Post on 19-Oct-2015
description
1
Conf.dr.ing. Dorin Beu
Suport de curs: INSTALAII ELECTRICE I DE ILUMINAT
Cap. 1. Eficiena energetic n iluminat
Cap. 2 Noiuni generale
Cap. 3 Surse de lumin eficiente energetic
Cap. 4 LED-uri
Cap. 5 Aparate de iluminat
Cap. 6 Iluminat natural
Cap. 7 Tuburi de lumin
Cap. 8 Sisteme de control
Cap. 9 Sisteme de iluminat interior
Cap. 10 Iluminat exterior
Cap. 11 Managementul sistemelor de iluminat exterior
Cap. 12 Plan de iluminat general ntr-o localitate
Cap. 13 Iluminatul i sntatea utilizatorilor
Cap. 14 Iluminatul i protecia mediului
Seminarii
1. Utilizarea programului european Dialux - partea 1
2. Utilizarea programului european Dialux - partea 2
3. Calculul performanei energetice n iluminat conform SR-EN 15193
4. Msurarea performanei energetice n iluminat conform SR-EN 15193
5. Soluii de mbuntire a performanei energetice n iluminat
6. Realizarea unui aparat de iluminat cu LED-uri
7. Sistem de iluminat cu celule fotovoltaice
Studii de caz:
Iluminat n birouri
Iluminat n coli
Iluminat n hoteluri
Iluminat n spaii comerciale
Iluminat n parkinguri
Iluminat public
Instalaii Electrice i de Iluminat
2
Managementul iluminatului public
Cursul este dedicat cunoaterii att a principalelor noiuni specifice de inginerie a
iluminatului: mrimi fotometrice i colorimetrice; echipamente de iluminat - lmpi,
aparate de iluminat, dispozitive de control al iluminatului; metode de calcul
fotometric; confortul vizual i microclimatul luminos, calitatea iluminatului; iluminat
public arhitectural i urban; integrarea sistemului de iluminat n arhitectura cldirii, ct
i a prevederilor normativelor NP061-02 privind sistemele de iluminat interior i
NP062-02 privind iluminatul public.
Dup parcurgerea disciplinei, cursanii vor fi capabili s realizeze proiectarea asistat
de calculator a sistemelor de iluminat - program DIALux i s efectueze msurtori
specifice ale iluminrii i luminanei, cu luxmetrul i luminanmetrul.
CAP. 1. EFICIENA ENERGETIC N ILUMINAT
1.1. Retragerea treptat de pe pia a lmpilor cu incandescen
Prevederi legale
Pe data de 8 decembrie 2008, Comitetul Ecodesign a acceptat propunerea Comisiei
Europene pentru retragerea treptat de pe pia a lmpilor cu incandescen.
Regulamentul 244/2009 al Comisiei Europene, tradus n limba romn de
Ministerul Mediului, prevede retragerea din septembrie 2009 a lmpilor cu
incandescen (inclusiv cele cu halogen) mate sau opal i a lmpilor cu
incandescen clare cu putere mai mare de 100W, iar apoi treptat a tuturor lmpilor
cu incandescen clare rmase. Lmpile cu reflector ncorporat nu fac obiectul
acestui regulament.
Pn n 2012 toate lmpile cu incandescen (inclusiv o bun parte din lmpile
cu halogen) vor fi retrase de pe pia.
Consideraii generale
Din 2008, lmpile fluorescente compacte - LFC - au n plus un timbru verde de 0,90
RON ceea ce a scumpit suplimentar aceast variant. Din pcate, n Romnia nu
exist o mentalitate de protecie a mediului, iar motivaia alegerii LFC ine mai mult
de economiile de bani ulterioare.
3
Lampa cu incandescen, descoperit de Edison n 1879, a reprezentat un
moment de rscruce n civilizaia industrial i muli specialiti rmn ataai de ea.
PLDA - Professional Lighting Design Association s-a pronunat mpotriva retragerii
lmpii cu incandescen. Pe site-ul www.pld-a.org este prezentat acest punct de
vedere i este dat exemplul Noii Zeelande care a renunat la retragere. Comisia
Internaional de Iluminat (Commission Internationale de lEclairage) - CIE - nu i-a
exprimat un punct de vedere oficial. Oricum, ideea retragerii lmpilor cu
incandescen nu a venit din partea asociaiilor profesionale din iluminat.
n cadrul discuiilor premergtoare lurii acestei decizii, rile din Europa de Est,
bazndu-se pe experiena comunist, s-au pronunat mpotriva retragerii, motivnd c
orice este interzis devine mai interesant. Cuba a interzis vnzarea sau importul de lmpi
cu incandescen din 2005, dar aceast soluie a fost impus. Probabil c o soluie
alternativ o reprezenta aplicarea unei suprataxe, asemntoare accizelor la tutun, n
aa fel nct diferena de pre LFC lamp cu incandescen s nu fie aa de mare.
Analiza pieei a artat c tehnologia LFC a ajuns la maturitate i prin introducerea
unei Carte Europene de Calitate privitoare la acest tip de lmpi s-a ajuns la o soluie de
calitate. Pe de alt parte, analiza LED-urilor ne conduce la ideea c acest tip de lmpi nu
sunt destinate nlocuirii directe a lmpilor cu incandescen (n sensul de a avea un
soclu i dimensiuni asemntoare), ci deschid calea spre noi concepte de iluminat liniar
sau pe suprafee circulare sau paralelipipedice.
Anumite avantaje ale lmpii cu incandescen: redarea culorilor foarte bun, dimensiuni
reduse, reglarea uoar a fluxului luminos, costuri reduse nu sunt nc egalate de
produse similare, dar mult mai eficiente energetic. Din aceste motive, specialiii n
iluminat au rezerve fa de msura retragerii lmpilor cu incandescen, chiar dac sunt
de acord cu principiul economiei de energie. Probabil c Regulamentul 244, mpreun
cu nemulumirile unor consumatori, vor provoca companiile productoare n a oferi n
scurt timp soluii care s rspund acestor observaii. Suntem de acord cu utilizarea pe
scar larg a LFC, dar atragem atenia c, n anumite situaii, nu avem soluii de
caracteristici identice pentru lmpile care vor fi retrase de pe pia.
1.2. Performana energetic a iluminatului electric din cldiri
Prevederi legale
Instalaii Electrice i de Iluminat
4
La baza stabilirii performanei energetice a iluminatului electric din cldiri st
standardul European EN 15193, devenit standard romnesc n noiembrie 2008.
Standardul European introduce temenul LENI (Lighting Energy Numeric Indicator)
exprimat n [kWh/m/an] i contorizarea separat a consumului de energie electric
utilizat n iluminat.
Energia total utilizat pe o anumit perioad ntr-o cldire sau ncpere este
suma dintre energia utilizat pentru iluminat WL,t i energia auxiliar WP,t utilizat
pentru ncrcarea acumulatorilor n iluminatul de siguran i pentru alimentarea
sistemelor de control.
,
,
unde
Pn este puterea total instalat pentru iluminat dintr-o cldire sau ncpere;
Ppc = puterea auxiliar total instalat a sistemului de control pentru iluminat dintr-o
cldire sau ncpere;
Pem = puterea auxiliar total instalat de alimentare a aparatelor de iluminat de
siguran dintr-o cldire sau ncpere;
ty = durat anual standard 8760 ore;
tD = timp de utilizare a aparatelor de iluminat pe perioada ct exist iluminat natural;
tN = timp de utilizare a aparatelor de iluminat pe perioada ct nu exist iluminat natural;
te = timp dencrcare a aparatelor de iluminat de siguran cu acumulatori;
FD = factor de lumin natural disponibil. Normativul acord un spaiu amplu acestui
aspect , lund n considerare potenialul uria al luminii naturale. De exemplu, pentru
o coal, 1800 de ore de utilizare sunt pe timpul zilei. Sunt extrem de importante
materialele de vitrare, deschiderile, obstruciile exterioare, sistemele de umbrire;
FO = factor de ocupare (n cazul utilizrii senzorilor de prezen);
FC = factor de iluminare constant (n cazul sistemelor de control care permit
meninerea nivelului de iluminare la o valoare constant).
Energia total anual utilizat pentru iluminat
5
Indicatorul numeric pentru energia luminoas LENI
unde A este suprafaa total util a cldirii [m2],
Exprimat ntr-un mod mai simplist,
LENI = Pn x t x FD x FO x FC
unde Pn = putere instalat [kW/m2]; Puterea electric instalat n cldire are o
valoarea int n jur de 2 W/m2/100 lx;
t = timp de utilizare[h/an], ntre 2000 ore n cazul colilor i 5000 ore pentru spitale.
Programul Dialux poate s calculeze valoarea LENI, dar proiectantul trebuie s
verifice ipotezele de lucru (se consider implicit c avem de-a face cu un spaiu de
birouri).
Consideraii generale
La ora actual se ateapt din partea autoritilor romne s stabileasc etichetarea
energetic a cldirilor. Situaia altor ri din UE, unde la investiiile din bani publici, s-
a stabilit o valoare LENI de 10kWh/m2/an prin caietul de sarcini, ar trebui s dea de
gndit att autoritilor publice ct i proiectanilor. Obinerea unor valori att de
sczute nu se obine doar prin utilizarea lmpilor din ultima generaie, ci i prin
utilizarea iluminatului natural, sistemelor de control al iluminatului. Avem de-a face cu
o transformare a modului de proiectare a sistemelor de iluminat interior, dar i cu
urmrirea n timp a rezultatelor reale.
Timp de utilizare
Tabelul 1.1 Valorile timpului de utilizare n funcie de destinaia cldirii (cf. SR EN
15193)
Destinaia cldirii Ore de funcionare anuale
tD tN tO
Birou 2250 250 2500
coal 1800 200 2000
Spital 3000 2000 5000
Hotel 3000 2000 5000
Restaurant 1250 1250 2500
Instalaii Electrice i de Iluminat
6
Sal de sport 2000 2000 4000
Retail 3000 2000 5000
Fabrica 2500 1500 4000
Un punct cheie este determinarea timpului de utilizare anual a sistemului de iluminat
t0 exprimat n numr de ore. Acest timp este compus din timpul de utilizare pe
perioada cnd exist iluminat natural tD i n absena acestuia tN.
Valorile din Tabelul 1.1 sunt cu titlu indicativ, dar pot fi inlocuite atunci cnd se
cunosc date exacte despre timpul de utilizare (de exemplu, fabrici la care se lucreaz
n trei schimburi).
