) n funcionare normal.

    U

    B

    I

    C

    U

    I

    T

    E1

    E2

    R

    Ea

    K

    S

    E

    B

    Fig. 1.25. Lampa cu descrcare nvapori de mercur de nalt presiune..

    C 230 V;

    50 Hz

    ~

  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    19/37

    Iluminat electric

    Lampa este echipat n mod uzual cu soclu S de tipul E 27 * sau E 40 i cu un element de

    contact E.Utilizarea balastului inductiv drept limitator de curent electric determin un defazaj al curbeicurentului electric fa de tensiunea aplicat i rezult un factor de putere de circa 0,6. Aparenecesitatea utilizrii unui condensator C pentru compensarea puterii reactive.

    Acest tip de lamp este utilizat pentru iluminatul halelor industriale i n iluminatul stradal.Principalele avantaje ale acestor lmpi sunt: un cost relativ redus; nu necesit elemente suplimentare pentru amorsare; o eficien luminoas medie 32 60 lm/W; durat de via ridicat (peste 20 000 ore).Principalele dezavantaje ale lmpii sunt:caracteristici reduse de redare a culorilor;durat mare de lansare i relansare (circa 5 minute); dup deconectarea lmpii, relansarea are

    loc numai dup rcirea i astfel reducerea presiunii din interiorul tubului de descrcare; datorit caracteristicii neliniare a descrcrii electrice curentul electric din circuitul lmpii

    prezint o important componen spectral armonic(fig. 1.26).Dezavantajele lmpii determin ca n prezent s mai fie puin utilizat. Acest tip de lamp st

    ns la baza realizrii lmpilor moderne.

    * Notaia E indic tipul filetului (Edison), iar cifrele indic diametrul soclului n mm.

    19

    ui

    0

    In/I

    [%]806040200

    u

    i

    2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 t[ms]

    1 3 5 7 9 11 15 19 23 27 31 n

    Fig. 1.26. Spectrul curentului n cazul lmpii cudescrcare n vapori de mercur de nalt presiune.

  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    20/37

    Iluminat electric

    1.3.2.4. Lmpi cu descrcare n vapori de sodiu cu nalt presiune

    n cazul acestor lmpi, arcul electric se dezvolt ntr-o atmosfer de vapori de sodiu. Lampaconst, n principiu, dintr-un tub T (fig. 1.27) i doi electrozi E1 i E2 ntre care se dezvolt descrcareaelectric. Tubul T este umplut cu un gaz inert (Xe, Ar, Ne) i este introdus puin sodiu n stare solid.La conectarea lmpii la reeaua electric, blocul de amorsare A genereaz impulsuri de tensiune cuamplitudine de circa 4 kV, determinnd amorsarea descrcrii n gazul inert. Dup timpul de lansare(pn la 8 minute) natriul vaporizeaz i descrcarea electric continu n vapori metalici. nfuncionare normal, tensiunea la bornele tubului T este de circa 170 V i blocul de amorsare iese dinfunciune.

    Rezult n principal o intens radiaie monocromatic (galben intens) cu o lungime de und de

    589 nm, n apropiere de valoarea corespunztoare sensibilitii spectrale maxime a ochiului uman.Pentru a obine o mbuntire a spectrului luminii emise, pe partea interioar a balonul K este plasatun strat fluorescent.

    Eficiena luminoas a lmpii crete odat cu nivelul de izolare termic. Pentru limitareapierderilor de cldur datorate conveciei, n interiorul balonului K este necesar a avea un vid naintat.

    Avnd n vedere atmosfera agresiv datorat vaporilor de sodiu, tubul T este realizat dintr-osticl special.

    Principalele avantaje ale lmpilor cu descrcare n vapori de sodiu cu nalt presiune sunturmtoarele:

    durat mare de via (peste 20 000 ore); o eficien luminoas ridicat (pn la 130 lm/W);

    form compact.

    Principalele dezavantaje ale lmpii sunt:o slab redare a culorilor (Ra < 20);necesit utilizarea unui balast i a unui bloc de amorsare;durat mare a timpului de lansare i relansare (pn la 8 minute);costuri ridicate;datorit caracteristicii neliniare a descrcrii electrice, curentul electric absorbit din reeaua

    de alimnetare prezint un important spectru armonic.Avnd n vedere forma compact, durata mare de via, o eficien luminoar ridicat ns o

    slab redare a culorilor, lmpile cu descrcare n vapori de sodiu cu nalt presiune sunt utilizatepractic numai pentru iluminatul stradal i al tunelurilor.

    n prezent sunt realizate i lmpi cu descrcare n vapori de sodiu cu nalt presiune, cu

    eficien luminoas mai redus, ns cu o bun redare a culorilor, care pot fi utilizate i n iluminatulinterior.

