VALAISTUKSEN VAIKUTUKSET. Mobilia Kangasala

Transkriptio

1 VALAISTUKSEN VAIKUTUKSET Mobilia Kangasala Kuva: Pink Floyd - Dark Side of the Moon

2 Lamppu lähettää valovirran φ [φ] = lm (lumen) Valaisin lähettää valovoiman I [I] = cd (kandela) Pinnalle tulee valaistusvoimakkuus [E]= lm/m 2 =lx (luksi) Pinta heijastaa osan valosta ja pinta näkyy kirkkautena eli luminanssina havaitsijalle [L] = cd/m 2

3 Luonnonvalo sisältää kaikki näkyvän valon aallonpituudet sekä paljon ultravioletti- ja infrapunasäteilyä Luonnonvalon koostumus muuttuu jatkuvasti Lähde: Valaistustekniikan käsikirja

4 Valonlähteen valon määrä (= valovirta) saadaan, kun säteilytehoa painotetaan suhteellisella silmänherkkyydellä Lähde: Valaistustekniikan käsikirja

5 Valovirta Φ [Φ]=lm (lumen) lamppusuure, joka kertoo, paljonko lamppu antaa valoa saadaan painottamalla säteilytehoa silmänherkkyydellä. Säteilyteho on kuitenkin se suure, joka vaikuttaa taide-esineiden ikääntymiseen. valovirta saattaa muuttua jonkin verran polttoiän aikana; ns. valovirran alenema.

6 Kuvaa ei voi näyttää. Tietokoneen muisti ei ehkä riitä kuvan avaamiseen, tai kuva on vioittunut. Käynnistä tietokone uudelleen ja avaa sitten tiedosto uudelleen. Jos punainen x-merkki tulee edelleen näkyviin, kuva on ehkä poistettava ja lisättävä uudelleen. Laadukkaassa lampussa valkoinen valo koostuu useista eri aallonpituuksista. Jotta kaikki värit toistuisivat, olisi spektrin oltava jatkuva. Tehokkainta valontuoton kannalta on tuottaa spektrin keskialueella olevaa säteilyä.

7 Siirryttäessä hämärään silmän herkkyys siirtyy lyhyempiin aallonpituuksiin (siniseen) päin Jan Evangelista Purkine Johannes Evangelista von Purkinje

8 Päivä- ja hämäränäkemisen väliin jää ns. mesooppinen alue. Sisävalaistuksessa näkeminen tapahtuu tappisoluilla fotooppisen silmänherkkyyskäyrän mukaan.

9 Todellisuudessa tappisoluja on kolmea eri lajia Ragnar Granit Nobelin palkinto vuonna 1967 tappisolujen herkkyyskäyrien selvittämisestä IES Lighting Handbook

10 Silmänherkkyys muuttuu iän myötä Lähde: Ken Sagava, CIE Beijing 2007

11 Valovoima I [Ι]=cd (kandela) valaisinsuure: kertoo, paljonko valaisin lähettää valovirtaa määrättyyn suuntaan. saadaan suhteellisarvona (cd/1000 lm = cd/klm) teknisille valaisimille mitattavasta valonjakokäyrästä.

12 Valaistusvoimakkuus E [Ε]=lm/m 2 =lx (luksi) valaistusvoimakkuus kertoo, paljonko valaistavaan kohteeseen tulee valoa. kyseessä on valovirta pintaalayksikköä kohti. E = ΣΦ/A voidaan mitata kohteesta luksimittarilla.

