Barwa światła a energooszczędność
Oko ludzkie posiada w swej siatkówce dwa rodzaje fotoreceptorów:
- czopki - aktywne przy wysokich poziomach natężenia oświetlenia (widzenie fotopowe),
- pręciki - aktywne przy niskich poziomach natężenia oświetlenia (widzenie skotopowe).
Czopki i pręciki mają odmienne charakterystyki czułości, co będzie kluczowe dla dalszych rozważań. Maksymalna czułość czopków przypada na
długość fali 555 nm (światło o barwie żółto-zielonej).
Maksymalna czułość pręcików przypada na długość fali 507 nm (światło o barwie zielono-niebieskiej).
Strumienie świetlne lamp w katalogach podawane są jako wartości dla widzenia fotopowego. Przyrządy pomiarowe również kalibrowane są względem
czułości fotopowej oka, czyli dla widzenia przy dużych poziomach natężenia oświetlenia. Zatem przy wysokich poziomach natężenia oświetlenia nie
ma problemu - wystarczy w katalogu sprawdzić jaka jest efektywność energetyczna danej lampy o określonej barwie światła. Trudności z oceną
efektywności oświetlenia wywołanego przez dane źródło światła występują przy niskich poziomach natężenia, a więc przy widzeniu skotopowym oraz
(a może przede wszystkim) przy widzeniu mezopowym, gdzie aktywne są jednocześnie czopki i pręciki.
Gdzie najczęściej spotykamy warunki widzenia mezopowego (lub nawet skotopowego)? Głównie jest to
oświetlenie zewnętrzne oraz oświetlenie wewnętrzne orientacyjne, szczególnie całonocne oświetlenie korytarzy w hotelach, zakonach i obiektach o
specjalnej użyteczności publicznej itp.
Poniżej zaprezentowano przykłady poziomów luminancji (jaskrawości powierzchni):
oświetlenie drogowe |
0,5-2,0 cd/m2 |
białe pasy na drodze oświetlone światłem księżyca w pełni |
0,1 cd/m2 |
biała kartka leżąca na biurku przy oknie |
50 cd/m2 |
Ponieważ w miarę obniżania się poziomu natężenia oświetlenia, coraz większy udział w procesie
widzenia biorą pręciki, czułość maksymalna oczu przesuwa się w kierunku fal krótszych (światła z coraz większą zawartością barwy zielono-niebieskiej
w widmie). Inaczej mówiąc - źródła światła o barwach chłodniejszych zaczynają przeważać swą wzrastającą efektywnością nad źródłami światła o
barwach ciepłych. Oprócz barwy światła nie bez znaczenia staje się również skład widmowy w sensie naturalności widma, poziomu oddawania kolorów.
Okazuje się, że oświetlając np. dwa korytarze (lub dwie drogi) lampami o tym samym strumieniu świetlnym (fotopowym), ale o różnych poziomach
oddawania kolorów, korytarz, gdzie oddawanie barw jest wyższe wydaje się być jaśniejszy.
W tej sytuacji rodzi się pytanie - przy jakich poziomach natężenia oświetlenia, albo poprawniej:
przy jakich poziomach jaskrawości otoczenia (w sensie luminancji pola widzenia), jakie źródła światła (o jakich składach widmowych) maja jaką
przewagę nad innymi?
Niektórzy producenci źródeł światła podają w swych katalogach tzw. współczynniki korekcyjne S/P, umożliwiające przeliczenie strumienia świetlnego
oraz skuteczności świetlnej fotopowej na skotopową .
Przykład przeliczenia efektywności fotopowej na skotopową
Źródła światła
|
Moc [W]
|
Strumień świetlny fotopowy [lm]
|
Efektywność fotopowa [lm/W]
|
Współczynnik korekcyjny S/P
|
Strumień świetlny skotopowy [lm]
|
Efektywność skotopowa [lm/W]
|
Świetlówka 6500K |
40 |
2800 |
70 |
2,3 |
6440 |
161 |
Świetlówka 4200K |
40 |
3000 |
75 |
1,5 |
4500 |
112 |
Świetlówka 2900K |
40 |
3040 |
76 |
1,1 |
3340 |
83 |
W praktyce jednak rzadko występują sytuacje, gdy widzenie odbywa się tylko w zakresie skotopowym
(widzą tylko pręciki). Bardzo często natomiast przy niskich poziomach natężenia oświetlenia (niskiej luminancji otoczenia) widzenie częściowo
realizowane jest przez czopki i częściowo przez pręciki. Jest to zakres widzenia mieszanego zwanego widzeniem mezopowym. Do przeliczenia wartości
strumieni i skuteczności świetlnych danych źródeł światła dla konkretnych poziomów zakresu widzenia mezopowego, należy posłużyć się stosunkiem
luminancji równoważnej do luminancji fotopowej Leq/L. Stosunek ten jest równy 1 dla widzenia fotopowego, natomiast w zakresie widzenia mezopowego
mówi on ile dane źródło światła traci, a ile inne źródło światła zyskuje na swej efektywności w danych warunkach oświetleniowych.
Podsumowując:
Inne jest zastosowanie oświetlenia o wysokim natężeniu (gdy luminancja pola widzenia przekracza
10 cd/m2), a inne o niskim natężeniu ( widzenie mezopowe i skotopowe).
Dla wysokich poziomów natężenia oświetlenia (widzenia fotopowego), dane o skutecznościach
świetlnych poszczególnych rodzajów lamp o różnych składach widmowych odczytujemy wprost z katalogów. Natomiast dobór rodzaju lampy, składu
widmowego, barwy światła i oddawania kolorów powinien być podyktowany w pierwszej kolejności względami jakościowymi oświetlenia (komfortem
fizjologicznym, zastosowaniem oświetlenia, biologicznymi skutkami oświetlenia itp.), a dopiero w drugiej kolejności energooszczędnością.
Dla niskich poziomów natężenia oświetlenia, stosowanych (nadających się) głównie w oświetleniu
zewnętrznym (drogi, chodniki, tunele, posesje itp.) oraz wewnętrznym do celów orientacyjnych (całonocne oświetlenie korytarzy, przejść,
przedsionków itp.), źródła światła o barwach chłodnych tym bardziej zyskują na efektywności nad źródłami o barwach ciepłych im bardziej
obniża się jaskrawość otoczenia.
Radosław Gryncewicz
Dla szczególnie zainteresowanych powyższą tematyką:
prace naukowo-badawcze w tym zakresie intensywnie prowadzone są przez:
- Lawrence Berkeley National Laboratory,
- Abratech Corporation of Sausalito.
|