Tabelul 1.2 Influena luminii naturale asupra cldirilor echipate cu sisteme de control
Tipul cldirii Tipul sistemului de control FD
Birou, sal de sport,
industrie
Manual 1,0
Gradual cu senzori de lumin
natural
0,9
Restaurant, retail Manual 1,0
coal, spital Manual 1,0
Gradual cu senzori de lumin
natural
0,8
Tabelul 1.3 Influena valorilor implicite de ocupare asupra cldirilor echipate cu
sisteme de control
Influena ocupaional
Tipul cldirii Tipul sistemului de control FO
Birou, coal Manual 1,0
Automat, peste 60% din puterea
instalat
0,9
Sal de sport, industrie,
restaurant, retail
Manual 1,0
Hotel Manual 0,7
Spital Manual (control automat parial) 0,8
n plus normativul SR EN 15193 introduce trei trepte de calitate
7
* ndeplinirea cerinelor de baz; ** conformitate cu cerinele; *** ndeplinirea
total a cerinelor
Tabelul 1.4 Clase de criterii pentru proiectarea aparatelor de iluminat
Clase de criterii pentru proiectarea
aparatelor de iluminat
* ** ***
Iluminat meninut pe planul de lucru
orizontal (Eorizontal)
Controlul orbirii de disconfort
Evitarea efectului de plpire
Controlul reflexiilor de voal
Redarea culorilor
Evitarea umbrelor accentuate i a luminii
prea difuze pentru o bun modelare
Distribuia iluminrii n ncpere (Evertical)
Atenie la comunicarea vizual a chipurilor
(Ecilindric)
Atenie acordat sntii
n conformitate cu valorile prescrise n Tabelul 5.3 din SR EN 12464-1
n conformitate cu exigenele din SR EN 12464-1
Instalaii Electrice i de Iluminat
8
Cap. 2. NOIUNI GENERALE
2.1. Vederea
Funcionarea simurilor umane necesit nu numai stimularea sistemului nervos de
ctre un factor extern, ci i interpretarea de ctre creier a semnalelor primite. Astfel
vederea trebuie neleas ca vedere i interpretare, iar procesul vederii cuprinde
trei funcii:
procesul fizic al producerii unei imagini a lumii externe pe receptoare, situai in
ochi, care sunt sensibili la lumin;
generarea unor semnale n sistemul nervos care conecteaz receptoarele
sensibile la lumin cu creierul;
interpretarea semnificaiilor legate de semnale de ctre creier; aceast etap
implic experiena vizual care ncepe odat cu naterea.
Toate aceste procese implic consum de energie i necesit timp pentru interpretare.
Anatomia ochiului
Structura ochiului uman este analoag cu o
camera video, conform tabelului alturat.
Figura 2.1. Structura ochiului uman
Tabelul 2.1. Analogie ochi-camer video
Ochi Camer video Funcie
Cornee i umoare
apoas
Lentile de
focalizare
Curbare a luminii pentru formare
imagine
Cristalin Lentile secundare Focalizare fin
Iris Diafragm Adncime cmp vizual, ajustare nivel de
iluminare
Umoare sticloas Auto-focus Acionare a lentilelor
9
Conjuctiv Filtru lumin
natural
Protejare sistem optic de zgrieturi
Sclera Cutie Carcas
Retin Suprafa
fotoelectric
Conversie a luminii n semnal electric
Vase de snge din
retin
Cablu electric Furnizare energie
Nerv optic Semnal video de
ieire
Transmisie date
Celulele receptoare
Prin dispersia luminii naturale ntr-o prism se obine urmtorul spectru de culori:
Culoare Domeniu [nm]
violet 380-450
albastru 450-490
verde 490-560
galben 560-590
portocaliu 590-640
rou 640-750
Exist dou tipuri de receptoare, denumite conuri i bastonae, dup forma lor.
Bastonaele sunt sensibile la niveluri sczute de lumin, dar sunt saturate la niveluri
moderate, iar conurile sunt mai puin sensibile dar pot face fa fluxurilor mari de
lumin. Doar conurile sunt sensibile la culoare, datorit celor trei clase de pigmeni.
Lipsa unui pigment duce la daltonism (n majoritatea cazurilor nu pot distinge ntre
rou i verde). Aceast problem afecteaz 8% din brbai i 0,5% din femei. Ochiul
uman este sensibil la radiaii electromagnetice dintr-un domeniu relativ ngust cuprins
ntre 380 - 750 nm. Sub 380 nm avem domeniul radiaiilor ultraviolete, iar peste 750
nm ncepe domeniul radiaiilor infraroii. Sensibilitatea ochiului uman la radiaiile
luminoase variaz n funcie de lungimea de und a acestora, fiind maxim, n cazul
vederii diurne, la culoarea verde (=555 nm) i minim la capetele spectrului. n
acest sens CIE a introdus n 1933 funcia eficacitii luminoase relative V(). Aceast
funcie este valabil pentru vederea diurn (fotopic). n cazul vederii nocturne
Instalaii Electrice i de Iluminat
10
(scotopic) ochiul uman are un maxim n zona verde, la =507 nm, i o curb V()
specific (efectul Purkinje). La niveluri foarte sczute ale luminanei (
11
Observaie: candela este o mrime fundamental inclus n SI (Sistemul Internaional
de msuri) i este definit ca intensitatea luminoas ntr-o direcie dat a unei surse
care emite o radiaie monocromatic de frecven 5401012Hz, corespunznd la
0 = 555 nm n aer, pentru care intensitatea energetic este de 1/683 W pe steradian.
Iluminarea - E
Definiie: Raportul dintre fluxul luminos d primit de un element de suprafa i aria dA
a suprafeei
Formula: E = d/dA
Unitate de msur: lux [lx]
Observaie: Iluminarea unei suprafee este invers proporional cu ptratul distanei de
la surs la acea suprafa i variaz cu cosinusul unghiului de inciden.
Emitana luminoas - M
Definiie: Raportul dintre fluxul luminos d emis de un element de suprafa i aria dA a
suprafeei
Formula: M = d/dA
Unitate de msur: lumen per metru ptrat [lm/m2]
Luminana - L
Definiie: Raportul dintre luminoas dI n direcia considerat i aria proieciei
ortogonale a acestei suprafee pe un plan perpendicular pe direcia dat
Formula: L = dI/dA cos
Unitate de msur: candela per metru ptrat [cd/m2]
Eficacitatea luminoas -
Definiie: Raportul fluxul luminos total emis de o surs de lumin i puterea total P
consumat de sursa de lumin i aparatura auxiliar
Formula: = /P
Unitate de msur: [lm/W]
2.3. Msurri fotometrice
Instalaii Electrice i de Iluminat
12
Msurarea iluminrii
Aparatul de msurare a iluminrii - luxmetrul - este simplu i uor de mnuit. Totui,
fotocelula luxmetrului prezint anumite caracteristici pe care utilizatorul trebuie s le
cunoasc pentru a obine cele mai bune rezultate.
Sensibilitate spectral. Rspunsul majoritii fotocelulelor, la diferite lungimi de
und din domeniul vizibil, difer de cel al ochiului omenesc. Aparatele fr corecia
culorii sunt potrivite doar pentru acele tipuri de iluminant pentru care sunt calibrate (n
general, lumina de la o lamp cu filament cu temperatura de culoare de 2700 K).
Multe aparate sunt dotate cu filtru de corecie a culorii, care le schimb rspunsul
spectral pn la o suprapunere aproximativ peste curba de sensibilitate spectral a
ochiului omenesc.
Chiar i n cazul utilizrii acestor dispozitive, pentru unele surse de lumin cu o
compoziie spectral diferit de un radiator termic normal este necesar folosirea
unui 'factor de corecie a culorii', furnizat de ctre fabricant. Exist i aparate dotate
cu filtre, att de precise nct nu necesit factori de corecie a culorii, dar care sunt
mai scumpe.
Corecia de cosinus (corecia pentru incidena oblic). Dac fluxul luminos
ajunge la suprafaa fotocelulei sub un anumit unghi, va produce o iluminare
proporional cu cosinusul unghiului de inciden, dar acest lucru nu se reflect
ntotdeauna n rspunsul celulei. Exist dou motive: n primul rnd, lumina care nu
cade perpendicular, va fi reflectat mai puternic de ctre protecia celulei i astfel nu
va atinge suprafaa sensibil la lumin, iar n al doilea rnd, marginea de protecie
umbrete lumina incident la unghiuri mici.
Deoarece fotometrele sunt calibrate pentru flux luminos perpendicular pe
suprafaa celulei, fluxul luminos care cade sub un anumit unghi i fluxul luminos difuz
vor da valori citite mai sczute dect cele calculate, n cazul n care nu se aplic
proceduri de corectare. Pentru msurri ale iluminrii n planul orizontal, erorile
variaz ntre cteva procente - pentru spaii interioare cu sisteme de iluminat direct
sau semidirect, unde doar o mic proporie a luminii este recepionat prin reflexie de
la perei sau tavan - la 10-15% pentru sisteme de iluminat indirect, sau chiar mai mult
de 25% dac lumina vine doar de la ferestrele laterale. n cazul proiectoarelor sau a
instalaiilor de iluminat stradal, eroarea poate fi chiar mai mare, datorit unghiurilor
de inciden sczute ce pot aprea.
13
Un bun fotometru trebuie s conin un dispozitiv - de ex., o calot difuzant
care va fi plasat deasupra celulei -
proiectat pentru a corecta suprafaa
receptoare n aa fel nct lumina
care vine din orice direcie s fie
evaluat corect - aa numita
corecie de cosinus. Fotometrele
moderne sunt deseori prevzute cu
o fotocelul al crei design asigur o
bun corecie a cosinusului n orice
circumstan, fr a fi nevoie de un adaptor special. Un fotometru cu corecie
adecvat urmeaz legea cosinusului pentru orice unghi de inciden. Aparatele fr
corecie sunt utilizate doar atunci cnd sunt cunoscute limitele lor.
Figura 2.2 Luxmetru
Oboseala. Toate celulele fotometrice prezint un anumit grad de oboseal,
adic o tendin a indicatorului de a reveni ncet pentru cteva minute nainte de a se
stabiliza. Acest efect este mai puternic la valori mari ale iluminrii i cu ct fotocelula
a fost acoperit pentru un timp mai ndelungat sau aparatul a fost inut anterior la
ntuneric sau a fost utilizat la niveluri de iluminare mult mai sczute. De aceea,
nainte de a ncepe msurtorile, aparatul va fi scos din cutie i lsat s se adapteze
la nivelul de iluminare la care se vor face msurtorile.
Temperatura ambiental. La anumite tipuri de celule fotoelectrice, sensibilitatea
este influenat de temperatur. Dac msurtorile se fac la temperaturi joase sau
nalte, va trebui fcut o corecie corespunztoare. Tabelele de corecie a
temperaturii sunt furnizate de fabricanii aparatelor.
mbtrnirea. Att sensibilitatea absolut, ct i distribuia sensibilitii spectrale
a celulelor fotoelectrice se poate schimba n timp. De aceea este necesar o
calibrarea anual a luxmetrului.
Msurarea luminanei
Daca imaginea ariei aparente a unei suprafee, a crei luminan vrem s-o msurm,
este proiectat pe aria fotosensibil a unei celule fotoemisive sau fotovoltaice,
Instalaii Electrice i de Iluminat
14
iluminarea citit de celul este proporional cu luminana ariei pe direcia de
msurare. De aceea, un luminanmetru se compune dintr-o celul fotoelectric i un
sistem optic care proiecteaz imaginea ariei de msurat pe suprafaa celulei.
Circuitul de msurare este calibrat pentru a da valorile luminanei n cd/m2.
