BAZELE FIZICE ALE ILUMINATULUI

BAZELE FIZICE ALE ILUMINATULUI

Prin iluminat se intelege dirijarea luminii spre obiecte sau in jurul obiectelor, pentru ca acestea sa poata fi vazute. Iluminatul electric se obtine folosindu-se drept surse de lumina lampi electrice.

11.1. Radiatia electromagnetica si actiunea sa asupra receptoarelor
de radiatie. Spectrul vizibil

Dupa cum este cunoscut din studiul fizicii, radiatia electromagnetica constituie o forma aparte a miscarii materiei, caracterizata concomitent prin proprietati ondulatorii si corpusculare care se manifesta in toate procesele legate de producerea, propagarea si transformarea radiatiei. Mentinandu-se unitatea unda - corpuscul, in anumite forme de manifestare a radiatiei se pot analiza separat fie proprietatile ondulatorii, fie cele corpusculare; pentru studiul iluminatului se va face apel exclusiv la proprietatile ondulatorii.

Conform teoriei ondulatorii, radiatia se propaga in spatiu sub forma de unde electromagnetice cu viteza (in vid), propagarea fiind insotita de un transport de energie (energie radianta) in directia de propagare a undelor.

Puterea radianta este cunoscuta sub numele de flux energetic masurat in W.

Radiatia armonica la care se constata valori constante ale amplitudinii oscilatiei, vitezei de propagare si perioadei (T) este denumita radiatie monocromatica. Practic, in locul perioadei sunt folosite fie frecventa fie lungimea de unda legate intre ele prin relatia evidenta Lungimea de unda se exprima uzual in nm

Continutul de radiatii monocromatice ale unei radiatii oarecare constituie spectrul radiatiei respective. Compozitia spectrala este o caracteristica importanta a radiatiei electromagnetice, intrucat radiatiile cu lungimi de unda diferite au proprietati diferite care se manifesta, printre altele, in receptoarele de radiatii la care au loc reactii diferite atat calitativ (producerea unor fenomene termice, electrice, biologice etc.), cat si cantitativ.

In problemele legate de observarea obiectelor inconjuratoare, ca receptor de radiatie prezinta interes organul vederii, constituit din ochi, nervul optic si partile creierului, care transforma radiatia primita intr-un complex de excitatii nervoase, avand ca rezultat perceptia vizuala prin care se formeaza reprezentarile despre existenta, forma, pozitia si culoarea obiectelor.

Ochiul - traductorul in care se produce imaginea optica a obiectelor si transformarea acesteia in excitatii nervoase - este un receptor selectiv, in sensul ca senzatia vizuala se produce numai pentru un domeniu restrans de unde scurte din spectrul radiatiilor electromagnetice (380 - 780 nm) denumit spectru vizibil (fig. 11.2.3).

Lumina este, deci, radiatie electromagnetica corespunzatoare spectrului vizibil.

11.2. Introducere sistemului de marimi luminoase (fotometrice)

Repartitia fluxului energetic in spectru, functie de lungimile de unda, este ilustrata de curba de distributie spectrala F_e = f(l) sau F_e,l = f(l

Daca fluxul energetic este concentrat pe intervale de lungimi de unda discrete (care pot fi foarte inguste, incat sa se asimileze cu o singura lungime de unda), graficul distributiei spectrale este format din linii, iar spectrul radiatiei este denumit spectru de linii (fig. 11.2.1.), fluxul energetic total fiind:

(11.2.1)

unde n este numarul de linii, iar - fluxul energetic al unei linii.

Daca spectrul de radiatie contine toate lungimile de unda posibile (cel putin pe un anumit domeniu), spectrul este denumit spectru continuu si este caracterizat prin densitatea spectrala de flux energetic intr-un interval infinit mic in jurul unei lungimi de unda

(11.2.2)

si prin curba de distributie spectrala a densitatii de flux energetic (fig. 11.2.2), fluxul energetic total fiind:

(11.2.3)

Reactia diferita a ochiului la fluxul energetic primit nu se manifesta numai prin limitarea la spectrul vizibil, ci si prin parametrii cantitativi diferiti in cadrul spectrului vizibil: radiatiile cu acelasi flux energetic sau aceeasi densitate spectrala de flux energetic dar cu lungimi de unda diferite influenteaza diferit ochiul.

