VSB Technical University of Ostrava

IIIrd Conference of the Visegrad Countries on Lighting

LUMEN V4

Czech Republic, Brno, hotel Santon 23 25 June 2010 Marek BLSK1, Rudolf BAYER1 Dept. of Electrical Power Engineering, Faculty of Electrical Engineering, Czech Technical University in Prague (1) Comparison of real street lighting with sodium lamps and LEDs Abstract.ThepaperpresentsthecomparisonofluminousandelectricalpropertiesofmodernLED-basedluminaireswithpropertiesofthe conventional luminaires with high pressure sodium lamp. It collects available product information of compared luminaires with measured luminous andelectricalpropertiesofthemtoallowareadertotakeaviewofmentionedluminaireproperties.Themostimportantvaluesoftheluminaire samples compared are the luminous efficacy, color rendering index, startup process characteristics, spectral distribution of the light sources, etc. Keywords: Road lighting, light emitting diodes, high pressure sodium lamp, luminaire. Introduction Inthelate1990sfirstwhitelightemittingdiodes applicable in lightingwere developed. Luminous efficacyof the first power LEDs was similar to the luminous efficacy of commonincandescenttungstenbulbs.Luminous characteristicsofwhiteLEDsareincreasingprogressively up to the current situation when white LEDs have luminous efficacysimilarorhigherthanconventionallightsources usedinroadlighting,e.g.highpressuresodiumdischarge lamps(seefig.1).TherewithalLEDsfeaturesmuchhigher colorrenderingindexthenconventionallightsourcesused inroadlighting.Consequentlythereisaneedtocompare luminousandelectricalcharacteristicsoftwosampletypes of luminaire, one fitted with conventional and the other with modern light source. Fig.1. Increase of white LEDs luminous efficacy since 1998 [5]. LED-based luminaire characteristics The first compared luminaire is LED-based luminaire (see fig. 2) fitted with 84 Osram Golden Dragon Plus diodes. Further description and nominal characteristics are summarized in Tab. 1 and hereinafter. Fig.2. Sample of a LED-based luminaire for road lighting [4] Tab.1.Nominalcharacteristics oftheLED-basedluminairesample [4, 5]. Light sourceLED Light source manufacturerOsram Light source typeGolden Dragon Plus Number of light sources in the luminaire84 Power consumption of 1 light source (W)1,2 Luminous flux of light source (lm)120 Luminous efficacy of light source (lm/W)100 Color temperature (K)6 012 Color rendering index (-)69 Luminous flux of all light sources in luminaire (lm)10 080 Output luminous flux of the luminaire (lm)6 417 Optical system efficacy (%)63,7 Power consumption of the luminaire (W, including balast consumption) 108 Luminous efficacy of the luminaire (lm/W)59.4 Inordertodrawupthechromaticityclassification, spectralanalysisoftheLED-basedluminairelightwas elaborated in The Laboratory of Photometry at FEE CTU in Prague.Basedonthespectralanalysisseveralsignificant characteristicshavebeenevaluated:colorrenderingindex (seeTab.1),colortemperature(seeFig.6),spectral distributionofradiantflux(seefig.3)andspectral distributionofluminousfluxforphotopicvision(underwell light conditions, e.g. in the daytime) and forscotopic vision (under low light conditions, e.g. at night) see fig. 5. Relative spectral distribution of radiant flux, LED-based luminaire0,00,10,20,30,40,50,60,70,80,91,0380 430 480 530 580 630 680 730 780 [nm]e()/eMAX() Fig.3.RelativespectraldistributionofradiantfluxofLEDbased luminaire sample [5] Spectraldistributionofluminousfluxforphotopicand scotopic vision shown in fig. 5 is calculated using equations (1) and (2). Luminous flux for photopic vision [1]: (1) ( ) ( ) ( ) V Km e = Where:()isluminousfluxaccordingtowavelength , e()isradiantfluxaccordingtowavelength (fig.3), Kmisabsolutemaximumofhumaneyespectralsensitivity forphotopicvision(Km=683lm/Wat=555nm),V()is relative photopic spectral sensitivity of human eye (fig. 4). Luminous flux for scotopic vision [1]: (2) ( ) ( ) ( ) V Km e = Where:()isluminousfluxaccordingtowavelength , e()isradiantfluxaccordingtowavelength (fig.3), Kmisabsolutemaximumofhumaneyespectralsensitivity forscotopicvision(Km=683lm/Wat=555nm),V()is relative scotopic spectral sensitivity of human eye (fig. 4). Spectral distribution of human eye sensitivity for photopic and scotopic vision00,10,20,30,40,50,60,70,80,91380 430 480 530 580 630 680 730 780 (nm)V()scotopic visionphotopic vision Fig.4.Spectraldistributionofhumaneyesensitivityforphotopic and scotopic vision [5]. Spectral distribution of luminous flux for photopic and scotopic vision, LED-based luminaire sample02004006008001000120014001600380 430 480 530 580 630 680 730 780 (nm)() (lm)scotopic visionphotopic vision Fig.5. Spectral distribution of luminous flux of LED based luminaire sample, photopic and scotopic vision [5]. Thetotalluminousfluxoftheluminaireforphotopic vision(oranalogicallyforscotopicvision)couldbe calculated using equation (3) [1]: (3)( )( ) d VddKem = 0 where the physical values are described by equation (1). ParticularvaluesofluminousfluxofLED-based luminaire sample are calculated in table 2. Tab.2. Total luminous flux of LED-based luminaire sample. VisionLuminous flux Photopic = 6 417 lm Scotopic = 12 308 lm Basedonspectraldistributionofradiantflux measurements(Fig. 3)thecolortemperatureandx, y coordinatesof CIE 1931 color space have beenevaluated: x = 0.3210; y = 0.3455. These values correspondwith color temperature Tc = 6012 K (see Fig. 6). Fig.6.CIE1931Colorspacewithfiguredx,ycoordinatesof LED-based luminaire light [5]. Inordertoreviewstartupprocessofsampleluminaires several characteristics have been measured after luminaire switch-onduringtwohourswiththestepofoneminutein thebeginning(30minutes)and15minuteslatter. Significant startup characteristics the temperature of LED cooler,electriccurrent(relativetostabilizedvalue),power consumption (relative to stabilized value) and luminous flux (relative to stabilized value) are shown in figure 7. Cooler temperature, electric current, power consumption and luminous flux startup trends of the LED-based luminaire sample99,00100,00101,00102,00103,00104,00105,00106,000 20 40 60 80 100 120t (min)I, P, (%)0,05,010,015,020,025,030,035,040,045,050,0T (C)Electric current (%)Power consumption (%)Luminous flux (%)Cooler temperature (C) Fig.7. Cooler temperature, electric current, power consumption and luminous flux startup trends of the LED-based luminaire sample [5]. The stabilized luminous and electrical values (two hours afterluminaireswitch-on)correspondswithvalues in table 1. Conventional luminaire characteristics The second tested luminaire is the conventional one for roadlighting(seeFig.8)fittedwithhighpressuresodium discharge lamp. Fig.8. Sample of a conventional luminaire for road lighting [3]. Thistypeofluminaireiswidelyusedinroadlightingall overCzechRepublic.Typicallyitcanbefoundinbigcities likePrague,wherethistypeofluminairepredominates. Nominalcharacteristicsofthesecondsampleare summarizedinthetable3.Furthersignificant characteristics of the conventional luminaire fittedwith high pressure sodium discharge lamp are described analogically asinthesectionLED-basedluminairecharacteristicsby following figures (9, 10, 11, 12). Tab.3.Nominalcharacteristicsoftheconventionalluminaire sample [2, 3, 5]. Light sourceHigh pressure sodium discharge lamp Light source manufacturerOsram Light source typeNAV-T 100 Number of light sources in the luminaire1 Power consumption of 1 light source (W)100 Luminous flux of light source (lm)9 000 Luminous efficacy of light source (lm/W)90 Color temperature (K)1 823 Color rendering index (-)31 Luminous flux of all light sources in luminaire (lm) 9 000 Output luminous flux of the luminaire (lm)7 290 Optical system efficacy (%)81 Power consumption of the luminaire (W, including balast consumption) 122 Luminous efficacy of the luminaire (lm/W)59.8 Relative spectral distribution of radiant flux,high pressure sodium discharge luminaire sample0,00,10,20,30,40,50,60,70,80,91,0380 430 480 530 580 630 680 730 780 [nm]e()/eMAX() Fig.9.Relativespectraldistributionofradiantfluxofhighpressure sodium discharge luminaire sample [5]. Spectral distribution of luminous flux for photopic and scotopic vision, high pressure sodium discharge luminaire sample05001000150020002500380 430 480 530 580 630 680 730 780 (nm)() (lm)scotopic visionphotopic vision Fig.10.Spectraldistributionofluminousfluxofhighpressure sodiumdischargeluminairesample,photopicandscotopicvision [5]. Tab.4.Totalluminousfluxofhighpressuresodiumdischarge luminaire sample. VisionLuminous flux Photopic = 7 290 lm Scotopic = 4 347 lm Fig.11.CIE1931Colorspacewithfiguredx,ycoordinatesofhigh pressure sodium discharge light; x = 0.5397; y = 0.4004 [5]. Fig.12. Luminaire temperature, electric current, power consumption andluminousfluxstartuptrendsofthehighpressuresodium discharge luminaire sample [5]. Luminaire temperature, electric current, power consumption and luminous flux startup trends of the high pressure sodium discharge luminaire sample 0,0020,0040,0060,0080,00100,00120,00140,000 5 10 15 20 25 30t (min)I, P, (%)0,010,020,030,040,050,060,070,080,090,0T (C)Electric current (%)Power consumption (%)Luminous flux (%)Luminaire temperature (C)Summary LED-basedluminairesamplehasbetterparameters than high pressure sodium discharge luminaire ones for use in road lighting applications. The LED-based provides better color rendering, far higher scotopic luminous flux (important especiallyatnight)andbetterstartupstabilitywith approximatelythesameluminousefficacyofthewhole luminaire.Intheyellowlightofhighpressuresodium discharge lamp with low color temperature colors are worse distinguishable.Takingintoaccounttheprogressive developmentofLED-basedluminairesitcanbeexpected that they will be widely used for road lighting soon. REFERENCES [1]HABEL,J.,Svtelntechnikaaosvtlovn.1sted.Praha: FCC Public, 1995 [2]Osram light sources catalogue. http://www.osram.com, 2010. [3]Schrderluminairescatalogue.http://www.schreder.com, 2010 [4]Etna product catalogue. http://www.etna.cz, 2010 [5]BLSK, M., New trends in road lighting, Poster 2010. Praha: CTU FEL, 2010, May 6th. Authors: Ing. Marek Blsk, Ing. Rudolf Bayer, both PhD. students atCzechTechnicalUniversityinPrague,DepartmentofElectrical PowerEngineeringatFacultyofElectricalEngineering, Technick 2,CZ166 27Praha,E-mail:balskmar@fel.cvut.cz, bayerrud@fel.cvut.cz .