Luminanmetrul este un instrument de precizie
pentru determinarea luminanei, dar poate fi utilizat
i pentru msurarea iluminrii, reflectanei,
transmitanei, factorului de lumin natural,
unghiurilor solide i determinarea indicilor de
orbire. Avantajul aparatului l constituie abilitatea
de a msura direct luminana pe arii cu dimensiuni
unghiulare reduse precum i domeniul larg de
luminane. Prin msurarea luminanei se pot obine date despre calitatea iluminatului
ntr-o ncpere i nu doar despre cantitate, ca n cazul msurrii iluminrii.
Figura 2.3 Luminanmetru
Pentru msurtori normale, subiectul este vzut prin telescopul instrumentului,
iar cercul mic din centrul cmpului de vedere este fcut s coincid cu partea din
scen a carei luminan vrem s-o msurm.
Msurarea intensitii luminoase
Majoritatea msurtorilor referitoare la intensitatea luminoas sunt fcute n
laboratoarele productorilor de aparate de iluminat pentru a obine curba fotometric
a unui aparat de iluminat. Aceast operaiune implic msurarea iluminrii pe o
fotocelul n diferite direcii din jurul aparatului de iluminat. Intensitate luminoas
poate fi calculat cunoscndu-se valorile iluminrii i distana dintre fotocelul i
aparatul de iluminat.
Pentru msurarea intensitii luminoase se utilizeaz goniofotometre. Sunt
patru tipuri fundamentale de tehnici de msurare pentru determinarea distribuiei
intensitii luminoase aparatului de iluminat.
1. Aparatul de iluminat este rotit n jurul axelor longitudinale i transversale,
fotocelula rmne fix.
2. Aparatul de iluminat este fix, fotocelula se mic pe un traseu semisferic.
15
3. Aparatul de iluminat este rotit n jurul axei verticale, fotocelula se mic pe un
traseu semicircular.
4. Aparatul de iluminat este liber s se mite, dar n aa fel nct poziia de operare
s rmn tot timpul aceeai, lumina este direcionat spre o fotocelul fix cu
ajutorul unei oglinzi.
Msurarea fluxului luminos
Fluxul luminos al unei lmpi electrice poate fi calculat pe baza intensitilor
luminoase msurate n diferite direcii sau msurat direct cu ajutorul unei sfere
fotometrice (sfera integratoare sau "sfera Ulbricht" cum mai este ea cunoscut, dup
numele cercettorului care a descris principiul ei n 1900). Lampa care va fi msurat
este suspendat n centrul sferei. Pereii sferei sunt vopsii alb-mat i sunt perfect
difuzi. Datorit reflexiei interne, iluminarea din orice poriune de pe suprafaa
interioar a sferei este proporional cu fluxul luminos total al lmpii. O mic
deschidere n peretele sferei permite msurarea iluminrii. Dispozitivul de msurare
este calibrat pe baza unei lmpi standard cu flux luminos cunoscut.
2.4. Colorimetrie
Aprecierea culorilor este subiectiv; un model al culorilor trebuie s in seama de
nelegerea mecanismului vederii color pentru a avea o utilitate. Pn acum 100 de
ani, aprecierea culorilor era fcut doar cu ochiul liber.
Aditivitatea culorilor
Orice culoare poate fi obinut prin amestecul a trei culori primare. Aceasta deoarece
capacitatea de discernmnt a ochiului este slab (fa de culorile primare care
compun lumina), comparativ cu a altor organe de sim ca urechea sau nasul; un
stimul complex de lumin este perceput ca o singur senzaie. In cazul unui stimul
audio complex, ca de exemplu o orchestr se poate discerne un singur instrument i
se poate asculta de exmplu doar pianul, pe cnd n cazul luminii albe nu poate fi
remarcat componenta roie.
Bazele sistemului tricromatic pornesc de la dou constatri:
orice culoare poate fi obinut exact prin combinaia a trei culori primare,
Instalaii Electrice i de Iluminat
16
relaiile de aditivitate n domeniul culorilor se menin ntr-un domeniu larg de
condiii de observare.
Oricare trei culori pot fi utilizate ca surse primare, cu condiia ca nici una s nu
poat fi obinut prin combinaia celorlalte dou. Exemplul clasic este Rou (650 nm),
Verde (540 nm) i Albastru (460 nm). Exemple de utilizare a aditivitii culorilor sunt:
lmpile fluorescente trifosforice, iluminatul de scen, tiprirea i televiziunea color.
Substractivitatea culorilor
Orice suprafa este selectiv n modul n care reflect i absorb lumina. Suprafeele
roii absorb verde i albastru i reflect doar roul. Teoria substractivitii culorilor
este fundamental pentru evaluarea performanelor legate de culoarea unor lmpi.
De exemplu, un corp rou va apare portocaliu dac lampa este deficient n culoare
roie. Exemple de utilizare a substractivitii sunt vopselele.
Sistemele de referin pentru culori se clasific n dou grupe:
Grupa I - prin amestecul a trei culori monocromatice de referin;
Grupa II - prin trei mrimi caracteristice: tonalitate, claritate i saturaie.
Grupa I se bazeaz pe sistemul tricromatic prezentat anterior. CIE a adoptat sistemul
colorimeric propus de Judd, numit i triunghiul culorilor, n 1931. n colurile
triunghiului sunt trei culori ipotetice X (rou), Y (verde) i Z (albastru). Coordonatele
tricromatice x, y, z se determin cu relaiile x=X/(X+Y+Z), y=Y/(X+Y+Z), z=Z/(X+Y+Z)
i x+y+z=1. Determinarea acestor coordonate, pentru culoarea luminii sau pentru
culoarea reflectat de o suprafa, se face cu ajutorul spectrofotometrului. Pe acest
triunghi se figureaz locul geometric Plankian (al corpului negru) care este o curb
pe care sunt definite temperaturi de culoare, care corespund temperaturii la care
trebuie nclzit corpul negru pentru a emite o radiaie luminoas identic.
Grupa II a fost realizat de un pictor american, Albert Munsell, pentru definirea
culorilor cu ajutorul cataloagelor, pe baza a cinci culori primare i cinci intermediare.
Selecia se face cu ochiul liber. Cele trei mrimi caracteristice sunt: tonalitate
(proprietate vizual de discretiza culorile albastru, verde, galben, excluznd gama
alb-negru), claritate (proprietatea vizual prin care un corp reflect sau transmite prin
difuzie o fraciune din fluxul incident) i saturaie (proprietate vizual prin care se
poate evalua proporia de culoare pur n senzaie vizual global).
17
3. SURSE DE LUMIN EFICIENTE ENERGETIC
3.1 Definirea energetic i colorimetric a surselor de lumin
Eficacitatea luminoas a unei lmpi se exprim n lumen pe watt (lm/W) i reprezint
raportul ntre fluxul luminos emis de lamp ("flux luminos iniial", dup 100 ore de
funcionare) i puterea electric consumat (n cazul lmpilor cu descrcri, fr
luarea n considerare a pierderilor electrice n echipamentul auxiliar). De exemplu, o
lamp fluorescent emite 3000 lm i consum 40 W, iar balastul su consum 10 W;
eficacitatea luminoas a lmpii este 3000/40=75 lm/W, iar a sistemului lamp-balast
este 3000/(40+10)=60 lm/W.
Durata de via i deprecierea fluxului luminos emis se refer la grupuri de
lmpi i se determin n condiii standard de testare. Durata de via este definit att
ca "durat de supravieuire" - numrul de ore de funcionare n care se deterioreaz
50% din lmpile grupului testat, ct i ca "durat de via economic" - numrul de
ore de funcionare n care fluxul luminos emis (sau eficacitatea luminoas) scade la
un procent dat (n general 70%) fa de valoarea iniial (dup 100 ore de
funcionare). Deprecierea fluxului luminos pe durata de via se datoreaz
"mbtrnirii" lmpii i este cauzat de mai muli factori. Aceste dou caracteristici
sunt stabilite de fiecare productor n parte i sunt incluse n cataloagele de
prezentare. n Tabelul 3.1 sunt date valori informative pentru lmpile electrice de uz
general, cu menionarea ambelor durate de via pentru lmpile cu descrcri. n
condiii reale de funcionare, caracteristicile menionate au valori inferioare celor
standard, datorit unor factori externi ca variaii de tensiune, frecven de conectare,
vibraii, temperatura mediului ambiant, tipul balasturilor.
Tabelul 3.1 Caracteristici generale privind durata de via i de depreciere a fluxului
luminos
Tipul lmpii Durata de via standard
pn la rmnerea n
funcie a 50% din lmpi, ore
Durata de via pn la
scderea fluxului luminos
la 70% din valoarea
iniial, ore
Instalaii Electrice i de Iluminat
18
LIG
LIH
1000
2000
-
-
LFT (26 mm) - multifosfor
- nalt
frecven
- halofosfat
LFT (38 mm) - halofosfat
LFC
6000 ... 12.000
7500 ... 15.000
6000 ... 12.000
5000 ... 10.000
8000 ... 10.000
12.000 ... 24.000
15.000 ... 30.000
12.000 ... 24.000
10.000 ... 24.000
10.000 ... 14.000
LMF
LMM
LMH - balon fluorescent
- balon clar
14.000 ... 28.000
6000 ... 12.000
5600 ... 13.000
6500 ... 13.000
14.000 ... 28.000
6500 ... 13.000
6000 ... 12.000
6500 ... 13.000
LSJP
LSP - standard
- plus
- de luxe
- white
11.500 ... 23.000
14.000 ... 28.000
15.000 ... 30.000
14.000 ... 28.000
10.000
15.000 ... 30.000
13.500 ... 27.000
16.500 ... 31.000
14.000 ... 28.000
6000 (90%)
LQ 60.000 (pn la 80%) 60.000
ntre redarea culorilor i eficacitatea luminoas a unei lmpi exist o puternic
contradicie. Pentru ca s se obin o culoare ct mai real a unui obiect iluminat de
o surs de lumin, aceasta trebuie s aib un spectru de radiaie ct mai larg,
apropiat de cel al luminii naturale. Dar, transformarea energiei radiante n lumin
este determinat de eficacitatea luminoas relativ spectral V, fiind maxim pentru
o radiaie monocromatic avnd lungimea de und de 555,5 nm (ce corespunde unei
culori galben/verde). Productorii de lmpi obin, ns, rezultate spectaculoase prin
utilizarea unor tehnologii moderne, ce asigur un compromis de nalt calitate ntre
aceti doi parametri caracteristici. Au rezultat, astfel, att lmpile fluorescente de tipul
multifosfor cu un indice de redare a culorii de 95-98 i o eficacitate luminoas de
64-65 lm/W, ct i lmpile cu vapori de sodiu de nalt presiune cu spectrul mbuntit
cu un indice de redare a culorii de 60 i o eficacitate luminoas de 90 lm/W. Desigur
trebuie avut n vedere preul de cost ridicat al acestor lmpi speciale.
