Last ned pdf
Transcription
Last ned pdf
FA K TA A R K FO4 APRIL Mesopisk fotometri - skumringslys 2015 Overgangen til å benytte metallhalogen og LED til utendørs belysning er ledsaget både av seriøse studier og av mer lettvinte spekulasjoner om den visuelle nytten av å benytte hvitt lys i stedet for gult lys. To rapporter fra den internasjonale belysningskommisjonen, CIE 191:2010 og CIE 206:2014 gir oss et foreløpig faktagrunnlag, som er oppsummert i dette faktaarket. Mesopisk fotometri Inntil nå har CIEs spektrale lysvirkningsgrad for fotopisk syn, V(λ), fra 1924 vært basis for all fotometri. Selv om man i 90 år har vært klar over at denne kurven er lite tilpasset øyets følsomhet ved lavere belysningsnivåer, har man fram til i dag utelukkende benyttet V(λ) for å uttrykke lyskilders effektivitet også ved lavere belysningsnivåer. CIEs spektrale lysvirkningsgrad for skotopisk syn, V’(λ) ble etablert i 1951, men den har ikke blitt brukt i praktisk fotometri. Den fotopiske kurven V(λ) er representativt for øyets prestasjon ved belysningsnivåer over 3 cd/m2 (det fotopiske området). Den skotopiske kurven V’(λ) er representativ for øyets følsomhet ved lysnivåer under 0,01 cd/m2. I det mesopiske området mellom det skotopiske og det fotopiske området, 0,01 cd/m2 – 3 cd/m2, er vårt synssystems spektrale følsomhet ikke konstant. Den endrer seg gradvis fra det fotopiske området, hvor det er tappene i netthinna som aktiveres, til det skotopiske området, hvor det er stavene som er de mest aktive lysreseptorene i netthinna. Når V(λ) benyttes til å beskrive lyskilders lysvirkningsgrad i det mesopiske området, blir de gul-oransje smalspektrede lyskildene (høytrykk-natrium og lavtrykknatrium) overestimert med hensyn til Lyskultur er en uavhengig og nøytral medlemsorganisasjon som jobber for fremme av god og riktig bruk av lys og belysning. Lyskultur ble stiftet i 1936. Lyskulturs faktaark er utarbeidet av Norsk Lysteknisk Komité. Faktaarkene er en del av Lyskulturs anbefalinger og bør leses i sammenheng med Lyskulturs publikasjoner. Lyskulturs faktaark F04 Fotopisk luminans /cd*m-2 LPS ~ HPS ~ MH warmwhite ~ LED cool white ~ MH daylight ~ S/P 0,01 0,03 0,1 0,3 0,5 1 1,5 2 3 5 0,25 -75% -52% -29% -18% -14% -9% -6% -5% -2% 0% 0,45 -55% -34% -21% -13% -10% -6% -4% -3% -2% 0% 0,65 -31% -20% -13% -8% -6% -4% -3% -2% -1% 0% 0,85 -12% -8% -5% -3% -3% -2% -1% -1% 0% 0% 1,05 4% 3% 2% 1% 1% 1% 0% 0% 0% 0% 1,25 18% 13% 8% 5% 4% 3% 2% 1% 1% 0% 1,45 32% 22% 15% 9% 7% 5% 3% 3% 1% 0% 1,65 45% 32% 21% 13% 10% 7% 5% 4% 2% 0% 1,85 57% 40% 27% 17% 13% 9% 6% 5% 3% 0% 2,05 69% 49% 32% 21% 16% 11% 8% 6% 3% 0% 2,25 80% 57% 38% 24% 19% 12% 9% 7% 4% 0% 2,45 91% 65% 43% 28% 22% 14% 10% 8% 4% 0% 2,65 101% 73% 49% 31% 24% 16% 12% 9% 5% 0% Tabell 1: Forskjellen mellom mesopisk og fotopisk luminans (%). Kilde: CIE 191:2010. lysutbytte (lumen/Watt) mens de mer bredspektrede hvite lyskildene (kvikksølv, metallhalogen og LED) blir underestimert. I tillegg til dette har nyere forskning vist at i den perifere delen av synsfeltet gir de hvitere lyskildene en lavere luminansterskel for oppdagelse av objekter. Disse faktorene gjør at man har et behov for å utarbeide nye standarder og veiledninger. I flere tiår har flere forskere forsøkt å beskrive synsevnen i det mesopiske området, og resultatene har blitt noe forskjellige, avhengig av valg av målekriterier for synsoppgaver. S- klasse Fotopisk horisontal Unified System of Photometry, USP-systemet, ble utviklet ved Lighting Research Center i USA og presentert i 2004. MOVE-modellen ble utviklet i et EU-støttet prosjekt med eksperter innen flere fagområder tilknyttet