3

CRITERII MODERNE N CONCEPIA SISTEMELOR DE ILUMINAT INTERIOR

Cornel BIANCHI, Oana DOBRE Universitatea Tehnic de Construcii Bucureti

Rezumat

Pe baza cercetrii internaionale/naionale i a normelor CIE (Commission Internationale de lEclairage) sunt abordate criteriile moderne ale concepiei sistemelor de iluminat interior i cteva aspecte eseniale determinante pentru realizarea ambientului luminos, confortabil, funcional, estetic i economic din punctul de vedere energetic.

1. Aspecte determinante ale concepiei moderne

Lucrarea de fa propune structura tratrii up to date a concepiei sistemelor de iluminat interior, pe baza unor criterii specifice determinate att de experiena/cercetarea i normarea pe plan internaional ct i de contribuiile realizate pe plan naional. Astfel, soluia trebuie determinat pe baza aspectelor cantitative i calitative ale mediului luminos confortabil, funcional i estetic, n conexiune cu cerinele/aspectele specifice ale sistemului de iluminat, n funcie de destinaia sa, pentru ca apoi s se ajung la soluia de sistem, fr a neglija recomandarea Ghidului de Iluminat Iinterior CIE (Capitolul 1. Introducere) i anume: Trebuie inut seama de faptul c iluminatul nu este o tiin exact, el se ocup att de oameni, ct i de obiecte, iar iluminatul ntr-un interior dat nu este bun dac ocupanii nu-l plac. Contientizarea faptului c ilumi-natul este mai mult art dect tiin este ntr-adevr determinant pentru o apreciere global i corect a ceea ce este important n iluminatul interior. n figura 1 este indicat procedura de tratare a concepiei/proiectrii sistemelor de iluminat interior.

Fig. 1 Structura tratrii concepiei/proiectrii sistemelor de iluminat interior. (S-au notat M.CLL metoda curbelor de luminan limit; M. UGR metoda UGR Unified Glare Rating; M. RO metoda romneasc).

Componentele determinante ale mediului luminos pot fi urmrite n figura 2, care le sintetizeaz selectiv pe cele cantitative (iluminare i luminan, distribuie spaial a fluxului emis de corpurile de iluminat) i pe cele calitative (distribuia luminanelor n planul de activitate i cmpul vizual, modelarea sarcinilor vizuale i direcionarea luminii, culoarea luminii (a. surse - redare, culoarea aparent i b. suprafee reflectante). De asemenea, figura releveaz i conexiunile determinante ntre componente. Semnificaiile conexiunilor sunt urmtoarele: C1 - cu ct nivelul de iluminare este mai ridicat cu att redarea culorilor este mai bun; C2 - distribuia fluxului, respectiv fluxul inferior determin nivelul iluminrii; C3 - de asemenea, distribuia fluxului determin distribuia luminanelor n cmpul vizual (C5) care este influenat (reciproc) de

4

direcionarea luminii, aceasta fiind evident determinat (C4) de tipul i poziia corpului (adic de distribuia fluxului); C3 - nivelul de iluminare (sau aa cum mai este definit densitatea de flux n planul util) influeneaz i distribuia luminanelor n planul util.

Fig. 2 Mediul luminos interior confortabil - componentele determinante.

Criteriile/cerinele specifice ale sistemelor depind evident de tipul activitii. De exemplu pentru birouri (ncperi pentru activitate intelectual) sunt: - redarea corect a sarcinii vizuale plane (scris, citit, desenat); - evitarea contrastelor n planul util, cmpul vizual central i periferic, ce produc orbirea psihologic; - redarea corect a sarcinii vizuale pe ecranul calculatoarelor; - evitarea reflexiilor de voal pe suprafeele de lucru clasic, dar mai ales pe ecranele calculatoarelor. Pentru spaiile comerciale, iluminatul trebuie s realizeze o ambian global cald, atractiv, cu accenturi i modelri ale exponatelor i cu o redare foarte bun ctre excelent a culorilor, uneori intervenind neuniformiti de iluminare n anumite limite acceptabile, pentru punerea n eviden a unor produse. Trebuie menionat c cerinele specifice n funcie de destinaie sunt date n literatura de

