ŚWIATŁO

ŚWIATŁO
1. Pojęcia ogólne
Światło – rodzaj energii elektromagnetycznej promienistej, powstającej przy
zmianie układu cząsteczek materii emitującej energię, wskutek silnego rozgrzania
reakcji chemicznych lub innych przyczyn, przenoszonej bez pośrednictwa substancji.
Oświetlenie – zorganizowane działanie źródeł światła, mające na celu umożliwienie
widzenia przedmiotów bez zbytniego natężenia wzroku.
Natężenie oświetlenia – określa gęstość powierzchniową strumienia świetlnego
podającego na pewną powierzchnię i mierzy się stosunkiem wielkości tego strumienia
do wielkości oświetleniowej powierzchni. W zależności od nierównomiernego lub
równomiernego rozprzestrzeniania się strumienia świetlnego.
E
d
lub
dF
E

F
, jednostką natężenia oświetlenia jest luks odpowiadający
natężeniu oświetlenia panującemu na powierzchni 1m2, na której rozprzestrzenia się
strumień świetlny 1 lumena.
Luminacja – określa intensywność wrażenia wzrokowego, jest to stosunek
światłości danej powierzchni do pozornego pola tej powierzchni, tj. do rzutu jej na
płaszczyznę prostopadłą do kierunku wzroku.
Schemat do określenia pojęcia luminacji
W zależności czy światłość jest nierównomierna, czy równomierna
L
dI
I
lub L 
dF cos
F cos
Jednostką luminacji jest nit odpowiadający luminacji powierzchni 1m2, na której
światłość w kierunku prostopadłym do tej powierzchni równa się 1 kandeli.
Jeśli pole F powierzchni świecącej równomiernie oświetla część płaszczyzny
znajdującej się od niej w odległości r przekraczającej wymiary pola F, to natężenie
oświetlenia E w punkcie P oświetleniowej płaszczyzny określa się ze wzoru:
1
E
I cos 
r2
Schemat oświetlenia punktu na płaszczyźnie
Prawo rzutu kąta przestrzennego - natężenie oświetlenia w danym punkcie
płaszczyzny oświetlanej przez powierzchnię świecącą równomiernie jest równe
iloczynowi luminacji powierzchni świecącej i rzutu na płaszczyznę oświetlaną kąta
przestrzennego, obejmującego z danego punktu powierzchnię świecącą.
E  L cos 
2. Charakterystyka światła dziennego
Światło dzienne, część promieniowania słońca, jest najzdrowszym dla oczu
rodzajem światła. Towarzyszą mu najbliższe rodzaje promieniowania:

promienie ultrafioletowe o większej częstotliwości drgań,

mikroorganizmy szkodliwe dla zdrowia ludzkiego

promieniowanie podczerwone
Człowiek przebywający we wnętrzu budynku oświeconym światłem dziennym ma
poczucie łączności ze światem zewnętrznym światło dzienne stwarza: dobry nastrój i
dobre samopoczucie.
Ujemną cechą światła dziennego jest jego zmienność w zależności od czasu i
warunków atmosferycznych, która powoduje konieczność ustalania wielkości otworów
oświetleniowych według warunków niekorzystnych, tj. przy gorszym oświetleniu, co
jest znowu nieekonomiczne.
2.1. Czynniki wpływające na oświetlenie dzienne budynku
Oświetlenie dzienne w budynku zależy od:
 pora roku i dnia oraz naturalny, wynikający z warunków przyrodniczych,
atmosfery (zachmurzenie, mgła)
2
stan
 orientację budynku, rodzaj, położenie i wielkość otworów oświetleniowych w
stosunku do kształtu i wymiarów pomieszczenia, ich przepuszczalność światła (w
tym również przeszkody na drodze tego światła), otoczenie budynku oraz, ze
względu na światło odbite, fakturę i barwę powierzchni wnętrza, głównie sufitu,
ścian i podłogi.
Światło słoneczne dociera do ziemi częściowo jako światło bezpośrednie,
kierunkowe oraz jako światło rozproszone przez atmosferę, tzw. światło
nieboskłonu.
Natężenie oświetlenia dziennego we wnętrzu budynku zależne jest od natężenia
na otwartej przestrzeni oraz od wielkości i położenia otworów oświetleniowych.
Natężenie we wnętrzu jest proporcjonalne do wielkości wycinka nieboskłonu, który
to wnętrze oświetla, czyli do wielkości kąta przestrzennego obejmującego ten wycinek. Im dalej znajduje się punkt oświetlany od otworu oświetleniowego, tym
mniejszy jest ten kąt i mniejsze natężenie oświetlenia. Przy oświetleniu bocznym
okno umieszczone nisko daje duże natężenie oświetlenia w jego pobliżu. Natężenie to
w miarę oddalania się od okna gwałtownie maleje; im okno umieszczone jest wyżej,
tym natężenie przy oknie jest mniejsze, natomiast wzrasta nieco w głębszej części
pomieszczenia. Przy oświetleniu górnym świetlikami największą intensywnością
oświetlenia, ale i największą nierównomiernością, odznacza się świetlik otwarty
poziomy. Im wyżej umieszczony jest świetlik nad płaszczyzną oświetlaną, tym
średnie natężenie oświetlenia maleje, lecz zwiększa się równocześnie równomierność
oświetlenia.
Wielkość otworów oświetleniowych powinna zapewniać właściwe oświetlenie
wnętrza przy jednoczesnym uwzględnieniu wymagań izolacji cieplnej budynku.
Przy projektowaniu oświetlenia należy uwzględniać przynajmniej dwa czynniki:
 wielkość otworów
 głębokość pomieszczenia
3.
Określenie współczynnika oświetlenia dziennego
Podstawowe pojęcia
Szczegół przedmiotu - najmniejszy element oglądanego przedmiotu, którego kształt
wymaga rozróżnienia
Płaszczyzna pracy - płaszczyzna pozioma, pionowa lub pochyła, na której znajdują
się najważniejsze szczegóły przedmiotów pracy wzrokowej i na której określa się i
mierzy wskaźniki oświetlenia.
3
Umowna płaszczyzna pracy - płaszczyzna pozioma, do której odnosi się wartość
współczynnika
oświetlenia
dziennego
i
równomierności
oświetlenia
jeżeli
płaszczyzna pracy nie jest wyraźnie określona.
W zależności od sposobu wykonywania czynności w projektowanym pomieszczeniu
za umowną płaszczyznę pracy należy przyjmować:

płaszczyznę poziomą na wysokości 0,85 m nad podłogą - gdy prace są
wykonywane na stołach, obrabiarkach itp. urządzeniach,

