Rozwój technologii LED w dziedzinie oświetlenia wewnętrznego pozwala przeprowadzać modernizację systemów oświetleniowych w pomieszczeniach. Jej efektem jest zmniejszenie zużycia energii elektrycznej, profesjonalne doświetlenie powierzchni oraz komfort i dobre samopoczucie użytkowników. W związku z tym coraz więcej klientów z sektora publicznego i prywatnego decyduje się na wymianę oświetlenia. W tym artykule spróbujemy zapoznać się z zasadami właściwego projektowania oświetlenia dla wnętrz, ze szczególnym uwzględnieniem obiektów przemysłowych, produkcyjnych i magazynowych.
Po co jest potrzebny projekt?
Projekt oświetlenia w pierwszej kolejności powinien zapewnić właściwe, zgodne z normami warunki świetlne. Lapidarnie można ten cel streścić w zdaniu: „Projekt oświetlenia to kompleksowe zaplanowanie wszystkich działań zmierzających do tego aby zapewnić właściwe światło we właściwym czasie i we właściwym miejscu”. Aby projekt ten zadośćuczynił potrzebom i oczekiwaniom odbiorców winien być oparty na dwóch czynnikach:
1. zapewnienie skuteczności oświetlenia w różnych warunkach zewnętrznych w długim okresie czasu;
2. zapewnienie komfortu wizualnego, bezpieczeństwa i lepszej wydajności pracy.
Jak łatwo zauważyć, wśród kryteriów projektowania oświetlenia nie pojawiła się dotychczas ani razu kwestia oszczędności finansowych i redukcji zużycia energii. Dlaczego? Kwestia kosztów utrzymania systemu oświetlenia nie jest najważniejsza na wstępnym etapie projektowania. Podstawowym celem projektu jest zapewnienie odpowiedniej jakości światła dostarczanego do oświetlanych pomieszczeń. Kwestie oszczędności stają się bardziej ewidentne na etapie doboru materiałów (opraw), systemów sterowania które mają zapewnić korzyść po wykonaniu modernizacji oświetlenia.
Co wpływa na jakość oświetlenia?
Najlepiej przyswajalnym przez oko ludzkie światłem jest naturalne światło dzienne. Pozwala ono właściwie identyfikować barwy i kontrast przedmiotów, a także ocenić ich odległość i położenie względem siebie. W przypadku przestrzeni zamkniętych, zapewnienie dostępu do odpowiedniej ilości światła naturalnego jest często utrudnione lub wręcz niemożliwe. Dlatego oświetlenie sztuczne powinno uwzględniać kilka czynników, które decydują o jakości i skuteczności oświetlenia. Przede wszystkim oświetlenie winno uwzględniać możliwości adaptacyjne oka. Natężenie strumienia światła oraz jego barwa nie może powodować olśnienia przykrego ani tym bardziej oślepiać. Negatywny wpływ na oczy ma także brak ciągłości strumienia światła (migotanie).
Rys. 1. Oświetlenie pomieszczenia naturalnym światłem słonecznym.
Ważne jest także aby uwzględnić wiek użytkowników pomieszczeń. Badania medyczne potwierdzają, że wraz z wiekiem zmienia się nie tylko ostrość widzenia ale także postrzeganie barw. W miarę starzenia, mięśnie kontrolujące źrenicę słabną, zarazem słabnie reakcja na światło, co sprawia, że źrenica staje się nieco węższa i zmniejsza się jej reakcja na zmiany w oświetleniu zewnętrznym. W wyniku zmniejszonej transmisji światła przez soczewkę oka, rogówkę i ciało szkliste, dla zapewnienia sobie komfortu czytania, po 50-tym roku życia człowiek potrzebuje wokół siebie trzy razy więcej światła w otoczeniu niż w wieku lat 20-tu.
Drugim czynnikiem jaki trzeba wziąć pod uwagę przy wykonywaniu projektu są uwarunkowania pomieszczeń. Uwzględnić należy ilość okien (dostępność światła naturalnego), kolorystykę ścian i ich strukturę (jednolitość, chropowatość), kształt pomieszczeń oraz zabudowa wnętrz (meble, regały, maszyny itp.).
Czy można wszędzie zastosować ten sam model oświetlenia?
Z racji na to, że każda lokalizacja cechuje się różnymi uwarunkowaniami lokalnymi praktycznie nie jest możliwe zastosowanie jakiegoś jednego schematu oświetlenia nawet dla powierzchni użytkowych o tym samym przeznaczeniu. Można wyróżnić kilka typów systemów oświetleniowych, jakkolwiek ich recepcja jest zawsze indywidualnie dostosowana do konkretnej sytuacji.
