Τετάρτη 25 Αυγούστου 2021

Πώς ο φωτισμός καθορίζει την εξέλιξη των ανθρώπινων δραστηριοτήτων;

 Από

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Image Credit: Unsplash)

Ο τρόπος με τον οποίο φωτίζεται ένας εσωτερικός ή εξωτερικός χώρος αποδεδειγμένα επηρεάζει τις ανθρώπινες δραστηριότητες άλλοτε με θετικό αντίκτυπο και ενίοτε επιφέρει ανεπιθύμητα αποτελέσματα. Ένα σύνολο κατασκευαστικών παραμέτρων που αντιπροσωπεύει την τεχνολογία ενός φωτιστικού σώματος, είναι ικανό να προκαλέσει διακυμάνσεις στην ψυχοσύνθεση που οφείλονται σε βιολογικές λειτουργίες, διαδραματίζοντας κρίσιμο ρόλο στη λήψη αποφάσεων και την εκτέλεση ενεργειών.

Η επίδραση του φωτισμού στις συνθήκες διαβίωσης

Πόσες φορές έχετε αισθανθεί δυσφορία, πονοκεφάλους, κόπωση ιδιαίτερα στα μάτια ή βιώσατε έλλειψη συγκέντρωσης ύστερα από παρατεταμένη διαμονή σε ένα χώρο χωρίς κατάλληλα διαμορφωμένο φωτισμό; Όταν αναφερόμαστε σε ακατάλληλο φωτισμό εννοούμε την υπερβολική ή ανεπαρκή φωτεινή ένταση, τη φωτεινή μαρμαρυγή λόγω χρήσης εναλλασσόμενου ρεύματος γνωστή και ως τρεμόπαιγμα (flicker) που προκαλεί περισπασμό της σκέψης και την ανομοιόμορφη φωτεινότητα που δημιουργεί ενοχλητικές σκιές όπως συμβαίνει ενδεικτικά στα εργοστάσια λόγω πανύψηλων αδιαφανών μηχανημάτων που εμποδίζουν την ακτινοβολία φωτεινής πηγής. Επίσης συχνά εκδηλώνεται δυσαρέσκεια σε φαινόμενα θάμβωσης που προκαλούνται από το γεγονός ότι αντανακλάσεις παρεμβάλλονται μπροστά από την επιφάνεια του αντικείμενου προσήλωσης. Ωστόσο ορισμένες τεχνικές όπως είναι η σκίαση, οι αντιθέσεις και οι ανακλάσεις αν εκμεταλλευθούν σωστά από τα καταστήματα λιανικού εμπορίου σε εκθετήρια και βιτρίνες προσελκύουν περισσότερους πελάτες διαμορφώνουν ένα πιο άνετο κλίμα επισκεψιμότητας και μέσα από τις ευδιάκριτες κάμερες ασφαλείας προστατεύουν τα εμπορεύματα από πράξεις εγκληματικότητας.

Με την ίδια λογική ευχάριστες εντυπώσεις αποκομίσατε από ένα περιβάλλον του οποίου ο φωτισμός ήταν αρκετά προσφιλής και σας βοήθησε να ολοκληρώσετε τις εργασίες σας επιτυχώς αποφεύγοντας την εμφάνιση της φωτορύπανσης που προκαλείται από άσκοπο τεχνητό φωτισμό. Ο λόγος οφείλεται στη φωτεινή πηγή που ακτινοβολεί, στα στοιχεία που τη χαρακτηρίζουν και στις επιφάνειες που προσπίπτει η φωτεινή δέσμη με απώτερο σκοπό να μην παρατηρούνται απώλειες ηλεκτρικής ισχύος και συνεπώς φωτεινής ενέργειας. Διευκρινίζεται ότι οποιαδήποτε τεχνική φωτισμού δεν περιορίζεται μονάχα στη διάκριση των χρωμάτων αλλά και στην αναγνώριση των σχημάτων καθώς και της υφής όπως συμβαίνει στο φωτισμό βιομηχανιών και σε χώρους ασφαλείας.