    1.3.2.5. Lmpi cu halogenuri metalice

    Lmpile cu halogenuri metalice sunt realizate pe baza lmpilor cu descrcare n vapori demercur de nalt presiune. Redarea culorilor i eficiena luminoas pot fi mbuntite prinintroducerea n tubul de descrcare de ioduri de Na, In i Tl precum i mercur.

    Descrcare n interiorul tubului, n funcionare normal, are loc n vaporii iodurilor metalice inu apar liniile spectrale ale mercurului.

    Principiul lmpii const n faptul c cele mai multe dintre halogenurile metalice vaporizeaz latemperaturi mult mai mici dect metalul cu care sunt aliate. n tubul de descrcare este argon, puin

    mercur i diferite halogenuri metalice (I, Br, Cl).niial se amorseaz o descrcare n argon care trece n vapori de mercur, iar apoi halogenura

    este vaporizat n canalul de plasm (temperatura peste 3000K) i disociat. n continuare are locdescrcarea n vaporii metalelor care au fost n componena halogenurilor i rezult un spectru de

    20

    T

    E1

    E2

    K

    S

    E

    Fig. 1.27. Lampa cu descrcare n vapori desodiu de nalt presiune.

    C230 V;50 Hz~A

    B

  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    21/37

    Iluminat electric

    emisie corespunztor acestora. n prezent sunt utilizate iodura de sodiu, iodura de thaliu, iodura de

    indiu, iodura de scandiu, iodura de thoriu, iodura de dysposiu, bromura de dysposiu, bromura deholmiu, bromura de tuliu.La temperaturi reduse metalul se aliaz din nou cu halogenul respectiv.Principalele avantaje ale lmpilor cu halogenuri metalice sunt: o bun pn la foarte bun redare a culorilor (Ra > 60); durat mare de via (peste 15 000 ore); o bun pn la foarte bun eficien luminoas (60 110 lm/W); dimensiuni reduse; o ridicat stabilitate a culorilor n cazul utilizrii tubului de descrcare din material ceramic.Principalele dezavantaje ale lmpii cu halogenuri metalice sunt:necesit blast inductiv i bloc de amorsare;

    durat mare de lansare i relansare (cteva minute);

    costuri ridicate;datorit caracteristicii neliniare a descrcrii electrice, curentul electric absorbit din reeaua

    de alimentare prezint un important spectru armonic.Lampa cu halogenuri metalice este utilizat pentru iluminatul halelor industriale, a spaiilor

    comerciale etc.

    1.3.3. Alegerea lmpilor

    Alegerea adecvat a lmpilor se face n funcie de condiiile impuse sistemelor de iluminat.Principalele caracteristici ale lmpilor electrice utilizate n prezent sunt indicate n fig. 1.28 i

    n tabelul 1.8.

    Tabelul 1.8Principalele caracteristci ale lmpilor electrice

    Sursa de luminPuterea

    nominalW

    Eficienaluminoas

    lm/W

    Durata deviaore

    Redareaculorilor

    Lmpa cuincandescen lmpi normale; lmpi cu halogeni

    15 50075 2000

    8 2020 25

    1 0002 000

    foarte bunfoarte bun

    Lmpi cu descrcaren vapori metalici dejoas presiune

    tuburi fluorescente lmpi fluorescentecompacte

    lmpi cu sodiu

    15 1405 40

    18 180

    75 11055 88

    150 200

    > 16 000> 10 000

    8 000

    bun foartebun

    BunNedefinit

    Lmpi cu descrcaren vapori metalici denalt presiune

    lmpi cu mercur lmpi cu sodiu lmpi cu

    halogenuri

    100 2 00050 1 000

    70 1 800

    32 6066 130

    60 110

    > 20 000> 24 000

    > 15 000

    slab bunmedie bun

    bun foartebun

    Lmpi cu inducie 55 150 > 60 000 foarte bun

    21

  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    22/37

    Iluminat electric

    1.4. Dimensionarea instalaiilor de iluminat

    La dimensionarea instalaiilor de iluminat trebuie stabilite urmtoarele date: tipul lmpii utilizate; cte lmpi trebuie montate pentru a asigura nivelul mediu de iluminare impus i valoarea

    minim a factorului de neuniformitate;

    locul n care trebuie montate lmpile; circuitele electrice de alimentare.La dimensionarea instalaiilor de iluminat sunt folosite, n principal, urmtoarele dou metode:metoda factorului de utilizare, adecvat n special la dimensionarea instalaiilor de iluminat

    interior; metoda punct cu punct, adecvat n special la dimensionarea instalaiilor de iluminat

    exterior.

