Post on 06-Nov-2020
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
VALAISTUKSEN VAIKUTUKSET
Kuva: Pink Floyd - Dark Side of the Moon
Mobilia Kangasala 21.4.2010
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
Valaisin lähettää valovoiman I
[I] = cd (kandela)
Lamppu lähettää valovirran φ
[φ] = lm (lumen)
Pinnalle tulee valaistus-voimakkuus
[E]= lm/m2=lx (luksi)
Pinta heijastaa osan valosta ja pinta näkyy ”kirkkautena” eli luminanssina havaitsijalle
[L] = cd/m2
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
Luonnonvalo sisältää kaikki ”näkyvän” valon aallonpituudet sekä paljon ultravioletti- ja infrapunasäteilyä
Luonnonvalon koostumus muuttuu jatkuvasti
Lähde: Valaistustekniikan käsikirja
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
Valonlähteen valon määrä (= valovirta) saadaan, kun säteilytehoa painotetaan suhteellisella silmänherkkyydellä
Lähde: Valaistustekniikan käsikirja
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
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.
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.
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
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.
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
Jan Evangelista Purkine
Johannes Evangelista von Purkinje
1787-1869
Siirryttäessä hämärään silmän herkkyys siirtyy lyhyempiin aallonpituuksiin (siniseen) päin
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
Päivä- ja hämäränäkemisen väliin jää ns. mesooppinen alue.
Sisävalaistuksessa näkeminen tapahtuu tappisoluilla fotooppisen silmänherkkyyskäyrän mukaan.
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
Todellisuudessa tappisoluja on kolmea eri lajia
Ragnar Granit Nobelin palkinto vuonna 1967 tappisolujen herkkyyskäyrien selvittämisestä
IES Lighting Handbook
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
Silmänherkkyys muuttuu iän myötä
Lähde: Ken Sagava, CIE Beijing 2007
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
Valovoima I�[Ι]=cd (kandela)
• valaisinsuure: kertoo, paljonko valaisin lähettää valovirtaa määrättyyn suuntaan.
• saadaan suhteellis-arvona (cd/1000 lm = cd/klm) teknisille valaisimille mitattavasta valonjakokäyrästä.
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
Valaistusvoimakkuus E�[Ε]=lm/m2=lx (luksi)
• valaistusvoimakkuus kertoo, paljonko valaistavaan kohteeseen tulee valoa.
• kyseessä on valovirta pinta-alayksikköä kohti. E = ΣΦ/A
• voidaan mitata kohteesta luksimittarilla.
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
Valon määrä on helppo laskea tietokoneella (kuvassa valaistusvoimakkuuden tasa-arvokäyrät eli isoluksikäyrät ja
harmaasävynäkymä)
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
Sisätyöpaikkojen valaistusstandardissa SFS-EN 12464-1 annetaan minimiarvot valaistusvoimakkuudelle ja värintoistoindeksille sekä
maksimiarvot häikäisyindeksille
Lähde: SFS-EN 12464-1
Tila, tehtävä tai toiminta Em /lx UGRL
Ra
Arkistointi, kopiointi jne. 300 19 80 Kirjoittaminen, konekirjoitus, lukeminen, tietojenkäsittely
500 19 80
Tekninen piirtäminen 750 16 80
CAD-työasemat 500 19 80
Neuvottelu- ja kokoushuoneet 500 19 80
Vastaanottotiski 300 22 80
Arkistot 200 25 80
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
Museovalaistukselle arvoja ei anneta vaan tilanne on mietittävä tapauskohtaisesti
Suositusarvoja tosin löytyy (esim. Philips Lighting Manual)
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
Luminanssi L�[L]=cd/m2
• 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
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
Luminanssit voi ”mitata” myös digitaalikameralla
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
Valonlähteiden (luonnonvalo+lamput) tuottama valo sisältää yleensä:
• Ultraviolettisäteilyä (UV)100-300 nm • Näkyvän alueen säteilyä 380-780 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.
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
Fotokemialliset vaikutukset • Vaikuttaa pääasiassa orgaanisiin
materiaaleihin – paperi, kankaat, puu, vesivärien ja
öljymaalien pigmentit, sidosaineet ja vernissat
• Muuttaa kohteen väriä – haalistuminen, kellastuminen,
tummuminen
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
Eri materiaalien suhteellisia herkkyyksiä valolle
Lähde: Gutes Licht, Lichtwissen 18
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
Fotokemiallinen vaikutus riippuu
• Säteilyn voimakkuudesta • Kestoajasta • Valonlähteen spektrijakaumasta
(lyhytaaltoinen säteily vaarallisinta) • Kohteen herkkyydestä eri taajuisille
säteilyille (esim. eri maalipigmenteillä on erilainen herkkyys)
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
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
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
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)
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
Termodynaaminen vaikutus riippuu
• Kohteen lämpökuormasta (säteilyn mukana tuleva kuorma ja näyttelytilan lämpötila)
• Valonlähteen spektrijakaumasta (lämpösäteilyn määrä)
• Kohteen ominaisuuksista
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
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
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
LAMPPUJEN OMINAISUUDET
• Spektrijakauma • Värisävy, värilämpötila ja
ekvivalenttinen värilämpötila • Värintoisto, värintoistoindeksit ja
Ra-indeksi
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
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.
