1. POJĘCIA OGÓLNE.

1. POJĘCIA OGÓLNE.

2. ŚWIATŁO DZIENNE.

2. ŚWIATŁO DZIENNE.

3. NORMOWANIE OŚWIETLENIA

3. NORMOWANIE OŚWIETLENIA

DZIENNEGO.

DZIENNEGO.

4. OBLICZANIE WSPÓŁCZNNIKA

4. OBLICZANIE WSPÓŁCZNNIKA

OŚWIETLENIA DZIENNEGO.

OŚWIETLENIA DZIENNEGO.

ŚWIATŁO DZIENNE W

ŚWIATŁO DZIENNE W

BUDYNKACH

BUDYNKACH

1. POJĘCIA OGÓLNE.

1. POJĘCIA OGÓLNE.

Światło jako promieniowanie optyczne jest promieniowaniem
elektromagnetycznym o fali długości 380÷760 nanometrów (nm = 10

-

9

m), wykrywane przez oko ludzkie.

Przez światło rozumie się oprócz promieniowania widzialnego również
promienio-wanie podczerwone i promieniowanie nadfioletowe, które
mają zbliżone właściwości i także są badane metodami optycznymi.

W oddziaływaniu światła z materią uwidaczniają się jego właściwości
falowe i korpuskularne (dualizm falowo-korpuskularny). Właściwości
falowe światła uwidacz-niają się w zjawiskach takich jak:

- odbicie i załamanie światła,

- dyfrakcja,

- interferencja,

- polaryzacja.

Właściwości korpuskularne uwidaczniają się np. w absorpcji
doprowadzającej do luminescencji , zjawiska fotoelektrycznego i jonizacji,
oraz w ciśnieniu wywieranym przez światło.

W próżni światło rozchodzi się z prędkością

c

c=2,99792458

.

10

8

m/s, w

innych ośrodkach z prędkością mniejszą, równa ilorazowi

c

c i

współczynnika załamania światła.

Najsilniejszymi źródłami światła docierającego do ziemi są gwiazdy,
największe natężenia ma promieniowanie pochodzące od Słońca. Źródłami
światła są też inne ciała wysyłające światło w wyniku wzbudzenia np.
termicznego, absorpcji promieniowania czy reakcji chemicznej.

Światło zawierające wszystkie długości fali w proporcjach takich jak w
promieniowaniu słonecznym daje wrażenie światła białego. Światło to
można rozczepić na składowe o określonej długości fali, otrzymując widmo
ciągłe.

Promieniowanie jako energia elektromagnetyczna wysyłana jest dawkami
zwanymi kwantami promieniowania lub fotonami. Od częstości drgań
fotonów zależy długość fali elektromagnetycznej

λ

λ

. Nieznaczna cześć

promieniowania (o długości od 380 do 760 nm) działa na wzrok człowieka.
Zakres tego promieniowania to światło.

10

22

1
0

2

1

10

20

10

19

10

18

10

17

10

16

10

15

10

14

10

13

10

12

10

11

10

10

10

9

10

8

10

7

10

6

10

5

10

-14

10

-13

10

-12

10

-11

10

-10

10

-9

10

-8

10

-7

10

-6

10

-5

10

-4

10

-3

10

-2

10

-1

1

10

1

10

2

10

3

10

4

Promienie

kosmiczne

wtórne

Promieniowanie γ

Promieniowani

e Rentgena

Pr

o

m

ie

n

io

w

a

-

n

ie

u

lt

ra

fi

o

le

-

to

w

e

Promieniowanie

Promieniowanie

widzialne

widzialne

Promieniowanie podczerwone

Fale radiowe

Ultra-krótkie

K

ró

tk

ie

Ś

re

d

n

ie

D

łu

g

ie

RODZAJE PROMIENIOWANIA

RODZAJE PROMIENIOWANIA

ELEKTROMAGNETYCZNEGO.

ELEKTROMAGNETYCZNEGO.

Częstotliwości
drgań [Hz]

Długość
fali [m]

Przy tej samej mocy mechanicznej, promieniowanie o różnych
długościach działa na wzrok z różną intensywnością, jest różnie widziane.
Stosunek widzialności danego rodzaju światła do widzialności promieni
żółtozielonych, przyjętej jako jedność nazywamy

względną skutecznością

względną skutecznością

świetlną

świetlną

ν

ν

.

