Sisältö. Valaistustekniikan perusteita

Transkriptio

1 Valaistustekniikan perusteita Toivo Riikola Sisältö Valon suureita ja yksiköitä Valonlähteet Valonjakokäyrät Valaistustaso vaatimukset Valaistuslaskenta Valaistuksen ohjaustavat 1

2 Suureita ja yksiköitä Valovirta Yksikkö lumen (lm) Kuvaa valonlähteestä lähtevän valon määrää Valotehokkuus Yksikkö lm/w Valonlähteen säteilemän valovirran suhde sen kuluttamaan sähkötehoon Määritellään joko pelkälle valonlähteelle tai lamppu-liitäntälaite yhdistelmälle Polttoikä Yksikkö tunti (h) Ilmoittaa valonlähteen polttotuntimäärän, jolloin valaistusasennuksen kokonaisvalovirrasta on jäljellä enää 70% Esim. LED-valaisimissa L h Värilämpötila Yksikkö kelvin (K) Ilmoittaa valonlähteen valon värisävyn tyypillisesti välillä K Mitä pienempi lukuarvo sitä lämpimämpi valon sävy lämmin < 3300K neutraali K viileä >5300K Esim. loisteputkissa merkintä 28W/840 28W sähköteho 8... värintoistoindeksi värilämpötila 4000K Suureita ja yksiköitä LED-valaisimien ja lamppujen valon värilämpötilan laatu Ledien valmistuksessa syntyy paljon värilämpötilaltaan erilaisia diodeja Ledien värilämpötila voi vaihdella valmistajan mukaan, vaikka ilmoitettu nimellisarvo olisikin sama (esim. 3000K) Led-valonlähteen värilämpötilan toleranssi ilmoitetaan parhaiten MacAdam arvolla standardin CIE 1964 mukaan. Asteikko on 0-10, mitä alhaisempi luku on, sen vähemmän poikkeamaa esiintyy (ja tuotteen hinta myös kalliimpi) Ilmoitettu arvo, esim. MacAdam 3 kertoo poikkeaman nimellisestä valovirrasta Sisävalaistuksessa MacAdam arvon tulisi olla vähintään 3-5 ja ulkovalaistuksessa arvoa 7 pidetään vielä hyväksyttävänä. Esimerkiksi T5-loistelampun arvo on MacAdam 4 2

3 Suureita ja yksiköitä Värintoistoindeksi CRI Kuvaa valonlähteen kykyä toistaa värejä, yksikkö Ra Maksimiarvo 100 Ra-indeksin tulisi olla sisävalaistuksessa yli 80 Ra indeksi Arvostelu Missä 100 täydellinen päivänvalo, hehku- ja halogeenilamput erinomainen erikoisloistelamput, laadukkaat LED-lamput, muut erikoislamput hyvä tavalliset loistelamput, monimetallilamput, pienoisloistelamput, tavalliset LED-lamput tyydyttävä huonolaatuiset loistelamput välttävä jotkut katulamput, huonolaatuiset loistelamput 0-50 huono katu- ja tievalot yleensä 0 ei värintoistoa natriumlamput, monokromaattiset valonlähteet, laservalo Valonlähteet Hehkulamput Erinomainen värintoisto, Ra 100 Värilämpötila 2700 K Helppo himmentää Valotehokkuus 10 lm/w Polttoikä h Korvataan halogeeni-, energiansäästö- ja LED-lampuilla Halogeenilamput Verkkojännite 230V tai pienjännite 12V Erittäin hyvä värintoisto, Ra >90 Värilämpötila 2700, 3000 K Helppo himmentää Valotehokkuus lm/w Polttoikä h Korvataan LED-lampulla Energiansäästölamput Hyvä värintoisto, Ra >80 Värilämpötila 2700, 3000, 4000, 6500K Ei himmennettävissä Valotehokkuus 60 lm/w Polttoikä h Soveltuu huonosti kylmiin olosuhteisiin 3