    1.4.1. Metoda factorului de utilizare

    Metoda factorului de utilizare este folosit n mod obinuit pentru dimensionarea instalaiilorde iluminat din birouri, ateliere, spaii cu echipamente, coridoare de circulaie. Metoda permite

    determinarea numrului aparatelor de iluminat i lmpilor necesare pentru realizarea unui nivel deiluminare impus. Este necesar a cunoate: geometria ncperii i caracteristicile de reflexie ale

    22

    Eficienaluminoas Durata de via Culoare Redarea culorilor

    Caracteristici alelmpilor

    Durata de lansareDurata de

    relansare

    Posibilitatea dereglare a fluxului

    luminos emisTemperatura

    balonuluiFig. 1.28 Caracteristici ale lmpilor electrice.

  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    23/37

    Iluminat electric

    pereilor, curbele fotometrice ale aparatelor de iluminat, modul de plasare a aparatelor de iluminat n

    spaiu. Sunt adoptate urmtoarele ipoteze de calcul: ncpere de form dreptunghiular (ncperile cu alt form de mpart n zone

    dreptunghiulare); spaiul nu conine alte obiecte; caracteristicile de reflexie ale pereilor sunt constante i au un caracter defuz; aparatele de iluminat sunt plasate n mod uniform pe tavan.Pentru calculul numrului necesar de aparate de iluminat n scopul obinerii valorii dorite ale

    nivelului de iluminare pe suprafa de lucru sunt parcurse urmtoarele etape:a) stabilirea valorii medii a nivelului de iluminare Emed n funcie de activitile desfurate n

    spaiul respectiv sau tipul ncperii (tabelul 1.4);b) alegerea tipului de surs de lumin (a se vedea seciunea 1.3.3);

    c) calculul ariei suprafeei de lucru A = lungimea ncperiiL limea ncperii l;d) stabilirea numrului nLde lmpi ntr-un aparat de iluminat;e) stabilirea fluxului luminos nominal (valoare de catalog) L pentru lmpile care ar putea fi

    utilizate;f) stabilirea factorului de meninere p (a se vedea tabelul 1.5) pentru a lua n considerarea

    murdrirea lmpilor precum i mbtrnirea acestora;g) stabilirea nlimiiHa sursei deasupra planului de lucru (fig. 1.29);h) calculul indicelui i al ncperii din relaia

    )( lLH

    lLi

    += . (1.26)

    i) stabilirea factorului de utilizarea L din tabele cu caracteristici fotometrice (indicate defurnizorii de aparate de iluminat), n funcie de indicele ncperii i i de caracteristicile de reflexie ale

    pereilor i tavanului;j) calculul numrului necesarn de aparate de iluminat

    LLL np

    AEn

    = med ; (1.27)

    k) rotunjirea valorii n pentru a obine o valoare ntreag i adecvat aezrii uniforme petavan.

    Metoda factorului de utilizare ofer, de cele mai multe ori, numai datele principale aleinstalaiei de iluminat: numrul de lmpi; tipul de lamp, plasarea lmpilor pe tavan. Rezult relativ

    puine informaii privind modul de iluminare a spaiului (numai valoarea medie a nivelului deiluminare). Pentru verificarea neuniformitii nivelului de iluminare pe suprafaa de lucru i pentrudeterminarea curbelor izolux trebuie efectuat un calcul mai detaliat. Metodele de calcul mai complete

    permit obinerea curbelor de repartiie a nivelului de iluminare pe suprafaa de lucru i pe altesuprafee din ncpere, pentru o configuraie dat a surselor de lumin.

    1.4.2. Metoda punct cu punct

    Utilizarea metodei punct cu punct este adecvat n principiu la iluminatul exterior. Metodapoate fi utilizat i n cazul iluminatului interior pentru pentru calcule mai exacte, atunci cnd aportulsuprafeelor reflectante (iluminat indirect) este redus sau n spaiile foarte mari atunci cnd influena

    prezenei pereilor, asupra nivelului de iluminare pe suprafaa de lucru, este nesemnificativ. Metoda

    poate fi extins pentru cazul n care suprafeele care mrginesc spaiul analizat sunt considerate sursede lumin.

    Nivelul de iluminare n metoda punct cu punct se determin pe baza relaiei:

    23

    HH

    HE

    HE

    HP

    Fig. 1.29 nlimea sursei de lumin deasupraplanului de lucru pentru sursele cu repariiedirect i pentru cele cu repartiie indirect i

    semiindirect:Hnlimea sursei deasupra planului de lucru;H

    Enlimea planului de lucru;H

    PDistana de

    suspendare.