De mentionat ca, teoretic, fiecarei lungimi de unda din spectrul vizibil ii corespunde senzatia unei anumite culori; practic, numarul de culori percepute este limitat, fiecare culoare reprezentand culoarea dominanta intr-un interval de lungimi de unda (fig. 11.2.3).

Definind fluxul luminos masurat in lumeni (lm), ca partea din fluxul energetic perceputa de ochi ca senzatie vizuala, pentru trecerea de la fluxul energetic la fluxul luminos se porneste de la sensibilitatea ochiului fata de o radiatie monocromatica cu lungimea de
unda denumita eficacitate luminoasa spectrala, care pentru un spectru de linii este:

(11.2.4)

sau, pentru un spectru continuu

(11.2.5)

si prezinta un maxim pentru lungimea de unda

Eficacitatea luminoasa relativa spectrala a ochiului este:

(11.2.6)

si caracterizeaza, in unitati relative, reactia ochiului fata de radiatiile vizibile. Curba este normalizata pe plan international (fig. 11.2.3), reflectand comportarea medie, stabila si univoca a ochiului la actiunea radiatiei vizibile si servind ca baza pentru introducerea sistemului de marimi luminoase sau marimi fotometrice in cadrul caruia energia radianta este evaluata dupa senzatia vizuala pe acre o produce.

Fig. 11.2.3. ilustreaza locul radiatiilor in spectrul radiatiilor electromagnetice, comportarea ochiului (prin eficacitate luminoasa relativa spectrala) in cadrul spectrului vizibil, precum si impartirea spectrului vizibil in benzi corespunzatoare anumitor culori.

11.3. Posibilitatea obtinerii perceptiei vizuale. Surse de lumina

Observarea de catre om a obiectelor inconjuratoare este posibila prin receptionarea de catre organul vederii a luminii emise, reflectate sau transmise de catre acestea.; obiectele care nu emit lumina trebuie sa primeasca lumina de la un obiect emitator (sa fie iluminate).

In intelesul cel mai larg, orice corp care trimite in spatiu inconjurator o radiatie luminoasa este considerat drept o sursa de lumina.

In cazul in care un corp emite radiatii luminoase ca urmare a unei transformari de energie care are loc in interiorul sau pe suprafata lui, acesta constituie o sursa primara de lumina. Sursele primare pot fi naturale (soarele) sau artificiale - construite speciale in scopul producerii radiatiei luminoase (de exemplu, lampi electrice). Corespunzator, se deosebesc: iluminatul natural, dat de lumina zilei si iluminatul artificial, obtinut prin instalatii speciale in care sursele de lumina sunt, cu preponderenta, lampi electrice.

Daca un corp reflecta sau transmite o parte din radiatia luminoasa primita de la sursa, fara a emite o radiatie proprie, el reprezinta o sursa secundara de lumina. Astfel de surse sunt, de exemplu, toate suprafetele iluminate al caror factor de reflexie este diferit de zero.

In sens restrans, prin surse de lumina se inteleg numai acele obiecte special construite in scopul producerii radiatiei luminoase, denumite lampi, cum sunt, de pilda, lampile electrice (folosite in iluminatul electric). Pentru o instalatie de iluminat, sursa de lumina poate fi considerata ansamblul format din lampa/lampi si corpul de iluminat (aparatul in care se monteaza lampa/lampile).

Din punctul de vedere al dimensiunilor geometrice (L, l) raportate la distanta (d) la care se considera actiunea lor, sursele de lumina sunt considerate, practic, surse punctiforme (daca l, L < d / 5), liniare (daca , iar L este comparabil cu d) sau de suprafata (daca atat l, cat si L sunt comparabile cu d).