.

(Np. skuteczność świetlna światła pomarańczowego ν=0,61.)

Miarą mocy świetlnej jest iloczyn mocy mechanicznej i względnej
skuteczności świetlnej danego światła. Tak wyrażona moc świetlna
promieniowania nazywa się

stru-mieniem świetlnym

stru-mieniem świetlnym

Φ

Φ

.

.

Źródłem światła może być punkt świecący lub powierzchnia świecąca.

Natężenia źródła światła charakteryzuje jego

światłość I.

światłość I.

Określa ona

gęstość kątową wypromieniowa-nego strumienia świetlnego – stosunek
wielkości strumienia świetlnego

Φ

Φ

do opwied-niego kąta przestrzennego

ω

ω

,w którym ten strumień się rozprzestrzenia.

ω

Φ

=

d

d

I

ω

Φ

=

I

lub

Jednostką światłości jest

kandela [cd].

kandela [cd].

Kandela – 1/60 światłości tzw. ciała

czarnego w temperaturze krzepnięcia platyny to jest 2044K; 1771ºC.

Pochodna kandeli – praktyczna jednostka strumienia świetlnego

lumen

lumen

[lm].

[lm].

Lumen to wielkość strumienia świetlnego wypromieniowanego

wewnątrz kąta przestrzennego 1 sr (steradiana) przez źródło światła o
jasności 1,0 cd. (1,0 lm =cd

.

sr)

Natężenie oświetlenia E

Natężenie oświetlenia E

określa gęstość powierzchniową strumienia

świetlnego padającego na pewną powierzchnię, mierzy się ją stosunkiem
wielkości tego strumienia do powierzchni oświetlonej.

dF

d

E

Φ

=

lub

2

2

m

sr

cd

m

1

lm

1

lx

1

=

=

Jednostką jest

luks [lx].

luks [lx].

Luminacja L -

Luminacja L -

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.

α

Rzut powierzchni świecącej

F

.

cos α

Powierzchnia
świecąca F

Oko

patrzące

go.

α

•

=

cos

dF

dI

L

α

•

=

cos

F

I

L

lu
b

Schemat do

określenia pojęcia

luminacji

Jednostką luminacji jest

nit

nit

[nt].

[nt].

1,0 nt = cd/m

2

F

E

Φ

=

.

Jeżeli pole

F

F

powierzchni świecącej oświetla część płaszczyzny znajdującej

się od niej w odległości

r

r

znacznie przekraczającej wymiary pola

F

F

to

natężenie oświetlenia

E

E

w punkcie

P

P

określa się wzorem:

2

r

cos

I

E

β

=

Normalna do

powierzchni

oświetlanej

r

Powierz

chnia

oświetla

na

Normalna do

powierzchni

świecącej

α

Kierun
ek α

β

Kąt
przestrzenn
y ω

Powierzchnia
świecąca F

Podstawiając:
- światłość powierzchni
świecącej I = L

.

F

.

cos

α - kąt przestrzenny
ω

obej-mujący

powierzchnię

świe-

cącą

F

z

punktu

oświet-lanego P

2

r

Fcosα

=

ω

β

ω

=

cos

L

E

Jest to tzw.

prawo rzutu kąta przestrzennego,

prawo rzutu kąta przestrzennego,

z którego wynika, że

natężenie oświetle-nia w danym punkcie płaszczyzny oświetlanej przez
powierzchnię świecącą jest równe iloczynowi luminacji powierzchni
świecącej i rzutu na płaszczyznę oświetlaną kąta przes-trzennego,
obejmującego z danego punktu powierzchnię świecącą.

Zależność ta jest podstawą metod wyznaczania oświetlenia światłem
dziennym.

P

P

Strumień świetlny padający na pewną powierzchnię

Φ

Φ

p

p

może być:



częściowo pochłonięty

Φ

Φ

α

α



częściowo odbity

Φ

Φ

ρ

ρ



częściowo przepuszczony

Φ

Φ

r

r

.