19
3.2 Eticheta energetic
Etichetarea energetic a aparatelor casnice, inclusiv a lmpilor electrice a fost
legiferat prin Directivele 97/75/CEE i 98/11/CE a Comisiei Europene. Eticheta
energetic i Fia de informare asigur informaii care permit caracterizarea unui
anumit model de aparat i comparaia cu alte modele.
Eticheta definit de aceste directive conine indicaiile de baz ale sursei de lumin:
- clasa de eficien energetic de la A la G, A fiind clasa cea mai perfomant
- fluxul luminos, n lumeni
- puterea absorbit, n W
- durata de via, n ore
- tensiunea nominal, n V
Figura 3.1 Eticheta energetic
(a) lamp cu incandescen;
(b) lamp fluorescent compact.
Eficiena energetic a unei lmpi electrice este dat de indicatorul "Eficacitate
luminoas", raport ntre flux luminos emis i putere consumat, n lumen/watt. Din
datele de pe etichetele alturate, lampa cu incandescen are eficacitatea luminoas
de 670/60=11,16 lm/W, iar lampa fluoresecent compact - de 1100/20 =55 lm/W
Instalaii Electrice i de Iluminat
20
Cap. 4. LED-uri
LED este abrevierea de la Light-Emitting Diode, adic diod care emite lumin.
Descriere. LED-ul este realizat dintr-un material semiconductor dopat cu
impuriti pentru a creea o jonciune p-n i emite pe o singur lungime de und, n
mod natural, n funcie de materialul utilizat n jonciune.
Figura 4.1 Structura unui LED
Istoric. Fenomenul de electroluminiscen a fost descoperit de Round n
1907, iar n 1927 Losev a creat primul LED. Primele aplicaii au aprut n 1961 cu
LED-uri pe baz de GaAs (galiu-arseniu), iar n 1962 Holonyak jr. a descoperit primul
LED GaAs care emitea n domeniul vizibil rou. Rnd pe rnd au fost descoperite
LED-urile galben-verzui pe baz de GaP (galiu-fosfor), galben pe baz de AlInGaP
(aluminiu-indiu-galiu-fosfor). La nceputul anilor 90, Nakamura a realizat o
descoperire esenial, LED-ul albastru pe baz de InGaN pe un strat de safir.
Nakamura a primit n 2006 Millenium Technology Prize pentru aceast descoperire.
LED-ul albastru a permis obinerea luminii albe prin dou tehnologii: 1) RGB prin
combinarea unui LED rou, verde i albastru i 2) LED albastru acoperit cu un
luminofor, care transform lumina albastr n lumin alb. Principala problem a
LED-urilor albe o reprezint culoarea luminii (primele LED-uri redau slab culorile,
ceea ce a condus la o analogie cu prima generaie de lmpi fluorescente) i temperatura
de culoare (coordonatele luminii albe sunt departe de curba corpului negru).
21
Figura 4.2 Structura unui aparat de iluminat cu LED (dup Osram)
Aparate de iluminat cu LED-uri. Ca s poat fi utilizat, un LED trebuie
montat n interiorul aparatului de iluminat i trebuie rezolvat problema temperaturii
pe jonciune (managementul termic face necesar montarea unor radiatoare sau a
unor ventilatoare). Alimentarea LED-urilor se face prin intermediul unui driver
(dispozitiv electronic) care, n majoritatea cazurilor, realizeaz alimentarea n curent
constant la 350 mA sau 700 mA. Acest driver este alimentat n curent continuu la o
tensiune de 12 V sau 24 V. Pentru a rezolva distribuia luminii, deasupra LED-urilor sunt
pozate lentile.
Avantajele LED-urilor:
Durata de funcionare mare: dac la nceput se meniona frecvent 100.000
ore, la ora actual se specific standardul L70 (durata de timp n ore dup care fluxul
luminos al LED-urilor scade la 70% din cel iniial). Chiar i aa, discutm de o durata
de funcionare undeva ntre 30.000-50.000 ore, foarte mare n comparaie cu lampa
cu incandescen care are 1000 de ore. Din acest motiv, n multe cazuri, aparatul de
iluminat cu LED nu are prevzut posibilitatea de nlocuire a sursei de lumin.
Eficiena energetic: la nivelul anului 2011 se discut de obinerea unor LED-uri
albe cu eficacitatea luminoas de 185 lm/W. Aici ns trebuie mult precauie la o
comparaie cu alte surse de lumin. Valoarea aceasta mare este obinut n condiii
de laborator i nu sunt menionate date despre IRC i TCC. Cu ct temperatura de
culoare a unui LED crete, cu att mai mare este i eficacitatea luminoas. Mult mai
Instalaii Electrice i de Iluminat
22
corect este o evaluare a eficacitii luminoase la nivel de aparat de iluminat. La ora
actual, downlight-urile cu LED au o eficacitate luminoas de 60 lm/W, mult mai
mare dect versiunile cu lmpi fluorescente compacte (ntre 30-40 lm/W)
Protecia mediului: spre deosebire de lmpile fluorescente, LED-urile nu
conin mercur - Hg.
Dinamica luminii prin:
Reglajul fluxului luminos;
Dinamica culorilor la variantele RGB;
Dinamica culorii de temperatur (lumin alb cald/neutru/rece). La ora
actual exist versiuni tunnable white, la care utilizatorul i poate alege
temperatura de culoare, din domeniul 2500-10.000 K. Soluia const n
introducerea unor LED-uri roii printre LED-uri albe cu temperatura de
culoare foarte mare;
Aplicaii stroboscopice.
Miniaturizare: dimensiunile mici ale LED-urilor fac posibile dimensiuni foarte
mici ale aparatelor de iluminat direcionale.
Dezavantajele LED-urilor:
Preul: la ora actual soluia cu LED-uri este mai scump ca investiie iniial,
comparativ cu soluiile clasice, dar se amortizeaz n timp (eficien energetic,
costuri de nlocuire mari). Costul continu s scad, iar calitatea LED-urilor se
mbuntete.
Dependena de temperatur. Randamentul LED-urilor depinde de temperatura
mediului ambiant: dac temperatura este mare, randamentul scade i invers. Din
acest motiv aplicaiile de succes sunt n frigidere sau iluminatul public n zona
subpolar.
Orbirea: creterea eficacitii luminoase n condiiile unor dimensiuni reduse a
creat probleme legate de orbire.
Dificultatea n obinerea unor soluii omnidirecionale.
Fiabilitatea driverelor: n majoritatea cazurilor cnd aparatul de iluminat cu
LED nu mai funcioneaz, vina o poart driverele.
Blue hazard: exist suspiciuni c LED-urile albastre sau LED-uri albe-reci pot
crea probleme ochilor, deoarece pot depi specificaiile din ANSI/IESNA RP-27.1
05: Recommended Practice for Photobiological Safe.
23
Cap. 5. SPECIFICAREA APARATELOR DE ILUMINAT
5.1 Introducere
Acum ctva timp am fost solicitat s fac msurri ale nivelului de iluminare.
Investitorul strin a cerut prin tema de proiectare un nivel de iluminare mediu de 200 lx i
dorea o verificare. Rezultatele msurrilor au artat un nivel mediu de 96 lx, care
conducea la un nivel de iluminare meninut de 76 lx. Cum numrul de aparate de
iluminat din proiect a fost respectat, se putea concluziona c avem de face cu o
greeal de proiectare. Dup studierea proiectului s-a constatat c s-au efectuat
calcule bazate pe un aparat de iluminat 2x58 W/840 cu reflector industrial de la un
fabricant de referin, dar s-a specificat aparat de iluminat 2x58 W, fr menionarea
caracteristicilor sau a tipului de lamp. Antreprenorul a achiziionat aparate de
iluminat 2/58 W pentru birouri, cu montaj aparent, cu grtar i lampa 58 W/765. Dup
nlocuirea aparatelor i a lmpilor cu cele avute n vedere de poiectant, s-a obinut un
nivel de iluminare mediu de 245 lx.
Din analiza acestui incident, rezult importana specificaiei complete a tipului
de aparat de iluminat, pentru a se evita confuziile i situaiile conflictuale de pe
antier. n lipsa unor specificaii clare, antreprenorul va alege cel mai ieftin aparat de
iluminat cu caracteristici ct mai apropiate de cel specificat. Pn n 1990, n
condiiile unui singur furnizor de aparate de iluminat - ELBA Timioara - se meniona
n proiecte doar denumirea comercial a produsului. n condiiile economiei de pia
i n cazul proiectelor bugetare, nu este admis menionarea denumirii comerciale a
unui anume productor. n aceast situaie se pune problema specificrii tipului
aparatului de iluminat intr-un mod ct mai neutru (n anumite cazuri se menioneaza
productorul, codul, dar trebuie specificat c este doar o referin sau similar). Fac
excepie investiiile private n care beneficiarul a ales unul sau mai muli productori,
specificai prin tema de proiectare.
5.2 Procesul de proiectare
Pentru echipamentele de instalaii este o practic comun ca la execuie s se
nlocuiasc produsele specificate n faza de proiectare cu unele similare, de obicei
Instalaii Electrice i de Iluminat
24
mai ieftine. n cazul multor echipamente de instalaii este uor s se fac comparaii
ntre produsele specificate i cele similare, pentru a stabili dac au performane
asemntoare.
n cazul iluminatului, sunt mai muli factori care trebuie luai n considerare, de
la performana energetic i distribuia fluxului luminos, trecnd prin protecia contra
ocului electric, ntreinere i ncheind cu estetica produsului. Acceptarea
alternativelor este o procedur complex i alegerea unei alternative nepotrivite
poate avea consecine serioase n ceea ce privete calitatea sistemului de iluminat
(de la nivelul de iluminare, pn la ncadrarea n arhitectura cldirii).
Proiectanii sistemelor de iluminat care nu dau specificaii suficient de precise i
clare se expun unor procese cu beneficiarii sau neplncheindii serviciilor de
proiectare, n cazul n care sistemul de iluminat nu corespunde cu cerinele
menionate n tema de proiectare. Din pcate, nu este prea clar cum trebuie s arate
aceste proceduri de specificare i, de multe ori, proiectanii sunt presai de ali
participani la proiect s ia decizii care au la baz alte criterii dect cele tehnice.
n discuiile dintre proiectani se simte frustrarea lor, cnd, dup ce au lucrat
vreme de luni la un proiect, studiind cataloage, discutnd cu clienii, stabilind soluii
de comun acord cu arhitecii asupra celor mai potrivite aparate de iluminat din spaiile
cheie, vine un antreprenor care face presiuni pentru acceptarea unor alternative
ieftine. Pe de alt parte, aceast specificare nu trebuie s limiteze posibilitile
fabricanilor sau antreprenorilor de a negocia i a obine un proiect, dar este sarcina
proiectantului de a asigura cea mai bun opiune pentru client. De aceea,
proiectantul trebuie consultat pentru orice alternativ sau modificare a proiectului,
pentru a avea un aviz tehnic asupra soluiei.