(Image Credit: Getty Images)

Ποια φυσικά μεγέθη εντάσσονται στην επιστήμη της φωτομετρίας;

Η επιστήμη της φωτομετρίας είναι ο κλάδος που μελετά ενδελεχώς την ποιότητα και την ποσότητα του φωτισμού σε αρχιτεκτονικούς χώρους όπου περνάμε τον συντριπτικά περισσότερο χρόνο μέσα στη μέρα όπως είναι η οικία, τα εμπορικά καταστήματα, το γραφείο, οι εγκαταστάσεις ξενοδοχείων, οι αποθήκες, οι χώροι διασκέδασης, τα νοσοκομεία και τα ιατρικά κέντρα περίθαλψης μαζί με τα αντίστοιχα φωτοβολούμενα μηχανήματα τα οποία εκτελούν επαγγελματικές εργασίες. Πέρα από το φωτισμό, βασικά μεγέθη της φωτομετρίας είναι η φωτεινή ροή, η φωτοβολία και η φωτεινότητα. Ξεκινώντας από τη φωτεινή ροή ή αλλιώς ισχύ, πρόκειται για τη φωτεινή ενέργεια που διαδίδεται στη μονάδα του χρόνου και μετριέται σε lumen. Στη συνέχεια η φωτοβολία σημειακής πηγής η οποία έχει μονάδα μέτρησης τη μία candela, περιγράφει τη φωτεινή ροή που εκπέμπεται σε μια συγκεκριμένη στερεά γωνία. Η στερεά γωνία εκφράζει το μέγεθος της κωνικής διατομής της φωτεινής δέσμης, όπως θυμίζουν τα χάρτινα κωνικά καπελάκια γενεθλίων. Ακολουθεί η φωτεινότητα μιας φωτεινής πηγής με έκταση η οποία μετράται σε candela/m2 και με τη σειρά της εκφράζει τη φωτεινή ροή που προέρχεται από μια επιφάνεια και η ίδια επιφάνεια εκπέμπει υπό ορισμένη στερεά γωνία.

Επόμενο φυσικό μέγεθος είναι ο φωτισμός, εκφράζει τη φωτεινή ροή που δέχεται μια ορισμένη έκταση επιφάνειας, μετράται σε lux και ίσως η ονομασία του να σας είναι οικεία διότι οι τιμές του αναγράφονται πάνω στις φωτεινές συσκευές προτού τις αγοράσετε. Ένας τρόπος για να αυξηθεί ο φωτισμός μιας επιφάνειας ώστε να γίνεται καλύτερα αντιληπτή είναι να μειωθεί η γωνία με την οποία προσπίπτει η δέσμη μιας φωτεινής πηγής πάνω στην ίδια την επιφάνεια. Πρόκειται για το βασικό νόμο της φωτομετρίας και μια απλούστατη τεχνική που αξιοποιείται για εργασίες που απαιτούν λεπτομερή προσοχή όπως είναι οι χειρουργικές επεμβάσεις, η ανάγνωση και οι μηχανικές επιδιορθώσεις.

Αναλύοντας τις παραπάνω έννοιες, οδηγούμαστε σε ένα συμπέρασμα, ότι μια επιφάνεια ενδέχεται να αναλάβει δύο ρόλους. Στην πρώτη περίπτωση όπως αναφέρει ο φωτισμός μπορεί να δεχθεί φωτεινή ενέργεια ενώ στη δεύτερη περίπτωση με βάση τον ορισμό της φωτεινότητας και του φαινομένου της ανάκλασης, συμπεριφέρεται ως δευτερογενή πηγή και μπορεί να επανεκπέμπει ένα ποσό του φωτός που δέχθηκε προς μια άλλη κατεύθυνση αυτήν τη φορά. Επομένως η ανακλαστικότητα μιας επιφάνειας είναι ο παράγοντας που καθορίζει την πορεία της φωτεινής δέσμης μιας φωτοβολούμενης πηγής, μπορεί να πάρει τιμές από 0 έως 1 οι οποίες καθώς αυξάνονται εκφράζουν το ποσοστό του φωτός που ανακλάται ολοένα και περισσότερο. Εμπειρικά έχει παρατηρηθεί ότι η ανάκλαση μπορεί να είναι κατοπτρική ή διάχυτη. Στην πρώτη μορφή οι ακτίνες ανακλώνται με την ίδια γωνία όπως συμβαίνει στον καθρέπτη, ενώ στη δεύτερη μορφή όλες οι ακτίνες ανακλώνται υπό διαφορετική γωνία. Αριθμητικά η ανακλαστικότητα δύναται να βρεθεί από το λόγο της φωτεινής ροής που ανακλάται προς τη φωτεινή ροή που προσπίπτει.