specialitate, menionnd Ghidul de iluminat interior CIE [4], aprut n aprilie 1999, ntr-o ediie redus n Romnia, prin grija CNRI i publicaiile menionate n bibliografie [1, 2, 3, 5]. Pentru magazine, n afara celor amintite, publicaiile PHILIPS aduc contribuii deosebite (colecia INTERNATIONAL LIGHTING REVUE i LIGHTING MANUAL 93). n afara modului de tratare menionat al concepiei sistemelor, trebuie luate n conside-rare i alte aspecte moderne deosebite descrise mai departe. 1) Integragrea arhitectural a sistemelor de iluminat, condiie sine qua non pentru realizarea ambianei luminoase i estetice, att a iluminatului natural i a celui artificial ct i a combinaiei celor dou. 2) Integrarea funcional a sistemelor de iluminat artificial i natural prin realizarea unui sistem permanent dinamic acordat cu variaiile permanente ale luminii naturale. Numai un astfel de sistem poate asigura parametrii necesari confortului (nivel, uniformitate n planul activitii i n cmpul vizual) i estetice n condiiile utilizrii luminii naturale combinat cu cea artificial, menit s compenseze neuniformitile iluminatului natural. 3) Concepia unor sisteme de iluminat flexibile n timp i spaiu capabile s se adapteze la schimbri funcionale sau recompartimentri la birouri (administraie, proiectare .a.), fie la schimbri determinate de variaia n timp a esteticii, stilului, mentalitii, modei .a., aa cum se ntmpl n alte interioare (locuine, spaii comerciale, muzee .a.), fie la schimbri tehnologice (n industrie). 4) Utilizarea echipamentului modern ca: surse de lumin noi sau relativ noi, corpuri de iluminat noi, inclusiv cele cu posibiliti de modificare a distribuiei fluxului i echipamentul anex de control, stabilizare, amorsare i reglare, din noua generaie, care creaz pe ansamblu posibilitatea reglajului permanent i creterea eficacitii globale (de exemplu: surs+balast electronic). n continuare se vor pune n eviden i detalia ntr-o msur moderat, cele patru aspecte moderne relevate, determinante n concepia

5

unor sisteme de iluminat moderne confortabile, economice, funcionale i estetice. 2. Structura i funcionarea sistemelor integrate i flexibile.

Primele trei aspecte relevate (integrarea iluminatului cu arhitectura, integrarea iluminatului artificial cu cel natural i realizarea unor sisteme de iluminat flexibile n timp i spaiu) trebuie armonizate pas cu pas, atunci cnd se concepe/proiecteaz sistemul de iluminat interior. Dac, n mod curent, sistemele de iluminat artificial au fost i sunt uzual concepute ca un sistem n general STATIC, cu eventuale posibiliti de reglaj n trepte manual, funcie de aportul de lumin natural, noua mentalitate promovat i n Romnia din 1975-1980 de ctre Colectivul/Catedra de Luminotehnic a Universitii Tehnice de Construcii Bucureti, const n crearea unui sistem de iluminat permanent DINAMIC, cu posibiliti de reglare automat n funcie de aportul luminii de zi (foarte variabil), a iluminatului artificial, care reprezint o component compensatoare a variaiei foarte mari a luminii naturale, att din punctul de vedere al schimbrii diurne ct i a gradului de acoperire a cerului.

Fig. 3 Sisteme de iluminat artificial i natural statice i permanent dinamice.

n figura 3 sunt prezentate schematic sistemele de iluminat natural i artificial n varianta static (clasic) i dinamic (modern).

Pentru a se asigura o integrare corespunztoare a iluminatului natural extrem de variabil i cu acces, n general, total asimetric (ferestrele se prevd uzual numai pe una din prile laterale ale ncperii, n aa fel nct iluminarea scade rapid ctre interior), este necesar realizarea unui sistem artificial permanent dinamic, care prin procesare automat s compenseze aceast variaie pentru a realiza echilibrul distribuiei iluminrii n planul util i al distribuiei luminanelor n cmpul vizual. n figura 4 se poate urmri variaia iluminrii naturale 1 i a celei artificiale 2 - produs de funcionarea surselor B, pentru un sistem asimetric dirijat, precum i a valorilor nsumate 3 care pot astfel asigura uniformitatea acceptabil, la punerea n funciune a irului de corpuri de iluminat din zona central.

Fig. 4. Variaia luminii naturale i compensarea cu lumin artificial ntr-o sal de cursuri.