13 Valon määrä on helppo laskea tietokoneella (kuvassa valaistusvoimakkuuden tasa-arvokäyrät eli isoluksikäyrät ja harmaasävynäkymä)

14 Sisätyöpaikkojen valaistusstandardissa SFS-EN annetaan minimiarvot valaistusvoimakkuudelle ja värintoistoindeksille sekä maksimiarvot häikäisyindeksille Tila, tehtävä tai toiminta E m /lx UGR Arkistointi, kopiointi jne Kirjoittaminen, konekirjoitus, lukeminen, tietojenkäsittely L R a Tekninen piirtäminen CAD-työasemat Neuvottelu- ja kokoushuoneet Vastaanottotiski Arkistot Lähde: SFS-EN

15 Museovalaistukselle arvoja ei anneta vaan tilanne on mietittävä tapauskohtaisesti Suositusarvoja tosin löytyy (esim. Philips Lighting Manual)

16 Luminanssi L [L]=cd/m 2 Luminanssi kuvaa, kuinka valoisana kohde näkyy havaitsijalle. Kyseessä on havaitsijan suuntaan oleva valovoima jaettuna kohteen projektiopinta-alalla. Näkeminen perustuu pääasiassa luminanssikontrastiin eli luminanssieroon kohteen ja sen taustan välillä. Luminanssimittari

17 Luminanssit voi mitata myös digitaalikameralla

18 Valonlähteiden (luonnonvalo+lamput) tuottama valo sisältää yleensä: Ultraviolettisäteilyä (UV) nm Näkyvän alueen säteilyä nm Lämpösäteilyä (IR) 780 nm 1 mm Valon osuessa kohteeseen osa säteilystä absorboituu materiaaliin. Lyhytaaltoinen säteily absorboituu eniten. Kaikki säteily voi vaikuttaa materiaaleihin. Vaikutus on pysyvä ja kumuloituva.

19 Fotokemialliset vaikutukset Vaikuttaa pääasiassa orgaanisiin materiaaleihin paperi, kankaat, puu, vesivärien ja öljymaalien pigmentit, sidosaineet ja vernissat Muuttaa kohteen väriä haalistuminen, kellastuminen, tummuminen

20 Eri materiaalien suhteellisia herkkyyksiä valolle Lähde: Gutes Licht, Lichtwissen 18

21 Fotokemiallinen vaikutus riippuu Säteilyn voimakkuudesta Kestoajasta Valonlähteen spektrijakaumasta (lyhytaaltoinen säteily vaarallisinta) Kohteen herkkyydestä eri taajuisille säteilyille (esim. eri maalipigmenteillä on erilainen herkkyys)

22 Suojautuminen fotokemiallisilta vaikutuksilta Valitaan oikea valonlähde Suodatetaan tarvittaessa haitalliset aallonpituusalueet pois valaisinkohtaiset suodattimet (< 380 nm tai < 420 nm) vitriinin lasi suodattimena taulun lasi suodattimena Rajoitetaan altistusaikaa tilat pimeinä käyttöajan ulkopuolella erilliset siivous- ja huoltovalot läsnäolotunnistimet Estetään päivänvalon pääsy kohteeseen

23 Termodynaamiset vaikutukset Vaikuttaa orgaanisiin materiaaleihin esim. puu, tekstiilikuidut, pergamentti, nahka Syynä lämpösäteilyn ja valon aiheuttama kuivuminen Aiheuttaa muutoksia kohteen ominaisuuksiin ja muotoon (vetolujuus ja elastisuus muuttuvat, mekaanisia jännityksiä, lopulta kohteen pysyvä muodonmuutos)

24 Termodynaaminen vaikutus riippuu Kohteen lämpökuormasta (säteilyn mukana tuleva kuorma ja näyttelytilan lämpötila) Valonlähteen spektrijakaumasta (lämpösäteilyn määrä) Kohteen ominaisuuksista

25 Suojautuminen termodynaamisilta vaikutuksilta Valitaan valonlähde, jossa on vähän lämpösäteilyä Suodatetaan tarvittaessa lämpösäteily pois IR-suodattimet kylmäsädeheijastimet halogeenilampuissa taulun lasi suodattimena valokuidut Rajoitetaan altistusaikaa Valitaan/sijoitetaan valaisimet siten, että ne eivät lämmitä kohteen ympäristöä esim. vitriinin sisässä Estetään varsinkin suoran päivänvalon pääsy kohteeseen