lys- og trafikkspørsmål og presentert i 2008. På grunnlag av disse ulike modellene ble CIE TC 1-58 opprettet for å forene de tidligere arbeidene og utarbeide et anbefalt system for mesopisk fotometri. Arbeidet resulterte i en teknisk rapport fra CIE: CIE 191:2010 Recommended System for Mesopic Photometry based on Visual Performance. Fotopisk belysningsstyrke(lx) for Ra ≥ 60 according to S/P-ratio of lamp belysningsstyrke (lx) 0,6 S/P-ratio 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 med NaH • S1 15,0 15,0 14,7 14,4 14,1 13,8 13,5 13,3 13,0 12,8 12,5 12,3 12,1 S2 10,0 10,0 9,8 9,5 9,2 9,0 8,7 8,5 8,3 8,1 7,9 7,7 7,6 S3 7,5 7,5 7,3 7,1 6,8 6,6 6,4 6,2 6,0 5,9 5,7 5,6 5,4 S4 5,0 5,0 4,8 4,6 4,4 4,3 4,1 4,0 3,8 3,7 3,6 3,5 3,4 S5 3,0 3,0 2,9 2,7 2,6 2,5 2,3 2,2 2,1 2,1 2,0 1,9 1,8 S6 2,0 2,0 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,3 1,2 1,2 1,1 NOTE: For lamper med Ra ≥ 60 kan den fotopiske belysningsstyrken reduseres ved høyere S/P-forhold. De angitte verdiene gir lik mesopisk belysningsstyrke i følge det anbefalte CIE-systemet for mesopisk fotometri, forutsatt at referanselyskilden er NaH. Tabell 2 – Fotopisk belysningsstyrke i S-klassene, hvor natrium høytrykk (NaH) er referanselyskilde, kilde CIE 206:2014 2/4 Lyskulturs faktaark F04 Det nye mesopiske systemet beskriver øyets spektrale lysvirkningsgrad Vmes(λ) i det mesopiske området som en lineær kombinasjon av den fotopiske funksjonen V(λ) og den skotopiske funksjonen V’(λ) og etablerer en gradvis overgang mellom disse to funksjonene over det mesopiske området. I anvendelsen av mesopisk fotometri benyttes lyskildens S/P-forhold. S/P-forholdet er forholdet mellom lysfluks avledet fra den skotopiske V’(λ) og lysfluks avledet fra den fotopiske V(λ). Jo høyere S/P-forhold lyskilden har, desto høyere er dens lysutbytte ved mesopisk beregning. Ved mesopisk dimensjonering forandres lyskildenes og armaturenes lysfluks og lysutbytte vesentlig i forhold til de fotopiske størrelsene. S/P-forholdet for lyskilder som brukes til vegbelysning varierer fra 0,65 (NaH) til 2,50 (visse typer metallhalogen). S/P-forholdet for varm LED er ca. 1,15 mens det for kald LED er ca. 2,15. Ved fotopisk luminans 1 cd/m2 vil bruken av det anbefalte systemet føre til at lysutbyttet endres mellom -5 % og +10 % for lamper med S/P-forhold mellom 0,5 og 2,5. Ved 0,3 cd/m2 vil endringen være mellom -10 % og +30 %. LED vil, avhengig av sin spektrale energifordeling, eller S/P-forholdet, få et betydelig høyere lysutbytte hvis Vmes(λ) benyttes i stedet for V(λ). Mesopisk fotometri vil resultere i bedre energieffektivitet og bedre visuell effektivitet for belysning innenfor det mesopiske området. Fabrikantene får også et bedre grunnlag for å utvikle LED som er optimalisert for bruk ved lave lysnivåer. Mesopisk dimensjonering favoriserer lyskilder med høyt S/P-forhold, og dette medfører gjerne at man også får fordelen av bedre fargegjengivelse og større fargekontraster, selv om det ikke alltid er slik. Mesopisk fotometri fremmer bruken av LED som framtidig lyskilde for lave belysningsnivåer. For belysningsnivåer over det mesopiske området, som er vanlig i innendørs belysning, vil fotopisk fotometri være gjeldende. Dette er det grunn til å påpeke, fordi mesopisk fotometri feilaktig har blitt brukt som argument for å bruke LED til innendørs belysning. Det er behov for veiledere i bruken av det mesopiske systemet, særlig til bruk i utendørs belysning, som til belysning av veger, gang- og sykkelveger og boliggater. Det anbefalte systemet håndterer ikke alle synsoppgaver like godt. Visse ting må overveies av det internasjonale