Dac adncimea ncperii (a) fa de zona accesului luminii naturale (ferestre) este mai mare de trei-patru ori fa de nlimea ncperii (h) la dimensiuni medii ale ferestrelor, adic a> (3-4)h, atunci se impune n zona opus ferestrelor un iluminat suplimentar permanent n conformitate cu recomandrile internaionale (PSALI - Permanent Suplementary Lighting of Interiors). Procesarea automat a componentelor naturale i artificiale, care va asigura i reducerea consumului energetic pentru iluminat, se realizeaz prin: - variaia accesului de lumin natural (jaluzele cu comand automat), (a nu se uita: accesul solar direct ntr-o ncpere de lucru nu este acceptabil datorit contrastelor de luminan inadmisibile ce le creaz); - variaia fin i/sau n trepte a componentelor iluminatului artificial. Trebuie reamintit c variaia fin a emisiei fluxului surselor de lumin cu descrcri,

6

echipate cu balasturi electronice sau clasice, este limitat pn la aproximativ 50% din valoarea nominal, fiind realizabil cu o investiie mai mare dect cea n trepte, dar avnd avantajul meninerii constante a confortului. Evident, variaia iluminrii naturale este sesizat de fotocelule dimensionate corespunztor nct s transmit comanda de acionare a treptelor sau reglajului fin al iluminatului artificial. Pentru ncperi de tip birouri destinate activitii intelectuale (scris, citit, desenat, lucru la calculator), n care n mod evident gradul de ocupare este variabil, se poate introduce, n scopul economiei de energie, i acionarea automat n funcie de gradul de ocupare (prin senzori de prezen) sau/i programare orar la birourile mari sau sli de nvamnt, care funioneaz cu un anumit orar i, nu n ultimul rnd, posibilitatea comenzii manuale localizate sau automate (cu senzor de prezen). Dezavantajul sistemului cu senzori de prezen n ncperi medii/mari/foarte mari este alternarea petelor de lumin/iluminat n zona de prezen, cu ntunericul din restul ncperii, situaie care produce un inconfort inacceptabil activitii intelectuale. n aceste condiii, sistemul poate fi utilizat numai accidental, pentru perioade scurte de lucru sau/i perioade mai lungi cu condiia ca ncperea s fie compartimentat cu perei despritori uori i de nlime aproximativ 2 m.

Toate sistemele de iluminat interior integrate sau nu trebuie acordate cu posibilitatea de variaie/flexibilitate n timp i spaiu, pentru adaptarea permanent, fr investiii suplimentare i modificri la necesitile ce apar. n figura 5 sunt puse n eviden cteva aspecte caracteristice pentru realizarea de soluii flexibile i adaptabile n combinaie cu integrarea tratat anterior. n toate cldirile moderne (indiferent de destinaie) este necesar s se realizeze echiparea cu un sistem flexibil, sistemul fix fiind depit. Iat cteva posibiliti: - modificarea poziiei corpurilor de iluminat (fixe relativ) prin direcionri posibile din

acelai punct de montaj la coordonate spaiale diferite, funcie de necesitile sau dorinele beneficiarilor, variabile n timp (spaii comerciale, muzee, expoziii, locuine .a.); - modificarea poziiei corpurilor de iluminat mo-bile pe o anumit direcie (montaj pe in/canal); - schimbarea corpurilor de iluminat cu altele mai moderne; - modificarea parametrilor sursei de lumin prin sisteme de reglaj manual sau automat; - modificarea geometriei unor corpuri de ilumi-nat sau a focalizrii sursei n cadrul acestora, care conduce la o alt distribuie de flux luminos.

Fig. 5. Prezentarea schematic a posibilitilor de realizare a sistemelor de iluminat flexibile/adaptabile.

Desigur, o instalaie electric modern trebuie s poat asigura o modificare poziional n special n ncperi cu schimbri frecvente a poziiei exponatelor. n aceste condiii o instalaie clasic este inadecvat, ea trebuind s fie nlocuit cu elemente modulare, canale, ine complexe, aa cum multe firme din Europa le produc. O problem special o prezint birourile actuale de proiectare, administraie .a., la care prezena i densitatea calculatoarelor, respectiv a display-urilor, a crescut i crete continuu.