Dupa principiul de functionare al lampilor, exista doua categorii de corpuri de iluminat:

- corpuri de iluminat cu lampi cu incandescenta (bazate pe fenomenul de radiatie termica) - surse punctiforme;

- corpuri de iluminat cu lampi cu descarcare electrica in vapori metalici: lampi cu vapori de mercur la joasa presiune (lampi fluorescente tubulare) - considerate surse liniare, lampi cu vapori de mercur sau cu vapori de sodiu la inalta presiune (lampi cu balon elipsoidal sau cilindric) - considerate drept surse punctiforme.

Radiatia luminoasa a surselor de lumina este distribuita, in general, in tot spatiul din jurul sursei. Evaluarea cantitativa a modului in care este realizata distributia respectiva necesita masurarea spatiului. In acest scop, spatiul este modelat printr-o sfera in centrul careia se gaseste sursa de lumina S (fig. 11.3.1); raza sferei putand fi aleasa oricat de mare, sursa de lumina poate fi considerata punctiforma. Din fig. 11.3.1 rezulta o serie de elemente caracteristice unei sfere: planul ecuatorial, un plan meridional, emisferele inferioara si superioara.

O directie oarecare in spatiu, reprezentata printr-o dreapta este continuta intr-un semiplan meridional definit printr-un unghi (unghi de azimut) fata de un plan de referinta vertical care trece prin centrul sferei, pozitia dreptei in planul mentionat fiind data de unghiul (unghi de inaltime) masurat fata de axa verticala de referinta.

O suprafata conica oarecare cu varful in centrul sferei delimiteaza o portiune de spatiu in jurul directiei denumita unghi solid Masura unghiului solid se obtine raportandu-se aria A a suprafetei S (de contur oarecare), determinata de suprafata conica pe suprafata sferei de raza R, la patratul razei :

(11.3.1)

Unitatea de unghi solid, denumita steradian (sr), corespunde unei arii A egale cu patratul razei sferei.

Unghiul solid maxim corespunzator intregului spatiu din jurul sursei este, evident, egal cu , intrucat corespunde suprafetei totale a sferei Pe baza relatiei (11.3.1), se pot calcula unghiurile solide ale unor zone spatiale particulare, utile in calculul marimilor fotoelectrice dintr-o instalatie de iluminat (tab. 11.3.1).

Tabelul 11.3.1. Expresii pentru calculul unghiului solid

Intrucat conturul pe care se sprijina suprafata conica poate fi oarecare, iar suprafata S este perpendiculara pe raza sferei, se poate generaliza definitia unghiului solid pentru o suprafata oarecare. Unghiul solid care "se vede" dintr-un punct O o suprafata oarecare situata la o distanta r intr-o directie data se defineste riguros pentru un element de suprafata prin raportul dintre aria proiectiei ortogonale a elementului de suprafata pe directia punctului O (punctele ariei proiectate putand fi considerate echidistante fata de punctul O) si patratul distantei r (fig. 11.3.2) :

(11.3.2)

Extinderea definitiei (11.3.2) la unghiuri solide corespunzatoare unor suprafete finite oarecare (care nu fac parte dintr-o suprafata sferica cu centrul in punctul considerat) este insotita, evident, de erori care, in anumite cazuri, sunt admisibile din punct de vedere practic.

11.4. Marimi si unitati luminoase

Marimile luminoase, cunoscute in literatura mondiala si sub numele de marimi fotometrice se refera fie la sursa de lumina primara, fie la suprafata iluminata; unele marimi referitoare la suprafetele iluminate, considerate surse secundare de lumina, sunt similare marimilor caracteristice surselor primare.

Definirea marimilor fotometrice se face pe baza figurii 11.4.1 in care o suprafata este iluminata de catre o sursa de lumina de dimensiuni relativ mici in comparatie cu
distanta r fata de un punct P al suprafetei iluminate (practic, sursa punctiforma). Unui element de arie dA in jurul punctului P ii corespunde unghiul solid elementar cu varful in
punctul S.