  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    24/37

    Iluminat electric

    2

    cosdd

    r

    IE

    = , (1.28)

    n care dI este intensitatea luminoas emis de o surs punctiform n direcia ; unghiul deinciden (unghiul dintre raza de lumin incident pe suprafaa analizat i normala pe suprafat) i rdistana dintre sursa de lumin i suprafaa iluminat.

    1.4.2.1. Metoda punct cu punct pentru surse punctiforme

    Pentru o surs punctiform S (fig. 1.30), nivelul de iluminare EP ntr-un punct P pe suprafaaorizontal H poate fi determinat din relaia (1.28). n acest caz relaia (1.28) se scrie sub forma

    2

    cos

    r

    IEP

    = . (1.29)

    n fig. 1.30, unghiul este egal cu unghiul , iar relaia (1.29) devine

    24

    n

    d

    hr

    S I

    Fig. 1.30 Surs punctiform.

    l

    L

    P

    H

  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    25/37

    Iluminat electric

    ( ) 2/322 dhhI

    EP+

    =

    . (1.30)n cazurile practice relaia (1.30) este utilizat sub forma

    ( ) 2/3221000 dhhIp

    EP+

    = . (1.31)

    n relaia (1.31) este luat n consideraie factorul de meninere p (tabelul 1.5) i curbafotometric real a sursei utilizate.

    n cazul n care sunt mai multe surse punctiforme de lumin, nivelul total de iluminare secalculeaz din relaia

    =

    =K

    i

    PiP EE

    1

    . (1.32)

    n relaia (1.32),Keste numrul de surse punctiforme care determin nivelul de iluminare npunctul P.

    Calculul instalaiei de iluminat necesit urmtoarele date de intrare: valoarea medieEIa nivelului de iluminare pe suprafaa de lucru; factorul de neuniformitate a nivelului de iluminare pe suprafaa de lucru

    med

    min2

    max

    min1 sau

    E

    EKI

    E

    EKI == ; (1.33)

    lungimea LL i limea Llale suprafeei de lucru (de obicei suprafa dreptunghiular saudivizabil n suprafee dreptunghiulare);

    un tabel cu sursele punctiforme posibil a fi utilizate (existente pe pia); sursele de lumin se

    ordoneaz n tabel n funcie de fluxul luminos; prima surs din tabel prezint fluxul cel mai mic;pentru fiecare surs este cunoscut curba fotometricI =f().Rezultatele de calcul trebuie s indice:tipul lmpii utilizate;cte lmpi trebuie montate;unde trebuie montate lmpile.Calculul efectuat are urmtoarele etape:suprafaa orizontal de lucru este mprit nNdreptunghiuri mici egale;primul tip de lamp din tabel (din celeNL lmpi aflate la dispoziie), j = 1 (fig. 1.32) este

    plasat n centrul tavanului ncperii; se calculeaz nivelul de iluminareEPk n centrul fiecrui dreptunghi mic de pe suprafa de

    lucru;se calculeaz valoarea medieEmed a nivelului de iluminare pe suprafa de lucru

    =

    =N

    k

    PiEN

    E

    1med

    1; (1.34)

    se comparEmed cu valoarea impusEI;pentru Emed < EI, n centrul tavanului se plaseaz a doua lamp din tabel (flux

    luminos mai mare) i ntregul calcul se reia pn se ajunge la Emed>EI;pentruEmed >EI:

    se determin valorileEP,min iEP,max ; se calculeaz factorii de neuniformitate

    med

    min,

    max,

    min,

    2sau1 E

    E

    KE

    E

    KP

    P

    P

    == ; (1.35)

    se comparK1 sauK2 cu valoarea impusKI

    25

  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    26/37

  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    27/37

    Iluminat electric

    Pentru tuburile fluorescente, utilizate pentru realizarea surselor liniare, este valabil legea luiLambert i deci se poate scriedI = dImax cos = dI cos. (1.36)

    Intensitatea luminoas dI (n direcia , n planul perpendicular pe axa lmpii) poate fideterminat din relaia

    l

    xII

    dd = , (1.37)

    n care leste lungimea sursei liniare, iarI intensitatea luminoas n direcia (obinut din curbafotometric a lmpilor utilizate).