Ωστόσο υπάρχουν δύο μεγέθη της φωτομετρίας, η λαμπρότητα και η λευκότητα που η αντίληψη τους υφίσταται διαφορετική επεξεργασία, στηρίζεται στις αισθήσεις του καθενός και λειτουργούν περισσότερο ως ψυχοφυσικά μεγέθη. Ας υποθέσουμε ότι βρισκόμαστε σε έναν εσωτερικό χώρο στον οποίο φωτίζονται με τον ίδιο τρόπο δύο επιφάνειες, μια λευκή και μια γκρι. Η λευκή επιφάνεια εμφανίζεται πιο λαμπερή, συνεπώς η λαμπρότητα (brightness) αυξάνεται με παράλληλη αύξηση του φωτισμού, χαρακτηρίζεται από λαμπερό έως σκοτεινό και σχετίζεται με τη φωτεινότητα της επιφάνειας. Αντίθετα η λευκότητα (lightness) είναι η αντιληπτή ανακλαστικότητα, οι τιμές της εκτείνονται από το άσπρο μέχρι το μαύρο και δεν επηρεάζεται από τη φωτεινότητα που προέρχεται από μια επιφάνεια, προκειται δηλαδή για μια αμετάβλητη ιδιότητα. Για παράδειγμα όση φωτεινότητα κι αν μας στέλνει ένα αντικείμενο, ένα άσπρο φύλλο χαρτί θα παραμείνει πάντα άσπρο ενώ ένα μαύρο παντελόνι όσο και να ξεθωριάζει θα είναι πάντα μαύρο.

(Image Credit: Walpaperlist)

Πώς συνυπολογίζεται το χρώμα μιας φωτεινής πηγής;

Εύκολα διαπιστώνει κανείς ότι για τη φωτεινότητα μιας φωτεινής πηγής δε λαμβάνεται υπόψιν το χρώμα της, διότι πολύ απλά δύο πηγές με ίδια φωτεινότητα μπορεί να εκπέμπουν σε διαφορετικό μήκος κύματος και να αποδίδουν ανόμοια χρώματα. Το χρώμα μιας πηγής καθορίζεται από δύο παραμέτρους, τη θερμοκρασία χρώματος (CCT) και τη χρωματική απόδοση (CRI). Προτού ερμηνευθεί ο κάθε όρος ξεχωριστά, υπενθυμίζεται ότι οποιοδήποτε ορατό χρώμα στη φύση είναι συνδυασμός τριών βασικών χρωμάτων, κόκκινου, μπλε και πράσινου. Τα βασικά χρώματα αντιπροσωπεύουν τις συντεταγμένες x,y,z με αποτέλεσμα καθένα από τα σύνθετα χρώματα να αναπαριστάται ως ένα σημείο σε ένα επίπεδο διάγραμμα. Το CCT περιγράφει το χρώμα μιας πηγής λευκού φωτός, στηρίζεται στην άποψη ότι τα σώματα που ακτινοβολούν διαθέτουν θερμότητα και μετριέται σε kelvin. Αυτό που ίσως προκαλεί αντίθεση με την κοινή άποψη είναι ότι όσο αυξάνονται οι τιμές kelvin, τόσο πιο ψυχρό χαρακτηρίζεται το χρώμα μιας πηγής. Το θερμό χρώμα αποδίδεται σε πηγές των οποίων το λευκό είναι πιο κιτρινωπό και έχει τιμές μέχρι 3000K. Χαρακτηριστικά παραδείγματα είναι το κερί και ο λαμπτήρας βολφραμίου τα οποία δίνουν έμφαση στα ερυθρά χρώματα των αντικειμένων ενώ εμφανίζουν πιο άτονες τις ιώδεις αποχρώσεις. Θεωρείται περισσότερο οικείο στον άνθρωπο και φιλόξενο, δίνει όμως την εντύπωση ότι περιορίζει τις διαστάσεις ενός χώρου.