11.4.1 Marimi referitoare la sursa primara

Fluxul luminos este o marime globala care rezulta din fluxul energetic al sursei definit conform relatiilor (11.2.1) sau (11.2.3), tinand seama de eficacitatea luminoasa spectrala data de expresiile (11.2.4), (11.2.5) si (11.2.6):

- pentru spectrul de linii :

(11.4.1)

- pentru spectrul continuu :

(11.4.2)

Fluxul luminos este emis, in general neuniform, in tot spatiul din jurul sursei sau
intr-un domeniu limitat, caracterizat de unghiuri solide relativ mari.

Unitatea de masura a fluxului luminos este denumita lumen (lm) si reprezinta fluxul luminos al unei radiatii monocromatice cu lungimea de unda aproximativ 555 nm si fluxul energetic 1/683 W.

O lampa cu incandescenta normala, folosita in instalatiile de iluminat din locuinte
(U = 220 V), avand puterea de 100 W, emite un flux luminos de circa 1000 lm.

Intensitatea luminoasa I este o marime directionala care caracterizeaza distributia fluxului luminos in spatiu, reprezentand fluxul luminos emis in unitatea de unghi solid in jurul unei directii date. Cu notatiile din figura 11.4.1, intensitatea luminoasa a sursei S in directia punctului P (definita prin unghiul fata de axa de referinta) este :

(11.4.3)

Pentru un unghi solid finit in care este emis fluxul luminos intensitatea luminoasa are o valoare medie :

(11.4.4)

Intensitatii luminoase i se asociaza (formal) un vector situat pe directia definita de unghiul cu originea in punctul cu care se asimileaza sursa de lumina si modulul proportional cu valoarea intensitatii luminoase in directia respectiva.

Candela (cd) este unitatea de masura a intensitatii luminoase, reprezentand intensitatea luminoasa intr-o directie data a unei surse de radiatie monocromatica cu lungimea de unda aproximativ 555 nm si densitatea spatiala de flux energetic emis in directia considerata
1/683 W/sr.

In cazul unei lampi cu incandescenta normale de 100 W (cu fluxul luminos 1000 lm), intensitatea luminoasa in directia axei de simetrie este de circa 80 cd pentru lampa libera si circa 1500 cd daca lampa este montata intr-un proiector cu randamentul 80% , care concentreaza fascicolul luminos intr-un unghi solid relativ mic, corespunzator unui unghi plan de circa 30^o.

Emitanta luminoasa M intr-un punct de pe suprafata sursei de lumina este densitatea superficiala de flux luminos emis de suprafata sursei in jurul punctului considerat

(11.4.5)

si se masoara in lumeni pe metru patrat

Luminanta L este, de asemenea, o marime directionala (ca si intensitatea luminoasa), reprezentand densitatea de flux luminos in spatiu si pe suprafata sursei. Densitatea spatiala de flux luminos fiind intensitatea luminoasa, luminanta rezulta ca densitatea de intensitate luminoasa pe suprafata sursei normala pe directia considerata :

(11.4.6)

unghiul format de normala la suprafata cu directia data) si are ca unitate de masura candela pe metru patrat

Luminanta medie a unei suprafete finite de arie A, in directia data de unghiul este

(11.4.7)

Ca exemple de valori uzuale ale luminantei unor surse de lumina, se mentioneaza : lampa fluorescenta tubulara - (3 .14) lampa cu incandescenta cu balon clar -

In practica iluminatului, prezinta interes sursele de lumina a caror luminanta este constanta in toate directiile. Pentru o astfel de sursa, considerandu-se intensitatea luminoasa in directie normala la suprafata sursei si intensitatea luminoasa intr-o directie oarecare, definita prin unghiul fata de normala, (fig. 11.4.2) si folosindu-se relatia (11.4.6) rezulta:

de unde

(11.4.8)

locul geometric al varfurilor vectorilor intensitatii luminoase intr-un plan fiind un cerc tangent la suprafata sursei. Suprafetele surselor cu L = const. sunt denumite suprafete perfect difuzante.