4 Valonlähteet Pienoisloistelamput Hyvä värintoisto, Ra >80 Värilämpötila 2700, 3000, 4000, 6500K Voidaan himmentää Valotehokkuus 85 lm/w Polttoikä h Soveltuu huonosti kylmiin olosuhteisiin Loistelamput T5 ja T8 loistelamput Hyvä värintoisto, Ra >80, jopa >90 Värilämpötila 2700, 3000, 4000, 6500K Voidaan himmentää Valotehokkuus 100 lm/w Polttoikä h Ei sovellu kylmiin olosuhteisiin pl. pakkasloisteputket Purkauslamput Elohopealamput, monimetallilamput, natriumlamput Huono värintoisto (pl. monimetallilamppu Ra>90) Valotehokkuus lm/w Ei voida himmentää Syttymisaika useita minuutteja Polttoikä h Ulkovalaistus, teollisuus ja retail (monimetalli) Valonlähteet LED-lamput (retrofit) Hyvä värintoisto, Ra >80 Värilämpötila 2700, 3000, 4000, 6500K Voidaan himmentää Valotehokkuus 80 lm/w Polttoikä h Sopii erittäin hyvin kylmiin olosuhteisiin LED-valonlähteet Hyvä värintoisto, Ra >80 Värilämpötila 2700, 3000, 4000, 6500K Voidaan himmentää Valotehokkuus jopa 150 lm/w Polttoikä jopa h Sopii erittäin hyvin kylmiin olosuhteisiin Avaa uusia mahdollisuuksia valaisinsuunnitteluun 4

5 Valonlähteen valinta Pelkkä tilan valaistusvoimakkuus ei riitä Oikea valonlähde oikeaan ympäristöön Värintoisto Värilämpötila Valotehokkuus Polttoikä Valonjakokäyrät Valonjako mitataan useissa tasoissa valaisimen ympäri Mittaustaso C=0 kuvaa valonlähteen pituusakseliin nähden poikittaista tasoa Mittaustaso C=90 kuvaa valonlähteen pituusakselin suuntaista tasoa 5

6 Valonjakokäyrät Kuvaaja ilmoittaa valaisimen valovoiman (kandela, cd) eri suuntiin Valovoima kertoo, kuinka paljon valoa lähtee valaisimesta tiettyyn suuntaan Ilmaiseen lampun tai valaisimen valonjako-ominaisuudet Valonjakokäyrän arvot on skaalattu valonlähteen 1000 lm (cd/klm) kohti Valovoima suoraan valaisimen alla: Kuvaajan arvo 375 Valonlähteen valovirta esim. 2600lm (28W T5- loistelamppu) Valovoima = 2600lm/1000lm x 375 cd/klm = 975 cd Valovoima 30 valaisimen sivussa: Kuvaajan arvo 525 Valonlähteen valovirta esim. 2600lm (28W T5- loistelamppu) Valovoima = 2600lm/1000lm x 525 cd/klm = 1365 cd Valonjakokäyrät Valaisimen valonjako tehdään valaisimen optiikalla Valonjako voi olla symmetrinen tai epäsymmetrinen Lisäksi ylä-alavalo komponentin osuus voi vaihdella = samasta valaisintyypistä useita erilaisia versioita symmetrinen epäsymmetrinen Symmetrinen ylä-alavalo Symmetrinen ylävalo Kapea keila 6

7 Valaisimen valonjako Valaisimen ylä-alavalo komponentin osuus voi vaihdella = samasta valaisintyypistä useita erilaisia versioita Ylä- ja alavaloa voidaan sytyttää/sammuttaa/himmentää toisistaan riippumatta Fagerhult Avion alavalo 100% alavalo 80% alavalo 50% alavalo 20% alavalo 0% ylävalo 0% ylävalo 20% ylävalo 50% ylävalo 80% ylävalo 100% Valaistusvaatimukset sisätiloissa Työturvallisuuslaki 738/2002 Työpaikalla tulee olla työn edellyttämä ja työntekijöiden edellytysten mukainen sopiva ja riittävän tehokas valaistus Standardi EN Lighting for Indoor Work Places Sisältää erityyppisten työtehtävien ja alueiden edellyttämät valaistusvaatimukset Antaa työskentelyaluetta, sen välitöntä lähiympäristöä ja taustaaluetta koskevat valaistuksen vähimmäisvaatimukset Työskentelyalueen valaistusvoimakkuuksien lisäksi tulisi valaistusympäristön suunnittelussa huomioida myös tilan luminanssijakauma, häikäisyn estäminen, varjonmuodostus, valon värintoisto-ominaisuudet, valon värisävy, välkyntä ja päivänvalon käyttö Työskentelyalueen valaistuksen lisäksi ympäröivän valon vaikutus vireystilaan, oppimiseen ja hyvinvointiin on merkittävä 7