Narcyza Barczak-Araszkiewicz1, Bogdan lk2 ZPSO Pol-lighting (1), Philips Lighting Poland S.A. (2) End of life lampsat the lighting market in Poland Abstract. The paper is addressing the subject of collection and recycling of end-of-life lamps at the lighting market in Poland. The article gives the historical insides that have influenced the today situation andthe collection and recycling system. Keywords: lamps, recycling, end-of-life. Introduction Thecriticalphaseoflifecycleoflampsisusage. For light sources, more than 90% of the total environmental effectiscausedbyelectricityconsumptionduringusage. We can assess the energy consumption of particular lamps bytheirefficacy(lumen/watt).Fromthispointofviewthe mostefficientlampsarethedischargelightsources. Althoughwehavetoconcludethatmajorityofdischarge lampsareconsideredashazardouswaste,becausethey containsmallamountofenvironmentallysensitive substances(Hg).Knowingthesizeoftheend-of-lifelamps market we have seriously to prevent the environmental risk cause by the disposal phase. Fig.1. Life Cycle Assessment of fluorescent lamps [2] BranchAssociationPol-Lightingandits members,includingPhilips,areactivelypromotingand stimulating the recycling of spent lamps as well the creation oftherequiredinfrastructure.ThePol-lightingisofthe opinion that this problem can best be handled by specialists inthefieldofrecycling.InPoland,aninfrastructurefor processingend-of-lifelampsisalreadyoperational.Waste legislationandpossibilitiesforlampdisposalvaryfrom countrytocountry.Thereforelocalregulationsshould always be followed. Recycling market and waste legislation in Poland Historically,wastelegislationandtherolesfor disposal were vary from country to country in Europe. In the 1989,therewereanenvironmentalcatastropheinPoland causedbythewrongorlackofmanagementofend-of-life fluorescentlamps(rejects)atthePOLAMRzeszwlamp factory in south of Poland. During the years 1970-1989 the rejectedlampsoutoftheproductionprocesswerestored outdoor without proper handling that caused the breakages. Therejectsweredampedinvariousplaces(the investigationhaddiscovered32suchplaces![1]).Inresult oftheactivityofPOLAMRzeszwtheundergroundwater waspollutedandthefactorywasclosedandhasnever restarttheproductionagain.Overthenextyearsalotof moneyhasbeenspenttorecoverthecontaminatedarea. TheMinistryofEnvironmenthastookpromptactionsto preventsuchaccidenceinthefuture.Thishasresultedin strictregulationsimplementedforpropercollectionand disposal of fluorescent lamps in Poland. The lamp recycling at Philips Lighting Poland S.A.Themanufacturingoffluorescentlampswas reallocatedtoPOLAMPiafactory,thathasalotof experiencewithmanufacturingofincandescentlamps.The strictconditiontorestartthefluorescentlampsproduction was to organize the recycling process of production rejects before. Since therewere no such an experience in Poland, POLAM Pia had investigated various suppliers to purchase the recycling equipment and knowhow from other countries. The investigationhas resulted in the long-term cooperation withSwedishcompanyMRT.Closedto1millionUSD contracthasbeensignedandthemodernMRTmachinery was installed for production-line rejects. In 1991 POLAM Pila has been acquired by Philips LightingB.V.ThenewborncompanyPhilipsLighting PolandS.A.hascontinuedandextendedtheproductionof fluorescentlamps.Thisresultedintheexpansionof capacitywiththemodernPhilipslinesequippedinthe uniquedosingtechnologyusingthespecialmercury capsules(Fig.2).Thenewtechnologyhasallowedto reducethemercurycontentinfluorescentlampsandthe numberofrejects.Consequentlytheoldproductionlines were sold or scrapped. Fig.2Reductionofmercurycontentinfluorescentlamps(Philips mercury capsule dosing technology BAT) Thesametimetherewereseveralinvestmentsin newtechnologiesforrecyclingofend-oflifelamps.Today, fourspecializedrecyclingunitsareusedfortheproper treatment of end-of-life lamps. Two main technologies used for recycling areend-cut and shredder (Fig.3). 3.53.52.01.48.00.01.02.03.04.05.06.07.08.09.01990 1995 2000 2005 2010YearMercury Dose (mg) Fig.3.Two ways for recycling of end-of-life lamps ThelatestinvestmentinPhilipsLightingPolandS.A.isa stateofartend-cuttechnology.Intheend-cut/air-push disassemblyprocess,theend-capsofthelampare removedbyheatingandcutting.Thecontentsofthelamp tubearethenremovedbyanairblast,whichresultsina mixtureoffluorescentpowderandmercury.Allthatisleft over after this stage is the clean glass tube. The use of the end-cut/air-pushdisassemblyprocessmakesitpossibleto achievegoodseparationofthefluorescentpowderand mercurymixturefromtheglasstubeofthelamp.Other disassemblytechniquesuseduptonowhavealways resultedinincompleteseparation,resultinginimpure materials and making recycling difficult or impossible. Fig.4.Thephasesofdisassemblyprocessforrecyclingof fluorescent lamps (end-cut technology) [2] The recent innovation in the recycling process is the ability to separate the phosphor powders recovered from different fluorescent lamp types. This is possible by usage of a specially designed selection unit, which has been developed and patented by Philips. The role of the selection unit is to recognize the incoming lamps by their phosphor types. According to the detected phosphor type, the phosphor powder/mercury mixture, which is extracted by the air blast is directed into one of three corresponding bins. The end-cut technology allows to separate the following materials for recycling: phosphor powder, mercury, glass (recovered in a pure form,can be used for the production of new fluorescent lamps), metal parts, remaining materials. Theremainingmaterialsaccountforabout2%oflamp weight,andconsistmainlyofresinsandglueresidues, small metal components etc. These are the only parts of the lamp that cannot be recycled, and are therefore disposed of through the appropriate channels. The waste legislation in Poland Thefirstwastelegislationthathadaddressedthe end-of-lifelampswasthePolishlegislationregardingthe productanddepositfee.AsfluorescentlampsandHID lampscontainthesmallparticlesofhazardousmaterials, these lamps were covered by this specific legislation, which wasimplementedin2001oneyearbeforethewas published. The core of the legislation was the collection and recyclingobligationlimitsthatwereintroducedbythis legislation. Table 1. Collection as % of the CRSOs market {4] Collection as %NoCountryName C(R)SOTotal market in thds pcsC&R (ton) Q1-Q3 2007 actualsof market1 Sweden Ei-kretsen 12 0001 771 77,70%2 Estonia Ekogaisma Eesti Filiaai1 500101 50,60%3 Poland ElektroEko 39 0002 350 42,30%4 Latvia Ekogaisma 2 20087 40,80%5 Finland FLIP 14 000624 33,50%6 NetherlandsLightRec Nederland35 0001 561 27,60%7 Belgium LightRec 19 800900 23,90%8 Austria UFH Altlampen Systeembetreiber12 500450 23,70%9 Germany Lightcyde (CSO)140 0005 308 23,50%10 Slovakia EKOLAMP stovakia5 250126 21,10%11 Hungary ELECTRO-COORD (umbrella)8 800323 20,30%12 Denmark Lyskildebranchens WEEE Forening (LWF)10 700336 20,20%13 Czech RepublicEKOLAMP 14 300459 18,00%14 Slovenia ZEOS (EKOSIJ)2 60044 10,50%15 France Recylum 100 0001 800 9,50%16 Portugal Amb3E (umbrella)12 700160 7,30%17 United KingdomRecolight 125 0001 216 6,40%18 Spain AMBILAMP 73 000618 4,60%19 Greece Appliances Recycling (umbrella)14 30013 0,50%20 Romania Recolamp 15 6000,00% In2005PolandhasimplementedthenewWasteElectrical ElectronicEquipmentlegislationbytranspositionofEU Directive2002/96/WE(WEEE).Theexistenceofthe previouslegislationhashelpedtobuildthecollectionand recyclingsystemforend-of-lifelampsearlierthansome other branches that were not covered by it. Theresultsofitisvisibleatthecollectionand recyclingreports,whichclearlyshowsthatthelighting industryinPolandisoneofthebestperformingindustrial branches.Theofficialreportshowsthatin2008Lighting industryamongtenindustrialbrancheswasthebest performingincollectionofWEEEwith33%collectionrate followedbyTelecommunicationwith20%[3].Theleading collectionandrecyclingorganizationinPolandis Elektroeko,whichisalsooneofthemostefficient organizationinEUmemberstates[4].Althoughtheresults oflightingindustryaregoodcomparedtoothersbutstill there is a long way to reach the satisfactory levels and meet longtermEUcommitments.Oneofthechallengesisto improvethecollectionofcompactfluorescentlampsfrom households, which is still far below from the waste flow from professionalend-users.AllpartiesincludingMinistryof Environment,collectionandrecyclingorganizationsand lightingbranchunderstandthatthecrucialelementforthe successincollectionfromindividualend-usersistheir education and continuous improvement of take back system and supporting legislation. REFERENCES [1]Biuletyn ministerialny GiO LISTA 80 1990-2005 Cele realizacja efekty, Warszawa 2005 [2]Product environmental data TL fluorescent lamps, PhilipsLighting (2001) [3]Raport o funkcjonowaniu systemu gospodarki zuytymsprztem elektrycznym i elektronicznym w 2008 roku, GIO Warszawa, czerwiec 2009. [4]Unpublished material from Elektroeko. Authors:mgrNarcyzaBarczak-Araszkiewicz,ZPSOPol-lighting, ul.Stpiska22/30,00-739Warszawa,E-mail: narcyza.barczak@pollighting.pl;mgrin.Bogdanlk,Philips LightingPolandS.A.,ul.Kossaka150,64-920Pia,E-mail: bogdan.slek@philips.com.

Petr Baxant, Stanislav Sumec Vysok uen technick v Brn Vyuit jasov analzy pro posuzovn energetick nronosti osvtlen Abstrakt. Clem pspvku je pojednat o monostech vyuit jasov analzy pro ely men energetick nronosti osvtlen zejmna v kontextu hodnocenmrnhovkonuinstalovanchsvtelnchzdroj,resp.innostiinstalovanchsvtidelbeznutnostidemonte.Pihodnocen energetick nronosti se bn uvauj hodnoty instalovanho pkonu osvtlovacch systm v budov nap. na jednotku plochy. Abychom mohli posouditinnoststvajcchsvtidel,muselibychomjedemontovatalaboratornovitjejichinnost,cojesamozejmpracnaprakticky nemon. Nicmn bylo by mon nap. analzou jasu svtidla nebo svtelnho zdroje, vypotat jejich piblin svteln tok a tm si udlat zkladn pedstavu o innosti, resp. mrnm vkonu. To samozejm nen mon u libovolnho svtidla nebo zdroje, ale u nkterch typ by toto mlo bt realizovatelnbezproblm,zejmnauidelndifuznchploch.To,sjakoupesnostjemonmrnvkontaktourit,bymlpspvek zodpovdt Abstract.Purposeofthispaperistodiscussthepossibilitiesofusingluminanceanalysisforpurposesofmeasuringtheenergyperformanceof lightingsystemsespeciallyinthecontextofassessingtheefficacyofinstalledlightsources,respectivelyefficiencyofinstalledlightingfixtures withoutdisassembly. In assessing the energy performancewill normallybeconsideredthevalue oftheinstalledpower for lightingsystems inthe building as per unit area. In order to assess the effectiveness of existing fixtures, we have dismantled a laboratory to verify their effectiveness, which isobviouslytediousandpracticallyimpossible.However,itwouldbesuchananalysisofluminaireorlightsourceluminance,calculatethe approximate luminous flux of light and thus make the basic idea of efficiency, respectively luminous efficacy.This is not possible with any luminaire orlamp,butsometypes,thisshouldbefeasiblewithoutproblems,especiallyforidealdiffusesurfaces.Withwhataccuracyitispossibleto determine the luminous efficacy of this would be a contribution to answer. Klov slova: energetick nronost osvtlen, digitln fotografie, jasov analza Keywords: energy demands for lighting, digital photography, luminance analyse vod Clemosvtlenjevytvoitpodmnkyproinnostzraku takov,abyvidnbylooptimln,pokudmononim nenaruovan a zrove dlouhodob komfortn. Diskuze na tma kvality osvtlen, kvantity osvtlen a jejichhodnocen jsoupedmtemadyjinchlnk.Proenergetickou nronost bychom mohli uvaovat vyloen pouze vstupn efektsvtla,tj.vytvoenkonkrtnjasovscnypi mitelnmvstupnmpkonusoustavy.Souasnpstupy, hodnotcnronostosvtlenzejmnadlecelkovho pkonuosvtlenbezrespektovnintenzityosvtlen, nejsou zdaleka dokonal.Za vznamn vylepen lze povaovat indiktor uvdn nap. v [3], kter energeticknkladynaosvtlen vztahuje k udrovanosvtlenosti,tj.v pomruzskanintenzity osvtlennaplochu.Aleanitentoindiktornerespektuje fakt,esvtlodistribuovannaosvtlovanplochymus penstvizulninformacismremk pozorovateliatose djeprostednictvmjasuajehorozloennapozorovan scn.Bylobytedyvhodnuvaovatminimlndaldva faktory: initel odrazu a smr pozorovn.Jakjevidt,stleulehujemeprcitm,e zjednoduujemehodnotckritrianasicesnadno vypoitatelnkoeficienty,alev adppadjsoutyto koeficientyvlastnnicnekajc.Pedstavmesidv extrmnsituace:ernouabloumstnost.Obmstnosti osvtlmestejnouintenzitou,eknme500lx.Obbudou mtstejnpkon,tedyenergeticknronostbudev tomto ppadstejnvetnpomruW/m2/lxnebojinho indiktoru.Ilaikpitomtu,ev ernmstnostibude svtlajakobymn,zjednodueneeno.Energetick nronostosvtlenbytedymlarespektovatifakt,co osvtlujeme a odkud danou scnu pozorujeme.Kritikovnamtnou,ebytobyloplikomplikovana tkohodnotiteln.Opakjemonpravdou.Uvme-li fakt,emenjasuajehorozloenmebts dnen pstrojovoutechnikoumnohemjednodunemen osvtlenosti pomoc luxmetru, zejmna jejho rozloen, pak stoj za zven minimln porovnat stvajc a mon nov pstupyk hodnocenenergeticknronosti.Clem pspvkujepodobnoudiskuzinavodit,navrhnoutaukzat moneen.Samozejmnememetvrdit,etakov pstupjejedinmonabezesporupinesetak komplikace.Nicmnjeotzkou,k emuvlastnindiktory energetick nronosti slou, kdy nejsou schopny sprvn indikovat to, co od nich oekvme.