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
Hehkusäteilijän väripisteet CIE:n uv-väriavaruudessa eri lämpötiloissa
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
Värintoiston hyvyyttä kuvataan värintoistoindekseillä
• Käytetyin värintoistoindeksi on yleinen värintoistoindeksi eli Ra-indeksi, joka saa arvoja välillä 0-100.
• Kahdeksan testivärin väripistettä verrataan vertailuvalossa saatavaan väripisteeseen.
• 2300…5000 K lampuilla vertailuvalo on hehkusäteilijä. Siksi hehkulamppujen ja halogeenilamppujen värintoistoindeksi on lähellä arvoa 100.
• Yli 5000 K lamppuja verrataan päivänvalostandardeihin. • Ra-indeksi kuvaa vain sitä, kuinka lähellä tutkittavan
valon värintoisto on vertailuvalon-lähdettä; sisävalaistuksessa siis hehkulamppua
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
KUN VALONLÄHTEEN SPEKTRIJAKAUMASSA ON KAPEITA AALLONPITUUSHUIPPUJA, EI VÄRINTOISTOINDEKSI VASTAA TODELLISUUTTA
CIE:n raportti TC 1-162
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
CIE TC 1-162
• 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
COMMISSION INTERNATIONALE DE L'ECLAIRAGE INTERNATIONAL COMMISSION ON ILLUMINATION INTERNATIONALE BELEUCHTUNGSKOMMISSION
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
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 2000 - 3000 h
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
Halogeenilamppu • Lamppuja valmistetaan sekä verkkojännit-
teelle (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.
Verkkojännitteinen halogeenilamppu
Pienoisjännitteinen halogeenilamppu
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
Värilaji-ryhmä
Ekvivalenttinen värilämpötila
K
Värivaikutelma
1
2
3
< 3300
3300 … 5300
> 5300
Lämmin Neutraali Kylmä
Kuvassa on hehkusäteilijän energiaspektri eri lämpötiloissa
Halogeenilampun värilämpötila 3000 K
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
Loistelamppu • Pienpaineinen purkaussäteilijä • Erittäin valotehokas (60 – 104 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 (12 000 - 48 000 h).
Verkkojännitteinen halogeenilamppu kaksikantainen
”loisteputki”
yksikantaloistelamppu
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
T5 loistelamput
Parhaillaan ollaan siirtymässä T8 (25 mm) loistelampuista T5 (16 mm) loistelamppuihin
T5 lamppu toimii vain elektronisella liitäntälaitteella
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
Monimetallilamppu • Suurpaineinen purkauslamppu • Syttyy hitaasti, ei syty kuumana • Valo suoraan purkauksesta • Hyvä valotehokkuus 100 lm/W • Pitkä polttoikä (10 000 h) • Ei voi säätää • Erinomainen värintoisto,
valkoista valoa; käytetään esimerkiksi myymälöissä ja urheilutiloissa
• Vaatii erillisen suurjännitteisen sytytyslaitteen
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
Ledit
• Valotehokkuus jo loistelampun luokkaa
• Pitkä elinikä (50 000 h) • Useita eri värisävyjä • Myös korkean
värintoistoindeksin lamppuja
• Hinta kallis
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
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 uv-
eikä lämpösäteilyä
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
Ledit lähettävät lähes monokromaattista (= yksitaajuista) valoa, joten niiden spektrijakauma on hyvin kapea
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
Yhdistämällä eri väriä olevia LEDejä samaan valaisimeen voidaan luoda äärettömän monia eri
värejä
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
KOLME TAPAA TEHDÄ VALKOINEN LED
Lähde: Nakamura UCSB
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
YLEENSÄ VALKOINEN LED SAADAAN PÄÄLLYSTÄMÄLLÄ SININEN LED KELTAISELLA FOSFORILLA. (lämminsävyisessä ledissä ”piikki” on pienempi ja ”pahka” suurempi)
Lähde:Lumileds
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
RGB LED -VALO SAADAAN YHDISTÄMÄLLÄ KOLME TAI USEAMPIA LEDEJÄ (valon värisävyä voidaan muuttaa
muuttamalla eri komponenttien tehoa)
Lähde:Lumileds
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
Copyright Tapio Kallasjoki 2010
Kiitos mielenkiinnosta!
tapio.kallasjoki@metropolia.fi
puh. 050-3645 264
Kuva Maarit Louhi