Suma promieni pochłoniętych, odbitych i przepuszczonych musi się
równać strumie-niowi padającemu. Materiał ma współczynniki:



pochłaniania

α

α

=

=

Φ

Φ

α

α

/

/

Φ

Φ

p

p

,

,



odbicia

ρ

ρ

=

=

Φ

Φ

ρ

ρ

/

/

Φ

Φ

p

p

,



przepuszczania

τ

τ

=

=

Φ

Φ

r

r

/

/

Φ

Φ

p

p

,

,

Dla praktyki oświetleniowej ważne są właściwości odbicia i
przepuszczania światła. Odbicie może być:



kierunkowe ( powierzchnia błyszczy),



rozproszone.

Przy odbiciu rozproszonym strumień światła jest rozproszony we
wszystkich kierunkach a światłość powierzchni jest największa w kierunku
do niej prostopadłym

I

I

max

max

a w każdym innym kierunku tworzącym kąt

α

α

będzie:

I = I

I = I

max

max

.

.

cos

cos

α

α

Podstawiając wartość

I

I

do wzoru na światłość:

α

•

=

cos

F

I

L

otrzymamy:

const.

F

I

cos

F

cos

I

L

max

max

=

=

α

α

=

Luminacja powierzchni świecącej lub odbijającej w sposób rozproszony nie
zależy od kierunku z którego patrzymy, powierzchnia wydaje się
patrzącemu na nią, jednakowo jasna ze wszystkich kierunków.

Przy odbiciu rozproszonym reakcję wzrokową określa się za pomocą
natężenia oświet-lenia

E

E

i współczynnika

ρ

ρ

:

L =

L =

ρ

ρ

.

.

E

E

Przepuszczalność światła może być kierunkowa lub rozproszona. Materiały
przepusz-czające światło nazywamy

przeźroczystymi

przeźroczystymi

(szkło okienne).

Materiały przepuszczające światło w sposób rozproszony są

przejrzyste

przejrzyste

(szkło matowe).

2. SWIATŁO DZIENNE.

2. SWIATŁO DZIENNE.

Światło dzienne, część promieniowania słońca, jest najzdrowszym dla
oczu rodzajem światła. Towarzyszą mu najbliższe rodzaje promieniowania:

promienie ultra fioletowe, o większej częstotliwości drgań,

niszczące mikro-organizmy, szkodliwe dla zdrowia,

promienie

podczerwone

(infraczerwień)

o

mniejszej

częstotliwości drgań, dostarczające ciepła.

Światło dzienne stwarza dobry nastrój i dobre samopoczucie – jest to
ważne psycho-logiczne oddziaływanie światła dziennego.

Ujemną cechą światła jest jego zmienność w zależności od czasu (pora
dnia) i warunków atmosferycznych.

Istnieje tendencja do projektowania otworów oświetleniowych dla
warunków średnio rocznych i uzupełniania oświetlenia dziennego tam gdzie
ono jest niedostateczne (gorsze warunki atmosferyczne, głębokie trakty
itp.) światłem sztucznym o odpowiednio dobranej barwie. Stałe
uzupełniające oświetlenie sztuczne – PSALI (Permanent Sup-plementary
Artificial Lighting) – wymaga innego rozmieszczenia źródeł światła i innych
niż natężeń niż oświetlenie sztuczne samodzielne.

1314 15 1617 18 1920 21

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

12

N

a

tę

że

n

ie

o

św

ie

tl

e

n

ia

[

l

x

]

70 000

10 000

Godziny doby

miesiąc
grudzień

miesiąc
czerwiec

NATĘŻENIE

NATĘŻENIE

OŚWIETLENIA

OŚWIETLENIA

DZIENNEGO NA

DZIENNEGO NA

OTWARTEJ

OTWARTEJ

PŁASZCZYŹNIE

PŁASZCZYŹNIE

POZIOMEJ.

POZIOMEJ.

1000

Oświetlenie dzienne w budynku zależy od wielu czynników niezależnych
od człowieka i takich, które człowiek może organizować i regulować:

pory roku i dnia,

stan atmosferyczny (zachmurzenie, mgła itp.),

orientacja budynku w stosunku do stron świata,

rodzaj, wielkość i usytuowanie otworów oświetleniowych,

wielkość i położenie otworów w stosunku do wymogów

pomieszczenia,

otoczenie budynku,

przepuszczalność światła przez okna,

barwa, faktura powierzchni wnętrza (ściany, sufit, podłogi).