    Din relaia (1.28) rezult

    x

    rl

    IEP d

    coscosd

    2

    = . (1.38)

    n triunghiul dreptunghic MAP se obine

    b

    x=tan . (1.39)

    Din relaia (1.39) rezult

    = dcos

    d2

    bx . (1.40)

    Din triunghiul dreptunghic PMM rezult

    r

    h=cos , (1.41)

    iar din triunghiul dreptunghic PAM

    r

    b=cos . (1.42)

    Din relaiile (1.41) i (1.42) se obine

    = coscosb

    h. (1.43)

    Relaia (1.38) devine

    = dcoscosd 22hl

    IEP , (1.44)

    n care

    b

    h=cos . (1.45)

    Relaia (1.44) poate fi scris sub forma

    +

    = d)2cos1(cos2

    d 2hl

    IEP (1.46)

    i

    +

    =B

    hl

    IEP

    0

    2 d)2cos1(cos2

    . (1.47)

    Prin integrarea relaiei (1.47) rezult nivelul total de iluminareEP n punctul P

    +

    = BBPhl

    IE 2sin

    2

    1cos

    22 . (1.48)

    Relaia (1.48) permite determinarea numai a nivelului de iluminare ntr-un punct P, situat ntr-un plan perpendicular pe axa sursei de lumin i care trece prin captul sursei.

    Pentru alte situaii trebuie luate n vedere cazurile indicate n fig. 1.34:

    27

  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    28/37

    Iluminat electric

    a) punctul P este n interiorul proieciei, pe planul orizontal, a sursei liniare de lumin (fig.

    1.34 a));b) punctul P este n afara proieciei, pe planul orizontal, a sursei liniare de lumin (fig. 1.34b)).

    n primul caz rezult

    ( )

    +++

    = BABAP

    hl

    IE 2sin2sin

    2

    1cos

    22 , (1.49)

    iar n al doilea caz se obine

    ( )

    +

    = ABABPhl

    IE 2sin2sin

    2

    1cos

    2

    2 . (1.50)

    n cazul general, pentru dimensionarea sistemelor de iluminat cu surse liniare este utilizat

    relaia:

    ( )

    +

    = ABABP

    hl

    IpE 2sin2sin

    2

    1cos

    210002 . (1.51)

    n relaia (1.51),p este factorul de meninere, iarfluxul luminos al sursei.Dimensionarea instalaiei de iluminat cu surse linare se face conform aceluiai algoritm de

    calcul indicat n fig. 1.32.

    1.4.2.3. Calulul surselor plane prin metoda punct cu punct

    28

    A BM

    x

    l

    A

    P

    M

    A

    B

    B

    a)

    ABM

    xl

    A

    P

    M

    A

    B

    B

    b)

    Fig. 1.34 Calculul nivelului de iluminare dat de sursele liniare, n cazurile reale.

  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    29/37

    Iluminat electric

    Pentru iluminatul locurilor de munc sau a altor spaii pot fi utilizate tavanul luminos sau

    panourile luminoase.Pentru a determina nivelul de iluminare ntr-un punct P (fig. 1.35), care corespunde proiecieiunui col al sursei dreptunghiulare (cele mai ntlnite forme de asemenea surse luminoase), secalculeaz nivelul de iluminare dEP , determinat de un element de suprafa dA i apoi se integreaz petoat suprafaa sursei de lumin.

    Pentru sursele luminoase dreptunghiulare, n mod obinuit, se poate utiliza legea lui Lambert(luminana n toate direciile este constantL = constant) i se poate scrie

    = cosdd ALI . (1.52)Din relaia (1.28) se obine

    2

    ddcoscosd

    r

    yxLEP

    = . (1.53)

    Din figura 2.35 rezult

    222coscos

    zyx

    h

    r

    h

    ++=== (1.54)

    i

    29

    x

    y

    h

    y

    y + dyb

    Ax x + dx

    P

    a

    M

    B

    CD

    dI

    Fig. 1.35 Calculul surselor luminoase dreptunghiulare .

  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    30/37

    Iluminat electric

    ( )22222 dd

    d zyx

    yxhL

    EP ++

    = . (1.55)

    Din relaia (1.55) rezult

    ( )

    .arctan

    arctan2

    dd

    2222

    22220 0

    2222

    2

    +

    ++

    +

    +

    +=

    ++

    =

    ha

    a

    hb

    b

    hb

    b

    ha

    aL

    hyx

    yxhLE

    a b

    P

    (1.56)

    n cazurile reale punctul P are o alt poziie dect cea indicat n fig. 1.35. Pot s apar treisituaii, prezentate n fig. 1.36.

    Dimensionarea instalaiei de iluminat cu surse plane se face conform aceluiai algoritm decalcul indicat n fig. 1.32.

    1.4.3. Iluminatul exterior

    n cazul iluminatului exterior nu apar suprafee laterale care limiteaz spaiul analizat i decicalculul poate fi efectuat prin metoda punct cu punct, plecnd de la curbele fotometrice ale surselor deiluminat utilizate.

    30

  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    31/37

    Iluminat electric

    nstalaia de iluminat trebuie dimensionat n mod distinct pentru carosabil i pentru trotuar.Este necesar a fi cunoscute date privind densitatea vehiculelor, tipul de acopermnt al strzii,

    limea, att pentru carosabil ct i pentru trotuar, tipul de surse utilizate, nlimea de prindere etc.