Αντίθετα το ψυχρό λευκό όπως για παράδειγμα ενός λαμπτήρα φθορισμού 7500K, τονίζει τις μπλε αποχρώσεις και δίνει την εικόνα ενός μεγαλύτερου χώρου. Όσον αφορά το CRI λαμβάνει τιμές από 0 εώς 100 και μπορούμε να αντλήσουμε πληροφορίες για το πόσο αλλοιώθηκαν τα χρώματα των αντικειμένων από μια φωτεινή πηγή. Για να παρουσιάζονται τα χρώματα όσο πιο πιστά γίνεται σε σύγκριση με τα χρώματα μιας πρότυπης πηγής όπως είναι το φυσικό φως του ήλιου ή το τεχνητό φως ενός λαμπτήρα πυρακτώσεως, προτιμάται το CRI να έχει υψηλές τιμές, όπου στις παρούσες περιπτώσεις πρότυπων πηγών φτάνει το 100. Η συγκεκριμένη προδιαγραφή αποτελεί μια σημαντική παράμετρο για το φωτισμό εγκαταστάσεων που επιδιώκουν να μεταδώσουν αναλλοίωτα μηνύματα όπως οι πίνακες έργων τέχνης.

(Image Credit: Saranyu Unthiamson/EyeEm/Getty Images)

Ταξινόμηση φωτεινών πηγών

Η πιο κοινή φωτεινή πηγή είναι ο ήλιος, το φωτισμό του οποίου εκμεταλλευόμαστε ανάλογα με τη χρονική στιγμή που εντοπίζεται στον ουρανό και την ατμοσφαιρική σύσταση. Εμπειρικά γνωρίζουμε ότι τις θερινές μέρες και κατά τις μεσημεριανές ώρες όπου οι ακτίνες προσπίπτουν κάθετα και η γωνία παρατήρησης είναι μηδέν, ο φωτισμός είναι αυξημένος και καταλήγει σε εσωτερικούς χώρους μέσα από παράθυρα και φεγγίτες. Μια αρχέγονη τεχνική φωτισμού είναι οι φλόγες της φωτιάς από την καύση των ξύλων. Ύστερα από μια περίοδο εξέλιξης, ξανασυναντάμε τις φλόγες στη λυχνία λαδιού, το κερί και στη λυχνία γκαζιού.

Ωστόσο για λόγους χαμηλής αποδοτικότητας, μικρής διάρκειας ζωής και εκπομπής βλαβερών ρύπων, εισήχθησαν στο εμπόριο οι λαμπτήρες πυρακτώσεως που προορίζονταν αρχικά για οικιακή χρήση. Η αρχή λειτουργίας τους περιγράφει ότι εντός του γυάλινου περιβλήματος υπάρχει ένα μίγμα αδρανών αερίων όπως είναι το αργό και το υλικό του νήματος που επιλέγεται για πυράκτωση είναι κυρίως το βολφράμιο. Το ηλεκτρικό ρεύμα που διαρρέει το νήμα, έχει ως αποτέλεσμα το τελευταίο να αποκτήσει θερμότητα και να ακτινοβολεί φως. Σε αυτήν την περίπτωση το βολφράμιο αποτελεί μια καλή επιλογή διότι είναι ανθεκτικό στις υψηλές θερμοκρασίες και αντικατέστησε επιτυχώς το ανθρακικό νήμα του οποίου η εξάχνωση δε γινόταν ομοιόμορφα σε όλο το μήκος του με αποτέλεσμα να σπάει εύκολα. Στη συνέχεια παρουσιάστηκε η ανάγκη να αυξηθεί η αποδοτικότητα του λαμπτήρα η οποία εκφράζει τη φωτεινή ροή σε lumen ανά καταναλισκόμενη ηλεκτρική ισχύ σε watt. Τη λύση έρχονται να δώσουν τα αλογόνα αέρια υπό πίεση τα οποία ξεχωρίζουν χάρη στην ιδιότητα τους να επαναπροωθούν τα ηλεκτρόνια που αποσχίστηκαν από την κίνηση του ηλεκτρικού ρεύματος, ξανά πίσω στο νήμα άλλα σε διαφορετικά σημεία αυτήν τη φορά. Αν συναντήσετε τους λαμπτήρες αλογόνου ως λαμπτήρες ιωδίνης, μην απορήσετε, πρόκειται για το ίδιο προϊόν ενώ μην ξεχνάτε επίσης ότι χρειάζονται τακτικό καθάρισμα. Ως ένα βαθμό οι λαμπτήρες αλογόνου δε βλάπτουν την υγεία, καθώς οι βελτιωμένοι σχεδιασμοί περιλαμβάνουν προσθήκη χαλαζία που χρησιμεύει στην απορρόφηση υπεριώδους ακτινοβολίας.