Se demonstreaza ca luminanta suprafetelor perfect difuzante se exprima in functie de emitanta luminoasa prin relatia :

(11.4.9)

Eficacitatea luminoasa a unei lampi electrice reprezinta fluxul luminos emis de sursa (lampa) corespunzator unitatii de putere electrica consumata :

(11.4.10)

Eficacitatile luminoase ale lampilor uzuale, folosite in instalatiile de iluminat, sunt de ordinul 10 ¼ 15 lm/W la lampile cu incandescenta, 50 ¼ 100 lm/W la lampile fluorescente tubulare, 90 ¼ 120 lm/W la lampile cu vapori de sodiu de inalta presiune.

11.4.2 Marimi referitoare la suprafata iluminata

Iluminarea E intr-un punct al unei suprafete iluminate este densitatea superficiala de flux luminos primit de suprafata in jurul acelui punct. Conform figurii 11.4.1, iluminarea in punctul P este :

(11.4.11)

Daca nu exista posibilitatea de confuzie, se poate renunta la precizarea in formula a punctului si a suprafetei careia ii apartine punctul.

Unitatea de masura a iluminarii, desi coincide dimensional cu unitatea de masura a emitantei luminoase are o denumire speciala lux (lx), pentru a scoate in evidenta referirea la suprafata iluminata (la fluxul luminos primit).

Pentru o suprafata finita, de arie A, care primeste fluxul luminos iluminarea medie are valoarea :

(11.4.12)

Iluminarea intr-un punct al suprafetei iluminate se exprima in functie de intensitatea luminoasa a sursei in directia punctului respectiv si de distanta dintre punct si sursa. In adevar, fluxul luminos primit de elementul de arie dA este fluxul emis de sursa in unghiul solid si rezulta din relatia (11.4.4), in functie de intensitatea luminoasa, unghiul solid elementar fiind dat de expresia (11.3.2) care conduce la :

deci

(11.4.13)

Relatia (11.4.13) este una dintre relatiile de baza in calculul instalatiilor de iluminat, valabila pentru o sursa punctiforma (o sursa de dimensiuni relativ mici sau un element al unei surse de dimensiuni mari), care arta ca iluminarea intr-un punct de pe o suprafata :

- pentru o orientare data a elementului de suprafata de directia sursei de lumina variaza invers proportional cu patratul distantei fata de sursa;

- la aceeasi distanta fata de sursa de lumina (r = const.), depinde de orientarea elementului de suprafata fata de directia sursei; la stabilirea iluminarii intr-un punct trebuie, neaparat mentionata suprafata pe care este situat punctul, chiar daca aceasta nu apare explicit in formula de calcul.

Se observa, de asemenea, ca iluminarea nu depinde de proprietatile fizice ale suprafetei iluminate.

Tinandu-se seama de expresia iluminarii intr-un punct (11.4.13), iluminarea medie (11.4.12) a unei suprafete finite S de arie A va fi :

(11.4.14)

marimile expresiei integrabile depinzand de pozitia punctelor de pe suprafata. Impartindu-se suprafata S in n suprafete si considerandu-se pentru fiecare dintre acestea intensitatea luminoasa in directia "centrului" suprafetei iluminarea medie este media aritmetica a valorilor iluminarii in "centrele" suprafetelor rezultate:

(11.4.15)

Valorile uzuale ale iluminarii sunt, de exemplu: 100 - 400 lx pentru iluminatul natural in locuinte, la amiaza, sau pana la lx pentru iluminatul exterior, vara, in conditii de cer senin, soare, la amiaza.

Iluminarea fiind o caracteristica de baza a instalatiei de iluminat, s-a construit un aparat special pentru masurarea ei - luxmetrul.

Luxmetrul este constituit dintr-o celula fotoelectrica conectata la un microampermetru. Curentul fotoelectric al celulei este proportional cu valoarea iluminarii medii a suprafetei celulei; suprafata fiind mica, aparatul va indica, practic, valoarea iluminarii in punctul de pe suprafata iluminata in care este plasata celula (scara aparatului este gradata direct in lx). Prin intermediul unui filtru, se corecteaza sensibilitatea spectrala a celulei facand-o sa coincida cu cea a ochiului.