8 Esimerkkejä valaistusvoimakkuuksista EN Valaistusvaatimukset ulkotiloissa Standardi EN Lighting of work places - part 2: Outdoor work places Standardin rakenna vastaa sisätiloissa olevia työkohteita Tiehallinnon julkaisu Tievalaistuksen suunnittelu (TIEH ) Antaa ohjeet tie- ja katuvalaistuksen tarpeen arvioinnista ja suunnittelusta Voidaan käyttää laatuvaatimuksena suunnittelussa ja urakassa AL-luokat Moottoriajoneuvolle tarkoitettu tie/katu, jolla ajonopeus korkeahko tai suuri, vähintään 50 km/h K-luokat Jalankulkijoille/pyöräilijöille tarkoitettu jalkakäytävä, jalankulkuja muilla alueilla ajoradan vieressä oleva väylä sekä asunto- ja pihakatu, jalankulkukatu, P-alue ja piha Tärkeää valaistustaso, luminanssin tasaisuus ja häikäisyn rajoitus Mekaaninen kestävyys, valonlähteiden kestoikä 8

9 Valaistusvaatimukset ulkotiloissa K-luokat Valaistuslaskenta Kokemus DIALux valaistuslaskenta ohjelma Ilmainen 2D 3D 9

10 Valaistuslaskenta DIALux laskenta Valaistuslaskenta DIALux laskenta 3D isoluksikuvaaja 10

11 Valaistuslaskenta DIALux visualisointi Fagerhult TIBI (LED) Fagerhult POZZO (LED) Otaniemen kirjasto Valaistuslaskenta DIALux visualisointi 11

12 Valaistuslaskenta DIALux visualisointi Valaistuksen ohjaus Valaistuksen ohjaustarpeet 1. Toiminnallinen Parantaa tilan käytännöllisyyttä, laatua, mukavuutta ja turvallisuutta 2. Esteettinen Visuaalisuus Dynaaminen ohjaus; värit, tilanteet jne. 3. Energiatalous Valaistus kuluttaa n. 40% palvelukiinteistön sähköstä Energiansäästö potentiaali 40 70% Merkittäviä säästöjä saavutetaan niin sisä- kuin ulkovalaistuksessa pelkästään ohjauksella 12

13 Valaistuksen ohjaus Valaistuksenohjauksen periaatteita Päälle pois, himmennys Manuaalinen käyttö, kello-ohjaus jne. Hämäräkytkin ohjaus Ainoastaan ulkovalaistuksessa Läsnäolo ohjaus Sytyttää ja sammuttaa valaistuksen automaattisesti Viimeisen läsnäolohavainnon jälkeen valo sammuu automaattisesti esim min jälkeen Poissaolo ohjaus Kuten läsnäolo-ohjaus, mutta valo sytytetään manuaalisesti kytkimestä ja valo sammuu automaattisesti viiveellä viimeisen läsnäolohavainnon jälkeen Poissaolo valaistus Himmentää valaistuksen 10%:iin viimeisen läsnäolohavainnon jälkeen ja nostaa sen 100%:iin läsnäolohavainnosta Vakiovalo ohjaus Tunnistin säätää keinovalon määrää sisään tulevan päivänvalon mukaan, pitää tilan valaistustason vakiona Tilanne ohjaus Erilaiset valaistustilanteet, jotka tallennettu järjestelmän muistiin Valaistuksen ohjaus Valaistuksenohjauksen tekniikat Analoginen 1-10V ohjaus Pienet järjestelmät, tilakohtainen himmennys Käyttö vähentymässä Digitaalinen DSI ohjaus Ensimmäinen digitaalinen järjestelmä vuodelta 1992 Osoitteeton järjestelmä DMX ohjaus Käyttö lähinnä teatterivalaistus, viihde- ja esitystekniikka DALI ohjaus Osoitteellinen järjestelmä Väylätekniikka Kaksisuuntainen Valaistuksen ja erilaisten toimilaitteiden ohjaukseen KNX ohjaus Kuten DALI, mutta toimii myös kiinteistöautomaatiojärjestelmänä DALI ja KNX järjestelmät soveltuvat käytettäväksi myös yhdessä Valmistajakohtaiset ohjausjärjestelmät 13