Αξιοσημείωτο ενδιαφέρον παρουσιάζουν οι λαμπτήρες εκκενώσεως, η χρήση των οποίων επεκτείνεται σε πολλούς τομείς όπως είναι η ανάλυση των υλικών μέσω του φωτός ανάλογα με το αέριο που περιέχουν σε χαμηλή ή υψηλή πίεση. Εκπέμπουν φως μεταξύ του ορατού και υπεριώδους φάσματος, ενώ ο φωτισμός που παράγουν οφείλεται στη διέλευση του ηλεκτρικού ρεύματος εντός των συστατικών αερίων και όχι στην εξάχνωση κάποιου νήματος. Την πιο διαδεδομένη κατηγορία λαμπτήρων εκκενώσεων αποτελούν οι λαμπτήρες φθορισμού, οι οποίοι φαίνονται περισσότερο προσιτοί στην αγορά διότι συγκρινόμενοι με τους λαμπτήρες πυρακτώσεως έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, εκπέμπουν λιγότερη θερμότητα στο περιβάλλον και υπερτερούν στη φωτεινή αποδοτικότητα. Η ηλεκτρική εκκένωση επιτυγχάνεται μέσω μιας ελάχιστης ποσότητας ατμών υδραργύρου σε χαμηλή πίεση παρουσία ευγενών αερίων σε ακόμη μεγαλύτερη αναλογία. Για το λόγο ότι η ακτινοβολία που παράγεται εντοπίζεται στο υπεριώδες και συνεπώς είναι αόρατη, στα εσωτερικά τοιχώματα της διάταξης χρησιμοποιούνται φθορίζουσες ουσίες που ποικίλουν ανάλογα με το χρώμα που επιθυμεί να αποδώσει ο κατασκευαστής. Ένα πιθανό μειονέκτημα που παρουσιάζουν οι λαμπτήρες φθορισμού πόσο μάλλον εκείνοι που λειτουργούν με εναλλασσόμενη τάση, είναι το βουητό που γίνεται αντιληπτό κατά τη διάρκεια του φωτισμού και οφείλεται στο συχνό τρεμόπαιγμα flicker. Το πρόβλημα αντιμετωπίζεται με τους λαμπτήρες φθορισμού compact οι οποίοι χρησιμοποιούν αντίσταση υψηλής συχνότητας.