Svteln tok zdroje Hodnotme-liinnostnjakhosystmu,ptmesena pomrvstupnavstupnenergie.Uosvtlenmebt vstupemtebaosvtlenostnauritploeanebotomu odpovdajcsvtelntok.Svtelntokjeskuten vkonovoufotometrickouveliinouaindikujemnostv svtlainnzuitkovanhok vidn.Pokudbychomnap. mili svtelntok vstupujc do okapozorovatele, meme zjednoduenci,etatoenergiepmotvoodezvu zrakovhovjemuatudvhodnindiktorprosledovn. Samozejmnelzeopominoutjakprostorov,takasov rozloentohototoku,aletov ttochvlinendleit. Memesenacelouvcpodvatjetjinak.Mme-li k dispoziciveliinu,kterpopisujemnostvsvtlacse smrem k pozorovateli, kterou je jas, meme z tto veliiny uritsvtelntok?Odpovjeano,lze,alejeteba respektovat dal zkonitosti. Otzka,jakuritsvtelntokzdroje,jelaboratorn bneenpraktickydvmazpsobyvpotempo zmen ar svtivosti anebo srovnvac metodou v kulovm integrtoruprotiznmmureferennmuzdroji.Jeliko vtinabnprovozovanchsoustavkpracovnm innostemjerealizovnapomoczivkovhoosvtlen, nabzsemonostanalyzovatsvtelntokmenmjasu svtelnhozdroje.Pokudbudesvtidlonap.zprsvitnho materilurznmlnamdlenkoule,obdlnkyje monanalyzovatjastchtotmidelnchdifuzoraz jejich geometrickch rozmr spotat celkov svteln tok.Vezmmenynnejjednoduppadvlcovvyzaujc plochydlkylaprmrudtvarlinernzivky.Povrch plt bez uvaovn patic je roven (1)l d A = ] m m, ; m [2 Svtlenzcplochyjeproidelndifuzordno vztahem (2)L M = ] m cd ; m lm [2 -2 Svteln tok se pak spote jako souin svtlen povrchu zivky a plochy zivky (3) A M = ] m , m lm lm; [-2 2 Prosvtelntoklinernzivkytakmemepst celkov vztah (4)l d L = 2 ] m m, , m cd lm; [2 kded je prmr trubicel dlka aktivn sti trubice L prmrn jas povrchu trubice Zmme-litedyjaszivky,pakztypovchrozmr zdrojesnadnovypotemejakplochu,taksvtelntok. Jelikozivkamebtvzornmpolipomrnmala menkonvennmjasomrembynebylomon,je vhodnpoutjasovchanalyztorprovyhodnocen prmrn hodnoty jasu na cel zivce a tm i monost lpe spotat celkov tok zivky. Podobnprokoulikulovsvtidlobybylomon stejnm zpsobem odvodit vztah (5)L r = 2 24 neboL D = 2 2 Svtidlotvercovhotvarupakmemtcelkov svtlen tok, pokud budeme uvaovat vyzaovn jen ze ty stran a spodn plochy (6)L a = 25

Podobnproobdlnkovsvtidlopisazen(jedna stranajemontovnanastropistnatudsenepodl na vyzaovn) o rozmrech l x w x h by se dal svteln tok vypotat jako (7)( ) L l h w h w l + + = 2 Samozejmvuvedenchpkladechuvaujeme zmnnzjednoduenrovnomrnvyzaovn (konstantnjas)aidelndifuzor.Vppadjinvyzaovac charakteristiky(licseodidelnhodifuzoru)a nerovnomrnhorozloenjasu,ubudesituacevrazn komplikovanjapravdpodobnvpraxinepostihnuteln. Muselibychomsvtidlosledovatzevechhla vyhodnocenbybylopraktickynemonanerentabiln.V naem ppad se ale spokojme s monost idealizovanho ppaduavyzkoumeuvedenvztahyprovpoet svtelnhotokulinernzivky.Jetebasiuvdomit,ev relnmsvtidledkymnohonsobnmodrazmme povrch vykazovat zven jas. Pi men a analze je tedy vhodn hledat takov msta na povrchu zivky, kter budou sekundrnm odrazem ovlivnna co nejmn. Praktick testovn Proovenveuvedenchteoretickchpedpoklad, bylyprovedenytestymenavyhodnocenjasovch rozloennapovrchubnchsvtelnchzdroja porovnnyprozjednoduenpouzes katalogovou (oekvanou)hodnotousvtelnhotoku.Testovanzdroje nebylymenyv kulovmintegrtoru,nebosevtinou jednaloozdrojepmov instalovanchsvtidlechatakby tov tutochvlibylozbytenouinvestic.Praktickyns zajm,jakjejasnasvtelnmzdrojirozloenazdanjak korelujesesvtelnmtokem,alespopiblin,podle uvedench vztah, nebo se takto namen data nedaj pro dan el pout. V prvnmppadbylavyfotografovnaklasickzivka L58W/20vesvtidlebezkrytu,s bnminduknm pedadnkem.Tatozivkamkatalogovsvtelntok 4600lm.Analzadigitlnfotografieposkytlavsledek menprmrnhodnotyjasutrubiceasi9435cd.m-2. Kontrolnmjasomrembylanamenahodnotajasuasi 9800cd.m-2.Zvizulnhopohledujezejm,epovrch trubice nen idelnm rozptylovaem a rozloen jasu a toku natrubicitudnenhomogenn.Todokldaijasov snmek zdroje Obr. 1. Jasov snmek linern zivky L58W Pokud bychom pouili pro vpoet vztah (4), dostvme hodnotu svtelnho toku lm 631 3 1500 026 0 94352= = & , Odchylka od oekvan hodnoty dle katalogu je lm 969 4600 631 3 = = coinasi-21%odjmenovithodnoty.Bohuelpesn oventokunebylomon.Uvedenpkladjetedyspe demonstrac monho postupu. Rozdlyalemohoubtzpsobenyadoujinchfaktor: spektrln chyba men jasu, odchylka od pedpokldanho idelnhodifuzoru,skutenopotebenzivky,odchylka napjechonaptodjmenovithodnotyatd.Pedmtem pspvku vak nen zkoumat uveden vlivy. V dalmpkladujeprovedenapodobnanalza,ale zivkovsvtidlojeopatenoparabolickoumkoua zivkyjsounapjenyelektronickmpedadnkem.T5 trubiceoprmru16 mmapkonu28 Wmajudvan svteln tok 2900 lm. Obr. 2. Jasov snmek svtidla s linernmi zivkami FH 28W/840 Softwarovmemeohraniitoblastzaujmajc zivkoupomocobjektuRectangle1.V tomtoobjetupak meme hodnotit rozloen jasu. Rectangle 140 000 20 000 02 5002 0001 5001 0005000 Obr. 3. Histogram jasu ve vbru zahrnujcm zivku ve svtidle Z histogramuvidme,enejpravdpodobnjhodnoty jassepohybujnkdev rozsahu35-40tis.cd.m-2.Men konvennm jasomrem poskytlo hodnotu v kontrolnm bod asi 38420 cd.m-2, co piblin odpovd namen hodnot jasu z histogramu. Obdobnm zpsobem jako v pedchozm ppad bychom mohli tedy vypotat svteln tok takovho zdroje. lm 280 7 2 1 016 0 384202= = & , , Odchylka od oekvan hodnoty dle katalogu je lm 4380 2900 280 7 = = co je vak chyba vt ne 150%! V tomto ppad je tedy analzatmtozpsobemnepouiteln,ahlavnpinouje konstrukcevlastnhosvtidlasvtelntokz reflektoruse odr zpt na zivku a zvyuje tak jas zdroje. Hodnocen vkonu osvtlen z jasov mapy V ttokapitolesezammenarozvinutmylenky uveden v vodu pspvku. Objektiv digitlnho fotoapartu lzepovaovatzaokopozorovateletmdoslova.Optick systmobjektivusmrujesvteln svazkyz rznch smr prostorunajednotlivbukysnmaefotoapartu.Zdeje vyhodnocenomnostvdopadlenergiezadobuexpozice ipujakosignl,uloenvevslednmsnmkujakosloky RGB.Pomrtchtosloekurujejasabarvu,lzez nich reprodukovat pvodn obraz nap. na tiskrn, obrazovce. O to nm prakticky ve fotografii jde zachytit obraz svta a umthoreprodukovat.Vefotometriisezajmmespeo to,zachytitjasovrozloen.Pomocpevodnchvztah, pokudznmeodezvupstrojenajas,memezesloek RGB a expozinho reimu pstroje jas vypotat. Vsledek jejakoukadhofotometruzatenuritouchybou,kde nejvtrolibudehrtspektrlnpizpsoben,nebospe nepizpsoben, snmacho prvku.Nenpedmtemzdezkoumatnejistotumenjasua jehorozloen,budemevychzetz pedpokladu,emme dokonalmicpstroj,kterumzmitjasv celm zornmpoli.Ptmesetedy,zdajetakovvsledek pouitelnajakindiktorprohodnocennronosti osvtlen z nj separovat?Mohlibychomnap.provstjednoduchprmrovn hodnotjasu,vypotattedyprmrnouhodnotujasu v celm zornm poli a tu brt jako indiktor. Dal monost jevhovathodnotyjasujednotlivchplochpesjejich prostorovhly.Jetvznamnjbybylozahrnoutdo vhytakpolohuboduviosepozorovn.Tmbychom respektovalipoadaveknarozloenjasuv zornmpoli pozorovatele.V nejjednodumppadbystailovymezit oblastkritickhodetailusmrpozorovn,blzka vzdlenpozad.Mlibychomtedytioblasti,kadby urovala jinou vhu pro zahrnut jasu do prmrn hodnoty. Prodemonstracimemepoutjasovoumapu osvtlenpotaovuebnypipohleduz jednoho pracovnho msta. Ti zny rozdlme hly 0-30, 30-60 a 60-90 stup od osy pozorovn. Obr. 4. Jasov mapa a zny hodnocen jasu pro ven prmr PomocprogramuLumiDISP[2]memespecilnm detektoremvechnytytoznysamostatnanalyzovata zskat prmrn hodnoty jas. V naemppadbylyzjitnytytohodnotyprmrnch jas v jednotlivch znch: L1 = 28,3, L2 = 34,5 a L3 = 46,1 cd.m-2. Pro celkov ven jas pouijeme nap. koeficienty w1 = 1,w2=0,7aw3=0,5.Prmrnjascelhopole,ven pes tyto koeficienty, bude roven ( ) ( )23 2 1 3 3 2 2 1 14 34 = + + + + m cd w w w L w L w L w , Tutohodnotubychomtedypouilijakovkonov parametr osvtlen v danm mst a smru pohledu.Abybylazohlednnaivelikostmstnosti,byloby nejspevhodnvzthnouttutohodnotunacelkovou kubaturuosvtlovanho prostoru, tedy nejen na plochu, jak senynpouv,alenaobjem,nebojasjezdehodnocen jako veliina prostorov, i kdy v plonm rozloen zornho pole. Tm by se mohla lpe vystihnout nronost osvtlen a dosaenpotebnchhodnotjasv praktickylibovoln mstnosti. Zahrnut objemu do indiktoru podporuje i fakt, e nzraknezpracovvpodntypouzez osvtlovan srovnvacroviny,alecelhoprostoru.Jednotkoutohoto indiktorubymlbtpkonvztaennaobjema dosaenou prmrnou hodnotu jasu zornho pole, venou dleveuvedenhopostupu.Vztahproindiktorbyml tvar (8)) / m /(W / /3 2 m cd L V P Cosetkvolbyvahproprmrovnjasuv zornm poli,bylobymonv prvnmokamikuoivitdobrou mylenkueskhosvtelnhogniaJaroslavaNetuilaa jehoinitelepolohyK,kterpesnvystihujeprvmru vjemusvtelnhozdrojev zvislostinajehopoloze v zornmpoli.Ikdybylpvodnpouitv souvislosti s hodnocenm oslnn, jeho pmou korelaci s citlivost zraku nelzepehldnout.Propipomenut,prbhiniteleuvd ne uveden obrzek. Obr. 5. initel polohy dle J. Netuila [3] Zvr Fakt,eosvtlentvocelosvtovnezanedbateln podlenergetickspotebylidstva(podlenkterch pramena20%),nsnutk tomu,abychomidentifikovali ppadn nehospodrn osvtlovac systmy a navrhli jejich vylepen.Smyslemhodnocenenergeticknronosti budovjestanovitnkladynaenergiepiprovozubudovya hledalippadnrezervy.Souasnindiktory,nap.EP, LENIapod.[1],zohledujpouzestreality,kter v kontextupkonvs.vkonosvtlen,hrajedleitouroli. Zahrnutudrovanosvtlenostidovpotujepouze provizornm eenm. Pi zrakov innosti ns toti nezajm ani tak osvtlenost, ale efekt, kter tato veliina zpsob, tj. rozloen jas na pozorovan scn. Vkon zraku tedy nen pmomrnosvtlenosti,alejasu,nebojetlpejeho rozloen. To je velmi dleit a budouc indiktory by mly postupn tento fakt zohlednit.Smyslemlnkubylopiblittenmvizimonho menahodnocenanadnsttmaprodiskuzi.Jakje vidt,jezdeadaotzek,kterbudetebadobudoucna vyeit. Nicmn v prvnm kroku bude nutn, aby se v blzk budoucnostisvtelnnvrhorientovalvcenajasynena osvtlenostiatoiv oblastihodnocenenergetick nronostiosvtlen.Dvody,prosledovatosvtlenost vce ne jas, pestvaj bt s novou pstrojovou technikou a vpoetnmiprogramyrelevantn.Otzkamenosvtlen ajasuajehorozloenjednespraktickyvyeenaje v rukouodbornveejnosti,abydalametodmenjasu jednoznanzelenouatozejmnav oblastinovchnorem a standard.

