3

CRITERII MODERNE ÎN CONCEP�IA SISTEMELOR DE ILUMINAT INTERIOR

Cornel BIANCHI, Oana DOBRE

Universitatea Tehnic� de Construc�ii Bucure�ti

Rezumat Pe baza cercet�rii interna�ionale/na�ionale �i a normelor CIE (Commission Internationale de l’Eclairage) sunt abordate criteriile moderne ale concep�iei sistemelor de iluminat interior �i câteva aspecte esen�iale determinante pentru realizarea ambientului luminos, confortabil, func�ional, estetic �i economic din punctul de vedere energetic.

1. Aspecte determinante ale concep�iei moderne Lucrarea de fa�� propune structura trat�rii “up to date” a concep�iei sistemelor de iluminat interior, pe baza unor criterii specifice determinate atât de experien�a/cercetarea �i normarea pe plan interna�ional cât �i de contribu�iile realizate pe plan na�ional. Astfel, solu�ia trebuie determinat� pe baza aspectelor cantitative �i calitative ale mediului luminos confortabil, func�ional �i estetic, în conexiune cu cerin�ele/aspectele specifice ale sistemului de iluminat, în func�ie de destina�ia sa, pentru ca apoi s� se ajung� la solu�ia de sistem, f�r� 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� atât de oameni, cât �i de obiecte, iar iluminatul într-un interior dat nu este bun dac� ocupan�ii nu-l plac. Con�tientizarea faptului c� ilumi-natul este mai mult art� decât �tiin�� este într-adev�r determinant� pentru o apreciere global� �i corect� a ceea ce este important în iluminatul interior”. În figura 1 este indicat� procedura de tratare a concep�iei/proiect�rii sistemelor de iluminat interior.

Fig. 1 Structura trat�rii concep�iei/proiect�rii sistemelor de iluminat interior. (S-au notat M.CLL – metoda curbelor de luminan�� limit�; M. UGR – metoda UGR “Unified Glare Rating”; M. RO – metoda româneasc�). Componentele determinante ale mediului luminos pot fi urm�rite în figura 2, care le sintetizeaz� selectiv pe cele cantitative (iluminare �i luminan��, distribu�ie spa�ial� a fluxului emis de corpurile de iluminat) �i pe cele calitative (distribu�ia luminan�elor în planul de activitate �i câmpul vizual, modelarea sarcinilor vizuale �i direc�ionarea luminii, culoarea luminii (a. surse - redare, culoarea aparent� �i b. suprafe�e reflectante). De asemenea, figura releveaz� �i conexiunile determinante între componente. Semnifica�iile conexiunilor sunt urm�toarele: C1 - cu cât nivelul de iluminare este mai ridicat cu atât redarea culorilor este mai bun�; C2 - distribu�ia fluxului, respectiv fluxul inferior determin� nivelul ilumin�rii; C3 - de asemenea, distribu�ia fluxului determin� distribu�ia luminan�elor în câmpul vizual (C5) care este influen�at� (reciproc) de

4

direc�ionarea luminii, aceasta fiind evident determinat� (C4) de tipul �i pozi�ia corpului (adic� de distribu�ia fluxului); C3’ - nivelul de iluminare (sau a�a cum mai este definit densitatea de flux în planul util) influen�eaz� �i distribu�ia luminan�elor în planul util.

Fig. 2 Mediul luminos interior confortabil - componentele determinante. Criteriile/cerin�ele specifice ale sistemelor depind evident de tipul activit��ii. De exemplu pentru birouri (înc�peri pentru activitate intelectual�) sunt: - redarea corect� a sarcinii vizuale plane (scris, citit, desenat); - evitarea contrastelor în planul util, câmpul vizual central �i periferic, ce produc orbirea psihologic�; - redarea corect� a sarcinii vizuale pe ecranul calculatoarelor; - evitarea reflexiilor de voal pe suprafe�ele de lucru clasic, dar mai ales pe ecranele calculatoarelor. Pentru spa�iile comerciale, iluminatul trebuie s� realizeze o ambian�� global� cald�, atractiv�, cu accentu�ri �i model�ri ale exponatelor �i cu o redare foarte bun� c�tre excelent� a culorilor, uneori intervenind neuniformit��i de iluminare în anumite limite acceptabile, pentru punerea în eviden�� a unor produse. Trebuie men�ionat c� cerin�ele specifice în func�ie de destina�ie sunt date în literatura de