    31

    4321 PPPPP EEEEE +++=

    P

    1 234

    a) b)

    443121 PPPPP EEEEE += ++

    M

    P

    1 234M

    P

    1 2

    34

    M

    c)

    1424321 2 PPPPP EEEEE = +++

    Fig. 1.36. Calculul surselor de iluminatdreptunghiulare.

  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    32/37

    Iluminat electric

    Strzile nguste sunt iluminate cu surse plasate pe o singur parte (fig. 1.37) sau pe mijlocul

    strzii. Pentru strzile mai late, n mod obinuit, se folosete iluminatul pe ambele pri (fig. 1.38).

    Dimensionarea instalaiei de iluminat pentru trotuare se face pe baza valorilor impuse alenivelului de iluminare, indicate n funcie de zona circulat i importana arterei. Sursele de lumin potfi considerate punctiforme i calculul are loc prin metoda punct cu punct pe baza algoritmului indicatn fig. 1.32.

    Dimensionarea instalaiilor de iluminat pe carosabil se face pe baza valorilor impuse ale

    luminaelor i avnd n vedere suprapunerea contribuiilor diferitelor surse. Pentru cazul simplu al uneisurse de lumin (fig. 1.39) luminana n punctul Pi rezult din relaia

    PiPitPi EqpL = , (1.57)

    32

    W O

    H

    T

    S

    Fig. 1.37 Iluminat stradal unilateral.

    WO

    H

    T

    S

    H

    T

    O

    S

    a)

    WO

    H

    T

    S

    Fig. 1.38 Iluminat stradal bilateral:a) dispunere alternat; b) dispunere faa n fa.

    H

    T

    O

  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    33/37

    Iluminat electric

    n carept =plpa este factorul de meninere al sursei de lumin (produsul dintre factorul de meninere

    al lmpilorpl i factorul de meninere al aparatului de iluminat pa), qPi coeficientul de luminan(mrime cunoscut, n funcie de tipul sursei i de unghiurile i ), EPi nivelul de iluminare npunctul Pi .

    Relaia (1.57) poate fi scris i sub forma

    2

    3cos

    H

    IqpL

    cPitPi

    = . (1.58)

    Intensitatea luminoasIc a sursei de lumin, n direcia este cunoscut din curba fotometricindicat de constructorul corpului de iluminat pentru sursa standard de 1000 lm

    ( )10001000

    = cc II , (1.59)

    n care este fluxul luminos al sursei utilizate, iar (Ic)1000 se citete din curba indicat de constructor.

    n cazul general, n care sunt mai multe surse de lumin, luminaa total (LPi)total rezult prinnsumarea contribuiilor celorn surse de lumin

    ( ) =

    =n

    k k

    kcktPiH

    IrpL

    12total

    1. (1.60)

    n relaia (1.60) s-a considerat c toate sursele au acelai coeficient de meninere pt i s-a notatcu rk expresia factorului de luminan redus

    rk= qPi cos3. (1.61)Valorile factorului de luminan redus sunt tabelate pentru fiecare surs i diferite valori ale

    unghiurilor, i .Alegerea surselor de lumin se face pe baza relaiei (2.60), printr-un calcul iterativ. Soluiaobinut se verific din punctul de vedere al factorului de neuniformitate longitudinal, al factorului deneuniformitate transversal i al factorului de neuniformitate global, pentru un interval dintre doi stlpisuccesivi, pe aceeai parte.

    1.4.4. Aparate de iluminat pentru exterior

    Aparatele de iluminat au rolul de a asigura redistibuia i transmisia fluxului luminos emis desursa (sursele) de lumin.

    Un aparat de iluminat cuprinde n principal urmtoarele elemente: dispozitivul optic, care conine sursa (sursele) de lumin, unul sau mai multe reflectoare,

    difuzorul i ecranul de protecie vizual; armtura mecanic, prevzut pentru prindere i protecie mecanic; elemente auxiliare (circuite de alimentare cu energie electric, elemente de reglare, bloc de

    pornire).Un corp de iluminat este definit n principiu prin (fig. 1.40):axa de referin;axa optic;randamentul luminos

    l

    L

    n = , (1.62)

    n care L este fluxul luminos emis de aparatul de iluminat; l fluxul luminos emis de una dintre celen surse de lumin plasate n interiorul aparatului de iluminat.Clasificarea aparatelor de iluminat:

    33

    O

    xk

    yk

    y

    yk

    Sk

    Sk P

    i

    xi

    x

    0,25

    0,5

    1,0

    d= 60 m

    O

    1,5 m

    yi

    H

    Sk

    Ic

    Pi

    Fig. 1.39 Calculul instalaiilor de iluminat exterior.