5.3 Procesul de achiziie
n faza de achiziie a aparatelor de iluminat pentru un proiect, antreprenorul caut
soluii similare cu cele propuse de proiectant, dar la costuri mai mici, sau ncearc
schimbarea soluiei prin alegerea unor aparate ieftine (de obiciei aparate modulare
nglobate 600x600 cu 4x18 W). Aceste soluii alternative pot aduce economii
substaniale care sunt ntotdeauna mai ales n avantajul antreprenorului i,
cteodat, sunt propuse ca avantaje financiare pentru clieni. Exist i alte motive
pentru care se ofer soluii alternative, care nu sunt neaprat mai ieftine: timp de
25
livrare, scoaterea din fabricaie a unui produs, scadena plii. Acestea sunt situaii
anormale, deoarece nu se pot ntmpla ntr-un proiect bine gestionat.
Nu trebuie neles de aici c orice soluie alternativ este automat inferioar
celei specificate. Exist situaii cnd antreprenorul alege o soluie mai scump,
deoarece reduce manopera i timpul de execuie (de obicei, aparatele de iluminat
sunt printre ultimele echipamente montate i sufer din cauza ntrzierilor la celelalte
capitole). Pentru anumite aparate de iluminat uzuale exist produse similare de la
zeci de productori i diferena ine de calitate, uurin de montaj. n aceste situaii,
antreprenorul vine cu un produs alternativ cu performane i aparen asemntoare
i nici proiectantul i nici beneficiarul nu au obiecii. Un bun antreprenor cunoate
mult mai bine piaa aparatelor de iluminat dect un proiectant, n special pe partea
financiar, i exist un interval de 6-12 luni ntre momentul selectrii unui produs i
cel al punerii n oper.
5.4 Problema responsabilitii
Este un subiect delicat pn unde merge responsabilitatea proiectantului sistemului
de iluminat: n multe situaii reale, n care proiectantul a furnizat un sistem care
respect normele n domeniu i cerinele beneficiarului, rareori este contactat de
beneficiar sau antreprenor pentru a i da avizul asupra alegerii furnizorului i a
soluiilor alternative. Pe de alt parte, atunci cnd apar modificri ale planurilor de
arhitectur sau nenelegeri referitoare la soluia propus, proiectantul este solicitat
urgent pe antier. Chiar dac nu este consultat n anumite faze ale derulrii lucrrii,
dac, la sfrit, beneficiarul nu este mulumit de parametrii cantitativi sau calitativi ai
instalaiei, se va ncerca trecerea vinei exclusiv pe umerii proiectantului. Implicarea
proiectantului n alegerea unei soluii alternative implic alocarea de timp
(cuantificabil financiar de ex. urmrire de antier) cu asumarea unor riscuri legale
(acionarea n justiie n cazul nerespectrii contractului).
Un alt subiect delicat rezid din faptul c, n procesul de alegere al aparatelor
sunt implicai beneficiarul, arhitectul, designerul de interior i proiectantul de instalaii
electrice. Dac toate aceste pri nu sunt consultate n acceptarea unor soluii
alternative, exist riscul ca proiectantul s ajung ntr-o poziie delicat n final.
Instalaii Electrice i de Iluminat
26
n sine, procesul de specificare al unui aparat de iluminat este sensibil,
deoarece implic att performane tehnice, ct i criterii estetice. Deoarece aparatul
de iluminat este, n sine, un obiect vizibil, cu implicaii majore asupra esteticii
interioare, alegerea designului unui aparat de iluminat i, apoi, specificare lui este un
proces lung. De obicei, beneficiarul i arhitectul solicit sa vad un aparat de iluminat
pe viu nainte de luarea unei decizii (proces ndelungat, cu multe reveniri i
schimbri). O specificaie bazat doar pe caracteristici tehnice nu d nici un fel de
clarificri legate de estetica aparatului de iluminat.
Alegerea aparatelor de iluminat reprezint o responsabilitate care trebuie
neleas ca atare de ctre proiectant i trebuie cuprins n contractul de proiectare
sau n urmrirea de antier. n cazul n care nu se dorete o asemenea obligaie
datorit volumului mare de timp pe care l presupune, proiectantul ii ia
responsabilitatea doar pentru performanele tehnice, ceea ce nu este aa de simplu
precum pare. Dac antreprenorul alege un aparat de iluminat alternativ, cineva
trebuie s fac verificri dac este conform cu standardele specificate, respectiv
rezultatele calculelor sunt identice i furnizeaz acelai nivel de iluminare pe
suprafaa de lucru ca i aparatul de iluminat specificat. n aceste sens, este ideal ca
aceast comparaie s se fac cu un program independent, cum este DIALux
(program de calcul european) sau Relux, care utilizeaz baze de date de la
productori, i s nu fie folosite programele de calcul furnizate de fiecare productor
n parte. n general, proiectanii sistemului de iluminat nu sunt pltii pentru aceste
verificri, iar n cazul n care antreprenorul se implic, aceasta nseamna re-
proiectare, ceea ce este problematic n cazul n care ceva nu merge bine.
n mod ideal, proiectantul sistemului de iluminat va fi n poziia de a realiza o
evaluare complet a oricrei alternative propuse i va fi pltit pentru munca
suplimentar depus. n acest caz, sunt anumite criterii care trebuie aplicate atunci
cnd se realizeaz o astfel de evaluare:
Taxe profesionale proiectanii vor face o astfel de evaluare a alternativelor
propuse doar atunci cnd ele au fost specificate n contractul iniial sau au
primit indemnizaii alternative. Dac nu se fac astfel de aranjamente,
proiectantul nu va dori i nu se va pronuna asupra oricror alternative
naintate. Dac proiectantul este nsrcinat de antreprenor/productor s
execute o astfel de evaluare, trebuie fcut o separare profesional clar ntre
27
originalul proiectat i evaluarea alternativ, printr-o abordare neutr i
obiectiv.
Echivalen fotometric proiectantul poate cere caracteristici fotometrice
complete pentru toate aparatele de iluminat oferite alternativ, inclusiv curbe
polare sau echivalente. Evaluarea trebuie s utilizeze aceeai parametri ca i
calculele originale pentru a fi siguri c aparatul de iluminat alternativ
ndeplinete sau depete parametrii cerui.
Consum energetic al instalaiei de iluminat se face comparaia consumului
de energie ntre aparatul de iluminat specificat i alternativa propus.
Construcie i robustee confirmarea calitii, durabilitii i robusteii egale
poate necesita mostre, att din produsul specificat ct i cele similare. Aceasta
nu nseamn c aparate de iluminat mai puin robuste nu pot fi acceptate de
ctre beneficiar, dar cel puin trebuie avute n vedere n evaluare.
Accept estetic aparatele de iluminat alternative trebuie luate n considerare
att individual, ct i n relaie cu alte aparate de iluminat din proiect, pentru a
asigura acceptana estetic. Aceast procedur trebuie s includ i o
evaluare a aparatelor n funciune (aprinse) i va fi realizat mpreun cu
arhiteci, designeri, client i alte pri interesate. n cazul iluminatului exterior,
evaluarea se va face i n funcie de sistemul de fixare i suporturi.
Echivalen electric n proiectele cu caracteristici speciale pentru aparate,
alternativele propuse vor fi evaluate pe baza acelorai criterii. Compatibilitatea
componentelor i sistemelor va fi verificat pentru a asigura sigurana i
pentru a menine performanele proiectului original (de ex. efectul schimbrii
balastului asupra duratei de via). Factorul de putere, caracteristicile
dielectrice, interferene cu frecvenele radio, tensiuni de vrf i conductele din
interiorul aparatului trebuie evaluate mpreun cu multe alte caracteristici
electrice.
Echivalena altor proprieti tehnice - aparatul de iluminat propus trebuie s
aib ataate fiele tehnice i specificaiile tehnice care s ateste
compatibilitatea cu standardele romneti i cu cele europene. Atunci cnd
performanele aparatului de iluminat propus difer de cele ale aparatului
specificat, trebuie argumentat soluia alternativ.
Instalaii Electrice i de Iluminat
28
ntreinere n evaluare trebuie avute n vedere uurina i simplitatea
ntreinerii; factorul de mentenan trebuie s fie identic sau mai mare dect
cel specificat de proiectant.
Beneficii indiferent dac beneficiile sunt financiare, uurin de instalare sau
economie de timp, acestea trebuie clar menionate n propunerea de
schimbare a aparatelor de iluminat specificate.
5.5 Protejarea intereselor
Conceptul de identic sau similar este utilizat de mai muli ani n Europa i va fi
probabil folosit i n anii urmtori. De aceea este important ca proiectanii sistemelor
de iluminat s-i protejeze att propriile interese, ct i pe ale clienilor. Procesul
descris anterior d un cadru clar pentru o evaluare structurat, care s rezolve toate
problemele i care s fie uor de neles pentru toi membrii echipei de proiectare.
29
Cap. 6. INTRODUCERE N PROBLEMATICA ILUMINATULUI NATURAL
Principala caracteristic a iluminatului natural este variaia iluminrii de la un moment
la altul. Iluminarea produs de cerul senin crete i descrete lent de la rsrit la
apus, n timp ce norii care acoper soarele determin variaii brute de iluminare -
Figura 6.1. Aceste variaii contribuie la caracterul specific al luminii naturale i o fac
diferit de lumina artificial.
Figura 6.1. Variaia iluminrii naturale de-a lungul unei zile din martie
Lumina natural este format din dou componente: lumina care vine de la bolta
cereasc i cea care vine direct de la soare.
6.1 Lumina soarelui
Fluxul de lumin natural variaz n funcie de timp, iar luminana bolii cereti nu
este nici constant, nici uniform, datorit schimbrii poziiei soarelui i variaiei
plafonului de nori. La limita exterioar a atmosferei, nivelul iluminrii solare este de
aproximativ 140.000 lx. Dup trecerea prin atmosfer, printr-un cer senin i la nivelul
mrii, nivelul iluminrii poate depi 100.000 lx. Variaiile specifice ale luminii solare
de-a lungul anului provin de la micarea Pmntului n jurul soarelui i a rotaiei
zilnice a Pmntului n jurul propriei axe. Succesiunea anotimpurilor provine de la
Ilum
inar
ea o
rizo
nat
al
[klx
]
Ora
Seninnnorat
Parial nnorat
Iunie
Septembrie
Decembrie
Martie
Soare
Instalaii Electrice i de Iluminat
30
unghiul de 2327 dintre planul ecuatorului i planul orbitei - Figura 6.2. n studii
legate de iluminatul natural, n loc s se fac referine la ziua i luna din calendar,
este convenabil s se exprime data n funcie de unghiul de declinaie a soarelui n
acea zi (unghiul format de dreapta Soare-Pmnt cu planul ecuatorului).
Figura 6.2. Orbita Pmntului
31
Poziia aparent a Soarelui pe bolta cereasc, fa de un punct de observaie de pe
suprafaa Pmntului, este specificat n funcie de dou coordonate unghiulare
nlimea aparent s, unghiul pe care l face raza solar sosind n acel punct cu
planul orizontal al punctului, respectiv cu proiecia, pe acest plan, a razei solare.
azimutul s, unghiul pe care l face proiecia pe sol a razei solare sosind n acel
punct cu direcia pe sol a nordului; se msoar n planul orizontal, de la direcia
nord n sens invers trigonometric.