Światło słoneczne dociera do ziemi jako światło bezpośrednie (częściowo)
oraz jako światło rozproszone przez atmosferę tzw.

światło nieboskłonu.

światło nieboskłonu.

Odpowiednie przepisy wymagają by budynki mieszkalne były
nasłonecznione w ciągu zrównania dnia z nocą (21.III i 21.IX) minimum 3
godziny.

Natężenie oświetlenia dziennego we wnętrzu budynku zależne jest od
natężenia na otwartej przestrzeni oraz wielkości i położenia otworów
oświetleniowych.

Natężenie we wnętrzu jest proporcjonalne do wycinka nieboskłonu, który
go oświetla, czyli od wielkości kąta przestrzennego obejmującego ten
wycinek.

l : h

0

= 3,5

l :h

o

= 3,0

l : h

0

= 2,5

l : h

0

= 2,0l : h

0

= 1,5

h

0

h

0

h

0

Płaszczyzna robocza

l

N

a

tę

że

n

ie

o

św

ie

tl

e

n

ia

l :h

0

= 1,5

l : h

0

= 2,0 l : h

0

= 2,5

l : h

0

= 3,0

l : h

0

=3,5

ZALEŻNOŚĆ NATĘŻENIA OŚWIETLENIA DZIENNEGO OD

ZALEŻNOŚĆ NATĘŻENIA OŚWIETLENIA DZIENNEGO OD

RODZAJU I POŁOŻENIA OTWORÓW OŚWIETLENIOWYCH

RODZAJU I POŁOŻENIA OTWORÓW OŚWIETLENIOWYCH

PRZY USYTUOWANIU BOCZNYM.

PRZY USYTUOWANIU BOCZNYM.

Zależność natężenia oświetlenia
od wartości l:h

0

.

3. NORMOWANIE OŚWIETLENIA DZIENNEGO.

3. NORMOWANIE OŚWIETLENIA DZIENNEGO.

Oprócz warunków określonych aktami normatywnymi funkcjonują

wskaźniki orienta-cyjne

wskaźniki orienta-cyjne

:

odległość między równoległymi budynkami minimum 1,5 wysokości

wyższego budynku – z uwagi na dostęp światła dziennego

najmniejszy dopuszczalny stosunek powierzchni okien do powierzchni

podłogi. (Wskaźnik mało precyzyjny, podawany w literaturze.)

Najprostszy wskaźnik orientacyjny powinien uwzględniać wielkość otworów
okiennych i głębokość pomieszczenia.

L : h

0

Stosunek powierzchni okien do powierzchni podłogi
pomieszczenia

F

0

: F

p

Czynność wzrokowa

Dokładna

Średnio dokładna

Zgrubna

1,5

O,20

0,15

0,10

1,5÷2,0

0,25

0,20

0,13

2,0÷2,5

0,30

0,25

0,16

2,5÷3,0

Niedopuszczalne

0,30

0,20

3,0÷3,5

Niedopuszczalne

0,30

0RIENTACYJNE WSKIŹNIKI DLA OŚWIETLENIA BOCZNEGO

Uwaga:

Okna podwójne , +85 cm nad podłogą, nie zaciemnione przeszkodami

zewnętrznymi.

L – głębokość pomieszczenia, h

0

– wysokość okna nad płaszczyzną roboczą.

Warunki oświetlenia wnętrz światłem dziennym określają normy.
Kryteriami są:

natężenie oświetlenia,

równomierność oświetlenia.

Wobec zmienności natężenia oświetlenia dziennego określa się je nie w
jednostkach bezwzględnych – luksach, lecz za pomocą

współczynnika

współczynnika

oświetlenia dziennego e.

oświetlenia dziennego e.