Emitanta luminoasa intr-un punct al unei suprafete iluminate (considerata sursa secundara de lumina, prin reflexie) se defineste similar cu emitanta sursei de lumina
primare :

(11.4.16)

Daca factorul de reflexie al suprafetei este iar iluminarea in jurul punctului respectiv este E, din (11.4.16) si (11.4.11) se obtine :

(11.4.17)

Emitanta luminoasa a unei suprafete iluminate depinde de proprietatile fizice ale acesteia (de reflectanta suprafetei).

Luminanta a suprafetei iluminate (considerata sursa secundara de lumina, prin reflexie, pentru o suprafata difuzanta, se obtine din expresiile (11.4.9) si (11.4.17):

(11.4.18)

rezultand ca depinde de proprietatile fizice ale suprafetei.

11.5. Caracteristicile fotometrice ale corpurilor de iluminat

11.5.1. Corpul de iluminat

Lampile electrice - sursa de lumina primara in instalatiile de iluminat - emit (mai mult sau mai putin uniform) flux luminos in toate directiile din spatiu. Necesitatile concrete impun insa dirijarea fluxului luminos cu precadere in anumite directii, in care sunt situate corpurile sau obiectele care trebuie observate. Lampile necesita, de asemenea, o anumita fixare care sa permita si alimentare din reteaua electrica, eventual prin intermediul unor elemente de circuit auxiliare (cazul lampilor cu descarcari electrice). In unele situatii, se impune protectia ochiului fata de valorile exagerate ale luminantei pe suprafata lampilor sau modificarea altor marimi fotometrice si colorimetrice luminoase ale lampilor, sau izolarea lampilor fata de mediul in care se realizeaza iluminatul.

Din cele expuse mai sus, se desprinde concluzia ca lampile electrice nu se folosesc libere in instalatia de iluminat, ci trebuie montate in aparate care sa satisfaca cerintele respective.

Corpul de iluminat este un aparat destinat in principal redistribuirii fluxului luminos al lampii/lampilor electrice, in limitele unor unghiuri solide relativ mari, in scopul luminarii obiectelor relativ apropiate (pana la 10 ¼ 20 m), continand toate accesoriile (electrice si neelectrice) necesare pentru fixarea lampilor si pentru alimentarea lor din reteaua electrica si asigurand, concomitent, conditiile de functionare impuse de calitatea instalatiei de iluminat.

Redistribuirea fluxului luminos in spatiu poate avea loc si prin intermediul proiectoarelor, care, spre deosebire de corpurile de iluminat, realizeaza concentrarea fluxului luminos intr-un unghi solid relativ mic, in scopul iluminarii obiectelor indepartate
(peste 20 m).

Realizarea functiei de distributie spatiala a fluxului luminos se face prin intermediul reflectoarelor (elemente opace, cu suprafata reflectanta) sau al dispersoarelor (elemente transmitatoare, folosind transmisia difuza sau perfect difuza sau fenomenul de refractie).

Principalele caracteristici fotometrice ale unui corp de iluminat separat se refera la functia de redistribuire a fluxului luminos in spatiu si sunt: curbele de distributie a intensitatii luminoase in spatiu (curbele fotometrice), curba zonala si indicatorii de distributie zonali.

Geometric, caracteristicile fotometrice se analizeaza in raport cu plane (fig. 11.5.1) si cu zone spatiale (fig. 11.5.2) definite dupa cum urmeaza:

- cu exceptia panourilor luminoase de dimensiuni mari, pentru corpurile de iluminat se poate considera un centru luminos - un punct conventional in interiorul corpului in raport cu care se analizeaza distributia fluxului luminos in spatiu. Centrul luminos O (fig. 11.5.1) coincide cu punctul in care se considera concentrata sursa de lumina "punctiforma" sau cu punctul median al unei surse "liniare";

- o dreapta conventionala care trece prin centrul luminos si care, de regula, este o verticala se adopta drept axa de referinta si este denumita axa optica;

- dreapta conventionala care trece prin centrul luminos al unei surse liniare si este paralela cu axa lampilor este axa longitudinala;

- orice plan care contine axa optica este un plan meridional; semiplanele a caror dreapta de intersectie este axa optica sunt denumite semiplane si sunt notate dupa unghiul format cu un semiplan de referinta, care, in cazul surselor liniare, este perpendicular pe axa longitudinala si numit (semi) plan transversal principal ;