specialitate, men�ionând Ghidul de iluminat interior CIE [4], ap�rut în aprilie 1999, într-o edi�ie redus� în România, prin grija CNRI �i publica�iile men�ionate în bibliografie [1, 2, 3, 5]. Pentru magazine, în afara celor amintite, publica�iile PHILIPS aduc contribu�ii deosebite (colec�ia INTERNATIONAL LIGHTING REVUE �i LIGHTING MANUAL 93). În afara modului de tratare men�ionat al concep�iei sistemelor, trebuie luate în conside-rare �i alte aspecte moderne deosebite descrise mai departe. 1) Integragrea arhitectural� a sistemelor de iluminat, condi�ie “sine qua non” pentru realizarea ambian�ei luminoase �i estetice, atât a iluminatului natural �i a celui artificial cât �i a combina�iei celor dou�. 2) Integrarea func�ional� a sistemelor de iluminat artificial �i natural prin realizarea unui sistem permanent dinamic acordat cu varia�iile permanente ale luminii naturale. Numai un astfel de sistem poate asigura parametrii necesari confortului (nivel, uniformitate în planul activit��ii �i în câmpul vizual) �i estetice în condi�iile utiliz�rii luminii naturale combinat� cu cea artificial�, menit� s� compenseze neuniformit��ile iluminatului natural. 3) Concep�ia unor sisteme de iluminat flexibile în timp �i spa�iu capabile s� se adapteze la schimb�ri func�ionale sau recompartiment�ri la birouri (administra�ie, proiectare �.a.), fie la schimb�ri determinate de varia�ia în timp a esteticii, stilului, mentalit��ii, modei �.a., a�a cum se întâmpl� în alte interioare (locuin�e, spa�ii comerciale, muzee �.a.), fie la schimb�ri tehnologice (în industrie). 4) Utilizarea echipamentului modern ca: surse de lumin� noi sau relativ noi, corpuri de iluminat noi, inclusiv cele cu posibilit��i de modificare a distribu�iei fluxului �i echipamentul anex de control, stabilizare, amorsare �i reglare, din noua genera�ie, care creaz� pe ansamblu posibilitatea reglajului permanent �i cre�terea eficacit��ii globale (de exemplu: surs�+balast electronic). În continuare se vor pune în eviden�� �i detalia într-o m�sur� moderat�, cele patru aspecte moderne relevate, determinante în concep�ia

5

unor sisteme de iluminat moderne confortabile, economice, func�ionale �i estetice. 2. Structura �i func�ionarea 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 în timp �i spa�iu) trebuie armonizate pas cu pas, atunci când se concepe/proiecteaz� sistemul de iluminat interior. Dac�, în mod curent, sistemele de iluminat artificial au fost �i sunt uzual concepute ca un sistem în general STATIC, cu eventuale posibilit��i de reglaj în trepte manual, func�ie de aportul de lumin� natural�, noua mentalitate promovat� �i în România din 1975-1980 de c�tre Colectivul/Catedra de Luminotehnic� a Universit��ii Tehnice de Construc�ii Bucure�ti, const� în crearea unui sistem de iluminat permanent DINAMIC, cu posibilit��i de reglare automat� în func�ie de aportul luminii de zi (foarte variabil�), a iluminatului artificial, care reprezint� o component� compensatoare a varia�iei foarte mari a luminii naturale, atât din punctul de vedere al schimb�rii diurne cât �i a gradului de acoperire a cerului.

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

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

Pentru a se asigura o integrare corespunz�toare a iluminatului natural extrem de variabil �i cu acces, în general, total asimetric (ferestrele se prev�d uzual numai pe una din p�r�ile laterale ale înc�perii, în a�a fel încât iluminarea scade rapid c�tre interior), este necesar� realizarea unui sistem artificial permanent dinamic, care prin procesare automat� s� compenseze aceast� varia�ie pentru a realiza echilibrul distribu�iei ilumin�rii în planul util �i al distribu�iei luminan�elor în câmpul vizual. În figura 4 se poate urm�ri varia�ia ilumin�rii naturale 1 �i a celei artificiale 2 - produs� de func�ionarea surselor B, pentru un sistem asimetric dirijat, precum �i a valorilor însumate 3 care pot astfel asigura uniformitatea acceptabil�, la punerea în func�iune a �irului de corpuri de iluminat din zona central�.