Podkovn Tentopspvekobsahujevsledkyvzkumnprce financovanzprojektu.MSM0021630516Ministerstva kolstv, mldee a tlovchovy esk Republiky. LITERATURA [1]Sokansk,K.,Novk,T.nobl,J.:sporyenergiev osvtlovnpihodnocenenergeticknronostibudov. ElectricPowerEngineering2010,Brno2010,ISBN978-80-214-4094-4, s. 833-835[2]BAXANT,P.,SUMEC,S.:LumiDISP-softwareforthe luminancedistributionproccessinganddigitalphotography analyses.BrnoUniversityofTechnology,2006,dostupnna http://www.lumidisp.eu [3]SN 36 0008 Oslnn, jeho hodnocen a zbrana. 1961 Autoi:doc.Ing.PetrBaxant,Ph.D.,VysokUenTechnickv Brn,Fakultaelektrotechnikyakomunikanchtechnologi,stav elektroenergetiky,Technick2848/8,61600BrnoE-mail: baxant@feec.vutbr.cz, Ing.StanislavSumec,Ph.D.,VysokUen TechnickvBrn,Fakultaelektrotechnikyakomunikanch technologi, stav elektroenergetiky, Technick 2848/8, 61600 Brno E-mail: sumec@feec.vutbr.cz. Praktick monosti osvtlovn pechod pro chodceIng. Zdenk BlhaAbstract: Lighting of pedestrian crossing is very responsible issue, because peoples livesdepend on the quality of lighting. The norm forroadlighting isnottoo extensive for the sphere of lighting of pedestrian crossing and therefore the proposal of lighting has relatively large freedom for his ideas, creativity but unfortunately also for his mistakes. In my report I have documented several types of lighting of pedestrian crossing and also I advert to their advantages and disadvantages.vodPiposuzovn sprvnostiosvtlen v konfliktn oblastijenejdleitjm parametremkontrastjas osvtlovanhoobjektuajas jehopozad. K vyhodnocovn bylpouitjasovanalyztorLMK2000.Pivbru konfliktnchmstbylapozornostzamenananejkrititj mstana komunikacch. Msta s vraznou mrou nehodovosti se zpsobenou jmou na zdrav jsoupedevmpechodyprochodce.Bylyprotovybrnytitypy osvtlovacchsoustavk hodnocen.Kadtyposvtlovac soustavyvyuvjin druh svtidla. Obr. 1 Jasov analza pechodu pro chodce se zapnutmi a vypnutmisvtidly 1. jzdn pruhZvr:Vpspvkujsemsevnovalmen vybranchkonfliktnch oblast.Zamiljsemsenaosvtlen pechoduprochodce.Vybraljsem nkoliktypovchosvtlovacchsoustavapodrobiljejasov analze.Z vsledku je patrn, e nejvhodnj svtidlo je ulin svtidlo s asymetrickou optikou.Dal dleitpoznatekbylkontrastjas.Napkladvoblastis vysokouintenzitouosvtlen bylkontrastjas chodceapozad tmnulov, a a po pouit pechodovho svtidla se kontrast zvil. Projevil se zde vysok jas pozad. Pechodov svtidlo ulin s asymetrickou optikou0,12 3,31 Kontrast (-)1,12 0,33 0,52 9,12 0,53 3,27 Pechod 32,59 0,17 0,73 2,23 0,16 0,61 Pozad 22,10 0,33 0,82 7,95 0,28 2,63 Chodec 1(cd/m2) (cd/m2) (cd/m2) (cd/m2) (cd/m2) (cd/m2)LmaxLminL LmaxLminLVypnutpechodov svtidlaZapnutpechodov svtidlaPi zapnutch pechodovch svtidlech se kontrast jas mnohonsobn zvil. Prmrn jas nasvtlenho chodce se zvil vce ne tikrt.Obr. 2 Jasov analza pechodu pro chodce se zapnutmi a vypnutmi svtidly 2. jzdn pruh0,18 3,76 Kontrast (-)1,31 0,42 0,77 9,21 1,91 0,72 Pechod 33,20 0,18 0,82 3,82 0,20 0,76 Pozad 22,34 0,25 0,97 11,35 0,32 3,62 Chodec 1(cd/m2) (cd/m2) (cd/m2) (cd/m2) (cd/m2) (cd/m2)LmaxLminL LmaxLminLVypnutpechodov svtidlaZapnutpechodov svtidlaPi osvtlovn tto konfliktn oblasti je dleit, aby byly vhodnm zpsobem nasvtlenyobajzdn pruhy.Protobyloprovedenomen ivedruhm jzdnm pruhu.Po vyhodnocen men bylo zjitno, ekonfliktn oblastvedruhmjzdnm pruhu je stejn dobe nasvtlena jako v pruhu prvnm. SvtlometObr. 3 Jasov analza pechodu pro chodce se zapnutmi a vypnutmi svtidly- 0,39 0,29 Kontrast (-)3,64 0,26 1,10 10,89 0,52 2,49 Pechod 35,21 0,25 1,17 5,48 0,24 1,27 Pozad 23,81 0,20 0,71 7,14 0,30 1,64 Chodec 1(cd/m2) (cd/m2) (cd/m2) (cd/m2) (cd/m2) (cd/m2)LmaxLminL LmaxLminLVypnutpechodov svtidlaZapnutpechodov svtidlaZ namenchhodnotvyplynulo,ekontrastyjas jsounzk.Pizapnutm osvtlen jeprmrnjaschodcevy ne jaspozad pozitivn kontrast. Hodnota prmrnho jasu osvtlenho pechodu je vce jak dvakrt vy. Pi vypnutm osvtlen dochz k negativnmu kontrastu. Pi zapnutm osvtlense absolutn hodnota kontrastu snila!Pechodov svtidlo ulin s asymetrickou optikou na okrun kiovatceObr. 4 Jasov analza pechodu pro chodce se zapnutmi a vypnutmi svtidlyPouit pechodovch svtidel je v tomto ppad velice nutn, nebo kontrast neosvtlenho pechodu je nulov. Po osvtlen pechodu se projev pozitivnkontrast. 0,06 1,35 Kontrast (-)2,74 0,31 1,26 8,16 1,66 3,93 Pechod 35,45 0,08 1,09 4,70 0,15 1,22 Pozad 24,85 0,29 1,16 12,10 0,52 2,87 Chodec 1(cd/m2) (cd/m2) (cd/m2) (cd/m2) (cd/m2) (cd/m2)LmaxLminL LmaxLminLVypnutpechodov svtidlaZapnutpechodov svtidlaSpolenost THORN Lighting nabz een osvtlovn pechod pro chodce programem IVS(IVS: Identification, Visibility, Safety)IVS ztlesuje dynamick P.E.C. program spolenosti Thorn, kter je zrukou vynikajcch vsledk. Program P.E.C. je zaloen na principu, podle nho vkon, innost a pohodl uruj kvalitu osvtlen, jeho psoben na uivatele i vliv na ivotn prosted. IVS dodv sprvn svtlo na sprvn msto a v prav as.Vkon - poskytujemaximln vizuln efekt,pesn optikavrazn zdokonalujevertikln osvtlenostprovysok rovnviditelnosti;dokonal clonn,kter zamezujeoslnn,zlepujepehlednostosvtlovanhoprostoru;nzkplochpaprsek poskytuje dobrou modelaci objekt; optimln osvtlen rozen do pilehlch zn k lepmu rozpoznn cle.innost - spora energie a nklad, ni emise CO2 a mn odpadu, to je osvtlen, kter lze efektivn instalovat, provozovat a udrovat; svtidlo vrazn sniuje spotebu energie, jeliko dvojit asymetrick optika umouje innj osvtlen pechod s minimem ruivho/nevyuitho svtla; snadn instalace a drba osvdench produkt sniuje provozn nklady.Komfort - uivatel se ct pohodln a spokojen; bl svtlo s vysokm barevnm podnm vytv uklidujc prosted; irok vbr styl svtidel sjednocuje vzhled ulic; dodaten signalizace prostednictvm indiktoru LED zvyuje bezpenost.Dariusz Czyewski Politechnika Warszawska, Instytut Elektroenergetyki Monitoring stanu owietlenia ulicy owietlonej oprawami drogowymi wyposaonymi w LED-y. Streszczenie.Ideazastosowaniadiodelektroluminescencyjnychwowietleniudrogowymjeststosunkowonowaimaoznana.Narynku owietleniowympojawiosiwielukonstrukcjioprawowietleniowychwykorzystujcychLED-y.Parametryowietleniowepodawaneprzez producentw (dystrybutorw) budz jednak pewne wtpliwoci. Poza tym, istnieje bardzo niewiele praktycznych rozwiza owietlenia drogowego z zastosowaniem opraw LED. Brak dowiadcze okrelajcych jak tego typu oprawy zachowuj si w trakcie eksploatacji. Std zdecydowano si na monitoringstanuowietleniajednejzwarszawskichulicnaktrychzamontowanooprawydrogowezLED-ami.Raportzmonitoringuzostanie zaprezentowany w niniejszym opracowaniu (referacie). Abstract.TheconceptofLEDuseinroadlightingisnewandnotwidelyknown.OnthelightingmarketmanyLEDluminaireconstructionshave appeared. Lighting parameters given by the manufacturers (distributors) are questionable. Moreover, there are no many practical solutions of road lightingwiththeuseofLEDluminaires.ThereislackofexperienceshowinghowsuchLEDluminairesworkinrealconditions.Itwasdecidedto monitor road lighting conditions on one of the Warsaw streets where LED luminaires had been installed. In this paper the report of monitoring will be presented (Monitoring of road lighting conditions illuminated with the use of LED luminaires). Sowa kluczowe: diody elektroluminescencyjne, owietlenie drogowe, weryfikacja owietlenia. Keywords: LED, road lighting, verification procedures. Wprowadzenie Diodyelektroluminescencyjnenaledonajszybciej rozwijajcychsitechnologicznierdewiata.Ichcoraz lepszeparametryfotometryczneikolorymetryczne powoduj,iwkraczajonewnoweobszaryzastosowa. Jednymznajnowszychzastosowajestowietlenie drogowe.ZastosowanieLED-wwkonstrukcjidrogowych oprawowietleniowychwydajesidoobiecujcymi przyszociowymkierunkiemichrozwoju.Jednakw praktyce powstaj pytania i wtpliwoci:Czynaobecnymetapierozwojutechnologicznegodiod elektroluminescencyjnychmonazastpiklasyczne oprawy, oprawami z diodami elektroluminescencyj-nymi? Czy jest to rozwizanie energooszczdne, ekonomiczne i racjonalne?Jaktegotypuinstalacjeowietleniowezachowujsiw duszej perspektywie czasowej- w trakcie eksploatacji? Wydawaobysi,eodpowiedpowinnabyprostai zawartawparametrachtechniczno-owietleniowych oprawy.Niestetynawetrenomowaniproducenci przedstawiajbardzooglnikowedanefotometryczne tycheopraw.Producencimniejznanipodajparametry, ktreniesdokocawydajsiwiarygodne(brakbada weryfikacyjnychwniezalenychplacwkachnaukowo-badawczych)[1,2].Stdwartospojrzenategotypu oprawywsposbrozwanyiobiektywny,aszczeglnie przyjrze si ich praktycznym realizacjom. Wprzypadkuinstalacjiowietleniowej,tylkowaciwie okreloneproceduryweryfikacyjne(pomiary)swstanie okreli rzetelno projektw, jako zastosowanych opraw owietleniowychorazprawidowoichmontau[3,4,5]. Pomiaryweryfikacyjnewykonywanewsposbcykliczny, umoliwiajdodatkowosprawdzenieutrzymania,wczasie eksploatacji,wymaganegopoziomuposzczeglnych parametrwowietlenia.Matoszczeglneznaczeniew przypadkunowychinstalacjiowietleniadrogowego opartychnaLED-ach,gdziebrakdowiadczezwizanych zicheksploatacja.Dlategozdecydowanosinablisze zajcie si ta problematyka. Wybr i charakterystyka instalacji owietleniowej Dochwiliobecnejjestbardzoniewieleinstalacji owietleniowychzoprawamiowietleniowymi wyposaonymiwLED-y.Przyczyntegostanurzeczyjest kilka.Popierwszestorozwizaniakonstrukcyjnedosy nowe,ktreniezostayprzetestowanewpraktyce,w duszejperspektywieczasowej.Trudnookreli,jak poszczeglneparametryowietleniowebdzmieniaysi zczasem-poprostubraktegotypudowiadcze.Po drugieoprawyowietleniowewyposaonewdiody elektroluminescencyjnesdodrogie,ichcena kilkukrotnieprzewyszaklasycznerozwizania.Potrzecie bardzodyskusyjnajestkwestiaichenergooszczdnociw porwnaniudoklasycznychoprawowietleniadrogowego. Rzetelnaanalizaichrzeczywistychparametrw fotometrycznych,poddajepodwtpliworealne moliwoci zaoszczdzenia energii elektrycznej. Stdmamystanrzeczytaki,iinwestorzyalbo bezkrytyczniedecydujsinategotypuinstalacje owietleniowealbowstrzymujsizichzakupem.Do rozwanym rozwizaniemwydaje si zainstalowanie opraw owietleniowychzLED-aminaokrestestowy.Jelioprawy potwierdz swoje walory w rzeczywistych warunkach, wtedy mona zdecydowa si na ich szersze zastosowanie. Poza tym,monanabiecomonitorowa,stanowietleniana testowanejulicy.Natakieoptymalnerozwizanie zdecydoway si wadze stolicy.WwynikuwsppracyZarzduDrgMiejskich(ZDM)w WarszawieorazZakaduTechnikiwietlnej(ZT) PolitechnikiWarszawskiejpodjtoprbmonitoringustanu owietleniatestowejinstalacjiowietleniowej.ZDMwybra noweoprawyowietleniowezdiodami elektroluminescencyjnymiorazokrelimiejsceich instalacji.PracownicyZTzajlisimonitoringiemstanu owietleniatestowanegofragmentuulicywokrelonych odstpach czasowych. Ostateczniezdecydowanosinatestowezainstalowanie oprawowietleniowych,wyposaonychwdiody elektroluminescencyjne,naulicyDzielnejwWarszawie. Noweoprawyzostayzamontowanewmiejsce dotychczasowych klasycznych opraw owietleniowych, czyli ichrozmieszczeniebyonarzucone.Ostatecznie zainstalowano6oprawowietleniowychzLED-ami produkcjidalekowschodniej,zaoferowanychdotestw przezfirmLLP.Oprawyzamontowanona6kolejnych supach od ul. Jana Pawa II w kierunku ul. Karmelickiej. Rys.1.Widokmoduwwieccychoprawzdiodamielektro-luminescencyjnymi Parametrytechniczneoprawyowietleniowejorazulicy przedstawiay si nastpujco: typ zastosowanej oprawy: LU4 (cztery moduy LED po 28 diodwmodule-wsumie112LED-womocy1W zgodnie z rys. 1); moc oprawy: 150W typdrogi:ulicajednojezdniowa,dwupasmowa, dwukierunkowa; szeroko jezdni: s = 9 m, szeroko pasa ruchu: 4,5 m, szeroko chodnika: 2 m; system rozmieszczenia latarni: jednostronny; odstp pomidzy oprawami: a = 25 m; wysoko zawieszenia oprawy: h = 9 m; wysunicie opraw nad jezdni (nawis): w =0 m; kt nachylenia oprawy: okoo = 5; rodzaj asfaltu : R3. Metodologia przeprowadzonych bada Odcinekulicy,naktrymzainstalowanonoweoprawy owietleniowe,widocznyjestnarys.2.Niestety,niezosta onzbytwaciwiewybranyprzezZDM,biorcpoduwag badaniafotometryczne.Ulicanawybranymodcinku przechodziwlekkiuk.Pozatym,naulicypoobydwujej stronach,zaparkowanessamochody.Woczywisty sposbutrudniatowykonaniepomiarwfotometrycznych naulicy.Tenstanrzeczy,spowodowakonieczno rezygnacji z czci pomiarw fotometrycznych. Rys.2.Widokul.DzielnejowietlonejoprawamitypuLED(sze kolejnych opraw) Generalniepomiarystanuowietleniaulicy,zdecydowano siwykonawoparciuozalecenianormyPN-EN13 201:2007. Zgodnie z norm wykonywano pomiary, zarwno rozkadu natenia owietlenia, jak i rozkadu luminancji na powierzchnijezdni.Modupomiarowyprzyjtopomidzy3-cii4-toprawliczcodul.JanaPawaIIwkierunkuul. Karmelickiej.Rasterpomiarowyzostaprzyjtyzgodniez norm, tzn. na kadym pasie ruchu, siatka punktw 3 x 10. Przyczym,niewykonywanopomiarwnatenia owietlenianaskrajnychrzdachpunktwpomiarowych (gdybyytamzaparkowanesamochody-polepomiarowe przedstawiarys.3).Pomiarywykonywanoluksomierzem, ktregogowicafotometrycznaposiadaatermostatyzacj (umoliwiatowykonywaniepomiarwtakewniskich temperaturachotoczenia).Natomiastwprzypadku luminancji,pomiarywykonanotylkonarzdachpunktw pomiarowychnajbliszychosijezdni(zewzglduna zaparkowanepojazdy-obrazsamochodwpojawiasi