7

Deci, fa de rezolvrile clasice cu corpuri de iluminat directe sau semidirecte, trebuie introduse soluii noi pentru evitarea reflexiei de voal, care se manifest pe ecranele display-urilor. Astfel, soluiile cu corpurile de iluminat cu distribuie directe i indirecte, ce pot fi acionate separat, devin o necesitate pentru ncperile medii, mari i foarte mari. Utilizarea exclusiv a sistemelor de iluminat indirect cu surse MH a devenit o soluie curent la o mare densitate de display-uri i de suprafee vitrate sau lucioase, care pot produce reflexii de voal derutante i provocatoare de inconfort vizual (orbire reflectat). O variant mai dificil de realizat pentru evitarea reflexiei este amplasarea fix a locului calculatorului n funcie de poziia surselor, pentru ncperi mici. Din punctul de vedere al flexibilitii n timp, problemele sunt similare pentru toate ncperile destinate activitii umane de munc intelectual sau fizic, sistemele trebuind, prin echipament luminotehnic i electric, s asigure modificri dictate de necesitile diferite. O tendin actual pe plan internaional este modernizarea sistemelor de iluminat destinate birourilor i ncperilor similare vechi, care trebuie astzi adaptate la condiiile echipamentului nou (display-uri) i a nivelurilor de iluminare ridicate. Problema este de multe ori dificil datorit soluiei clasice cu corpuri de iluminat nglobate n plafon, care n condiiile de sear creaz contraste suprtoare de luminan corp-plafon la periferia cmpului vizual n special n ncperile medii/mari/foarte mari, determinnd orbire psihologic (de inconfort) duntoare activitii de munc. Compensarea se poate realiza prin corpuri de iluminat moderne cu luminan sczut i cu difuzie activ lateral ctre pereii de culoare deschis sau prin introducerea (dificil de multe ori) i a unor corpuri indirecte. Evident, n cele expuse au fost menionate cteva soluii actuale ce reprezint, de asemenea, o preocupare n cercetare a Catedrei de Luminotehnic i Instalaii electrice din cadrul Universitii Tehnice de Construcii Bucureti i a CNRI.

3. Implementarea surselor de lumin noi sau relativ noi.

Un aspect deosebit de important ntr-o concepie up to date este att cunoaterea profund a caracteristicilor surselor de lumin n general i a celor noi/reltiv noi n special, precum i implementarea/utilizarea lor n sistemele noi sau reabilitate, depind mentalitatea ineriei obinuiei i selectnd ceea ce este mai bun, mai de calitate n soluia de sistem de iluminat proiectat. Trebuie reamintit c n segmentul Luminii i Iluminatului, dezvoltarea permanent ntr-un timp relativ scurt a surselor performante a depit de multe ori ateptrile, demonstrnd dinamismul deosebit al domeniului i necesitatea de adaptare, dup o cunoatere corespunztoare a surselor adecvate sistemului proiectat. n figura 6 sunt artate sursele de lumin noi i relativ noi, iar n continuare o scurt prezentare

a caracteristicilor lor.

Fig. 6. Surse de lumin noi i relativ noi.

Lampa cu inducie (n special varianta QL - PHILIPS), care ajunge la o durat de via de 60.000 ore, datorit realizrii agitaiei moleculare determinate de cmpul electro-magnetic indus, prin trecerea unui curent alternativ de foarte nalt frecven, n locul acceleraiei clasice realizat de descrcarea ntre cei doi electrozi ai lmpilor tubulare sau compacte fluorescente. Aceast lamp poate fi utilizat n principal datorit duratei de via, n locuri greu accesibile din interiorul sau exteriorul cldirii, dar ea posed i alte caliti deosebite (redare foarte bun a culorii, lipsa

8

plpirii, meninerea minim, amorsare practic instantanee). Lampa inteligent DSX-T produs de OSRAM i care utilizeaz o descrcare n arc n mediu de vapori de sodiu i xenon ajunge la un indice de redare de peste 80 i prin intermediul unui microprocesor poate schimba temperatura de culoare de la 2600 K la 3000 K printr-o simpl comutare. Aceast calitate poate fi utilizat de exemplu fie la trecerea de la zi la noapte (reducere Tc), fie n funcie de dorinele utilizatorilor (la locuine). Din lmpile relativ noi nu trebuie uitat lampa cu descrcri n vapori de mercur de nalt presiune i cu adaosuri de halogenuri metalice, MH, care datorit calitilor sale deosebite de redare a culorii i eficacitate (Ra=75-83, e=75- 92 lm/W i Tc=3000-5600 K) este azi din ce n ce mai utilizat n sistemele de iluminat interior (gama PHILIPS MHN culoare neutr, MHW i CDM culoare cald) la nlimi mici i medii pretndu-se la distribuii de regul indirecte ale fluxului luminos, sau directe la nlimi medii i mari. Trebuie reamintit, de asemenea, noua gam SON PHILIPS, SON i SON-T Confort, cu Ra =60 i e=82-100 lm/W i Tc=2200 K i SDW (white SON) cu Ra=85, iar Tc=2500 K, dar eficacitatea numai 37-48 lm / W, ce poate fi de asemenea utilizat n sistemele interioare (n special SON i SON-T Confort la care eficacitatea luminoas este foarte bun n condiiile redrii acceptabile a culorilor) iar SDW atunci cnd se cere o redare foarte bun. Desigur nu trebuie neglijat c pentru majoritatea interioarelor funcionale, cu activitate de munc intelectual sau manual, sau spaii comerciale medii i mari i multe alte destinaii sunt utilizate lmpile fluorescente tubulare, care prin structura lor geometric, eficacitate, durat de via, culoare aparent i redare de culori sunt cele mai adecvate sistemelor de iluminat interior. n general este indicat utilizarea lmpilor din noua generaie cu 26 mm (de exemplu PHILIPS sau OSRAM) a cror eficacitate variaz n funcie de calitate ntre 63-96 lm/W pentru lmpile de 36/40W, cu observaiile urmtoare:

- redare foarte bun ctre excelent, conduce la o scdere a eficacitii datorit complexitii stratului luminofor; - o redare bun - foarte bun corespunde unei eficaciti foarte bune; - iar la redarea modest - bun corespunde o eficacitate de acelai ordin de mrime. Excepie de la aceste caracteristici o fac culorile reci (lumina de zi) care prezint valori diferite fa de cele menionate, deci alegerea trebuie fcut cu atenie n funcie de cerinele caracteristice. De altfel trebuie subliniat c n conformitate cu ghidul CIE lumina rece nu este recomandat pentru nici un tip de interior. Utilizarea lmpilor echipate cu balasturi electronice are urmtoarele avantaje deosebite: - creterea eficacitii globale a sistemului lamp - balast, care de fapt arat valoarea real a eficacitii energetice (de exemplu, lampa de 36 W cu balast clasic care consum 10 W, la o lamp de eficacitate de 90 lm/W, prezint o eficacitate global de 70,4 lm/W, iar n cazul balastului electronic al crui consum tinde la zero, eficacitatea global va fi aproximativ 90 lm/W); - nu prezint efect de plpire; - amorsare practic instantanee (fr starterul clasic); - crete durata de funcionare; - factorul de putere unitar; - nu prezint pierderi de cldur; - nu prezint zgomot; - greutate redus. Trebuie precizat c reglajul fluxului se poate realiza ntr-o gam larg numai prin variaia frecvenei curentului n circiutul de alimentare a lmpii. Posibiliti deosebite pentru utilizare ale lmpilor fluorescente compacte n locuine i hoteluri, spaii comerciale mici sau pentru iluminatul de accent n orice spaiu comercial sau muzee, expoziii sau alte ncperi care se preteaz la surse punctuale de mic putere, face ca implementarea lor s fie o necesitate actual datorit consumului redus de energie (cinci-ase ori mai puin) i a duratei de funcionare (opt pn la zece ori mai mult) fa de lampa incandescent clasic utilizat n trecut la necesiti similare. De exemplu, gama variat PHILIPS ca forme i puteri, SL (Decor, Agro), PL (PL-S, PL-C) i

9

PLC. E (cu balast electronic) ca i gama OSRAM, GE .a., pot satisface toate necesi-tile curente pentru destinaiile corespunz-toare cu condiia alegerii corecte a culorii apa-rente (funcie de temperatura de culoare Tc) i redrii culorii (funcie de indicele de redare Ra). Evident c alegerea surselor de lumin trebuie acordat cu o opiune i selectare a corpurilor de iluminat, esenial pentru asigurarea confortului, funcionalitii estetice i integrrii sistemelor artificiale de iluminat cu cele naturale. Lucrarea de fa a ncercat s evidenieze aspectele ce trebuie luate n considerarea i aprofundate de ctre cei care concep/ proiecteaz sistemele de iluminat noi sau renoveaz cele depite. n alte tratri ulterioare se vor analiza cazuri particulare specifice unei destinaii ale cldirii.

Bibliografie

1. Bianchi. C, Luminotehnica vol I, Ed. Tehnic 1990. 2. Bianchi. C, Sistem de Iluminat Interior i Exterior, Concepie, Calcul, Soluii, Ed. Matrix Rom, 1998. 3. CIE - Guide on Interior Lighting, publ. 29.2, 1986, CIE Wiena, Austria. 4. CIE Ghidul de Iluminat Interior al CIE n conexiune cu mediul luminos. 5. PHILIPS, Lighting Manual, Ediaia 15, 1993, Eindhoven, Olanda. 6. Revue de lEclairage, LUX nr. 183 / 1995, Paris,Frana.

Cornel BIANCHI, Profesor, Dr.ing. Oana DOBRE, preparator Catedra Luminotehnic i Instalaii electrice Facultatea de Instalaii Universitatea Tehnic de Construcii Bd. Pache Protopopescu Nr. 66, 73232 Bucureti Tf.: 01. 2524280 Fax: 01. 252 6880 E-mail: cnri@pcnet.pcnet.ro