Fig. 4. Varia�ia luminii naturale �i compensarea cu lumin� artificial� într-o sal� de cursuri. Dac� adâncimea înc�perii (a) fa�� de zona accesului luminii naturale (ferestre) este mai mare de trei-patru ori fa�� de în�l�imea înc�perii (h) la dimensiuni medii ale ferestrelor, adic� a> (3-4)h, atunci se impune în zona opus� ferestrelor un iluminat “suplimentar permanent” în conformitate cu recomand�rile interna�ionale (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: - varia�ia accesului de lumin� natural� (jaluzele cu comand� automat�), (a nu se uita: accesul solar direct într-o înc�pere de lucru nu este acceptabil datorit� contrastelor de luminan�� inadmisibile ce le creaz�); - varia�ia fin� �i/sau în trepte a componentelor iluminatului artificial. Trebuie reamintit c� varia�ia fin� a emisiei fluxului surselor de lumin� cu desc�rc�ri,

6

echipate cu balasturi electronice sau clasice, este limitat� pân� la aproximativ 50% din valoarea nominal�, fiind realizabil� cu o investi�ie mai mare decât cea în trepte, dar având avantajul men�inerii constante a confortului. Evident, varia�ia ilumin�rii naturale este sesizat� de fotocelule dimensionate corespunz�tor încât s� transmit� comanda de ac�ionare a treptelor sau reglajului fin al iluminatului artificial. Pentru înc�peri de tip birouri destinate activit��ii intelectuale (scris, citit, desenat, lucru la calculator), în care în mod evident gradul de ocupare este variabil, se poate introduce, în scopul economiei de energie, �i ac�ionarea automat� în func�ie de gradul de ocupare (prin senzori de prezen��) sau/�i programare orar� la birourile mari sau s�li de înva��mânt, care fun�ioneaz� cu un anumit orar �i, nu în ultimul rând, posibilitatea comenzii manuale localizate sau automate (cu senzor de prezen��). Dezavantajul sistemului cu senzori de prezen�� în înc�peri medii/mari/foarte mari este alternarea “petelor de lumin�/iluminat” în zona de prezen��, cu întunericul din restul înc�perii, situa�ie care produce un inconfort inacceptabil activit��ii intelectuale. În aceste condi�ii, sistemul poate fi utilizat numai accidental, pentru perioade scurte de lucru sau/�i perioade mai lungi cu condi�ia ca înc�perea s� fie compartimentat� cu pere�i desp�r�itori u�ori �i de în�l�ime aproximativ 2 m. Toate sistemele de iluminat interior integrate sau nu trebuie acordate cu posibilitatea de varia�ie/flexibilitate în timp �i spa�iu, pentru adaptarea permanent�, f�r� investi�ii suplimentare �i modific�ri la necesit��ile ce apar. În figura 5 sunt puse în eviden�� câteva aspecte caracteristice pentru realizarea de solu�ii flexibile �i adaptabile în combina�ie cu integrarea tratat� anterior. În toate cl�dirile moderne (indiferent de destina�ie) este necesar s� se realizeze echiparea cu un sistem flexibil, sistemul fix fiind dep��it. Iat� câteva posibilit��i: - modificarea pozi�iei corpurilor de iluminat (fixe relativ) prin direc�ion�ri posibile din

acela�i “punct” de montaj la coordonate spa�iale diferite, func�ie de necesit��ile sau dorin�ele beneficiarilor, variabile în timp (spa�ii comerciale, muzee, expozi�ii, locuin�e �.a.); - modificarea pozi�iei corpurilor de iluminat mo-bile pe o anumit� direc�ie (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 focaliz�rii sursei în cadrul acestora, care conduce la o alt� distribu�ie de flux luminos.

Fig. 5. Prezentarea schematic� a posibilit��ilor de realizare a sistemelor de iluminat flexibile/adaptabile.

Desigur, o instala�ie electric� modern� trebuie s� poat� asigura o modificare pozi�ional� în special în înc�peri cu schimb�ri frecvente a pozi�iei exponatelor. În aceste condi�ii o instala�ie ”clasic�” este inadecvat�, ea trebuind s� fie înlocuit� cu elemente modulare, canale, �ine complexe, a�a cum multe firme din Europa le produc. O problem� special� o prezint� birourile actuale de proiectare, administra�ie �.a., la care prezen�a �i densitatea calculatoarelor, respectiv a display-urilor, a crescut �i cre�te continuu.