Współczynnik oświetlenia dziennego

e

e określa stosunek natężenia

oświetlenia w danym punkcie wnętrza

E

E

p

p

, lub średniego w całym

pomieszczeniu

E

E

śr

śr

, do równoczesnego natężenia zewnętrznego

E

E

z

z

na

całkowicie otwartej przestrzeni.

z

śr

z

p

p

E

E

e

lub

E

E

e

=

=

Za pomocą tego współczynnika określa się równomierność oświetlenia
dziennego w po-mieszczeniu

δ

δ

:

max

min

max

min

e

e

E

E

=

=

δ

Współczynnik

e,

e,

wyrażony w procentach, jest w określonych warunkach

nieba pokrytego (całkowicie zachmurzonego), wielkością stałą dla każdego
punktu wnętrza. Daje się określić z wielkości geometrycznych
pomieszczenia, co pozwala sprawdzić warunki oświetlenia.

4. OBLICZANIE WSPÓŁCZYNNIKA OŚWIETLENIA DZIENNEGO.

4. OBLICZANIE WSPÓŁCZYNNIKA OŚWIETLENIA DZIENNEGO.

Współczynnik oświetlenia dziennego

e

e

, który obrazuje natężenie

względne oświetlenia wnętrza jest sumą trzech składowych:

e

e

n

n

– składowa nieboskłonu, pochodząca od światła padającego

bezpośrednio z nieboskłonu po przejściu przez oszklony otwór
oświetleniowy,

e

e

w

w

– składowa odbić wewnętrznych, pochodzącej od światła odbitego

wielokrotnie od wewnętrznej powierzchni w pomieszczeniu,

e

e

z

z

– składowa odbić zewnętrznych, pochodząca od światła odbitego

od powierzchni zewnętrznych (np. od przeciwległych budynków) i
przechodzącego przez otwór świetlny.

e = e

e = e

n

n

+ e

+ e

w

w

+ e

+ e

z

z

Składową nieboskłonu wyznaczamy ze wzoru:

e

e

n

n

= e

= e

n,0

n,0

.

.

τ

τ

0

0

.

.

q

q

w którym:

e

n,0

– współczynnik nieboskłonu obliczany jedną ze znanych metod ( np.

Daniluka, Wienera itp.),
q – współczynnik uwzględniający nierównomierny rozkład luminacji
wzdłuż południka, związany z wysokością kątową ω pionowego
przekroju otworu świetlnego obserwowanego z punktu pomiarowego
[q=3/7(1+2sinω)],
τ

0

– ogólny współczynnik przepuszczania światła przez otwór okienny

z uwzględnie-niem zaciemnienia konstrukcjami. ( τ

0

=τ

1

.

τ

2

.

τ

3

.

τ

4

)

Składowa odbić wewnętrznych

e

e

w

w

w dowolnym punkcie pomieszczenia

wynosi:

przy oświetleniu bocznym:

e

e

w

w

= e

= e

(n,b) min

(n,b) min

.

.

K

K

b

b

przy oświetleniu górnym:

e

e

w

w

= e

= e

(n,g) śr

(n,g) śr

.

.

K

K

g

g

przy oświetleniu mieszanym:

e

e

w

w

= e

= e

(n,b) min

(n,b) min

.

.

K

K

b

b

+ e

+ e

(n,g) śr

(n,g) śr

.

.

K

K

g

g

gdzie:

e

(n,b) min

– najmniejsza wartość składowej nieboskłonu pochodzącej od

światła bocznego, w przekroju charakterystycznym,

e

(n,g) śr

– średnia wartość składowej nieboskłonu,

K

b

; K

g

– współczynniki uwzględniające wpływ odbić wewnętrznych

zależne od śre-dnioważonego współczynnika ρ

śr

odbicia ścian, sufitu i

podłogi, obliczony wg normy.

Składowa odbić zewnętrznych

e

e

z

z

wyznaczana jest ze wzoru:

e

e

z

z

= 0,1e

= 0,1e

(n,o)

(n,o)

.

.

τ

τ

0

0

e

(n,0)

– wartość współczynnika nieboskłonu, jaką zapewniałoby

promieniowanie w danym punkcie promienie nieboskłonu zasłoniętego
budynkami przeciwległymi,

τ

0

– współczynnik przepuszczania światła (wg norm).

Wartość

e

e

z

z

uwzględnia się tylko w przypadkach gdy zaciemnienie

budynkiem prezciw-leglym zostało uwzględnione przy wyznaczaniu

e

e

n

n

.