26 LAMPPUJEN OMINAISUUDET Spektrijakauma Värisävy, värilämpötila ja ekvivalenttinen värilämpötila Värintoisto, värintoistoindeksit ja R a -indeksi

27 Värilämpötila ja ekvivalenttinen värilämpötila Valon värilaji (valosta saatava värivaikutelma) määritellään värilämpötilan avulla. Se kuvaa hehkusäteilijän valon väriä kyseisessä lämpötilassa. Hehkusäteilijä lähettää punertavaa lämmintä valoa alhaisessa lämpötilassa ja kylmää valkoista valoa korkeassa lämpötilassa. Koska purkauslamppujen väripisteet eivät satu hehkusäteilijän väripisteiden uralle, purkauslampuille määritetään ekvivalenttinen värilämpötila.

28 Hehkusäteilijän väripisteet CIE:n uvväriavaruudessa eri lämpötiloissa

29 Värintoiston hyvyyttä kuvataan värintoistoindekseillä Käytetyin värintoistoindeksi on yleinen värintoistoindeksi eli R a -indeksi, joka saa arvoja välillä Kahdeksan testivärin väripistettä verrataan vertailuvalossa saatavaan väripisteeseen K lampuilla vertailuvalo on hehkusäteilijä. Siksi hehkulamppujen ja halogeenilamppujen värintoistoindeksi on lähellä arvoa 100. Yli 5000 K lamppuja verrataan päivänvalostandardeihin. R a -indeksi kuvaa vain sitä, kuinka lähellä tutkittavan valon värintoisto on vertailuvalon-lähdettä; sisävalaistuksessa siis hehkulamppua

30 KUN VALONLÄHTEEN SPEKTRIJAKAUMASSA ON KAPEITA AALLONPITUUSHUIPPUJA, EI VÄRINTOISTOINDEKSI VASTAA TODELLISUUTTA CIE:n raportti TC 1-162

31 COMMISSION INTERNATIONALE DE L'ECLAIRAGE INTERNATIONAL COMMISSION ON ILLUMINATION INTERNATIONALE BELEUCHTUNGSKOMMISSION CIE TC Värintoistoindeksi ei vastaa todellisuutta silloin, kun valonlähteellä on sellainen spektrijakauma, jossa on kapeita aallonpituushuippuja. Hyvästä värintoistoindeksistä huolimatta jokin yksittäinen väri saattaa korostua tai vääristyä huomattavasti. Värintoistoindeksi on uudistettava, jolloin vaihtoehtoina ovat esim. testivärien määrää lisätään laskentatapaa muutetaan siten, että yksittäiset värien vääristymät tulevat esille käytetään useita eri vertailuvalonlähteitä ehkä yhden indeksin sijasta olisi käytettävä useita tunnuslukuja

32 Halogeenilamppu Hehkusäteilijä, sisällä halogeenikaasua Kaasun ansiosta kupu ei tummu, joten voidaan tehdä pienemmäksi kuin hehkulamppu Spektri jatkuva, punaisiin sävyihin painottunut Lamppua voidaan polttaa hehkulamppua kuumempana, minkä johdosta valon väri on hehkulamppua kylmempää (valkoisempaa), värilämpötila 3000 K Valontuotto n. 20 lm/w eli paljon huonompi kuin esim. loistelamppu, joten halogeenilamppua ei voi käyttää yleisvalaistuksessa liian suuren lämpökuorman takia Lyhyt polttoikä, noin h

33 Halogeenilamppu Verkkojännitteinen halogeenilamppu Pienoisjännitteinen halogeenilamppu Lamppuja valmistetaan sekä verkkojännitteelle (230 V) että pienoisjännitteelle (12 V) Verkkojännitteistä lamppua voi säätää samalla himmentimellä kuin hehkulamppuakin Pienoisjännitteinen lamppu vaatii oman himmentimensä, jonka tyyppi riippuu siitä, millä laitteella pienoisjännite tehdään (muuntaja vai elektroninen muuttaja) Jatkuvasti himmennettynä lamppu saattaa tummua Ns. kylmäsädelampussa heijastin taittaa osan lämpösäteilystä taaksepäin, jolloin valaisin kuumenee enemmän ja kohde vähemmän Spektri jatkuva punaisiin sävyihin painottunut.