Aceste coordonate unghiulare sunt date de ecuaiile
s = arcsin (sin sin cos cos cos15t); (6.1)
s = arccos [(sin sin sins)/(cos coss)], (6.2)
unde este latitudinea geografic a punctului considerat;
- declinaia soarelui;
t - ore de la miezul nopii.
nlimea aparent a soarelui la miezul zilei este (90-+).
Iluminarea solar direct E pe o suprafa expus soarelui ntr-o zi senin
este dat de expresia
E = 128 e-0,5 cosec s, klx. (6.3)
6.2 Modele CIE pentru bolta cereasc
Lumina care vine de la bolta cereasc se datoreaz, n special, dispersiei luminii
soarelui prin moleculele de aer din atmosfer. Legea dispersiei a lui Rayleigh,
valabil pentru particule mai mici de 1/10 din lungimea de und, arat c dispersia
pe unitatea de volum este invers proporional cu puterea lungimii de und la
puterea a patra. Aceasta nseamn c undele scurte de lumin (de la captul violet
al spectrului) sunt dispersate n mai mare msur ca undele lungi de lumin (de la
captul rou al spectrului). n consecin, cerul senin are culoarea albastr, iar razele
de soare directe (care au un spectru redus de unde scurte) par galbene. Tenta
galben este mai pronunat la rsrit, deoarece razele de soare au o traiectorie mai
lung prin atmosfer. Galbenul trece apoi n portocaliu, iar n final spre rou la apusul
soarelui.
Instalaii Electrice i de Iluminat
32
Cerul senin. Luminana unui cer senin are trei componente specifice:
o component strlucitoare circumsolar a crei luminan are un maxim n
direcia soarelui i care se aseamn cu lumina soarelui n ceea ce privete
compoziia spectral;
o component alb care crete ca luminan de la zenit la orizont;
o component albastru nchis n acelai plan cu Soarele, dar la un unghi de
nlime la 90 de direcia soarelui.
Componenta circumsolar este pus pe seama dispersiei prin particulele
grosiere de praf i ap din atmosfer.
Componenta alb se datoreaz grosimii considerabile a atmosferei n direciile
apropiate de orizont. Lumina albastr continu s fie dispersat preferenial, dar
este, n acelai timp, atenuat n lunga sa traiectorie spre ochi. ntr-o grosime infinit
a atmosferei aceste dou efecte se anuleaz reciproc, producnd lumina alb de-a
lungul orizontului.
Componenta albastru nchis apare deoarece doar o mic parte din lumin este
reflectat la 90. Este i motivul pentru care aceast zon a bolii cereti apare
ntunecat.
Cele trei componente sunt cuprinse ntr-o ecuaie CIE pentru distribuia
luminanei pentru un cer senin (CIE 1972b). Aceast ecuaie este definit de raportul
dintre luminana L a unui element de cer i luminana zenital Lz:
)cos45,01091,0(27385,0
)1)(cos45,01091,0(
23
cos32,023
Ze
ee
L
LZ
z
, (6.4)
unde este unghiul dintre elementul de cer i Soare (radiani);
nlimea aparent a elementului de cer;
Z = (/2s) (radiani).
Unghiul este dat de expresia
= arccos (cosZ sin + si Z co co A), (6.5)
unde A este diferena dintre azimutul elementului de cer i azimutul Soarelui.
Determinarea iluminrii orizontale, EH, produs de un cer senin pornind de la
ecuaia (6.4) nu este uoar, astfel c s-a propus o relaie empiric. Pornind de la date
referitoare la iluminarea orizontal msurat n diferite pri ale globului, s-a obinut o
ecuaie n funcie de nlimea aparent s:
EH = 0,8 + 15,5 sin1/2 s . [klx] (6.6)
33
Cer mediu. Formula BRE pentru distribuia luminanei unui cer mediu are
trsturi similare cu cerul senin, dar implic i luarea n considerare a condiiilor de
cer cu nori, tipic pentru Marea Britanie i Europa continental:
L = a e-/40 + d[(5 2 sin)/3], [kcd/m2] (6.7)
unde a = 0,1 + 0,42s 0,7sin(7,2s), [kcd/m2] (6.8)
d = 9(0,3 + 0,434s 0,0042s 2)/11, [kcd/m2] (6.9)
i au semnificaiile de la relaiile (6.4) i (6.5).
Toate unghiurile sunt exprimate n grade.
Cer acoperit. Formula CIE exprim luminana L a unui element de cer acoperit
total n raport cu luminana zenital Lz:
L/Lz = (1 + 2sin)/3. (6.10)
Distribuia este, bineneles, simetric n jurul axei verticale i independent de
poziia soarelui.
Iluminarea medie orizontal, EH, produs de un cer acoperit CIE este dat de ecuaia
EH = 0,3 + 21,0 sins . [klx] (6.11)
Cer parial acoperit. Se consider c sunt ndeplinite condiiile pentru un cer
parial acoperit dac mai mult de 30% din bolta cereasc este acoperit cu nori.
Luminana L a unui element de cer parial acoperit, n raport cu luminana zenital Lz,
este:
)5526,0(551,0
)1)(5526,0(
2/3
cos8,02/3
Z
z e
ee
L
L
, (6.12)
unde semnificaiile mrimilor sunt cele de la relaiile (6.4) i (6.5).
6.3 Solul i obstacolele externe
Solul. Lumina reflectat de pe sol depinde de reflexivitatea acestuia, de orientarea
ferestrei fa de soare, de obstruciile dintre soare, sol i fereastr i de nlimea
ferestrei fa de sol. Pentru simplificarea calculului luminii reflectate de sol care
ajunge n interiorul unei ncperi, se consider c planul solului se ntinde de la
planul vertical al ferestrei la infinit. n acest caz, factorul de form dintre un punct de
pe suprafaa vertical i planul orizontal infinit (al solului) este 0,5. Aceasta nseamn
Instalaii Electrice i de Iluminat
34
c jumtate din lumina care este reflectat de sol ajunge la suprafaa vertical a
ferestrei.
Obstacole. Obstacolele din mediul exterior pot reduce sau mri fluxul luminos
reflectat. Obstacolele includ cldiri, structuri adiacente sau vegetaie. O vegetaie
nalt poate afecta contribuia de la sol, soare sau/i cer. Efectul de reducere datorat
unei vegetaii nalte, ca de exemplu arbori caduci, variaz de la un anotimp la altul. O
vegetaie joas poate reduce contribuiile de la sol i este afectat de anotimp.
6.4 Ambientul luminos din interior creat de iluminatul natural
Lumina natural care intr ntr-un spaiu nchis poate fi analizat n termeni cantitativi
i calitativi. Lumina natural poate fi suficient pentru a reduce nivelul de lumin
artificial necesar, dar poate rezulta o fals economie de energie dac nu se
analizeaz calitatea iluminatului. O slab calitate a iluminatului natural poate rezulta
n disconfort i scdere a acuitii vizuale, ceea ce poate duce la scderea
performanelor i productivitii utilizatorilor, care, la rndul lor, pot duce la o utilizare
de mai lung durat a spaiului, rezultnd consumuri energetice suplimentare.
Aspecte cantitative. La fel ca i n cazul iluminatului electric, criteriul nivelului
iluminrii rmne cel mai utilizat n metodele de proiectare a iluminatului natural, din
cauza folosirii luxmetrelor i a uurinei de calcul. Nivelurile de iluminare variaz n
interiorul spaiului, n orice moment, n funcie de numrul, poziia i orientarea
ferestrelor, anotimp i condiii atmosferice exterioare. La acestea se adaug
problema obstruciilor interioare, care, n multe cazuri, nu sunt luate n seam n
proiectare.
Nivelul de iluminare i criteriul uniformitii iluminrii rmn cele mai importante
criterii de aprecierea a ambientului luminos pentru un proiectant, dar trebuie avute n
vedere i limitrile metodelor care se ocup doar de aspectele cantitative.
Calitatea iluminatului natural. Calitatea iluminatului natural dintr-o ncpere are
un impact fizic i psihologic asupra ocupanilor. Din cauza complexitii naturii
umane, analiza calitii este la fel de fluctuant ca stimulul (lumina natural).
6.5 Efecte fizice
35
Mediul vizual. Calitatea vizual a unui mediu iluminat natural este o problem
extrem de complex, deoarece trebuie avut n vedere rspunsul sistemului vizual
uman la acest mediu. Sunt trei factori importani care afecteaz calitatea vizual:
orbirea, raporturile luminanelor i culoarea.
Orbirea provocat de lumina natural se definete similar cu orbirea produs de
orice surs de lumina excesiv strlucitoare care intr n cmpul vizual i care creeaz
disconfort i/sau pierdere a vizibilitii. Disconfortul este asociat cu durere, oboseal,
ncordare sau tensiune crescut. Pierderea vizibilitii este o pierdere complet sau
parial a capacitii de a vedea o sarcin vizual. Att disconfortul, ct i pierderea
vizibilitii, cresc exponenial odat cu apropierea de linia de vedere a unei surse de
orbire. Astfel, orbirea este funcie de surs, poziie, intensitate, luminan
nconjurtoare i direcia de privire.
Disconfortul produs de orbirea direct depinde de diferenele de luminane
dintre fereastr i mediul interior. Cu ct este mai mare aceast diferen, cu att mai
mare este disconfortul. Pierderea vizibilitii datorit orbirii directe este determinat
de adaptarea vizual tranzitorie. Adaptarea tranzitorie este o msur a strii de
adaptare a sistemului vizual la un mediu neuniform. Sistemul vizual necesit timp
pentru a se adapta la variaiile de luminane din mediul luminos. n cazul iluminatului
natural, preocuparea primar a sistemului vizual este readaptarea la luminana
sczut a sarcinii vizuale sau a unui obiect din interior, dup ce sistemul vizual a fost
expus la luminana ridicat a ferestrei. Adaptarea de la lumin la ntuneric este
denumit adaptare la ntuneric. Valorile luminanei suprafeelor din interioare
iluminate natural nu le-ar ndrepti s fie considerate ca ntunecate, dar, comparativ
cu nivelul ridicat al luminanei ferestrelor, ele sunt foarte mici. Diferenele dintre
luminanele suprafeelor interioare i cea a ferestrelor sunt cuprinse ntre raportul 1/1
i cel de 1/10.000. Timpul necesar pentru readaptarea la luminanele din interiorul
unei ncperi este n funcie de contrastul dintre fereastr i sarcina vizual, timpul de
expunere la luminana ferestrei, mrimea luminanei ferestrei i unghiul vizual
subntins de fereastr. Timpul de readaptare este invers proporional cu contrastul,
luminana ferestrei i proporional cu dimensiunile ferestrei. n perioada de
readaptare are loc o pierdere temporar a capacitii de vedere. Majoritatea
ocupanilor vor compensa aceast pierdere a vizibilitii prin reducerea vitezei de
lucru sau a acuitii. Pierderile de vitez i/sau acuitate vor conduce la o reducere a
Instalaii Electrice i de Iluminat
36
performanelor i, de aici, o potenial pierdere a productivitii. Cu toate c aceste
pierderi pot fi mici pentru o singur privire ctre o fereastr excesiv de strlucitoare,
pierderile cumulate de-a lungul a 8 ore de lucru pot fi semnificative.