    Axavertical

    Axa dereferin

    Axaoptic

    Reflector

    Sursa delumin

    Fig. 1.40 Caracteristici ale unui aparatde iluminat.

  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    34/37

    Iluminat electric

    din punct de vedere mecanic: 12 clase IKxx, n care grupul de cifre xx indic energia (J)

    ocului pe care l poate suporta corpul (clasa 00 neprotejat); din punct de vedere electric: 4 clase 0, I, II, III n funcie de nivelul de protecie laelectrocutare (clasa 0 neprotejat);

    din punctul de vedere al repartiiei intensitii luminoase: 10 clase BZx (BZ1 curbafotometric cea mai ngust).

    Unghiul de protecie vizual prezint o importan deosebit pentru evitarea orbirii deinconfort. Se definete unghiul de protecie (fig. 1.41) ca fiind unghiul limit sub care sursa delumin devine vizibil observatorului.

    Orbirea de inconfort este determinat n primul rnd de repartiia neuniform a luminanelor factorul de neuniformitate global kgalluminanelor pe toat zona de carosabil

    med

    g

    L

    Lk min= , (1.63)

    n care Lmin este luminana minim pe toat zona de carosabil, iarLmed este valoarea medie aluminanei;

    factorul klde neuniformitate logitudinal pe axa strzii

    max,

    min,

    l

    ll

    L

    Lk = , (1.64)

    n careLl,min este luminana minim pe axa strzii, iarLl,max luminana maxim pe axa strzii.Se consider c rezult un iluminat corespunztor dac kg 0,4, pentru care probabilitatea de

    observare a obiectelor pe carosabil este peste 80% i dac kl 0,7.Pentru evaluarea orbirii de inconfort se folosete factorul G avnd o expresie empiric de

    calcul i care ia n consideraie urmtoarele mrimi caracteristice:

    culoarea sursei de lumin; luminana medie pe carosabil; nlimea de montare a surselor de lumin; numrul de surse de lumin montate pe un kilometru de drum (efectul de flicker).

    1.5. Dimensionarea circuitelor electrice ale instalaiilorde iluminat

    Diametrul conductoarelor circuitelor electrice care alimenteaz instalaii de iluminat trebuieales astfel nct pn la bornele lmpii s nu rezulte o cdere mai mare de 2,5% fa de tensiuneanominal (230 V).

    1.5.1. Instalatii de iluminat cu surse cu incandescen

    Instalaiile de iluminat care cuprind numai surse cu incandescen sau surse fluorescente cucompensare complet a puterii reactive sunt caracterizate de un factor de putere = 1.

    n cazul unei singure lmpi (fig. 1.42), aflat la o distan lde tabloul de alimentare, cderea de tensiune Upoate fi calculatdin relaia

    IA

    lU

    =

    2. (1.65)

    n relaia (1.65), este rezistivitatea materialului ( = 17,84 109m pentru conductoare din cupru i = 29, 78 109m

    pentru conductoare din aluminiu),Icurentul electric din circuit,Aaria seciunii transversale a conductorului.

    34

    U UL

    I

    l

    L

    Fig. 1.42 Schema circuitului dealimentare a unei lmpi electrice.

    Fig. 1.41 Unghiul de protecie vizual.

    Corp de iluminat

    Corp de iluminat

  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    35/37

    Iluminat electric

    Relaia (1.65) poate fi scris i sub forma

    UP

    AlU = 2 , (1.66)

    n carePeste puterea nominal (activ) a lmpii, iarUtensiunea nominal.Deoarece U= UUL trebuie s fie mai mic dect valoarea admis Ua, din relaia (1.66)

    rezult

    U

    P

    U

    lA

    a

    2. (1.67)

    Se alege conductorul care prezint o arie standardizat a seciunii transversale mai mare dectvaloarea rezultat din relaia (1.67).

    Dac n circuit sunt mai multe lmpi cu incandescen (fig. 1.43) sau lmpi fluorescente cucompensare total a puterii reactive (factor de putere unitar), cderea de tensiune U , pentru ultima

    lamp din circuit, rezultnn UUUUU ++++= 121 (1.68)

    sau

    ( )nnnn lIlIlIlIA

    U ++++= ''''2

    112211 . (1.69)

    n relaia (1.69) s-a luat n consideraie c ntrg circuitul prezint aceeai arie a seciuniitransversale.