Przy oświetleniu dziennym mieszanym obliczeniową wartość

Przy oświetleniu dziennym mieszanym obliczeniową wartość

współczynnika oświet-lenia dziennego należy obliczać dodając wartości

współczynnika oświet-lenia dziennego należy obliczać dodając wartości

współczynników obliczonych dla oświetlenia bocznego i górnego.

współczynników obliczonych dla oświetlenia bocznego i górnego.

Współczynnik oświetlenia dziennego

e

e

wyrażony w procentach jest w

warunkach tzw. „nieba pokrytego” wielkością stałą dla każdego punktu
wnętrza. Daje się on określić z wielkości geometrycznych pomieszczenia co
pozwala na sprawdzenie zaprojektowanych warunków oświetlenia.

Przestrzeganie wymaganych normą wartości

e

e

min

min

dla oświetlenia

bocznego oraz wartości

e

e

śr

śr

i określonej równomierności dla oświetlenia

górnego lub mieszanego, powinny być zawsze spełnione. Określenie
ogólnego

e

e

min

min

dla całego pomieszczenia nie wystarczy (oświetlenie miejsc

produkcji, powierzchni stołów pracy itp.). Należy w tym wypadku określić
wartość współczynnika

e

e

w kilku charakterystycznych punktach przekroju,

co pozwoli na wyznaczenie stref roboczych spełniających warunki

e

e

min

min

.

W pomieszczeniu o oświetleniu górnym lub mieszanym, wartość średnią
współczynnika oświetlenia dziennego

e

e

śr

śr

należy ustalać w strefie roboczej

charakterystycznego przekroju pomieszczenia, stosując wzór:

1

-

k

2

e

...

e

e

2

e

e

lub

e

k

3

2

1

min

śr

+

+

+

+

=

gdzie:

e

1

; e

2

; ... e

k

– wartość współczynnika oświetlenia dziennego w

poszczególnych punktach leżących na powstałych równoległych, z
których skrajne należy przyjmować na liniach granicznych strefy
roboczej pomieszczenia,

k – liczba punktów w których określono wartość

e

e.

Wartość

e

e

ś

ś

lub

e

e

min

min

określona jest w normie jako wartość minimalna. Tam

też podane są inne wymogi np. dotyczące oświetlenia pomieszczeń o dużej
głębi, równomierności oświetlenia itp.

e

[%

]

1,5%

1,0% 0,5%

0,25%

Przekrój

Rzu
t

e

min

1 faza

2 fa

za

3 faza

3

f

az

a

Kat III

IV

V

Kat VI

TRZY FAZY OBLICZEŃ OŚWIETLENIA

TRZY FAZY OBLICZEŃ OŚWIETLENIA

BOCZ-NEGO :

BOCZ-NEGO :

1 faza – określenie e

min

,

2 faza – określenie e w punktach
przekroju charakterystycznego,

3 faza – wyznaczanie punktów o tych
sa-mych wartościach e w przekroju
przyścien-nym,

określenie

stref

roboczych.

PODSUMOWANIE.

Oświetlenie pomieszczeń światłem dziennym należy określać
wartościami współczyn-nika oświetlenia dziennego

e [ % ]

e [ % ]

. Określamy go

dla minimum pięciu charakterystycz-nych punktów położonych zazwyczaj
na przecięciu dwóch płaszczyzn:

1. Pionowej płaszczyzny charakterystycznego przekroju pionowego
pomiesz- czenia (w osi otworów świetlnych lub miedzy nimi),

2. Umownej poziomej płaszczyzny pracy.

SCHEMAT OBLICZENIA.

Obliczenie współczynnika oświetlenia dziennego w danym punkcie

płaszczyzny (e = e

n

+ e

w

+ e

z

wg normy)

Obliczenie najmniejszego i średniego współczynnika oświetlenia

dziennego,

Określenie wartości liczbowej współczynnika e (wg normy) –

wartości współczyn-nika e

śr

lub e

min

nie powinna być niższa od

wartości określonych w normie.

Sprawdzenie równomierności oświetlenia dziennego w strefach
roboczych pomieszczeń o oświetleniu górnym lub mieszanym,

max

min

e

e

=

δ

≥

0,3 dla kat. III i IV i

≥

0,5 dla

kat. I i II.