VALAISTUKSEN VAIKUTUKSET · Eri valonlähteiden fotobiologisia vaikutuksia erilaisilla...

Copyright Tapio Kallasjoki 2010

VALAISTUKSEN VAIKUTUKSET

Kuva: Pink Floyd - Dark Side of the Moon

Mobilia Kangasala 21.4.2010


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


Luonnonvalo sisältää kaikki ”näkyvän” valon aallonpituudet sekä paljon ultravioletti- ja infrapunasäteilyä

Luonnonvalon koostumus muuttuu jatkuvasti

Lähde: Valaistustekniikan käsikirja


Valonlähteen valon määrä (= valovirta) saadaan, kun säteilytehoa painotetaan suhteellisella silmänherkkyydellä

Lähde: Valaistustekniikan käsikirja


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.


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.


Jan Evangelista Purkine

Johannes Evangelista von Purkinje

1787-1869

Siirryttäessä hämärään silmän herkkyys siirtyy lyhyempiin aallonpituuksiin (siniseen) päin


Päivä- ja hämäränäkemisen väliin jää ns. mesooppinen alue.

Sisävalaistuksessa näkeminen tapahtuu tappisoluilla fotooppisen silmänherkkyyskäyrän mukaan.


Todellisuudessa tappisoluja on kolmea eri lajia

Ragnar Granit Nobelin palkinto vuonna 1967 tappisolujen herkkyyskäyrien selvittämisestä

IES Lighting Handbook


Silmänherkkyys muuttuu iän myötä

Lähde: Ken Sagava, CIE Beijing 2007


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.


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.


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

harmaasävynäkymä)


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


Museovalaistukselle arvoja ei anneta vaan tilanne on mietittävä tapauskohtaisesti

Suositusarvoja tosin löytyy (esim. Philips Lighting Manual)


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


Luminanssit voi ”mitata” myös digitaalikameralla


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.


Fotokemialliset vaikutukset •  Vaikuttaa pääasiassa orgaanisiin

materiaaleihin – paperi, kankaat, puu, vesivärien ja

öljymaalien pigmentit, sidosaineet ja vernissat

•  Muuttaa kohteen väriä –  haalistuminen, kellastuminen,

tummuminen


Eri materiaalien suhteellisia herkkyyksiä valolle

Lähde: Gutes Licht, Lichtwissen 18


Fotokemiallinen vaikutus riippuu

•  Säteilyn voimakkuudesta •  Kestoajasta •  Valonlähteen spektrijakaumasta

(lyhytaaltoinen säteily vaarallisinta) •  Kohteen herkkyydestä eri taajuisille

säteilyille (esim. eri maalipigmenteillä on erilainen herkkyys)


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


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)


Termodynaaminen vaikutus riippuu

•  Kohteen lämpökuormasta (säteilyn mukana tuleva kuorma ja näyttelytilan lämpötila)

•  Valonlähteen spektrijakaumasta (lämpösäteilyn määrä)

•  Kohteen ominaisuuksista


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


LAMPPUJEN OMINAISUUDET

•  Spektrijakauma •  Värisävy, värilämpötila ja

ekvivalenttinen värilämpötila •  Värintoisto, värintoistoindeksit ja

Ra-indeksi


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.


Hehkusäteilijän väripisteet CIE:n uv-väriavaruudessa eri lämpötiloissa


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


KUN VALONLÄHTEEN SPEKTRIJAKAUMASSA ON KAPEITA AALLONPITUUSHUIPPUJA, EI VÄRINTOISTOINDEKSI VASTAA TODELLISUUTTA

CIE:n raportti TC 1-162


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


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


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


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


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


T5 loistelamput

Parhaillaan ollaan siirtymässä T8 (25 mm) loistelampuista T5 (16 mm) loistelamppuihin

T5 lamppu toimii vain elektronisella liitäntälaitteella


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


Ledit

•  Valotehokkuus jo loistelampun luokkaa

•  Pitkä elinikä (50 000 h) •  Useita eri värisävyjä •  Myös korkean

värintoistoindeksin lamppuja

•  Hinta kallis


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


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


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

värejä


KOLME TAPAA TEHDÄ VALKOINEN LED

Lähde: Nakamura UCSB


YLEENSÄ VALKOINEN LED SAADAAN PÄÄLLYSTÄMÄLLÄ SININEN LED KELTAISELLA FOSFORILLA. (lämminsävyisessä ledissä ”piikki” on pienempi ja ”pahka” suurempi)

Lähde:Lumileds


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


Kiitos mielenkiinnosta!

[email protected]

puh. 050-3645 264

Kuva Maarit Louhi

VALAISTUKSEN VAIKUTUKSET · Eri valonlähteiden fotobiologisia vaikutuksia erilaisilla...

Documents

Transcript of VALAISTUKSEN VAIKUTUKSET · Eri valonlähteiden fotobiologisia vaikutuksia erilaisilla...