1. system ogólny - zazwyczaj obejmuje oprawy przymocowane do sufitu w równej odległości od ścian i w równej odległości między sobą. Oświetlenie tego typu zapewnia dostarczanie światła do całej powierzchni, która winna być oświetlona. Rozwiązania ogólne mogą być z powodzeniem stosowane w salach szkolnych, halach sportowych, halach produkcyjnych i magazynach, w których nie występują elementy wyższe lub stałe elementy konstrukcyjne, które ograniczałyby doświetlenie obiektu. Może być także stosowane jako oświetlenie bazowe (podstawowe) w tych rodzajach pomieszczeń, w których dodatkowo instaluje się inne formy systemu oświetlenia.
2. system oświetlenia miejscowego - obejmuje oprawy przymocowane do sufitu lub w pewnej odległości od niego, nad wybranymi częściami budynku, co zapewnia dostateczne naświetlenie powierzchni pracy. Jest ono stosowane w miejscach pracy wymagających większej precyzji wykonania, tj. pracownie projektowe i kreślarskie, elektronika, laboratoria, obróbka materiałów z użyciem narzędzi tnących itp. Jednym z wariantów tego typu oświetlenia jest oświetlenie magazynów, w którym szczególnego doświetlenia potrzebują przejścia i alejki pomiędzy regałami oraz miejsca poruszania się pojazdów (podnośników, wózków kołowych itp.).
3. system oświetlenia stanowiskowego - obejmuje oświetlenie miejscowe stanowisk pracy. Korzyści wynikające z takiego rozwiązania są następujące: zachowana pozostaje elastyczność rozmieszczenia miejsc pracy, efektywność energetyczna jest lepsza, niż w przypadku samego tylko oświetlenia ogólnego, pracownicy mają możliwość regulacji oświetlenia. Oświetlenie stanowiskowe może stanowić np. lampka biurkowa, oprawy wbudowane w meble.
Foto 1. Trzy systemy oswietlenia w jednej z hal produkcyjnych obsługiwanych przez EOŚ (zdjęcie przed modernizacją)
Główne wymogi systemu oświetlenia
Norma oświetleniowa określa niezbędne wymogi jakie musi spełnić oświetlenie, tak aby zapewnić bezpieczeństwo i komfort dla użytkowników. Prawodawca określił cztery kryteria, które musi spełnić oświetlenie aby było dopuszczone do użytkowania. Są to: natężenia światła, olśnienie, równomierność oświetlenia oraz oddanie barw.
Natężenie światła
Natężenie światła to ilość światła jaka trafia na daną powierzchnię. Jest mierzona w luxach. Norma podaje wartości średnie dla pomieszczeń o różnym przeznaczeniu. Wartość natężenia światła dla ciągów komunikacyjnych, korytarzy wynosi 100lx, dla sal lekcyjnych i pomieszczeń biurowych, obiektów handlowych, magazynów, produkcji 300lx, dla sal konferencyjnych i edukacji dorosłych 500lx. „Najwięcej” światła wymagają pomieszczenia związane z precyzją wykonywania czynności. Dla przykładu średnie natężenie światła dla sal projektowych, rysunku technicznego, pracowni programistycznych, monterów elektroniki powinno wynosić 750lx, a w pomieszczeniach medycznych (laboratoria, gabinety chirurgiczne i zabiegowe) nawet 1000 lx.
Równomierność oświetlenia
Zapewnienie równomierności oświetlenia jest podyktowane względami zdrowia oczu. Nierównomierne oświetlenie bowiem wymusza konieczność częstej akomodacji oka do zmiennego natężenia, co powoduje zmęczenie, łzawienie oraz ogólny dyskomfort użytkowników. W ujęciu matematycznym równomierność oświetlenia mierzy się stosunkiem minimalnego natężenia w danym miejscu do średniego natężenia oświetlenia danej powierzchni. Dla większości obiektów norma przewiduje współczynnik minimalnej nierównomierności oświetlenia (Uo) jako >0,6. Co to oznacza? Oznacza to, że np. w danej hali produkcyjnej, dla której średnia norma natężenia światła wynosi 300lx, najniższa możliwa wartość natężenia nie może wynosić punktowo mniej niż 180lx.
Olśnienie i bezpieczeństwo fotobiologiczne
Kwestia olśnienia (UGR - ang. Unified Glare Rating) jest wartością określającą maksymalny poziom olśnienia blaskiem. Wyróżnia się dwa rodzaje olśnienia: uniemożliwiające widzenie (oślepienie) i olśnienie przykre, które pomimo że nie uniemożliwia widzenia, to jednak w znacznym stopniu powoduje dyskomfort, zmęczenie oka i podrażnienie siatkówki. W przypadku instalacji wewnętrznych oślepienie występuje rzadko, natomiast olśnienie dyskomfortowe może występować często. Narząd wzroku ustala wzorzec ruchu w sposób optymalizujący widzenie, a odblask olśnienia może spowodować, że dana osoba może przyjąć niewłaściwą ergonomicznie pozycję siedzenia lub pracy.