poluwidzeniamiernikaluminancji)-zgodniezrys.4.Pole pomiarowemiernika,zgodnieznormwynosio2x20. Dodatkowopomiarywykonanomatrycowymmiernikiem luminancji,umoliwiajcymokrelenierozkaduluminancji na caym badanym polu pomiarowym. Rys.3.Rozmieszczeniepunktwpomiarowychprzypomiarach nateniaowietlenia(szarykolorwyrniapunktywktrychnie wykonywano pomiarw) Rys.4.Rozmieszczeniepunktwpomiarowychprzypomiarach luminancji (szary kolor wyrnia punkty w ktrych nie wykonywano pomiarw) Monitoring stanu owietlenia Pomiarywykonywanoodpocztkulipca2009,wokoo miesicznychodstpachczasu.Przewidujsi,ipomiary bdkontynuowanedolipca2010roku.Odpadziernika 2009zrezygnowanozwykonywaniapomiarwluminancji, zewzgldunanisktemperaturzewntrznorazstan nawierzchnijezdni.Odlistopadadokocalutego,nie wykonywanopomiarw,zewzgldunabardzoniskie temperaturypowietrzaorazduemasynieguzalegajce na jedni i w jej okolicach. Zestawieniewynikwpomiarwfotometrycznychzawiera Tabela 1. Tabela1.Zestawieniedotychczasowychwynikwpomiarw fotometrycznych instalacji owietleniowej typu LED Pomiary fotometryczne Luminancja Natenie owietlenia Lr oErE Data wykonania pomiarw [cd/m2][-][-][lx][-] 19.08.20091,290,660,45180,66 09.09.20091,180,60,61180,65 07.10.2009---18,50,7 28.10.2009---19,340,7 11.03.2010---19,530,7 Tabela 1 zawiera wyniki pomiarw: luminancji redniej (Lr), oglnejrwnomiernociluminancji(o)orazwzdunej rwnomiernoci luminancji (1), a take redniego natenia owietlenia (Er) oraz jego rwnomiernoci (E). Narysunku5przedstawionyjestrozkadluminancjina badanym odcinku jezdni zmierzony matrycowym miernikiem luminancji.Zrozkaduwynikaenajniszewartoci luminancjiszlewejstronyulicy,niestetywmiejscugdzie czciowozaparkowanessamochody-niewykonywano tampomiarwklasycznymmiernikiem,awznaczcy sposbwpynybyonenazmniejszenierwnomiernoci luminancji.Luminancjaredniazmierzonamatrycowym miernikiemluminancji(wdniu09.09.2009)wynosiaL= 1,1cd/m2. Rys.5.Pomiarrozkaduluminancjiulicywrejonieodcinka pomiarowegomatrycowymmiernikiemluminancji-pooenielewe obserwatora Zauwaono, e oprawy LED powoduj powstawania wiata intruzyjnego na budynku ssiadujcym z badana instalacj. Monitoring bdzie kontynuowany w nastpnych miesicach. Przewidujesijegorozszerzenieonoweinstalacje owietleniowe,wykorzystujcediody elektroluminescencyjne.Wkwietniuzostanwznowione pomiary rozkadu luminancji na powierzchni jezdni. Podsumowanie Naprzestrzenikilkumiesicymonazauwaystao parametrwfotometrycznychbadanejinstalacji owietleniowej.Lekkiwzrostredniegonatenia owietleniamonatumaczyspadkiemtemperatury zewntrznej,gdywpywatopozytywnienawarunkipracy diodelektroluminescencyjnych.Niewielkzmian luminancjijezdnimonainterpretowa,zjednejstrony wpywemwarunkwpogodowychnastannawierzchni jezdni,azdrugiejstronybrakiemmoliwociwykonania bardzoprecyzyjnychpomiarwwedugproceduryzawartej wnormie.Zpraktykimonastwierdzi,iduolepsz dokadnoipowtarzalnopomiarwmonauzyska wykorzystujc matrycowy miernik luminancji (rys. 5). Wprzyszocinaleyzwrciuwagnadobrmiejsca zainstalowaniatestowychoprawowietleniowych.W przypadkuanalizowanejinstalacjiowietleniowej,oprawy zostayzainstalowanenalekkimukuulicyorazwmiejscu gdzie na stae parkuj na ulicy samochody. Uniemoliwia to penweryfikacjepomiarowzgodniezzaleceniami normalizacyjnymi.Niestetyzewzgldunabrakdostpudo innychtegotypuinstalacjiwWarszawie,zdecydowanosi na monitoring tej instalacji. Pozakoczeniubadaidemontausprztu owietleniowego,planowanesbadanialaboratoryjne zastosowanychoprawtypuLED,abymonabyookreli ichfaktyczneparametryfotometryczneielektryczne.Na podstawiebadalaboratoryjnychorazpomiarw terenowychbdziemonawycignpenewnioskina tematanalizowanychoprawowietleniowych.Pozwolito podj racjonaln decyzj o zastosowaniu tego typu opraw owietleniowych na szersz skal. Zauwaono,ebadaniategotypumonabyrozszerzyna wiksziloinstalacjiowietleniowych,zarwnonowych jak i ju eksploatowanych. Pozwolioby to weryfikacj stanu owietlenia.Dodatkowopomiarytegotypu,umoliwiyby dokadneokreleniewspczynnikwutrzymaniainstalacji owietleniowejwdanymmiecie(uwzgldniajcnatenie ruchu pojazdw, warunki rodowiskowe - zanieczyszczenie, zabrudzenieopraw,spadekstrumieniawietlnegorde wiata w trakcie eksploatacji, itd.). PodsumowujcwadzomWarszawynalesisowa uznaniazaracjonalnowpodejmowaniudecyzji dotyczcychnowegonieznanegosprztuowietleniowego. Jesttozachowaniegodnenaladowania.Jakpokazuje dowiadczenie,poleganietylkonadanychtechnicznych podawanychprzezsprzedawcwoprawowietleniowych (szczeglnietychnowychnarynku),czstoprowadzido bdnychdecyzji,azainstalowaneowietleniejest niezgodne z normami oraz energochonne. LITERATURA [1]aganW. RzetelnieirozwanieoLED-ach-ocena obecnych i prognoza przyszychaplikacji owietleniowych diod elektroluminescencyjnych;PrzegldElektrotechnicznychnr 1/2008, ISSN 0033-2097. [2]Czyewski D. Oprawyowietleniadrogowegozerdami wiatatypuLED,XVIIIKrajowaKonferencjaOwietleniowa Technikawietlna2009,Warszawa,ISSN1506-6223,15-16.10.2009, str. 283 288.,[3]Czyewski D. Pomiaryowietleniadrogowego-opis wymagaformalnych,Elektrosystemy2/2006,ISSN1509-2100. [4]Czyewski D. Pomiaryowietleniadrogowegowpraktyce, Elektrosystemy 4/2006, ISSN 1509-2100 [5]Czyewski D. ,Pomiaryowietleniadrogowego-wnioski, Elektrosystemy 6/2006, ISSN 1509-2100. Autor:drin.DariuszCzyewski,PolitechnikaWarszawska, Instytut Elektroenergetyki,E-mail: dariusz.czyzewski@ien.pw.edu.pl; Dariusz CZYEWSKI Politechnika Warszawska, Instytut Elektroenergetyki Rozkad luminancji na powierzchni wieccejdiod elektroluminescencyjnych Streszczenie. Niezalenie od aplikacji, w procesie projektowania ukadw optycznych dla diod elektroluminescencyjnych konieczna jest znajomo rozkadu luminancji powierzchniwieccej. Problem polega na jednoznacznym okreleniu powierzchniwieccej LEDw, tzn. czyrdem wiata jest tylko matryca LEDa, czy pierwotny ukad optyczny czy czsto stosowane wtrne ukady optyczne. Dodatkowy problem stanowi rne ksztaty poszczeglnych elementw ukadu optycznego, co wpywa bezporednio na rne rozsyy strumienia wietlnego. Rozpoczte prace badawcze maj pozwoli na odpowied na cz z postawionych pyta. AbstractIndependentonapplication,indesignprocessofopticalelementsforLEDsinformationaboutluminancedistributiononalightsource surface is crucial. The problem consists in straightforward evaluation of LED luminous surface, that is whether the light source is only LED matrix or primary optical system, or often used secondary optical system. Additional problem is connected with different shapes of optical systems that directly influences luminous intensity distributions. The investigations initiated should give answers for some problems. Sowa kluczowe: rda wiata, diody elektroluminescencyjne, obszar wieccy. Keywords: light sources, LED, field lighting. 1. Wprowadzenie Diodyelektroluminescencyjne,nazywanetakeLEDod ang.LightEmittingDiodes,sdosynowymi(pierwsza diodaelektroluminescencyjnapowstaawlatach60-tych XXw.),ajednoczenienajdynamiczniejrozwijajcymi pprzewodnikowymirdamiwiata.Naprzestrzenilat powstaobardzowielerodzajwdiod elektroluminescencyjnych. Generalny podzia, to podzia na diodyniskomocowe(omocachdo0,5W,gdzietypowe prdy pracy wynosz do 30mA) oraz diody wysokomocowe (o mocach powyej 1W, gdzie typowe prdy pracy wynosz ponad350mA).Zewzgldunaniskiemocejednostkowe pojedynczychLED-w(dochodzcedo5W,aletypoweto 1W),chccstworzyznichzamiennikiklasycznychrde wiata (arwek, lamp wyadowczych), stosuje si matryce diodowe,zawierajceodkilkudokilkusetLED-w. Oczywicie,imwyszamocjednostkowapojedynczego LED-a, tym mniej ich trzeba zastosowa. Std, w badaniach wasnych,zdecydowanozajsiLED-ami wysokomocowymi,gdytowanieonebdwchodziyw nowe dziedziny zastosowa.Obudowadiodypeniwanrolwprocesie ksztatowaniabryyfotometrycznejdiody elektroluminescencyjnej[1].DlategoobudowLED-a monanazwapierwotnymukademoptycznym.Poza obudowamidodatkowobryfotometryczndiodyLED ksztatujesizapomocodbynikw,soczewekoraz filtrw, ktre czsto na stae zintegrowane s z dana diod. Bardzorzadkopierwotneukadyoptyczneprojektowanes podspecjalnezastosowanie.Zazwyczajpierwotneukady optyczne,wprodukcjiseryjnej,realizujkilkatypowych rozsywstrumieniawietlnego(np.lambertowski, szerokoktny i skrzydekowy). Producenci chcc rozszerzy moliwociaplikacyjneprodukowanychseryjnieLED-w (szczeglnietychoduejmocyelektrycznej),zaczli poszukiwadodatkowychrozwiza-wpostacispecjalnej konstrukcjipierwotnychukadwoptycznychorazczciej wpostaciwtrnychukadwoptycznych.Std, wprowadzonospecjalnekonstrukcjepierwotnychoraz wtrneukadyoptycznewpostacikolimatorwmasywnych [2].Kolimatorwykonanyzprzezroczystegotworzywa sztucznego, w jednej czci zachowuje si jak soczewka, w drugiejdzikiwykorzystaniuzjawiskacakowitego wewntrznego odbicia dziaa jak odbynik. Wprocesieprojektowaniaukadwoptycznychdladiod elektroluminescencyjnych, konieczna jest: 1. identyfikacja rzeczywistej powierzchni wieccej; 2.znajomorozkaduluminancjinarzeczywistej powierzchni wieccej. Gwnymelementemukaduwietlno-optycznegodiod elektroluminescencyjnychjestchipwieccy.Zazwyczaj innychelementwwukadziewietlno-optycznym, projektancioprawowietleniowychniebiorpoduwag. Podczasprowadzeniadokadnychobliczeukadw optycznych z diodami elektroluminescencyjnymi, konieczna jestjednakznajomorozkaduluminancjipowierzchni matrycywieccej.Pozatym,rwnieistotnymielementami wpywajcyminawielkopowierzchniwieccej,a porednionarozkadluminancji,sposzczeglneczci konstrukcyjneLED-w,tj.:pierwotnyukadoptycznyoraz wtrny ukad optyczny.Wszystkiewymienioneczynniki,zwizanezidentyfikacj powierzchniwieccejorazrozkademluminancji,s przyczynzoonocimatematycznegomodeluksztatu wieccych LED-w.Najdokadniejszymodelrozkaduluminancjidanejdiody elektroluminescencyjnejmonauzyskapoprzez bezporednipomiarluminancji,aotrzymanyrozkadjest wtedyzebranynp.wpostacimacierzowej.Otrzymujesi wtedyrzeczywistluminancjdanegoelementuLED-az okrelonegokierunku.Innymsposobemokrelenia luminancjichipawieccegojestprzyjcie,wdalszych obliczeniachukadwoptycznych,luminancjiredniej powierzchnichipawdanymkierunku.Jeszczewikszym uproszczeniemjestzamodelowaniechipapunktem wietlnym. Oddzielnymzagadnieniemjestmapowanieokrelonego rozkaduluminancjinapowierzchnidiody,wobliczenia symulacyjnych.Bazujcnametodziepromieniodwrotnych, zasadniczowyrniasidwiepodstawowemetody mapowania [3]: 1. metod pkow; 2. metod mapowania luminancji. Wmetodziepkowejrozkadluminancjirdawiata uwzgldnianypodczasoblicze(symulacji)musizosta zarejestrowanylubwyliczony,jakorzutobrazurozkadu luminancjinapaszczyznprostopaddopromienia odwrotnegoodbitegoododbynikaizmierzajcegow kierunkurdawiata.Bardzodualiczbadanych wejciowychograniczapraktycznezastosowanietej metody.Natomiastwmetodziemapowanialuminancji, nakadasimap(obraz),zawierajcyrozkadluminancji rdawiata,napowierzchnimodelugeometrycznego rda wiata (lub jego czci). Rozkady luminancji na powierzchni wieccej LED Docelowymobszaremdziaanaukowychjest stworzeniemodeluluminancyjnegodiod elektroluminescencyjnych.Abytegodokona,naleyw pierwszejkolejnoci,okrelirzeczywistyrozkadu luminancjinapowierzchniwieccejLED-w.Z wymienionychnawstpieprzesanek,badaniompoddano diodywysokomocowernychproducentw(europejskich orazdalekowschodnich),aleouznanejmarce.Moc poszczeglnychLED-wwynosiaok.1W-czylibyyto LED-ynajbardziejpopularnespordwysokomocowych. Diodyniebyyspecjalnieselekcjonowane,jedynyparametr naktryzwrconouwagtostabilnoparametrw technicznychpodczaspracyorazwysokarenoma producenta. Natymetapiebadawasnych,analiziepoddanodiodyo rozsylezblionymdolambertowskiego.Wynikifragmentu przeprowadzonychbadazostanzaprezentowanew dalszej czci opracowania. Wtabeli1przedstawionopodstawoweparametryLED-w wybranychdoprezentacji-wedugdanychproducentw. Abynieprzesdzaowalorachuytkowych poszczeglnychLED-w,zdecydowanoniepodawanazw producentw, a diody bd ponumerowane od 1 do 5. Tabela 1. Dane techniczne LED-w poddanych badaniom - wedug danych producentw Dioda nr 1 Dioda nr 2 Dioda nr 3 Dioda nr 4 Dioda nr 5 Strumie wietlny znamionowy [lm] 904510039116 prd znamionowy [mA] 350350350350350 napicie znamionowe [V] 3,413,423,253,423,2 zakresnapi roboczych [V] 3,1-4,3 2,79-3,99 3-4-2,7-3,7 temperatura barwowa [K] 5000-8000 5500630027006500 rozsywiatoci lambertowski zakres ktowy 130 lambertowski zakres ktowy 140 lambertowski zakres ktowy 127 lambertowski zakres ktowy 120 lambertowski Zgodniezprzewidywaniamiobszarwieccydiod elektroluminescencyjnychmiazrnicowanluminancj. Najlepiejtenefektbywidocznyprzypomiarzezkierunku prostopadego do osi optycznej LED-w. Na rysunkach od 1 do5,zostayprzedstawionerozkadyluminancjizkierunku prostopadegodoosioptycznej,wybranychdoprezentacji LED-w(dlaukadufotometrowania(C,),gdzie ppaszczyznaC=10akt=0.Dodatkowosprawdzono wpywzwikszeniaprduzasilaniadiodz350mAdo 700mAnawynikipoziomuirozkaduluminancji.Rysunki leweprzedstawiajdiodyzasilaneprdem350mA, natomiastrysunkipraweprzedstawiajdiodyzasilane prdem700mA(dopuszczalnymprzezproducentwLED-w). Rys. 1. Rozkad luminancji na powierzchni LED-a nr 1 (wybranego do prezentacji), widziany z kierunku prostopadego - przy zasilaniu prdem 350mA (lewy rys.) i 700mA (prawy rys.)