- planele avand ca dreapta de intersectie axa longitudinala a unei surse liniare sunt plane longitudinale notate dupa unghiul format cu un plan de referinta vertical - planul longitudinal principal ;

Majoritatea corpurilor de iluminat uzual pot fi considerate, cu rezultate acceptabile din punct de vedere practic, drept simetrice in privinta distributiei spatiale a fluxului luminos: sursele punctiforme au o axa de simetrie spatiala (in raport cu axa optica), iar sursele liniare au doua plane de simetrie (planul longitudinal principal si planul transversal principal Asimilarea cu o sursa simetrica echivaleaza cu acceptarea unei distributii medii a fluxului luminos in spatiu; in felul acesta, este posibil ca o sursa liniara a carei lungime este suficient de mica fata de distanta la care se calculeaza iluminarea (maxim 60%) sa fie considerata sursa punctiforma simetrica fata de axa optica.

O zona spatiala este fie o zona conica in jurul axei optice, caracterizata prin semiunghiul la varf al conului (fig. 11.5.2, a), fie spatiul dintre doua zone conice in jurul axei optice, caracterizate prin semiunghiurile la varf ale conurilor si (fig. 11.5.2, b). Masura zonei spatiale este data de unghiul solid calculat conform tabelului 11.3.1.

11.5.2.Curbele de distributie a intensitatii luminoase (curbele fotometrice)

Reprezentarea vectoriala a intensitatii luminoase ( § 11.4) face posibila caracterizarea distributiei spatiale a fluxului luminos al unui corp de iluminat prin intermediul curbelor fotometrice - curbe polare (cu polul in centrul luminos ), reprezentand locul geometric al varfurilor vectorilor de intensitate luminoasa in plane care trec prin centrul luminos.

Intrucat intensitatea luminoasa este proportionala cu fluxul luminos al lampilor montate in corpul de iluminat, curbele fotometrice se traseaza corespunzator unui flux luminos conventional egal cu 1000 lm, intensitatea luminoasa intr-o directie dintr-un plan, extrasa din curba, fiind deci Curbele fotometrice se reprezinta pe un formular special care are trasata initial, pornind din polul curbei, o retea formata din cercuri concentrice - reprezentand directiile din plan (fig. 11.5.3). Intensitatea luminoasa reala in directia corespunzatoare fluxului luminos total al lampilor din corpul de iluminat ( - numarul de lampi din corp, - fluxul luminos al unei lampi) va fi

(11.5.1)

Corpurile de iluminat cu simetrie axiala sunt caracterizate printr-o singura curba fotometrica trasata intr-un plan meridional.

Caracterizarea corpurilor de iluminat cu lampi fluorescente tubulare (surse liniare, cu doua plane simetrie - § 11.5.1) se face prin doua curbe fotometrice: una in semiplanul transversal principal si una in semiplanul longitudinal principal .

In cazul corpurilor de iluminat nesimetrice sunt necesare mai multe curbe fotometrice trasate in diferite semiplane .

Asa cum s-a precizat (§ 11.5.1), in majoritatea cazurilor practice este posibila caracterizarea unui corp de iluminat printr-o curba fotometrica medie obtinuta mediindu-se valorile corespunzatoare fiecarui unghi din curbele fotometrice trasate in semiplanele .

11.5.3. Curba zonala

Curba zonala da o imagine sugestiva a distributiei fluxului luminos in diferite zone din spatiu, permite o comparare cantitativa directa, din acest punct de vedere, a corpurilor de iluminat si este deosebit de utila in calculul fotometric al instalatiilor de iluminat.