Fot. 2. Dobór oświetlenia powienien przede wszystkim zapewniać bezpieczeństwo i komfort narządu wzroku.
W kontekście zjawiska olśnienia przykrego warto jeszcze wspomnieć o bezpieczeństwie fotobiologicznym. Specjalistyczne badania potwierdzają, że światło niebieskie penetruje rogówkę oka, skąd jest kierowane przez soczewkę do siatkówki. To zjawisko zwane jest ryzykiem światła niebieskiego. Zgodnie z obecnie obowiązującymi normami, nie można stosować źródeł światła emitujących promieniowanie niebezpieczne dla siatkówki oka u zdrowych, dorosłych osób. Należy także rozwiać wątpliwości i obawy niektórych klientów przed stosowaniem źródeł światła o barwie tzw. białej zimnej, mylnie utożsamianej z barwą niebieską.
Oddawanie barw
Oddawanie barw jest to zdolność źródła światła białego do dokładnego odwzorowania barw obiektu. Właściwość tę opisuje się współczynnikiem oddawania barw (CRI - ang. colour rendering index) o wartościach w zakresie od 0 do 100, gdzie wartość 100, jako najlepsza, odpowiada odwzorowaniu barw w świetle dziennym. Norma oświetleniowa określa, że współczynnik ten nie może być niższy niż 80. Zapewnienie takiego parametru pozwala na prawidłowe widzenie przedmiotów, konturów i odległości pomiędzy patrzącym a obserwowanymi przedmiotami.
Odrębną kwestią, także ważną na etapie projektowania jest dobór właściwej temperatury barwowej światła. Obserwacja barw światła słonecznego w zależności od pory dnia pozwala wyróżnić pewne prawidłowości. Cykl ten prezentuje rysunek poniżej.
Rys. 2. Zmiana barwy światła słonecznego w zależności od pory dnia
Temperatura barwowa
Wyróżnia się trzy rodzaje temperatury barwowej światła:
a) ciepła - < 3000K – światło o barwie prawie żółtej. Jest ono dedykowane do miejsc wymagających pewnej intymności, tj. restauracje, pomieszczenia mieszkalne, hotele itp.
b) neutralna ~ 4000K – światło najbardziej zbliżone do naturalnego światła dziennego. Jest dedykowane do pomieszczeń szkolnych i biurowych, hal produkcyjnych, sklepów. W maksymalnym stopniu pozwalają na właściwą identyfikację kolorów i kształtów;
c) chłodna - >6500K – światło białe zimne, barwą przypominające nawet niebieskie. Jest dedykowane do pomieszczeń wymagających dużej precyzji wykonywanej pracy. Jako ciekawostkę można dodać, że potwierdzono badaniami medycznymi pozytywny wpływ stosowania światła o barwie chłodnej białej na pobudzenie do aktywności i wytężonej pracy umysłowej uczniów mi studentów.
Trwałość, niezawodność, bezpieczeństwo ekologiczne
Warto na koniec dodać kilka słów na temat trwałości opraw. Jest ona również brana pod uwagę podczas projektowania oświetlenia. Trwałość opraw jest to czas ich działania gwarantujący emisje światła o określonych parametrach. Najnowocześniejsze oprawy LED zachowują skuteczność świecenia przez kilkadziesiąt tysięcy godzin. Pozwalają zatem korzystać z systemu oświetlenia przy minimalnych nakładach na konserwację i wymianę urządzeń. Nie bez znaczenia jest także to, z jakich materiałów są wykonane oprawy (czy nie zawierają pierwiastków szkodliwych dla środowiska). Nowe oprawy LED, posiadające certyfikację uznawaną w krajach UE są całkowicie wolne od rtęci, ołowiu, związków arsenu, a zatem są bezpieczne dla środowiska naturalnego.
Jaki jest cel projektu?
Przytoczone powyżej rozważania na temat dobrych praktyk projektowania oświetlenia wskazują, że podstawowym celem projektu jest dobór oświetlenia zgodnego z normami, bezpiecznego i przyjaznego dla oczu użytkowników. Projekt pozwala na właściwy dobór opraw, optymalizację systemu oświetleniowego i osiągnięcie oszczędności finansowych.
Opracował: Tomasz Demianiuk