7

Deci, fa�� de rezolv�rile clasice cu corpuri de iluminat directe sau semidirecte, trebuie introduse solu�ii noi pentru evitarea reflexiei “de voal”, care se manifest� pe ecranele display-urilor. Astfel, solu�iile cu corpurile de iluminat cu distribu�ie directe �i indirecte, ce pot fi ac�ionate separat, devin o necesitate pentru înc�perile medii, mari �i foarte mari. Utilizarea exclusiv� a sistemelor de iluminat indirect cu surse MH a devenit o solu�ie curent� la o mare densitate de display-uri �i de suprafe�e 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 în func�ie de pozi�ia surselor, pentru înc�peri mici. Din punctul de vedere al flexibilit��ii în timp, problemele sunt similare pentru toate înc�perile destinate activit��ii umane de munc� intelectual� sau fizic�, sistemele trebuind, prin echipament luminotehnic �i electric, s� asigure modific�ri dictate de necesit��ile diferite. O tendin�� actual� pe plan interna�ional este modernizarea sistemelor de iluminat destinate birourilor �i înc�perilor similare vechi, care trebuie ast�zi adaptate la condi�iile echipamentului nou (display-uri) �i a nivelurilor de iluminare ridicate. Problema este de multe ori dificil� datorit� solu�iei clasice cu corpuri de iluminat înglobate în plafon, care în condi�iile de sear� creaz� contraste sup�r�toare de luminan�� corp-plafon la periferia câmpului vizual în special în înc�perile medii/mari/foarte mari, determinând orbire psihologic� (de inconfort) d�un�toare activit��ii de munc�. Compensarea se poate realiza prin corpuri de iluminat moderne cu luminan�� sc�zut� �i cu difuzie activ� lateral� c�tre pere�ii de culoare deschis� sau prin introducerea (dificil� de multe ori) �i a unor corpuri indirecte. Evident, în cele expuse au fost men�ionate câteva solu�ii actuale ce reprezint�, de asemenea, o preocupare în cercetare a Catedrei de Luminotehnic� �i Instala�ii electrice din cadrul Universit��ii Tehnice de Construc�ii Bucure�ti �i a CNRI. 3. Implementarea surselor de lumin� noi sau relativ noi.

Un aspect deosebit de important într-o concep�ie “up to date” este atât cunoa�terea profund� a caracteristicilor surselor de lumin� în general �i a celor noi/reltiv noi în special, precum �i implementarea/utilizarea lor în sistemele noi sau reabilitate, dep��ind mentalitatea iner�iei obi�nui�ei �i selectând ceea ce este mai bun, mai de calitate în solu�ia de sistem de iluminat proiectat. Trebuie reamintit c� în “segmentul” Luminii �i Iluminatului, dezvoltarea permanent� într-un timp relativ scurt a surselor performante a dep��it de multe ori a�tept�rile, demonstrând dinamismul deosebit al domeniului �i necesitatea de adaptare, dup� o cunoa�tere corespunz�toare a surselor adecvate sistemului proiectat. În figura 6 sunt ar�tate sursele de lumin� noi �i relativ noi, iar în continuare o scurt� prezentare

a caracteristicilor lor. Fig. 6. Surse de lumin� noi �i relativ noi.

Lampa cu induc�ie (în special varianta QL - PHILIPS), care ajunge la o durat� de via�� de 60.000 ore, datorit� realiz�rii agita�iei moleculare determinate de câmpul electro-magnetic indus, prin trecerea unui curent alternativ de foarte înalt� frecven��, în locul accelera�iei clasice realizat� de desc�rcarea între cei doi electrozi ai l�mpilor tubulare sau compacte fluorescente. Aceast� lamp� poate fi utilizat� în principal datorit� duratei de via��, în locuri greu accesibile din interiorul sau exteriorul cl�dirii, dar ea posed� �i alte calit��i deosebite (redare foarte bun� a culorii, lipsa