Rys. 2. Rozkad luminancji na powierzchni LED-a nr 2 (wybranego do prezentacji), widziany z kierunku prostopadego - przy zasilaniu prdem 350mA (lewy rys.) i 700mA (prawy rys.)

Rys. 3. Rozkad luminancji na powierzchni LED-a nr 3 (wybranego do prezentacji), widziany z kierunku prostopadego - przy zasilaniu prdem 350mA (lewy rys.) i 700mA (prawy rys.)

Rys. 4. Rozkad luminancji na powierzchni LED-a nr 4 (wybranego do prezentacji), widziany z kierunku prostopadego - przy zasilaniu prdem 350mA (lewy rys.) i 700mA (prawy rys.)

Rys. 5. Rozkad luminancji na powierzchni LED-a nr 5 (wybranego do prezentacji), widziany z kierunku prostopadego - przy zasilaniu prdem 350mA (lewy rys.) i 700mA (prawy rys.) Dalszymetapembadabyosprawdzenierozkadu luminancjiprzyrnychkierunkachobserwacji.Rwniew tymprzypadkuokazaosierozkadtenniejest rwnomierny.Narys.6przedstawionorozkadluminancji napowierzchniwybranejdiody,dlarnychkierunkw obserwacji.Zewzgldunasymetriobrotowukadu optycznegodiodnr2sfotometrowanowdwch ppaszczyznach C (C=0 iC=90) oraz ktach od0 do 90co10.Wtrakciepomiarwdiodyzasilanoprdem 350mA. C = 0, = 0skala LC = 90, = 0 C = 0, = 10skala LC = 90, = 10 C = 0, = 20skala LC = 90, = 20 C = 0, = 30skala LC = 90, = 30 C = 0, = 40skala LC = 90, = 40 C = 0, = 50skala LC = 90, = 50 C = 0, = 60skala LC = 90, = 60 C = 0, = 70skala LC = 90, = 70 C = 0, = 80skala LC = 90, = 80 C = 0, = 90skala LC = 90, = 90 Rys. 6. Rozkad luminancji na powierzchni LED-a nr 2, dla ktw = 090 (co 10) oraz ppaszczyzn C=0 (rys. lewe)) oraz C=90 (rys. prawe) Analiza wynikw Analizujcwynikibada,zestawionenarys.od1do5 mona stwierdzi, e dwukrotny wzrostu prdu zasilajcego LED-y,powodujewzrostluminancjiood50%wprzypadku LED-a nr 5 do ponad 75% w przypadku LED-a nr 4. Wstpnaanalizarys.6wskazuje,iobszarwieccy LED-azmieniasiwrazktemobserwacji,azmianytes szczeglnie widoczne od kta = 70. Pomimo teoretycznej symetrii obrotowej bryy fotometryczne (dla tego typu diod), ksztat powierzchni wieccej i rozkad luminancji, jest rny dla ppaszczyzn C=0 i C=90. Ksztatobszaruwieccegojestzgodnyzksztatemchip-a wieccegowLED-ach.Wwikszociprzypadkwjestto ksztatprostoktny(szczeglniewidocznenarys.4i5). Odpowiadaonzaluminancjonajwikszejwartoci. Luminancja w obszarze chip-a zmienia si w granicach 90-100% luminancji maksymalnej. Dlapocztkowegozakresuktowego(=060), powierzchniwieccjestnierwnomierniewieccy piercieorazzdeformowany kwadratw rodku piercienia (rys. 6).Luminancjapierwotnegoukaduoptycznegowynosiokoo 10%luminancjiobszaruchip-awieccego.Szczeglnie dobrzetojestwidocznedlakata=90.Stdnaley wnioskowa,enienaleypomijaluminancjipierwotnego ukadu optycznego w obliczeniach projektowych. Pozatym,sprawdzeniawymagapowtarzalnoobszaru wieccegowrnychegzemplarzachLED-worozsyle lambertowski. Dalsze kierunki bada Zasadniczoprzewidujesidalszebadaniadiod elektroluminescencyjnychorozsylestrumieniawietlnego zblionego do lambertowskiego. Po zakoczeniu tych prac, planowanespomiarydiodyelektroluminescencyjneo innychpodstawowychrozsyach(np.sideemitting).Na podstawieprzeprowadzonychbadazostaniepodjta prbastworzeniauniwersalnychmodeliluminancyjnych diodelektroluminescencyjnychdanegotypu.Wtoku realizacjitegozadania,planowanejestrozwizaniekwestii zwizanejzdoboremsystemumapowanialuminancjina powierzchni LED-w oraz jego optymalizacja. Poetapiepomiarowo-koncepcyjnym,zakadasi przeprowadzenieweryfikacjiopracowanegomodelu luminancyjnegodiodyelektroluminescencyjnej,na rzeczywistym ukadzie optyczno-wietlnym. LITERATURA [1]Czyewski D. :Selectedproblemsofdefiningtheluminous areaofelectroluminescentdiodes,PrzegldElektrotechniczny nr 8/2008 [2]Zal ewski S. :Projektowaniewtrnychukadwoptycznych do LED-w, Przegld Elektrotechniczny nr 5/2007 [3]S omi ski S. , Mapowanie rozkadu luminancji rda wiata wobliczeniachfotometrycznychodbynikwzwierciadlanych, Rozprawa Doktorska, Politechnika Warszawska, 2010 [4]aganW. :Scaloneprzetwornikiobrazu-nowaeraw fotometrii; Pomiary Automatyka Kontrola, nr 9 bis 2006. [5]aganW. RzetelnieirozwanieoLED-ach-ocena obecnych i prognoza przyszychaplikacji owietleniowych diod elektroluminescencyjnych;PrzegldElektrotechnicznychnr 1/2008, ISSN 0033-2097. [6]Wi ni ewski A. :Diodyelektroluminescencyjne(LED)duej mocy; Przegld Elektrotechniczny nr 5/2007. [7]Kot wi czA. :LeuchtdichteverteilungenanHochdruckbogen-entladungslampen fr KFZ-Scheinwerfer und optische Parame-tervonBrennermaterialien;rozprawadoktorska,Politechnika Berliska, Berlin 2004. [8]SawickiD.:Wybraneproblemysymulacjifiguryjasnych punktwzwykorzystaniemmetodyledzeniapromieni; OWPW; Warszawa 2007.