14 Valaistuksen ohjaus DALI - järjestelmän periaate DALI = Digital Addressable Lighting Interface Esimerkki nykyaikaisesta valaistuksen ohjauksesta Wireless e-sense Move Wireless e-sense Move on langaton, radiotaajuuksilla toimiva valonohjausjärjestelmä tiloihin, joissa oleskelu on lyhytaikaista. Järjestelmä on kaksisuuntainen, joten kaikki valaisimet toimivat sekä masterettä orjavalaisimina riippuen siitä, mikä valaisimista tekee läsnäolohavainnon. Havainnon tehneen valaisimen signaali sytyttää muut halutut valaisimet. Soveltuvuusalueet esim.: Porraskäytävät Käytävät Kellari- ja ullakkotilat Pysäköintihallit Saniteettitilat Wireless e-sense Move sopii erityisen hyvin saneerauskohteisiin, sillä uutta kaapelointia ei tarvita. 14

15 Esimerkki nykyaikaisesta valaistuksen ohjauksesta Wireless e-sense Move poissaolo himmennys Valaisimessa oleva tunnistin tekee läsnäolohavainnon tai vastaanottaa RFsignaalin toiselta valaisimelta =>Valo syttyy 100% tasolle. Viimeisen läsnäolohavainnon jälkeen valo on päällä 100% tasolla vielä 5 s - 20 min ajan. Tämän jälkeen valo himmenee 5-50%:n tasolle ja sammuu 1-60 min kuluttua tai jää pysyvästi himmennettyyn tilaan. 10% valotaso tilan ollessa tyhjä => mukavuus Valot syttyvät heti 100% tasolle mikäli ovat himmennettynä => turvallisuus Jopa 80% energiansäästö Poissaolotaso 10% 15

16 Yksittäiset alueet syttyvät 100% tasolle liikkeen mukaan 16

17 Yksittäiset alueet syttyvät 100% tasolle liikkeen mukaan Yksittäiset alueet syttyvät 100% tasolle liikkeen mukaan 17

18 18

19 19

20 20

21 21

22 22

23 23

24 24

25 Esimerkki nykyaikaisesta valaistuksen ohjauksesta Värilämpötilan säätö Tunable white toiminnolla varustetussa LED-valaisimessa valon värilämpötilaa voidaan säätää välillä K Samassa valaisimessa myös RGB - ominaisuus Fagerhult MULTILUME FLAT tunable white 25

26 Esimerkki nykyaikaisesta valaistuksen ohjauksesta Fagerhult MULTILUME FLAT tunable white Esimerkki nykyaikaisesta valaistuksen ohjauksesta Fagerhult MULTILUME FLAT tunable white 26

27 Esimerkki nykyaikaisesta valaistuksen ohjauksesta Yöaika ohjaus Valaistustasoa lasketaan yöaikana Äly valaisimessa integroituna, ei vaadi kaapelointia Sopii erinomaisesti ulkovalaistuksen saneeraukseen olemassa oleviin pylväsiin ja kaapelointiin Esimerkki nykyaikaisesta valaistuksen ohjauksesta Yöaika ohjaus Valaistustasoa lasketaan yöaikana Äly valaisimessa integroituna, ei vaadi kaapelointia Sopii erinomaisesti ulkovalaistuksen saneeraukseen olemassa oleviin pylväsiin ja kaapelointiin 27

28 28