Orbirea prin reflexie apare datorit imaginii ferestrei care se reflect pe o suprafa
oglindat. Acest tip de orbire implic poziia sursei i orientarea sarcinii vizuale. Pentru a
nu avea probleme cu orbirea prin reflexie, trebuie avut grij n poziionarea suprafeelor
i n orientarea corespunztoare a sarcinii vizuale fa de fereastr.
Raportul luminanelor. n cazul iluminatului natural, principala preocupare o
reprezint raportul dintre luminana ferestrei i luminana zonei care o nconjoar;
disconfortul sistemului vizual este proporional cu acest raport. n mod normal,
valoarea maxim a raportului luminanelor din cmpul vizual nu trebuie s
depeasc 40:1. n cazul sarcinilor vizuale dificile, raportul luminanelor trebuie s
fie mai mic de 5:1.
Culoarea luminii naturale. Cu excepia cerului acoperit, culoarea cerului este
departe de a fi omogen, din motivele expuse anterior. Totui, lumina care ajunge la
o fereastr i care provine din mai multe pri ale boltei cereti nu variaz chiar aa
mult n ceea ce privete culoarea sa. n cazul luminii naturale se consider c
distribuia spectral depinde aproape n ntregime de temperatura de culoare
corelat sau cromaticitatea luminii, astfel nct CIE a realizat specificaii (CIE 1986a)
pentru spectrul iluminanilor D, n special D50, D55, D65 i D75 - Tabelul 6.1, Figura 6.3.
Distribuia spectral a luminii naturale poate fi modificat prin transmisia prin
diferite materiale de vitrare. Deoarece distribuia spectral a luminii naturale,
combinat cu transmitana spectral a ferestrei, poate varia ntr-o gam destul de
larg, trebuie avut grij cnd se aleg finisrile ncperilor i mobilarea. Fiindc
majoritatea surselor de lumin artificial au distribuii spectrale diferite de lumina
natural, mostrele de culoare trebuie vzute att sub sursele electrice, ct i sub
lumin natural plus vitrare, pentru a se evita situaii neplcute dup ocupare.
Tabelul 6.1 Temperatura de culoare corelat a luminii naturale
Sursa Temperatura de culoare corelat
[Kelvin]
Soare
crete cu nlimea aparent la
4000
5500
37
Cer senin
Cer acoperit
Cel mai frecvent caz observat
10.000 100.000
4500 7000
aprox. 6000
Figura 6.3 Distribuia spectral a luminii naturale
Efecte psihologice i emoionale. O problem delicat o reprezint ntrebarea
dac o ncpere trebuie s fie cu fereastr sau fr fereastr. Principala preocupare
este felul n care iluminatul natural influeneaz percepia spaial i comportamentul
utilizatorilor. Dac absena iluminatul natural are un efect advers asupra atitudinii sau
motivaiei, acest lucru poate avea efect i asupra performanelor i productivitii.
Influena vitrrii poate fi vzut ntr-un studiu din 1962 despre efectul slilor de
clas fr ferestre asupra procesului de nvmnt. Laboratorul de Cercetri
Arhitecturale al Universitii din Michigan a studiat iluminatul natural n dou coli
elementare avnd cldiri identice. Una din coli a fost utilizat ca i situaie de control
cu fereastr, iar cealalt coal a fost modificat pentru a fi fr fereastr pentru un
an, dup care pentru un an a revenit la situaia cu fereastr. Testele de performan
efectuate asupra elevilor din slile de clas fr ferestre nu au indicat un efect
asupra procesului de nvmnt, comparativ cu elevii din cealalt coal.
n cazurile reale, chiar dac ntr-o ncpere exist ferestre, este posibil ca
utilizatorii s fie deranjai de soarele care vine direct pe fereastr i s utilizeze
jaluzele sau sisteme de ecranare, care transform practic spaiul ntr-un mediu fr
Instalaii Electrice i de Iluminat
38
ferestre. O fereastr acoperit pare s fie mai puin neplcut dect o ncpere fr
ferestre, deoarece ocupanii tiu c ferestrele sunt acolo, iar contactul cu lumea
exterioar este posibil atunci cnd se dorete acest lucru.
6.6 Caracteristicile materialelor de vitrare
Materialele de vitrare pot fi: a) transparente, cnd materialul transmite lumina fr
schimbri aparente n direcie sau culoare, iar obiectele pot fi vzute clar prin
material, n orice direcie, b) translucide, cnd materialul transmite lumina fr
schimbri aparente n direcie sau culoare, iar obiectele nu pot fi vzute clar prin
material, n orice direcie i c) opace, cnd materialul nu transmite lumina. n unele
cazuri se utilizeaz sticl reflexiv, care este o sticl acoperit cu un strat transparent
din oxizi metalici (pe timpul zilei, vzut din interior materialul este transparent, iar
vzut din exterior este opac i acioneaz ca o oglind) sau sticl colorat, la care
sticla conine aditivi care schimb culoarea i reduc transmisia.
Proprietile optice ale materialului de vitrare - transmitana , reflectana i
absorbana - sunt n funcie de grosimea i proprietile fizice ale materialului,
proprietile suprafeelor (filmului) i unghiul de inciden a luminii.
O noutate n domeniu o reprezint materialele fotocromice sau electrocromice,
utilizate ca sisteme de control a luminii. Materialele fotocromice au proprietatea c
transparena lor scade odat cu creterea nivelului luminii incidente. O fereastr
realizat din sticl fotocromic ar fi transparent, n cazul n care e prezent doar
lumina bolii cereti, i ntunecat, n cazul luminii directe a soarelui.
Materialele electrocromice are capacitatea de a modifica transmitana la
trecerea unui curent electric (un exemplu l reprezint monitoarele cu cristale lichide).
O fereastr electrocromic poate fi proiectat cu pixeli adresabili, similar cu un
monitor de calculator. Un microprocesor poate controla care pixeli s fie transpareni
i care s fie opaci la un moment dat. Cteva efecte ar fi posibile: un model uniform
ar putea fi creeat cu diverse grade de umbrire, un model decorativ sau o poriune
ntunecat a ferestrei s-ar putea deplasa de-a lungul zilei, ca rspuns la micarea
soarelui. Pentru moment materiale fotocromice i electrocromice nu sunt disponibile
pe pia.
6.7 Opiunea pasiv solar
39
n principiu, 1 lux care provine de la iluminatul natural nlocuiete 1 lux de la
iluminatul electric, cu alte cuvinte se poate economisi energie electric utiliznd
iluminatul natural. Din pcate acest potenial rmne un deziderat din dou motive:
sistemul de iluminat electric rmne n funciune chiar i la miezul zilei;
pe lng aportul de lumin natural, ferestrele implic i pierderi de cldur n
sezonul rece i aport de cldur pe timpul verii.
Proiectarea raional a ferestrelor implic optimizarea i are n vedere dou
modele alternative pentru cldiri eficiente energetic n zonele temperate:
cldiri convenionale supra-izolate termic;
cldiri pasiv solare.
Prima opiune se bazeaz pe minimizarea mediului exterior. Pentru a reduce
aria periferic expus, aceste cldiri sunt ptrate n plan i conin ncperi foarte
mari, dar prea adnci pentru ca s fie iluminate sau ventilate natural. Ferestrele sunt
n general mici, termoizolate, identice pe fiecare faad i cu sticl reflectorizant
mpotriva radiaiilor infraroii.
O cldire pasiv solar este proiectat pentru a valorifica energia ambiental.
Lumina soarelui care atinge o fereastr sudic poate furniza mai mult energie
termal folositoare n sezonul rece dect se pierde n exterior prin aceeai fereastr.
Echilibrul termic este mbuntit n cazul ferestrelor cu geam termopan. Acest efect
este valabil pentru o orientare a ferestrei pn la 30 fa de sud. Trebuie luate
msuri de precauie mpotriva supranclzirii pe timpul verii; o soluie o reprezint
elementele arhitecturale sau obstruciile exterioare cldirii (copaci) care proiecteaz
umbre pe ferestre pe timpul verii, dar las s ptrund lumina soarelui la unghiuri
mici pe timpul iernii.
Cldirile pasiv solare sunt, de obicei, alungite n jurul axei est-vest, cu ncperi
nu prea adnci care pot fi iluminate cu succes de ferestre de dimensiuni moderate.
Ferestrele orientate spre sud vor avea dimensiuni mai mari dect restul, datorit
potenialului pasiv solar mai mare.
ncperile utilizate intermitent, ca de exemplu grupurile sanitare sau magaziile,
vor fi poziionate pe partea nordic a cldirii, mpreun cu spaiile de circulaie i
zonele unde se degaj o cantitate semnificativ de cldur. Controlul termic i al
iluminatului sunt vitale pentru echilibrul energetic n proiectarea solar pasiv.
Instalaii Electrice i de Iluminat
40
Termostatele din ncpere vor opri nclzirea, de ndat ce o permite nclzirea
solar. Controlul iluminatului trebuie gndit astfel nct s asigure c iluminatul
natural va nlocui iluminatul electric atunci cnd este posibil.
n mod cert este important de luat o decizie strategic corect. n Tabelul 6.2
sunt trecui n revist principalii factori determinani. Proiectarea solar pasiv, cu un
bun iluminat natural, nu este o soluie valabil oriunde i impune serioase
constrngeri n ceea ce privete poziionarea i orientarea, aducnd limitri n
planurile interioare i circulaie. Pe de alt parte, rezultatul este un mediu mai uman,
care rspunde la cerinele i preferinele utilizatorilor.
Tabelul 6.2 Strategii pentru economisirea energiei
Factori care favorizeaz cldiri solar
pasive
Factori care favorizeaz cldiri
convenionale supra-izolate termic
O pant sudic n faa cldirii Cldiri nalte nspre sud
Un loc deschis Un spaiu supra-aglomerat de cldiri
O vedere plcut O vedere neplcut
Proprietari sau ocupani contieni
energetic
Zgomot de la trafic sau poluare
atmosferic
n Programul Thermie s-au evideniat multiplele modaliti prin care lumina natural
este condus spre interiorul cldirilor.
41
Figura 6.4 Modaliti de utilizare a luminii naturale n cldiri
Instalaii Electrice i de Iluminat
42
7. SISTEME DE ILUMINAT CU CONDUCTE DE LUMIN - SICL
n ultima decad s-a observat un progres n proiectarea i punerea n practic a
sistemelor de iluminat electric cu conducte de lumin - SICL. Ideea introducerii de
conducte de lumin n interiorul cldirilor nu este nou, dar un factor important n
dezvoltrile recente l-a constituit noile materiale de nalt tehnologie, cu un pre
sczut, care permit redirecionarea fluxului luminos ntr-un mod mult mai eficient
dect prin metodele tradiionale.
n general, un SICL este o structur liniar care accept lumin concentrat,
sau aproape concentrat, pe care o transport de-a lungul ei prin mijlocul unor
diferite procese optice care pot cuprinde refracia, reflexia de la suprafee metalice,
reflexia parial de la interfee dielectrice sau reflexia intern total. Sistemele includ
modaliti de extragere a fluxului luminos din structur, ca i emisia de lumin din
seciunea de transport sau un emitor n form de corp de iluminat - Figura 7.1.