Autor:drin.DariuszCzyewski,Politechnika Warszawska, Instytut Elektroenergetyki,E-mail: dariusz.czyzewski@ien.pw.edu.pl; Stanislav Darula, Richard Kittler, Peter Oberman Institute of Construction and Architecture, SAS Bratislava Luminance distribution in an office during daytime Abstract. Outdoor daylight is continually changing during a day, penetrates through windows into interiors and results in permanent variations of the indoorlighting.TodaydaylightinginthebuildingsisevaluatedinrespecttoCIEovercastskyconditionsandundertheseconditionsneitherthe daylightchangesnorwindoworientationsareconsidered.Thereforeinrealbuildingsintwosameroomswithdifferentorientationsthedaylight conditionscanoccurdifferencesindependenceontheskyluminancepattern.Tousebettertheinteriordaylightitishelpfultoknowtheindoor luminance changes and distributions. The luminances of walls and the ceiling in a typical office at the Institute of Construction and Architecture SAS were measured by the CCD image method and their changes during a random day were evaluated and compared with simulation results. Keywords: Daylighting, indoor luminance distribution, measurements, CCD camera Introduction Energysavingrequirementsfortheperformanceof buildingstogetherwithrequirementsforthecreationof a healthy indoor environment are main tasks for illuminating and building engineers. Because the sunlight and skylight in exteriorarecontinuallychangingalsopermanentchanges of daylighting in interiors for work and rest can be observed duringaday[1-5].Daylightpenetratesthroughwindows intointeriorswhichresultsinthefactthatonlyapartof available daylight can be used [6-7]. The daylighting in two similarroomswiththesameoutdoorobstructionsbut differentorientationtocardinalpointscandifferin dependenceontheskyluminancedistribution.Currently daylightinginbuildingsisevaluatedinrespecttoCIE overcast sky conditions ([8] in many countries. Under these conditionsdaylightchangesarenotconsidered.However, skyluminancedistributionsseenwithinthewindowsolid anglefromtheinvestigatedpointinfluencestheindoor luminance distribution. In sidelit rooms during a day depend the luminances also on the window size and position in the facade,onopticalpropertiesoftheglazingaswellason reflectanceofinnersurfaces.Whensunraysarenot penetrating into the room there occur only smaller changes ofluminancesonthewalls.Intheoppositecasewhen sunrayspenetrateinsidethevaluesandlocationofbright luminancepatchesonwallsandfloorarechanging frequently and fluently during the day. For the evaluation of luminancedistributionintheinteriorscanbeusedseveral computer programs, (e.g. Radiance, Dialux, Relux, DaySim, Genelux,etc.)ormeasuringmethodssuchasthosebased onthemeasuredluminancesorCCDimages[9-12].The calculationresultscanbedifferentapplyingvarious computerprogramsinthesolutionsofthesametask. Moreoveronlyovercast,clearorintermediatesky conditions are only considered in these calculations. To use bettertheinteriordaylightitishelpfultoknowtheindoor luminance changes and distributions. [13-15].TheluminancesinthetypicalofficeatInstituteof Construction and Architecture in Bratislava (ICA SAS) were measuredbyCCDimagemethod.Thesedatawerethen comparedwithresultscalculatedbytheDialuxV4.3 program. Methodology Thedaylightingresearchinvolvesinvestigationsof indoorluminancesintheoccupiedinteriorsasoneofthe attribute of visual environment.TheemptytypicalofficeroomNo.103(Fig.1)with dimensions 4.45m x 5.5m x 2.9m at ICA SAS orientated to north-westwasselectedfortheindoorluminancemap investigation. The room is illuminated by the doubleglazed twoverticalwindowswithdimensions2.4mx1.6mand 0.85mx 1.6maswell asby the faadedoor 0.85mx 2.4m respectively. The interiorwas painedwhiteexcept the floor and had no exterior obstructions, Fig. 2.View 1.6 10.8x3 0.8 0.3 0.8 2.90Plan yx 5.50 1 1 1 1 1 4.45 111 1 5x 6x 7x8x9x A B C D E F Left wall Fig. 1 Scheme of the office room 111 11 yGF E DCBA 4 3 2 1 1 1 5.502.9 z Thecircularimageswiththeequidistantprojectionwere taken by the Coolpix 990 Digital Camera equipped by Nikon FisheyeConverterFC-E8during22ndOctober2008.This camerawascalibratedforluminancemeasurementsatthe FEKTVUTBrno,CzechRepublicinNovember2007.For furtherfisheyeimageevaluationstheresultsofcalibration wereinsertedintothecalibrationfileoftheLumiDISP program [16]. Beforeindoorluminanceinvestigationstheluminance determinedfromfisheyeimageswerecheckedwiththe luminancemeasuredbythecalibratedluminancemeter Minolta 1 (Certificate No. 413/270/41/08 Slovak Institute of Metrology,Bratislavadatedon18thSeptember2008),the calibration constant is 1.24.Themeasuredvaluescorrespondquitewellwiththe CCD values taken from fisheye images, as is shown in Tab. 1withfewdifferencesobservedonlyontheceiling. Probablyduringthecloudydayofmeasurementsitseems that the CCD camera collects more light close to the axis of the converter. Table 1. Comparison of measured luminances with that taken from fisheye images in the room 103 on 15th October 2008 Surface Point Luminance,cd.m-2 Surface Point Luminance,cd.m-2MinoltaCCDMinoltaCCD Left L1127,72127 Rear Z162 61wallL255,865 wallZ248,36 51L350,8457 Z355,8 57L438,4448 Z445,88 52L540,9245 Z543,4 48Right R1117,8103 CeilingS173,16 92wallR259,5265S245,88 68R360,7659S345,88 66R444,6448S445,88 63R544,6445S535,96 52S628,52 45S731 43Because levels of daylighting are permanently changing from sunrise to sunset the relative luminance RLi as ratio of luminanceofthesurfaceelementLstotheluminance verticallymeasuredontheceilingLcwascalculatedand evaluated, Fig 3. (1) csiLLRL =TheseluminancecLsandLc wereobtainedfromthe image using LumiDISP program. Results Themeasurementsoftheluminancewallandceiling maps were taken in the selected office room during one day onthe22ndOctober2008from9:30to16:00every30 minutes[17].Thesephotoswereshotinthesametimeas theexteriorglobalEvganddiffuseEvdilluminanceswere measured at the CIE IDMP station located at the roof of the ICASAS(Geographicallatitude:4810'N,longitude:1705' E,localtimeGMT+1).Theweatherwaschangingfrom cloudyinthemorningtosunnyintheafternoonasalso indicatedbyhigherdifferencesbetweenglobalanddiffuse illuminance shown on Fig. 4.6 8 10 12 14 16 180102030405060 Illuminance in klxTime Evg EvdBratislava, 22.10.2008 Fig.4Exteriorilluminancechangesduringtheindoorluminance measurements on 22nd October 2008. The response of exterior daylight changes on the indoor luminancewasevaluatedforeverymeasurementbutonly an example of the luminance map documented for 11:00 in Fig. 5, 6 and Tab. 2. The solar altitude was s = 30.14, Evg = 38693 lx, Evd = 24476 lx and Lvz = 3030 cd.m-2. Themaximumluminancevaluesweremeasuredclose tothewindowonsidewallsandceiling.Thebackwallis relativelymoreilluminatedthanthedeeperpartsofside walls, Fig. 5. In the Tab. 2 are documented luminances Ls in cd.m-2andrelativeluminancesRLi takeninthepointsof the netwith distance 1m from thewindow wall (x axis) and from the floor (z axis) as well as from the centre of the room (yaxisintheplan),Fig.1.Luminancevaluesare decreasingwiththedistancefromwindowintheratiofrom 2.7:1to1.9:1andontheceilingintheratiofrom2.3:1to 1.8:1.So,theluminancemapofceilingismore homogeneousthanthatofthewalls,asshowninTab.2 andFig.5,incolumns5-9.Theluminanceasymmetryof wallsadjacenttothewindowwallisevidentdueto asymmetricluminancedistributionontheclearskyseen from the room. The human eye is able to adapt to light intensity changes in variousperiodsduringday.Studyofdailyvariationof luminances on the walls and ceiling shows Fig.3Officeroom103,indoorluminancedistributionon22nd October 2008 at 11:00, LumiDISP presentation, Fig.2 View on the window wall Fig.5.Relativeluminancemapofwallsandceiling(zleft[2,3], zright[11, 12]) and yceiling[5; 9]) 0 1 2 3 4 520406080100120140160Time 9:30 10:00 10:30 11:00 11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00Luminance in cd/m2Point Fig. 6 Daily luminance changes on the left wall in the room 103 on 22nd October 2008 irregular occurrences of luminance levels and their irregular duration.Duringcloudydayshigherdifferencescanbe expectedwhensunnyandsunlesssituationsarevariedas was monitored in the morning on that October day. InFig.6.areplottedluminancedistributionsontheleft wall in the level 2m above floor which were determined from images.Itcouldbeexpectedthatthehighestindoor luminancewillbeatnoonwhenthesolaraltitudeisatits maximum. Because the orientation of windows in the office room is due to north-west the walls were illuminated only by skylightatnoon.Maximalluminancesoccurredat14:30 whensunwasrelativelyhighandsunbeamspenetrated throughwindows.Theluminancesweredecreasingwith lower afternoon solar altitudes.Todesignhealthyandcomfortablevisualenvironment thetrendsinthedaylightingresearchareconcentratedto studytheimportanceofluminancedistributionsinthe humanspace.Assuchexperimentsareexpensivethe proceduresandpracticalmethodsforthevisual environment design are expected by illuminating engineers. Severalcomputerpackagesexistwhichhelptocalculate indoorluminancemaps.Problemsarisewhenthe specialistsneedtoinvestigatesituationsdifferentfrom overcast,clearskyorfromsocalledintermediatesky becauseonlythesepossibilitiesarecommonlyavailable. ThewidelyusedprogramDialux4.3wastestedwith measured data taken in office room on 22nd October 2008 at11:00.Becausethesunnyperiodstartedjustbefore 11:00theindoorluminancemapsaregiveninTab.3only for 11:00 with clear sky conditions simulated. ComparisonofmeasureddatainTab.2withthose simulatedinTab.3showdifferencesinvaluesand distribution.Theevidentlylowerluminancevalueswere measuredinallinvestigatedpoints.Theasymmetry betweenleftandrightwallindicatenon-homogeneoussky luminance distribution influenced by the sun position on the sky.Theratioofmeasuredluminances,Tab.2,ontheleft tothatmeasuredontherightwallwaschangingfrom1.28 nearwindowsto0.97neartherearwall.Whenthe calculatedluminancevaluesrepresentingamodelofclear sky conditions, Tab. 3, were applied it was found that ratios 1.16to1.09arequitesimilartomeasuredvaluesthat approve the sunny situation.Thesametrendofdecreasingluminancevaluesalong thewallscanbeobservedontheleftandrightside.The Table 2. Indoor luminance distribution in cd.m-2

Left wallCeilingRight wall Point235x6x7x8x9c1112 B1141028510490867485 83C7665627262635565 68D5453505453525054 55E4445444646454248 46F4243424444444144 43Back wall Point23 5x5747 6x6151 7x6352 8x6353 9x5347 Daylight situation:Small cloudiness, sun is shining, exterior diffuse illuminance and direct illuminance was registered Indoor relative luminance distribution Left wallCeilingRight wallPoint235x6x7x8x9x1112 B2,151,921,601,961,701,621,401,60 1,57C1,431,231,171,361,171,191,041,23 1,28D1,021,000,941,021,000,980,941,02 1,04E0,830,850,830,870,870,850,790,91 0,87F0,790,810,790,830,830,830,770,83 0,81Rear wall Point23 5x1,080,89 6x1,150,96 7x1,190,98 8x1,191,00 9x1,000,89 Office room 103 at ICA SAS Bratislava on 22nd October 2008 at 11:00 Table 3. Indoor luminance distribution in cd.m-2