8

pâlpâirii, men�inerea minim�, amorsare practic instantanee). Lampa inteligent� DSX-T produs� de OSRAM �i care utilizeaz� o desc�rcare în arc în 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 în func�ie de dorin�ele utilizatorilor (la locuin�e). Din l�mpile relativ noi nu trebuie uitat� lampa cu desc�rc�ri în vapori de mercur de înalt� presiune �i cu adaosuri de halogenuri metalice, MH, care datorit� calit��ilor 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 în ce mai utilizat� în sistemele de iluminat interior (gama PHILIPS – MHN culoare neutr�, MHW �i CDM – culoare cald�) la în�l�imi mici �i medii pretându-se la distribu�ii de regul� indirecte ale fluxului luminos, sau directe la în�l�imi 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� în sistemele interioare (în special SON �i SON-T Confort la care eficacitatea luminoas� este foarte bun� în condi�iile red�rii acceptabile a culorilor) iar SDW atunci când se cere o redare foarte bun�. Desigur nu trebuie neglijat c� pentru majoritatea interioarelor func�ionale, cu activitate de munc� intelectual� sau manual�, sau spa�ii comerciale medii �i mari �i multe alte destina�ii sunt utilizate l�mpile 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. În general este indicat� utilizarea l�mpilor din noua genera�ie cu Φ26 mm (de exemplu PHILIPS sau OSRAM) a c�ror eficacitate variaz� în func�ie de calitate între 63-96 lm/W pentru l�mpile de 36/40W, cu observa�iile urm�toare:

- redare foarte bun� c�tre excelent�, conduce la o sc�dere a eficacit��ii datorit� complexit��ii stratului luminofor; - o redare bun� - foarte bun� corespunde unei eficacit��i foarte bune; - iar la redarea modest� - bun� corespunde o eficacitate de acela�i ordin de m�rime. Excep�ie de la aceste caracteristici o fac culorile reci (lumina de zi) care prezint� valori diferite fa�� de cele men�ionate, deci alegerea trebuie f�cut� cu aten�ie în func�ie de cerin�ele caracteristice. De altfel trebuie subliniat c� în conformitate cu ghidul CIE lumina rece nu este recomandat� pentru nici un tip de interior. Utilizarea l�mpilor echipate cu balasturi electronice are urm�toarele avantaje deosebite: - cre�terea eficacit��ii globale a sistemului lamp� - balast, care de fapt arat� valoarea real� a eficacit��ii 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 în cazul balastului electronic al c�rui consum tinde la zero, eficacitatea global� va fi aproximativ 90 lm/W); - nu prezint� efect de pâlpâire; - amorsare practic instantanee (f�r� starterul clasic); - cre�te durata de func�ionare; - factorul de putere unitar; - nu prezint� pierderi de c�ldur�; - nu prezint� zgomot; - greutate redus�. Trebuie precizat c� reglajul fluxului se poate realiza într-o gam� larg� numai prin varia�ia frecven�ei curentului în circiutul de alimentare a l�mpii. Posibilit��i deosebite pentru utilizare ale l�mpilor fluorescente compacte în locuin�e �i hoteluri, spa�ii comerciale mici sau pentru iluminatul de accent în orice spa�iu comercial sau muzee, expozi�ii sau alte înc�peri 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 pu�in) �i a duratei de func�ionare (opt pân� la zece ori mai mult) fa�� de lampa incandescent� clasic� utilizat� în trecut la necesit��i 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-t��ile curente pentru destina�iile corespunz�-toare cu condi�ia alegerii corecte a culorii apa-rente (func�ie de temperatura de culoare Tc) �i red�rii culorii (func�ie de indicele de redare Ra). Evident c� alegerea surselor de lumin� trebuie acordat� cu o op�iune �i selectare a corpurilor de iluminat, esen�ial� pentru asigurarea confortului, func�ionalit��ii estetice �i integr�rii sistemelor artificiale de iluminat cu cele naturale. Lucrarea de fa�� a încercat s� eviden�ieze aspectele ce trebuie luate în considerarea �i aprofundate de c�tre cei care concep/ proiecteaz� sistemele de iluminat noi sau renoveaz� cele dep��ite. În alte trat�ri ulterioare se vor analiza cazuri particulare specifice unei destina�ii ale cl�dirii. Bibliografie

1. Bianchi. C, “Luminotehnica” vol I, Ed. Tehnic� 1990. 2. Bianchi. C, “Sistem de Iluminat Interior �i Exterior, Concep�ie, Calcul, Solu�ii”, 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 în conexiune cu mediul luminos. 5. PHILIPS, “Lighting Manual”, Edia�ia 15, 1993, Eindhoven, Olanda. 6. Revue de l’Eclairage, LUX nr. 183 / 1995, Paris,Fran�a. Cornel BIANCHI, Profesor, Dr.ing. Oana DOBRE, preparator Catedra Luminotehnic� �i Instala�ii electrice Facultatea de Instala�ii Universitatea Tehnic� de Construc�ii Bd. Pache Protopopescu Nr. 66, 73232 Bucure�ti Tf.: 01. 2524280 Fax: 01. 252 6880 E-mail: cnri@pcnet.pcnet.ro