płaszczyznę na poziomie podłogi - gdy nie przewiduje się stanowisk dla
wykonywania stałych czynności (np. w magazynach) oraz w salach
wypoczynkowych, korytarzach, przedsionkach, na klatkach schodowych.
Strefa robocza - część pomieszczenia przeznaczona do wykonywania czynności, dla
której określa się wartość wielkości charakteryzującej oświetlenie.
Światło dzienne przyjmowane do obliczeń - światło dzienne rozproszone,
promieniowane przez nieboskłon o założonym lub znanym rozkładzie luminancji.
Światło dzienne bezpośrednie w danym punkcie pomieszczenia - światło dzienne
padające bezpośrednio z wycinka nieboskłonu widocznego z danego punktu przez
otwór świetlny.
Światło dzienne odbite w danym punkcie pomieszczenia - światło padające na dany
punkt po odbiciu jednokrotnym lub wielokrotnym od powierzchni wewnątrz lub z
zewnątrz pomieszczenia.
Oświetlenie górne światłem dziennym - oświetlenie wnętrza przez świetliki
umieszczone w przekryciu pomieszczenia.
Oświetlenie boczne światłem dziennym - oświetlenie wnętrza przez oszklone
otwory świetlne (np. okna) umieszczone w ścianach zewnętrznych pomieszczenia.
Oświetlenie dzienne mieszane - oświetlenie wnętrza przez świetliki i okna łącznie.
Współczynnik oświetlenia dziennego, w % - miara względnego natężenia
oświetlenia dziennego w danym punkcie danej płaszczyzny, wyrażona stosunkiem
natężenia oświetlenia w tym punkcie wnętrza do równocześnie występującego
natężenia oświetlenia w otwartej przestrzeni na płaszczyźnie poziomej, pochodzącego
od całkowitego, nie zasłoniętego nieboskłonu o założonym lub znanym rozkładzie
luminancji.
Składowa nieboskłonu (en) - składowa część współczynnika oświetlenia dziennego
pochodząca od światła padającego bezpośrednio z nieboskłonu po przejściu przez
oszklony otwór świetlny.
4
Składowa odbić wewnętrznych (c w) - składowa część współczynnika oświetlenia
dziennego
pochodząca
od
światła
odbitego
od
wewnętrznych
powierzchni
pomieszczenia.
Składowa odbić zewnętrznych (ez) - składowa część współczynnika oświetlenia
dziennego pochodząca od światła odbitego od powierzchni zewnętrznych (np.
przeciwległych budynków) i przechodzącego przez oszklony otwór świetlny.
Współczynnik nieboskłonu (en,o), w %, w danym punkcie wnętrza - stosunek
natężenia oświetlenia, pochodzącego od światła dziennego bezpośredniego przy
nieboskłonie o stałej luminancji, bez uwzględnienia strat związanych z oszkleniem
otworów świetlnych lub konstrukcją budynku, w danym punkcie wnętrza na
płaszczyźnie poziomej do równoczesnego natężenia oświetlenia na zewnątrz budynku
na płaszczyźnie poziomej, przy takiej samej luminancji nieboskłonu.
Współczynnik nieboskłonu jest liczbowo równy składowej nieboskłonu o stałej
luminancji przy przejściu światła przez niezabudowany otwór świetlny.
Równomierność
oświetlenia
dziennego
-
stosunek
wartości
najmniejszej
współczynnika oświetlenia dziennego do wartości największej współczynnika
oświetlenia dziennego, występujących w strefie roboczej pomieszczenia.
Najmniejsze dopuszczalne obliczeniowe natężenie oświetlenia w pomieszczeniu
- obliczeniowe natężenie oświetlenia występujące w pomieszczeniu przy danym
współczynniku oświetlenia dziennego, gdy natężenie oświetlenia na zewnątrz budynku
na płaszczyźnie poziomej pochodzące od całej półkuli niebieskiej jest równe 5000 lx.
3.1
Punkty i linie pomiarowe
Oświetlenie
pomieszczeń
światłem
dziennym
należy
określać
wartościami
współczynnika oświetlenia dziennego w szeregu charakterystycznych punktów (co
najmniej 5) położonych zazwyczaj na przecięciu dwóch płaszczyzn: pionowej
płaszczyzny charakterystycznego przekroju pionowego pomieszczenia (np.: pośrodku
pomieszczenia, w osi otworów świetlnych lub między mmi) i umownej, poziomej
płaszczyzny pracy.
W przypadkach uzasadnionych dopuszcza się dodatkowe wyznaczanie współczynnika
oświetlenia dziennego na przecięciu umownej płaszczyzny pracy z innymi
płaszczyznami
pionowymi
równoległymi
do
płaszczyzny
charakterystycznego
przekroju.
W pomieszczeniach z wyraźnie określonymi płaszczyznami pracy (np.: w salach
pokazów, w maszynowniach i in.) wartości współczynnika oświetlenia dziennego
należy wyznaczać dodatkowo na tych płaszczyznach.
5
Najmniejszy i średni współczynnik oświetlenia dziennego.
W pomieszczeniach z oświetleniem dziennym bocznym wartość najmniejszą
współczynnika oświetlenia dziennego (emin) należy ustalać w strefie roboczej
charakterystycznego przekroju pomieszczenia, pomijając pas przyokienny o szerokości
0,7 m licząc od wewnętrznej powierzchni ścian zewnętrznych budynku.
W pomieszczeniach o oświetleniu dziennym górnym lub mieszanym wartość średnią
współczynnika oświetlenia dziennego (eśr) należy ustalać w strefie roboczej
charakterystycznego przekroju pomieszczenia.
Wartości współczynnika należy ustalić wg wzoru:
e lub emin
e
e1
 e2  e3  ....  k
2
 2
k 1
w którym:
e1, e2, e3…. ek - wartości współczynnika oświetlenia dziennego w poszczególnych
punktach leżących na prostych równoległych, z których skrajne należy przyjmować na
liniach granicznych strefy roboczej pomieszczenia,
k - liczba punktów.
3.2.
Składowe współczynnika oświetlenia dziennego
Współczynnik oświetlenia dziennego, który obrazuje natężenie względne oświetlenia
wnętrza (w stosunku do natężenia zewnętrznego), jest sumą trzech składowych:

składowej nieboskłonu en, pochodzącej od światła padającego bezpośrednio z
nieboskłonu po przejściu przez oszklony otwór oświetleniowy,