Diferitele SICL propuse sau construite constau dintr-o varietate de tipuri de surse,
mecanisme de transmitere a luminii i emitoare, dar au o caracteristic comun:
calea de la surs la receptor trece printr-un numr mare de procese optice pe o
distan de civa metri (n general). n comparaie, corpurile de iluminat
convenionale sunt create astfel nct, att cile optice ct i numrul de procese
optice s fie ct mai limitat posibil.
SICL sunt utilizate n aplicaii unde sursa i emitorul sunt separate de o
anumit distan sau se dorete un emitor care s fie diferit de aparatele de
iluminat convenionale ca dimensiuni, form sau caracteristici ale luminii emise. De
asemenea, SICL sunt recomandate pentru a rezolva probleme specifice de
proiectare, incluznd cele pentru a cror soluionare e nevoie de surse cu strlucire
redus. SICL pot fi folosit n cazul n care sursele de lumin trebuie localizate n
afara spaiilor cu risc de explozie, sau unde aportul de cldur al surselor de lumin
este inacceptabil. De asemenea, SICL poate fi utilizat pentru a ilumina zone, ca
piscine sau procese de producie continue, ceea ce permite ca lmpile i
echipamentul auxiliar s fie amplasate n spaii uor accesibile. Pe de alt parte,
sistemele bazate pe tehnologia fibrelor optice pot nlocui spoturile de lumin
miniaturale utilizate n prezentarea i iluminatul de accent al obiectelor mici.
43
a) b)
c) d)
Figura 7.1 Sisteme inovative pentru iluminat natural la distan n interiorul cldirilor
dup [5]
a, b) colector activ pe acoperi; c) emitor; d) colector pasiv pe faada cldirii
Simplitatea relativ a sistemelor de colectare pasive pe acoperi determin costuri
sczute, de ordinul a 50-75 /m2, comparabile cu costul iluminatului electric
convenional. Cel mai rspndit sistem este cel cu colector pasiv pe acoperi,
transportor cu tuburi de lumin, emitor opal, fiind n exploatare sute de mii n lume.
Costurile de investiie depind de configuraie i de manopera de implementare.
Amortizarea investiiei a numeroase sisteme anunate este de ordinul a 3-4 ani. Cu
toate acestea, multe sisteme cu colector pasiv zenital sunt incapabile s asigure
iluminarea satisfctoare a sarcinii vizuale i necesit un iluminat electric
suplimentar.
7.1 Elementele sistemului
Principalele elemente care alctuiesc SICL sunt sursa de lumin, seciunea de
transport i emitorul. Eforturile de cercetare au fost inegale pe aceste trei domenii.
Dac sistemele de transport ale luminii sunt numeroase i bine dezvoltate, sunt doar
puine surse de lumin specializate, altele dect cele pentru fibre optice i puini
Instalaii Electrice i de Iluminat
44
emitori realizai n practic, ali dect cei care fac parte integral din sistemele de
transport.
a. Surse. Sursele de lumin pentru SICL constau, de obicei, dintr-o lamp i
anumite dispozitive optice care livreaz fluxul luminos ntr-o manier controlat ctre
sistemul de transport a luminii. Sunt trei cerine fundamentale pentru surs: (a) e
nevoie de o lamp cu flux luminos ridicat, deoarece unul din obiectivele SICL este de
a reduce numrul surselor convenionale, (b) deoarece distribuia luminii printr-un
astfel sistem implic pierderi datorit diferitelor procese optice, lmpile utilizate
trebuie s aib eficacitate luminoas mai mare dect cele utilizate n aparatele de
iluminat convenionale, (c) pentru toate tipurile de transport a luminii, trebuie s
existe un nalt grad de control al luminii la intrarea n seciunea de transport, pentru a
furniza lumin concentrat, care s permit proceselor optice urmtoare s se
desfoare cu pierderi de lumin minime.
Majoritatea aplicaiilor SICL utilizeaz lmpi cu halogenuri metalice. Acestea
prezint avantajul unei temperaturi de culoare apropiate de cea a luminii cerului,
ceea se le recomand pentru spaiile care au i o component de lumin natural.
Tehnologia existent la ora actual pentru lmpile cu descrcri nu reuete s
satisfac necesarul de flux luminos ridicat i dimensiuni reduse ale lmpii, sau, cel
puin, ca tubul de descrcare s fie destul de mic nct s fie poziionat cu precizie n
focarul dispozitivelor optice. Dezvoltri recente, ca lmpile cu halogenuri metalice de
60 W cu arc mic i de 400 W cu reflector integrat, promit o soluie a acestor
probleme. Dispozitivele optice care livreaz lumina n zona de intrare n sistemul de
transport sunt diverse, de la reflectoare cu faete multiple care concentreaz lumina
n fascicule separate, fiecare ndreptate spre colectoarele fibrelor optice, pn la
reflectoarele parabolice de dimensiuni mari, care furnizeaz lumin ntr-un unghi de
dimensiuni acceptabile. Ca o regul general, creterea gradului de control optic
conduce la mrirea pierderilor de lumin. Eficiena luminoas a unui reflector
parabolic din aluminiu polizat, care este utilizat pentru concentrarea luminii ntr-un
tub, este n jur de 80%.
b. Sisteme de transport ale luminii. Sistemul de transport este caracteristica
care difereniaz SICL de celelalte tipuri de aparate de iluminat. Principala funcie a
seciunii de transport este de a livra lumin de la surs la punctul de ieire, utiliznd
o mulime de procese fizice. n plus, anumite elemente de transport pot aciona ca
emitori de lumin. Cercetrile din ultimul timp au condus la apariia unor materiale
45
ieftine, care permit luminii s fie redirecionat n moduri mult mai eficiente dect n
cazul aparatelor de iluminat convenionale.
Sistemele de transport pot fi mprite n patru tipuri:
sisteme fascicul/lentile;
tuburi speculare (hollow mirrored pipes)
tuburi prismatice (hollow prismatic pipes)
sisteme cu miez solid
c. Emitori. O parte important din sarcina unui proiectant const n alegerea
materialului potrivit n instalaia de iluminat. Utiliznd echipamente convenionale,
aceste cerine vor fi satisfcute folosind lumina distribuit de la o gam de corpuri de
iluminat cu surse punctuale, liniare sau de suprafa, mpreun cu sistemele de
fenestrare. n prezent gama de tehnici de distribuire a luminii disponibil pentru
proiectantul care utilizeaz SICL este limitat de natura dispozitivelor de emisie.
Anumite tipuri de sisteme de transport, ca de exemplu fibrele optice, utilizeaz
produse comerciale bine puse la punct ca emitori , dar pentru altele aceste
elemente apar a fi doar conceptuale.
Caracteristicile emitoarelor pentru SICL variaz, iar proprietile lor fizice i
optice sunt influenate puternic de sistemul de transport la care sunt conectate. Ele
pot fi mprite n dou clase:
- transport i emisie combinate, n care lumina de la sursa aflat la distan este
extras continuu de-a lungul tubului;
- emitoare propriu-zise, care opereaz ntr-o manier similar cu aparate de
iluminat convenionale, pentru a redistribui fluxul luminos furnizat de sistemul de
transport.
Emitori prismatici. Sunt dou tipuri principale de emitor prismatic: (a) cu
seciune circular mic fabricat din material microprismatic i (b) cu seciune
rectangular sau circular din acrylic rigid cu grosimea de 4 mm. Sursa de lumin o
constituie o lamp cu halogen de 12 V pentru versiunile mici, sau o lamp cu
descrcri cu reflector, amndou producnd un flux concentrat cuprins n "unghiul
de acceptare" de aproximativ 27o. Transportul luminii n interiorul emitorului se face
prin reflexie intern total n materialul prismatic. Emisia este cauzat de
imperfeciunile structurii prismatice i de prezena luminii aflat n afara unghiului de
acceptare. Pierderea este n jur de 2%/300 mm lungime tub i acest efect face ca
Instalaii Electrice i de Iluminat
46
tubul s strluceasc. Cteva dispozitive sunt utilizate la controlul fluxului produs de
emitor:
un material reflectiv, pentru acoperirea suprafeelor exterioare ale tubului care
nu sunt utilizate ca emitor, avnd ca efect redirecionarea fluxului napoi n tub;
un extractor, care const dintr-o band de material difuzant plasat n interiorul
tubului, astfel c lumina incident este mprtiat i scap prin pereii tubului
de transport. Controlul emisiei de-a lungul emitorului se obine prin
modificarea grosimii i formei benzii.
oglinzi plasate la captul tubului, care reflect o parte din fluxul luminos care
ar fi ieit afar i l ntoarce n tub,
Emitorii prismatici fabricai din film microprismatic sunt utilizai pentru
marcarea oselelor i la semnalizri, iar cei din material rigid la decorarea cldirilor
sau iluminatul spaiilor interioare, incluznd spaii ca birouri cu sarcini vizuale
pretenioase.
Fante. Aceti emitori sunt fabricai din tuburi cu pereii interiori din film elastic
din polietilemefat, care are o reflectan mare (0,85-0,9), cu excepia unui fante n
locul tubului. Tubul se pozeaz prin pompare de aer comprimat. Transmisia luminii
se face prin reflexie specular i lumina este emis prin fant, care poate fi
transparent sau difuz. Dimensiunile unghiulare ale fantei variaz ntre 30-110o.
Diametrul tubului variaz de la 250 mm (alimentat de la o lamp cu descrcri de 1 kW)
la 1200 mm (alimentat de 8 lmpi cu descrcri de 3,5 kW), cu sursele poziionate la
ambele capete ale ghidului de lumin. Raporturile dintre diametrul efectiv i lungime
sunt mai mari dect pentru sisteme transportor/emitor prismatic - de la 20 la 50,
dar, cu toate acestea, eficiena se situeaz ntre 30-40%. Instalaiile sunt proiectate
cu un gradient de luminan ntre 10:1 i 15:1 de la surs la capt sau de la surs la
mijloc.
Fibre optice - surse liniare. Fibrele optice pot fi utilizate ca emitor liniar prin
simpla eliminare a inveliului exterior cu indice de refracie sczut. Sursa este o cutie
de lumin pentru fibre optice. Cablurile sunt alimentate de la ambele capete, utiliznd
dou cutii, sau n bucl de la o singur cutie, pentru diametre de pn la 15 mm i
lungimi de 50 m. Efectul vizual produs este de band luminoas i aplicaiile tipice
sunt de subliniere a contururilor unor cldiri, sisteme de orientare pe crri i la
semnalizri. n multe aplicaii sunt utilizate ca nlocuitori pentru lmpile cu coloan
pozitiv (tuburi pentru reclame luminoase).
47
Fibre optice - surse punctuale. Captul cablului cu fibre optice poat