Curba zonala reprezinta valorile fluxului luminos trimis de un corp de iluminat in diferite zone spatiale (§ 11.5.1) determinate fie prin unghiurile solide fie prin unghiurile plane - corespunzatoare. Practic, se au in vedere zonele conice coaxiale cu axa optica si, deci, curba zonala este data sub forma

Calculul fluxurilor zonale se face in ipoteza asimilarii corpurilor de iluminat cu surse punctiforme simetrice, pornindu-se de la curba fotometrica medie (§ 11.5.2). Se divizeaza spatiul din jurul corpului de iluminat in 18 zone spatiale de tipul celor din figura 11.5.2, b, fiecare zona corespunzand unei diferente de unghiuri plane In fiecare zona spatiala k (fig. 11.5.4) se considera intensitatea luminoasa medie extrasa din curba fotometrica la unghiul plan mediu Pe baza relatiei (11.4.4) si a expresiei unghiului solid din tabelul 11.3.1, se calculeaza fluxul luminos trimis de corpul de iluminat in zona spatiala respectiva :

(11.5.2)

Fluxul luminos zonal al unei zone conice compuse din n zone spatiale considerate ca mai sus (fluxul zonal cumulat) va fi :

(11.5.3)

intensitatile luminoase corespunzand unghiurilor plane

Curba zonala se traseaza de obicei in unitati relative (sau in procente), raportandu-se fluxurile zonale la fluxul luminos al lampilor din corpul de iluminat n_lf_l (fig. 11.5.5); daca in calculul fluxurilor se folosesc direct valorile intensitatii luminoase din curba fotometrica, fluxurile zonale se raporteaza la n_lf_l = 1000 lm.

Fluxul luminos total transmis in spatiu de corpul de iluminat este :

(11.5.4)

in emisfera inferioara fiind trimis fluxul F_cÈ

Tinandu-se seama de absorbtia fluxului luminos de catre elementele constitutive ale corpului de iluminat (caracterizate printr-un factor de absorbtie fluxul luminos al corpului de iluminat este inferior fluxului luminos al lampilor montate in corp si se defineste un randament al corpului de iluminat

(11.5.5)

Ordonata maxima a curbei zonale corespunde randamentului corpului de iluminat.

Pe baza curbelor zonale se obtine o prima clasificare a corpurilor de iluminat.
Avandu-se in vedere ca, de regula, corpurile de iluminat sunt montate deasupra suprafetei iluminate, drept criteriu de clasificare serveste raportul dintre fluxul luminos trimis de corpul de iluminat in emisfera inferioara si fluxul luminos total al corpului de iluminat rezulta cinci categorii de corpuri de iluminat (tab. 11.5.1).

Tabelul 11.5.1 Categorii de corpuri de iluminat

11.5.4. Indicatorii de distributie zonali

Impartirea corpurilor de iluminat in cinci categorii (§ 11.5.3), prin considerarea a doua zone spatiale (emisfera inferioara si emisfera superioara), nu diferentiaza suficient corpurile de iluminat in privinta concentrarii fluxului luminos. O detaliere a clasificarii se obtine divizandu-se emisfera inferioara in patru unghiuri solide egale si considerandu-se patru zone conice suprapuse (similar figurii 11.5.2, b) caracterizate prin unghiurile si fluxurile zonale din tabelul 11.5.2 care, impreuna cu emisfera superioara (a cincia zona spatiala), acopera tot spatiul.

Tabelul 11.5.2 Unghiuri si fluxuri zonale caracteristice

Pentru calculul fluxurilor zonale se foloseste formula (11.5.3), iar pentru fluxurile zonale si este suficienta o interpolare liniara intre valorile din curba zonala corespunzatoare unghiurilor si respectiv si

(11.5.6)

Corespunzator celor trei fluxuri zonale, se definesc indicatorii de distributie zonali

(11.5.7)

h_c reprezentand randamentul corpului de iluminat.

Pe baza valorilor indicatorilor zonali in emisfera inferioara corpurile de iluminat se impart in zece clase care corespund unor distributii ale fluxului luminos din ce in ce mai largi (in unghiuri solide mai mari); clasa 1 are distributia cea mai concentrata.

Indicatorul hotarator in stabilirea distributiei este Corpurile de iluminat direct (tab. 11.5.1) se pot imparti in doua subgrupe in functie de valorile indicatorului corpuri de iluminat direct intensiv si corpuri de iluminat direct extensiv distributiile limita respective sunt ilustrate in figura 11.5.6.