34 Kuvassa on hehkusäteilijän energiaspektri eri lämpötiloissa Halogeenilampun värilämpötila 3000 K Värilaji -ryhmä Ekvivalenttinen värilämpötila K Värivaikutelma < > 5300 Lämmin Neutraali Kylmä

35 Loistelamppu Verkkojännitteinen halogeenilamppu kaksikantainen loisteputki yksikantaloistelamppu Pienpaineinen purkaussäteilijä Erittäin valotehokas ( lm/w); kaksikantaiset tehokkaampia kuin yksikantaiset Runsaasti erilaisia spektrejä ja värisävyjä lämpimistä sävyistä päivänvaloon saakka ja ylikin Kaksikantaisia lamppuja ja osaa yksikantaisista (nelinastaiset) voidaan säätää, mutta tämä edellyttää, että valaisimessa on kyseiseen säätötapaan sopiva ohjattava elektroninen liitäntälaite Pitkä polttoikä ( h).

36 T5 loistelamput Parhaillaan ollaan siirtymässä T8 (25 mm) loistelampuista T5 (16 mm) loistelamppuihin T5 lamppu toimii vain elektronisella liitäntälaitteella

37 Monimetallilamppu Suurpaineinen purkauslamppu Syttyy hitaasti, ei syty kuumana Valo suoraan purkauksesta Hyvä valotehokkuus 100 lm/w Pitkä polttoikä ( h) Ei voi säätää Erinomainen värintoisto, valkoista valoa; käytetään esimerkiksi myymälöissä ja urheilutiloissa Vaatii erillisen suurjännitteisen sytytyslaitteen

38 Ledit Valotehokkuus jo loistelampun luokkaa Pitkä elinikä ( h) Useita eri värisävyjä Myös korkean värintoistoindeksin lamppuja Hinta kallis

39 OMINAISUUKSIA, joilla ledien käyttöä yleensä perustellaan pieni koko suuri pintakirkkaus pitkä elinikä hyvä valontuotto alhaisissa lämpötiloissa laaja värivalikoima luja rakenne suunnattu valo erilaisilla linsseillä säädettävyys alhainen jännite valo ei sisällä uveikä lämpösäteilyä

40 Ledit lähettävät lähes monokromaattista (= yksitaajuista) valoa, joten niiden spektrijakauma on hyvin kapea

41 Yhdistämällä eri väriä olevia LEDejä samaan valaisimeen voidaan luoda äärettömän monia eri värejä

42 KOLME TAPAA TEHDÄ VALKOINEN LED Lähde: Nakamura UCSB

43 YLEENSÄ VALKOINEN LED SAADAAN PÄÄLLYSTÄMÄLLÄ SININEN LED KELTAISELLA FOSFORILLA. (lämminsävyisessä ledissä piikki on pienempi ja pahka suurempi) Lähde:Lumileds

44 RGB LED -VALO SAADAAN YHDISTÄMÄLLÄ KOLME TAI USEAMPIA LEDEJÄ (valon värisävyä voidaan muuttaa muuttamalla eri komponenttien tehoa) Lähde:Lumileds

45 Eri valonlähteiden fotobiologisia vaikutuksia erilaisilla suodatuksilla Kommentteja taulukosta: Luonnonvalon vaikutus on aina merkittävin Monimetallilampussa on yleensä suuri sinisen valon osuus Koska ledin valo ei sisällä UV- eikä IR-säteilyä, suodattimia ei tarvita Lähde: Gutes Licht, lichtwissen 18

46 Kiitos mielenkiinnosta! puh Kuva Maarit Louhi