    Din relaia (1.69) rezult

    =

    n

    k

    kka

    lIU

    A

    1

    '2

    , (1.70)

    n care

    =

    =n

    ki

    ik II' . (1.71)

    1.5.2. Dimensionarea circuitelor electrice n cazul lmpilorfluorescente

    nstalaiile de iluminat cu lmpi fluorescente sunt caracterizate n mod obinuit printr-unfactor de putere 1. Pentru aceste lmpi (fig. 1.44) se poate scrie

    IjXIRUUU L +== . (1.72)

    35

    U ULn

    In

    In

    In-1

    In-1

    I1

    I2

    I1

    I2

    Ln

    Ln-1L2

    L1

    l1

    l2

    ln

    Fig. 2.43 Circuit cu mai multe lmpi electrice.

  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    36/37

    Iluminat electric

    La dimensionarea circuitului se consider

    UU . (1.73)Din fig. 1.44 se obine

    += sincos 0 lXIRU . (1.74)

    n figura 1.44 i n relaia (1.74) se face ipoteza c tensiunea i curentul electric din circuitprezint o variaie practic sinusoidal.

    Relaia (1.74) poate fi scris i sub forma+

    = sincos

    20 lXI

    A

    lU , (1.75)

    n careX0 este reactana pe unitatea de lungime a liniei.Din relaia (1.75) rezult

    sin

    cos2

    0 IlXU

    IlA

    a. (1.76)

    n cazul mai multor lmpi fluorescente conectate n acelai circuit (fig. 1.45) se poate scrie

    nn UUUUU ++++= 121 (1.77)

    36

    U UL

    I

    l

    LU

    L

    I

    R I

    U

    U jX I

    R ;X

    Fig. 1.44 Circuitul electric al unei lmpi a) i diagrama fazorialcorespunztoare b).

    U ULn

    In

    In

    In-1

    In-1

    I1

    I2

    I1 I2

    Ln

    Ln-1L2

    L1

    l1

    l2

    ln

    Fig. 1.45 Circuit electric cu mai multe lmpifluorescente.

  • 7/30/2019 Cap.1 (Iluminat)

    37/37

    Iluminat electric

    sau

    = =

    += n

    k

    n

    k

    kkkkkk IlXlIA

    U

    1 10 'sin''cos'2 (1.78)

    i

    =

    =

    n

    k

    kkka

    n

    k

    kkk

    IlXU

    Il

    A

    10

    1

    'sin'

    'cos'2

    . (1.79)

    1.6. Principalele condiii pentru un iluminat

    corespunztor

    O lumin de calitate este necesar pentru realizarea unui mediu luminos optim n spaiiinterioare i n exterior. La dimensionarea instalaiilor de iluminat trebuie avute n vedere o serie dereguli care influeneaz calitatea luminii realizate:

    un nivel de iluminat corespunztor este determinant pentru eficiena activitilor; odat cureducerea nivelului de iluminare scade eficiena activitii i crete probabilitatea erorilor sauaccidentelor;

    o neuniformitate redus a luminanelor pe diferitele suprafee determin condiii optime demunc; un contrast prea redus sau prea puternic devine suprtor i conduce la obosirea ochiuluiuman;

    limitarea fenomenului de orbire asigur condiii corespunztoare de munc; fenomenul deorbire poate fi deranjant i conduce la o suprasolicitare a ochiului uman;un contrast corespunztoral obiectelor din zon permite observarea corect a acestora;o corect direcionare a luminii limiteaz apariia umbrelor accentuate;o bun redare a culorilorpermite evaluarea corect a culorilor reale;un consum redus de energie prezint un deosebit interes practic i poate fi determinant n

    alegerea unei instalaii de iluminat;efectele reduse asupra reelei electrice de alimentare, prin limitarea distorsiunii curentului

    electric absorbit, determin relaiile cu furnizorul de electric.

    Bibliografie

    [1] Bianchi C. .a. Sisteme de iluminat interior i exterior, Matrix Rom, Bucureti, 1998.[2] *** CIE Guide on interior lighting, nr.29/2, 1986.[3] Bianchi C. .a.,Sisteme de iluminat interior i exterior. Concepie. Calcul. Soluii, Editura

    Matrix, Bucureti, 1998.[4] *** ZumtobelStaffLuxmatte Light Management, 1997[5] *** Normativ de proiectare, execuie Iluminatul artificial pentru interiorul cldirilor

    Universitatea Tehnic de Construcii, Bucureti, 2002.[6] Moroldo D.,Iluminatul urban.Aspecte fundamentale, soluii i calculul sistemelor de iluminat,

    Editura Matrix, Bucureti, 1999.[7] *** Recommendations for the lighting of roads for motor and pedestrian tarffic, Technical

    Report, CIE 115 - 1995.[8] *** Guide to the lighting of urban areas, Technical Report, CIE 136 2000.[9] Pop F. Ghidul centrului de ingineria iluminatului.Managementul energiei. Costurile iluminatului, Editura Mediamira,

    Cluj-Napoca, 2000.

    37


Recommended