Cree Connected LED Bulb Review

Στην κατηγορία των λαμπτήρων εκκενώσεων ανήκουν και οι λαμπτήρες ατμών νατρίου, μεταλλικών αλογονιδίων και οι λαμπτήρες ξένου. Οι ατμοί νατρίου σε υψηλή πίεση εκπέμπουν στο ορατό φάσμα με αποτέλεσμα να μη θεωρούνται απαραίτητες οι φθορίζουσες ουσίες και αποδίδουν ένα πορτοκαλί χρώμα, ιδανικό για το φωτισμό των δρόμων. Για το υλικό του περιβλήματος αποφεύγεται το γυαλί επειδή αντιδρά χημικά με το νάτριο ενώ ως επικρατέστερο υλικό επιλέγεται το κεραμεικό. Εκείνο που αξίζει να θυμάστε είναι ότι από τους λαμπτήρες εκκενώσεως υψηλής πίεσης, αυξημένη φωτεινή αποδοτικότητα εμφανίζουν τα μεταλλικά αλογονίδια σε συνδυασμό με τους ατμούς υδραργύρου. Παρόλα αυτά οφείλετε να λάβετε υπόψη ότι απαιτούν ένα ορισμένο χρονικό διάστημα προθέρμανσης προτού φωτοβολήσουν στο μέγιστο βαθμό. Η λίστα τελειώνει με τους λαμπτήρες ξένου υψηλής πίεσης των οποίων το φως πλησιάζει το φυσικό φως της μέρας και επομένως διαθέτουν ένα πολύ καλό CRI. Αξιοποιούνται στα φλας των φωτογραφικών μηχανών και στους προβολείς εξωτερικών χώρων μεγάλης έκτασης.

Αναμφισβήτητα πρωτοποριακός είναι και ο τεχνητός φωτισμός από λαμπτήρες LED (Light Emitting Diodes), συνδέσεις ημιαγωγών δηλαδή που επιτρέπουν τη διέλευση του ηλεκτρικού ρεύματος όπως υποδηλώνει και η ονομασία τους. Η λειτουργία τους στηρίζεται πάνω σε μια απλή δίοδο p-n παρόμοια με εκείνη των φωτοβολατϊκών. Αποτελεί μια ιδανική επιλογή σε πολλές περιπτώσεις φωταγωγισμού διότι συνδυάζουν υψηλή ενεργειακή απόδοση με παράλληλη εξοικονόμηση. Ανταποκρίνονται στην αισθητική που υιοθετεί ο εκάστοτε χώρος προσφέροντας ποικιλία χρωμάτων ή ακόμη και εναλλαγή χρωμάτων βάσει κάποιου αυτόματου ελέγχου όπως συμβαίνει με τα πολύχρωμα φώτα των Χριστουγέννων. Επιπλέον μόνο ευχάριστο θα μπορούσε να χαρακτηριστεί το γεγονός ότι παρέχουν ασφαλή και πλήρη οικολογικό φωτισμό. Σε σύγκριση με τις συμβατικές πηγές έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, ωστόσο με την πάροδο του χρόνου ο φωτισμός τους σταδιακά μειώνεται. Η μείωση αυτή είναι εμφανής όταν το λευκό φως που παράγεται από τις λάμπες LED αναλύεται στις χρωματικές συνιστώσες του, οι οποίες όπως αναλύθηκε παραπάνω είναι το κόκκινο, το μπλε και το πράσινο. Πιο αναλυτικά οι κόκκινοι λαμπτήρες LED τείνουν να έχουν μικρότερη διάρκεια ζωής σε σχέση με τα μπλε και πράσινα LED. Οι συνεχείς βελτιώσεις που δέχονται οι λαμπτήρες LED διάφορων ηλεκτρικών συσκευών, έχουν ως αποτέλεσμα το ηλεκτρικό σήμα να μεταδίδεται σε μεγάλες αποστάσεις με τη μορφή φωτεινού σήματος χάρη στις οπτικές ίνες.

Pc_Mag

ΠΗΓΕΣ

  • Φωτεινές Πηγές: Α. Τσαγκρασούλης, Τμήμα Αρχιτεκτόνων Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας
  • Techlumen – Οδηγός Φωτισμού Καταστημάτων
  • Τοπαλής Φ., Οικονόμου Λ., Κουρτέση Στ., Φωτοτεχνία, 2η Έκδοση, Εκδόσεις Τζιόλα 2016
  • Gupta A. and Koshel R.J., Lighting and Applications, in Handbook of Optics Vol II, 3rd Edition, Mc Graw Hill, 2010