składowej odbić wewnętrznych e w pochodzącej od światła odbitego
wielokrotnie od wewnętrznych powierzchni w pomieszczeniu,

składowej odbić zewnętrznych ez, pochodzącej od światła odbitego od
powierzchni
zewnętrznych
(np.
od
przeciwległych
budynków)
i
przechodzącego przez oszklony otwór świetlny.
e  en  e w  e z
Podstawą metod obliczania współczynnika oświetlenia dziennego jest określenie
tzw. współczynnika nieboskłonu en, wartości teoretycznej, którą można obliczyć lub
określić graficznie z geometrycznych parametrów pomieszczenia. Odpowiadałby ona
wartości składowej nieboskłonu przy świetle padającym przez pusty nieoszklony
otwór oświetleniowy, tzn. bez uwzględniania strat światła powstałych przez
zabudowę otworu oświetleniowego i bez światła odbitego. Czynniki te uwzględnia
6
się w dalszym toku obliczania, stosując do wartości en,o odpowiednie współczynniki
obliczeniowe.
en  en,o x o xq
w którym:
en,o - współczynnik nieboskłonu obliczany jedną z powszechnie stosowanych metod
np. Daniluka, Wienera itp.,
q
3
(1  2 sin ) - współczynnik uwzględniający nierównomierny rozkład luminancji
7
wzdłuż południka, związany z wysokością kątową (φ) środka pionowego przekroju
otworu świetlnego obserwowanego z punktu pomiarowego
 o   1 x 2 x 3 x 4 - ogólny współczynnik przepuszczania światła przez oszklony
otwór świetlny z uwzględnieniem zaciemnienia konstrukcjami nośnymi (kratownice,
belki, łuki), stanowiący iloczyn współczynników przepuszczania
τ1- współczynnik przepuszczania światła przez oszklenie bez zanieczyszczeń
τ2 - współczynnik przepuszczania światła przez oprawy bez oszklenia,
τ3 - współczynnik przepuszczania światła przez warstwę brudu na szkle,
τ4 współczynnik przepuszczania światła uwzględniający zaciemnienie konstrukcjami
nośnymi (przy oświetleniu górnym).
Składowa odbić wewnętrznych i zewnętrznych
Światło odbite zwiększa ogólne natężenie oświetlenia i umożliwia oświetlenie tych
części pomieszczeń, do których nie dociera bezpośrednie światło nieboskłonu. Należy
starać się możliwie zwiększyć odbicie światła przez stosowanie odpowiedniej faktury
i barwy, przede wszystkim ścian i sufitów, a nawet podłóg i sprzętów.
Dokładne określenie wpływu światła odbitego od wewnętrznych powierzchni
pomieszczenia jest bardzo trudne z powodu wielokrotności tego odbicia, toteż przy
projektowaniu stosuje się sposoby przybliżone, ustalane najczęściej empirycznie.
Ogólnie można przyjąć, że składowa współczynnika oświetlenia dziennego od światła
odbitego od powierzchni wewnętrznych wynosi:

przy oświetleniu bocznym
ew  (en,l ) min xKb

przy oświetleniu górnym
ew  (en, g )śrxKg

przy oświetleniu mieszanym
7
ew  ((en,l ) min xKb * (en, g )śrxKg ,
w którym
(en,l ) min - najmniejsza wartość składowej nieboskłonu pochodzącej od światła
bocznego, w przekroju charakterystycznym
(en, g )śr - -średnia wartość składowej nieboskłonu
Kb i Kg - współczynniki (tabl. 4 i 5 PN-71/B-02380) uwzględniające wpływ odbić
wewnętrznych, zależne od średniego ważonego współczynnika gśr odbicia ścian,
sufitu i podłogi. Oblicza się według wzoru (7) PN-71/B-02380.
Składowa odbić zewnętrznych w dowolnym punkcie pomieszczenia jest
wyznaczana ze wzoru:
e z  0,1en,b x o
en,b - wartość współczynnika nieboskłonu, jaką zapewniałoby w danym punkcie
promieniowanie wycinka nieboskłonu zasłoniętego budynkami przeciwległymi,
 o - współczynnik przepuszczania światła, przyjmuje się według tabl.2 PN-71/B-02380.
Oświetlenie dzienne mieszane.
Przy oświetleniu dziennym mieszanym obliczeniową wartość współczynnika
oświetlenia dziennego należy obliczać dodając wartości współczynników obliczonych
dla oświetlenia bocznego i górnego.
4. Podsumowanie
Zasadnicze wymagania normy, tj. przestrzeganie wymaganych wartości e min dla
oświetlenia bocznego oraz wartości eśr i określonej równomierności dla oświetlenia
górnego lub mieszanego, powinny być spełnione zawsze. Warunki te nie zawsze jednak
są wystarczające i w zależności od przeznaczenia pomieszczenia powinny być nieraz
uzupełniane rozpoznaniem bardziej szczegółowym.
(opracownie D.Przybył na podstawie Fizyki Budowli)
O wrażeniu kolorystycznym oglądanego otoczenia decyduje między innymi rodzaj bieli, które wysyła
źródło światła. Jest to tak zwana temperatura barwowa. Światło dzienne, w zależności od położenia
słońca, stopnia zachmurzenia posiada barwę od niebieskiej do pomarańczowej.
Źródła światła, oprawy oświetleniowe charakteryzują się pewnymi wartościami, na podstawie których
dokonuje się pomiarów światła. Wartości te określają także efekty związane z oświetlaniem, które
związane są z zastosowaniem określonych opraw czy źródeł światła.
8
Podstawowe wielkości oświetleniowe




strumień świetlny wyrażany w lumenach [lm] - określa całkowitą moc światła emitowanego z
danego źródła;
światłość I wyrażana jest w kandelach [cd] - ilość światła wysyłana w konkretnym kierunku;
natężenie oświetlenia E wyrażane w luksach [lx] - ilość światła, które wysłane z oprawy dociera do powierzchni pracy;
luminacja L wyrażana jest w [cd/m2] - ilość światła wysyłana z określonej powierzchni.
temperatura barwowa
O wrażeniu kolorystycznym oglądanego otoczenia decyduje między innymi rodzaj bieli, jaki wysyłany
jest ze źródła światła. Parametr ten nazywany jest temperaturą barwową. Światło, które dociera do nas w
zależności od położenia słońca, stopnia zachmurzenia posiada różną barwę - od niebieskiego przy pełnym
zachmurzeniu do pomarańczowego przy zachodzie słońca.
Temperaturę barową określa się w stopniach Kelwina (K). Przy zachmurzonym niebie temperatura
barwowa światła wynosi od 3800 K o wschodzie i zachodzie słońca do 25000 K w południe.
temperatura barwowa
[K]
rodzaj światła
2500
światło bardzo ciepłe, podobne do
żarówkowego
3000
światło podobne do halogenowego
4000
światło białe, stymulujące
5000
światło białe, chłodne
6500
światło dzienne
Minimalne natężenie oświetlenia w zależności od rodzaju czynności lub pomieszczenia
Najmniejsze dopuszczalne
średnie natężenie oświetlenia (lx)
Rodzaj czynności lub pomieszczenia
10
Ogólna orientacja w pomieszczeniach
20
Orientacja w pomieszczeniach z rozpoznaniem cech średniej
wielkości - piwnice, strychy
50
Krótkotrwałe przebywanie połączone z wykonywaniem prostych
czynności - korytarze schody
100
Praca nieciągła i czynności dorywcze przy bardzo ograniczonych
wymaganiach wzrokowych - hole wejściowe, pomieszczenia
sanitarne
200
Praca przy ograniczonych wymaganiach wzrokowych - jadalnie,
bufety, sale gimnastyczne, portiernie
300
Praca przy przeciętnych wymaganiach wzrokowych - średnio
dokładne prace manualne, łatwe prace biurowe
500
Praca przy dużych wymaganiach wzrokowych
750
Długotrwała i wytężona praca wzrokowa
1 000
Długotrwała i wyjątkowo wytężona praca wzrokowa
Widmo fal elektromagnetycznych
9
Wszystkie fale można uszeregować wg częstotliwości. Taką klasyfikację fal nazywamy widmem
fal elektromagnetycznych.
Widmo fal elektromagnetycznych nie ma granicy ani górnej ani dolnej.
Fale elektromagnetyczne poruszają się z prędkością światła i zależnie od długości fali przejawiają się
jako (od fal najdłuższych do najkrótszych): fale radiowe, mikrofale, podczerwień, światło widzialne,
ultrafiolet, promieniowanie X, promieniowanie gamma.
10