Left wallCeilingRight wallPoint235x6x7x8x9x1112 B269,5 270,5 192,0 177,0 207,0 221,0 251,0 232,0 233,5C195,0 172,8 149,5 135,3 146,5 153,3 171,0 149,5 170,8D140,8 108,0 96,0 85,587,088,0 100,0 98,0 130,0E113,0 87,3 93,0 86,086,888,097,5 81,0 100,0F107,0 85,3 103,0 93,593,5 102,0 108,0 80,0 96,5Back wall Point23 5x178,5 145,06x177,3 139,07x164,8 125,58x153,3 117,09x145,0 116,0Clear sky conditions simulated by the computer program Dialux V4.3 Indoor relative luminance distribution Left wallCeilingRight wallPoint235x6x7x8x9x1112 B3,10 3,11 2,21 2,032,382,542,89 2,67 2,68C2,24 1,99 1,72 1,551,681,761,97 1,72 1,96D1,62 1,24 1,10 0,981,001,011,15 1,13 1,49E1,30 1,00 1,07 0,991,001,011,12 0,93 1,15F1,23 0,98 1,18 1,071,071,171,24 0,92 1,11Rear wall Point23 5x2,05 1,676x2,04 1,607x1,89 1,448x1,76 1,349x1,67 1,33 Office room 103 at ICA SAS Bratislava on 22nd October 2008 at 11:00 luminance ratios near the window to that near the rear wall was 0.39 for the left side and 0.52 for rightone taken from measurements,whileratio0,36forleftwalland0.38for rightwallwascalculatedbytheDialuxV4.3program.The simulationprogramproducesmoreuniformvisual environmentaswasmeasured.Acomparisonofsimulated indoorluminancesunderclearskyconditionsshowssmall differencesbetweenratiosofluminancesnearwindowto luminancesneartherearwallunderovercastskies.Inthis case this ratio 0.26 for left wall and 0.29 for rightwallwere found.Itisevidentthatallindoorluminancepatternsare changingmorerapidlyunderovercastskiesthanunder clear skies. Conclusions To ensure more effective daylight design and evaluation of the visualenvironmentnewmethodshave tobe sought. Theluminancemetersareexpensiveandclassical luminance measurements are very laborious. Therefore the newCCDtechnologywhichallowsthedeterminationof luminancemapsinvarioussolidanglesandsimplifiesthe tedious techniques seem to be more appropriate. The CCD cameraenablestostudyluminancedistributionsindetail effectivelynotonlyinnarrowsolidanglesbutalsointhe wholehemisphericalhalfspace.Thecomparisonof measured luminance data with luminance maps determined byfisheyepicturesandthesimulationprogramshows differences in obtained results due to:-applicationsofvariousmethodologies,theirlimitations and validities,-limitationsofsimulationprogramsthatenablethe modellingandevaluatingofluminancesonlyunder specificskypatterns,e.g.overcast,clear,intermediate, or parametric situations, -limitationsofCCDtechnologyinthereducedrangeof measured values related to higher inaccuracy, -uncertaintiesofthecalibrationofCCDsensorandits response to photometric units (cd. m-2 ) per pixel, -uncertaintiesinimageprojectionconcerningoptical properties of CCD camera. Many daylightreal situationscan be foundwhich have to bereliablysimulated.Inpracticalindaylightdesignsor studiesinrespectofenergyperformanceofbuildingsitis importanttorespectsituationscharacterizingtypical daylight conditions. The standardization of daylight sources can be helpful to adopt conditions for practical purposes.Thepresentedstudyshowsthepossibilityforapplying CCDtechnologyforthestudyofindoorluminance distribution during daytime. Acknowledgments.Authorsaregratefulforthesupportof projectsAPVV-0264-07andVEGA2/0060/08,thelatter allowed inputs and processing of daylight data. REFERENCES [1] Tr egenzaP. R.,Standardskiesformaritimeclimates, Lighting Res. Technol. 31 (1999), No. 3, 97-105 [2] Rei nhar t C. F. , Her kel S. , Thesimulationofannual daylightilluminancedistributions;astate-of-the-artcomparisonof sixRADIANCEbasedmethods,EnergyandBuildings,32(2000), No. 2, p.16787 [3] Ki t t l er R. , Dar ul aS. , Kambezi di sH. , Bar t zokas A. , DaylightclimatespecificationbasedonAthensandBratislava data.Proc.The9thEuropeanLightingConf.LuxEuropa2001. Reykjavik, p. 442-449 [2] Hei mD. , Komputerowaanalizaoswietleniadziennegoi ocenaparametrwkomfortuwizualnegowpomieszczeniach. (Computeranalysisofdaylightingandevaluationofvisualcomfort in interiors), Politechnika Ldzka, Ldz 2007. (In Polish) [5] Mar dal j evi cJ. , HeschongL. , LeeE.Daylight metrics and energy savings. Lighting Res. Technol, 41(2009),No.3,261-283 [6] Tr egenzaP. R. , Wat er sI . M. , DaylightCoefficients, Lighting Res. Technol, 15(1983), No. 2, 65-71[7] Ki t t l er R. , Dar ul aS. ,The method of aperture meridians: a simple calculation tool for applying the ISO/CIE Standard General Sky, Lighting Res. Technol, 38 (2006), No. 2, 109-122 [8] CIE 16-1970: Daylight. Guide. CIE Central Bureau, Vienna [9] I nani ci M. , Gal vi nJ. ,Evaluation of High Dynamic Range PhotographyasaLuminanceMappingTechnique.LBNLReport# 57545. University of California, 2004 [10]I nani ci , M. , Evaluation of high dynamic range photography as a luminance data acquisition system. Lighting Res. Technol, 38 (2006), No. 2, 123-134 [11]Wi enol dJ. , Chr i st of f er senJ. Evaluationmethodsand developmentofanewglarepredictionmodelforadaylight environmentwiththeuseofCCDcameras,EnergyandBuildings, 38 (2006), 743-757 [12]Baxant P. , kodaJ. , Digitlnfotografieajejvyuitve svtelntechnice(Digitalimagesandtheirintheilluminating engineering). Svtlo, 13 (2010), No. 2, 46-48. In Czech. [13]I shi daT. , I r i yama, K. ,Estimatinglightadaptationlevels forvisualenvironmentswithcomplicatedluminancedistribution. Proc. of the 25th CIE Session, Vol. 1, 2003, D1-10-13 [14] Mudr i L. , MeasurementandInterpretationofluminous ambience,proceedingsofWorldRenewableEnergyCongress Aberdeen, Ecosse, May 2005 [15]Wymel enber gK. V. , I nani ci M. , AStudyofLuminance DistributionPatternsandOccupantPreferencesinDaylitOffices, Proc.ofthePassiveandLowEnergyArchitecture(PLEA)2009 Conf., Quebec City, 2009 [16]LumiDISP, Software for luminance analyse, http://lumidisp.eu [17]Dar ul aS. , Ober manP. ,Investigationofnewdaylight criteria for energy efficient buildings. Photometric data of Room 103 atICASASBratislava.MADSKPL1500Report.ICASAS Bratislava, November 2008 Authors:Dr.StanislavDarula,InstituteofConstructionand Architecture,SlovakAcademyofSciences,ul.Dubravskacesta9, 845 03 Bratislava, Slovakia, e-mail: usarsdar@savba.sk,AssociateProf.RichardKittler,DrSc,InstituteofConstructionand Architecture,SlovakAcademyofSciences,ul.Dubravskacesta9, 845 03 Bratislava, Slovakia, e-mail: usarkit@savba.sk,Dipl.Ing.PeterOberman,InstituteofConstructionand Architecture,SlovakAcademyofSciences,ul.Dubravskacesta9, 845 03 Bratislava, Slovakia, e-mail: peter.oberman@savba.sk. Table 4. Indoor luminance distribution in cd.m-2

Left wallCeilingRight wallPoint235x6x7x8x9x1112 B168,5 107,396,094,0 102,5 101,0 104,597,8149,3C97,862,073,069,573,570,372,060,0 96,3D63,041,549,045,544,545,049,0 167,0 64,5E45,833,540,539,539,838,840,033,5 46,0F42,330,543,042,040,041,042,031,0 42,0Back wall Point23 5x68,541,0 6x66,840,8 7x65,839,0 8x63,339,8 9x64,039,0 Overcast sky conditions simulated by the computer program Dialux V4.3 Indoor relative luminance distribution Left wallCeilingRight wallPoint235x6x7x8x9x1112 B3,792,412,162,112,302,272,352,20 3,35C2,201,391,641,561,651,581,621,35 2,16D1,420,931,101,021,001,011,103,75 1,45E1,030,750,910,890,890,870,900,75 1,03F0,950,690,970,940,900,920,940,70 0,94Rear wall Point23 5x1,540,92 6x1,500,92 7x1,480,88 8x1,420,89 9x1,440,88 Office room 103 at ICA SAS Bratislava on 22nd October 2008 at 11:00 Stanislav Darula1, Peter Rybr2, Jitka Mohelnkov3, Marek Popeli4 Institute of Construction and Architecture, Slovak Academy of Sciences, Bratislava (1),Regional Public Health Authority of Bratislava (2), Brno University of Technology, Faculty of Civil Engineering (3), SAPREM Ltd, Bratislava (4) Measurement of tubular light guide efficiency under the artificial sky Abstract. Tubular light guides are building elements transmitting daylight from exterior into building interiors. After installation they exploit daylight under various conditions during the whole year. The light guide efficiency depends mainly on the light reflectance of the inner duct surface and its length as well as on the light transmittance of the cupola and diffuser. A lot of authors have published in situ measurements of illuminances under light guides and light guide efficacy in the real buildings. It seems that these measurements cannot be compared without difficulties when daylight exterior conditions are not precisely documented. Daylight continually varies and it is difficult to find identical conditions for light measurements and their evaluations. Comparable measuring conditions can be created in the laboratories under an artificial sky. In this case, it is necessary to expect restrictionsofthesampledimensionsandofthemodellingoftheskyluminancedistribution.ItseemsthatartificialskiescalibratedfortheCIE overcast sky model can be used for measurements of the light guide efficiency. The trustworthy information about diffuse light transmission through tubewithveryhighreflectedinnersurfaceismissing.Adiscussionaboutmeasurementunderartificialskiesandaboutmethodofthelightguide efficiency determination under standard overcast sky is presented. Keywords: Daylighting, measurements of light transmittance, tubular light guide, artificial sky Introduction Daylight is one of the most important aspects of external and also indoor environment. Natural light influence human health,workproductivityandthewholephysicaland psychicalbalance,i.e.comfortofusersinbuildings. Buildingsarecommonlyilluminatedbywindowsor skylights. There are some indoor spaces or deeper parts of largeroomswheredaylightisinsufficient.Inthesecases tubularlightguidescanbeservedfordaylighttransport from exterior to the desired place in the building interior [1-4].Thetubularlightguideconsistsofaroofdomewhich collectsandtransmitsdirectsunlightanddiffuseskylight throughitstube.Theinnersurfaceofthetubeishighly reflectivewhichcausestransportofdaylightviamulti-reflectionsintointerior.Acertainpartofthedaylightis absorbedonthetubesurfaceduetomulti-reflections.The direct or bended tubular light guides (TLGs) are installed in buildings.ThedirectTLGsareusedprevailinginflatroofs while the bended one in the saddle roof installations. A TLG withseveralbendsisrarelyusedbecauseofhighlight losses.TheTLGiscoveredbyatransparentinterface which scatters the transported daylight inside of the interior. Severalcalculationproceduresandalsoexperimental methodsforTLGsevaluationswerepublished. Approximationmethodsarebaseonthedeterminationof theluminousfluxenteringandleavingtheTLG[5-10]. Mohelnkov and Vajkay, [11], Hraka et al., [12] published solutionswithBDTFfunctionsappliedincomputer simulations.Themostprecisedescriptionofthe propagation of light rays in the light guides can be found in analytical solutions [13, 14]. Experimental measurements of the daylight transport through TLG can be carried out in-situ underexternaldaylightconditionsorinlaboratoriesunder anartificialsky[8,15,16].Bothofthemeasurement possibilitieshavetheirownrequirementsandpractical limitations. Publishedresultsofmeasuredinteriorilluminanceson theworkingplaneshowthatthedocumentationofreal exteriordaylightconditionsisverydifficultbecausesky luminancesarecontinuallychanged.Notonlydataof exteriorglobalilluminancesbutalsoskyluminance distributionsareimportantforthedeterminationofthe quantityoflightenteringlightguide.Thisfactisoften neglectedinthepracticalcalculationsormeasurements. TheTLGlightefficiencyisusuallyevaluatedforthewhole systemoronlyforitsreflectivetube.Thecalculationsof illuminanceonahorizontalworkingplaneunderaTLG installationdeterminedfromtheluminancedistributionon the transparent ceiling cover (diffuser) are often published. Contrarytomeasurementsinsituthelaboratory measurementscanbeprovidedunderstablelighting conditions.Thesecanservetheexactdeterminationof optical properties of the whole TLG or its parts and also can allow determination of their light efficiency. Light sources of thelowerintensityareusedinthelaboratory measurements.Thisfactcausesthattheinfluenceofthe sunbeamintensitycanbesimulatedbyacumulative methodwhichisdifficultwhiledirectionaleffectsofsun beams can be easy investigated. Astheluminousfluxmethodiscommonappliedinthe calculations of the light efficiency of the TLG the integrating spheresareusedforexperimentaldeterminationofthis parameter [8, 17]. The correct simulation of exterior daylight conditions adequate to the real sky luminance distribution is problematic in these measurements [16]. Source of the light withparallelrayswasusedinexperimentspublishedin [17].Themethodpresentedin[8]recommendsthe applicationofaflatlightsourcewithfluorescentlamps producingdiffuselightwithuniformluminanceandthe integratingsphereformeasuringoftheluminousflux.The recommendations in accordance with [8] are acceptable as anagreedmethodforacomparisonofmeasureddatabut notfortherepresentationofthereallightpropagation throughtubularlightguide.Theinfluenceofclearskiesis ignored in method presented by Swift [17]. Disadvantage of the application of the integrating sphere is in the absence of possibility to simulate light source which ischaracterisedbythehemisphericalnon-uniform luminancedistribution.Thisproblemcanbeeliminatedin thelaboratoryundertheartificialskywithhelpofasetof dimmingreflectors.Thentheluminancedistributiononthe hemispheresurfacecanbeadjustedinaccordancewith CIEstandardsovercast,clearandotherskytype. Measurementsundertheartificialskyhavealsoseveral limitations.Intensityoftheskylightsourceislow, dimensionsofthesamplearelimitedbythedimensionof the table, a relation between simulated sunlight and skylight intensitydoesnotcorrespondtotheratioofrealsunlight andskylightintensity.Thesefactscomplicatelaboratory measurementsoftheTLGefficiencyunderclearsky conditions.Inthiscasethenumberofrepeated measurements considering this ratio could be calculated. Theartificialskywith8mdiameterisavailableforthe measurementsattheInstituteofConstructionand ArchitectureoftheSlovakAcademyofSciencesin Bratislava(ICASAS),Fig.1.Reflectorswithinthisskyare distributedonthefloorinspecificpositionsandbythe controlintensityoftheirlightsourcestheluminance distributionoftheCIEovercastsky,clearskyandthesky withuniformluminancedistributioncanbesimulated[18, 19].Thankstoaspecialdiffusiveplasterontheinternal surfaceofthehemispherethediffuselightisproducedin the artificial sky at ICA SAS Bratislava. Measurement method ThelightefficiencyoftheTLGtubewasdeterminedby theluminousfluxmethodfortheCIEOvercastSky conditions.Thediffuselightwassimulatedintheartificial skyatICASASinBratislava.AsampleofthedirectTLG withdiameter0.32mconsistsofthreecomponents:the bottom part of 1 m length, the top part of 0.6 m length and the middle component with an adjustment for rotation of the upperpartinanglebetween0and30.Themiddle component was ad