fagmiljøet innen belysning, standardiseringsorganisasjonene og vegmyndighetene. For eksempel kan det bli nødvendig å bruke ulike spesifikasjoner avhengig av aktuell vekting av aksial og perifer synsinformasjon. Når oppgaven er å se små objekter nær synsaksen er V(λ) anvendbar ved alle lysnivåer. Når oppgaven er å oppdage og se objekter i perifere synsområder, hvor både staver og tapper er virksomme, kreves det nøye overveielser av dem som skal utarbeide spesifikasjoner og krav. CIE har allerede utgitt en teknisk rapport som tar for seg hvilken betydning lysets spektralfordeling har for fotgjengernes synsoppgaver: CIE 206: 2014 The Effect of Spectral Power Distribution on Lighting for Urban and Pedestrian Areas Rapporten oppsummerer nyere forskning på lysspekterets betydning for fotgjengernes synsoppgaver, som å se hindringer og gjenkjenne ansikter, og for fotgjengernes trygghetsopplevelse. Ved mesopiske lysnivåer er det påvist at belysning med høyere S/P-forhold både oppleves som lysere og faktisk gir bedre oppdagelse av perifere hindringer enn belysning med lavere S/P- forhold, når den målte fotopiske belysningsstyrken er lik. Denne fordelen ved høyere S/P-forhold kan man enten benytte til å oppnå økt lyshet og bedre oppdagelse av perifere hindringer, eller man kan redusere belysningsstyrken og redusere energiforbruket uten å tape lyshet eller evne til å oppdage objekter i det perifere synsfeltet. Det anbefalte CIE-systemet for mesopisk fotometri kan også brukes til å forutsi hvilken lyshet og evne til oppdagelse av perifere hindringer man oppnår ved bruk av lamper med ulike lysspekter. Når det gjelder ansiktsgjenkjennelse er det usikkert hvor stor betydning lysspekteret har, men det synes som at fargegjengivelsen har en viss betydning. Fotgjengernes trygghetsfølelse er også relatert til omgivelseslyset. Trygghetsfølelsen synes å øke med økende lysnivå (opp til gjennomsnittlig Ehor = 30 lux) og med utskifting til lys som gir bedre fargegjengivelse og har høyere S/P-forhold. Basert på disse funnene er det mulig å redusere belysningsstyrken i boliggater ved å benytte lyskilder som har et høyt S/P-forhold og høy fargegjengivelsesindeks. Hvis høytrykk natrium lamper brukes som referanse, vil belysningsstyrken kunne reduseres slik som vist i tabellen nedenfor: Det er også andre faktorer enn lysets spektrum det må tas hensyn til ved valg av belysning. Blant slike faktorer nevner rapporten belysningens effekter på naturmiljøet og på menneskenes helse og velvære, blending og aldersrelaterte endringer i øyet. Generelt er bruken av «hvitt» lys i gatebelysning gunstig, forutsatt at disse andre faktorene ikke får signifikant innflytelse (f.eks. at blendingen ikke har økt for mye). For eldre mennesker vil nytten av hvitt lys bli mindre etter hvert som øyelinsene gulner og blir mer krystallinske. Dermed absorberes mer av det kortbølgede lyset og lysspredningen i øyet øker. Det viktigste arbeidet med å videreføre det mesopiske systemet, og gi veiledning i praktisk anvendelse i utendørs belysning, skjer i en komite under CIE divisjon 1 og i samarbeid med CIE divisjon 4: JTC-1 Implementation of CIE 191 Mesopic Photometry in Outdoor Lighting JTC-1 ble opprettet i 2011. Arbeidet pågår fortsatt, men komiteen har foreløpig ikke publisert noen resultater. 3/4 Lyskulturs faktaark F04 For mer informasjon om bruk og utregning av vedlikeholdsfaktoren, ta kontakt med Lyskultur eller Norsk Lysteknisk Komité. Ansvarlige for faktaarket (NLK): Per Ole Wanvik NLK: nlk@lyskultur.no, Lyskultur: info@lyskultur.no, www.lyskultur.no, Strandveien 55, NO-1366 Lysaker, +47 67 10 28 40 4/4