Nacrt energetski efikasnog spoljnog noćnog gradskog osvetljenja

Projektovanje osvetljenja sadrži dve glavne komponente: (1) količinu koja se izražava jačinom osvetljenja i intenzitetom i (2) kvalitet, koji se ogleda u boji svetlosti, odsutnosti ili prisutnosti refleksa koji gledanje čine nejasnijim, efektnost izvora svetlosti na objektu kome je osvetljenje namenjeno, i količinom blještanja svetlosnog sistema u okviru njegovog delokruga.

Dok se kvantitet može relativno lako izmeriti fotometrijski, pokušaj da se ustanovi kvalitet osvetljenja je mnogo teže proceniti. Međutim, kvalitet osvetljenja je veoma važan činilac u procenjivanju efikasnosti svetlosnog sistema, pošto će on direktno uticati na naše potrebe za količinom.

Ispravan projekat osvetljenja zahteva da se pažnja usmeri i na kvantitet i na kvalitet; jedno bez drugog obično rezultira u svetlosnom okruženju koje je kako neugodno za korisnike, tako i neefikasno u pogledu utroška energije.

Vidljivi deo elektromagnetnog spektra podrazumeva talasne dužine između 380 i 760nm, krećući se od ljubičaste na kraćem dalu spektra do crvene na dužem. To se zove vidljivi spektar. Bilo koja energija u okviru ovog uskog raspona će delovati podražajno na čulo vida u ljudskom oku. Različite talasne dužine se doživljavaju kao različite boje, kako je to prikazano u Tabeli 1.

Fotometrija je merenje svetla u delu vidljivog svetla. Iako inženjeri i projektanti rasvete prave mnoge pretpostavke o tome kako ljudski vid funkcioniše, fotometrija služi kao sredstvo da se odredi i izmeri svetlo, pružajući osnove za sve savremene svetlosne jedinice i tehnike merenja.

Boja svetla	Talasna dužina (nm)
Crvena	760-630
Narandžasta	630-590
Žuta	590-560
Zelena	560-490
Plava	490-440
Indigo	440-420
Ljubičasta	420-380

Da bi se razumeo odnos između jedinica za osvetljenje, Pitts i Kleinstein preporučuju da se počne sa tačkastim izvorom svetlosti; to je beskrajno mali izvor svetlosti koji nema sopstvenu površinu i zrači svetlost na sve strane podjednako. Takav oblik zračenja stvara savršenu sferu, kako se to vidi na slici 2.

Ukupna količina svetla koja napušta izvor u jedinici vremena se izražava u lumen-ima, koji su merilo fluks-a (F). Pošto svetlosni izvori u praksi nisu omnidirekcioni, njihovo zrečenje je uvek određeno količinom lumena koje emituju u datom uglu u određenom pravcu. Ova količina se zove intenzitet (I) i meri se u lumenima po steradijanu.

Intenzitet nam ne govori o količini svetlosti koja pada na neku površinu. Ova druga vrednost se zove osvetljenost (E) i meri se u futkandelama (ftc ili fc; 1fc=10,76lx; lx ili luks je jedinica osvetljenosti koja se koristi izvan SAD – prim.prev.). To je količina koja je navedena u planovima i predlozima za osvetljenje.

Dok nam osvetljenost kazuje o tome koja količina svetlosti pada na površinu, prava mera efikasnosti svetlosnih sistema je količina svetlosti koju ovaj isijava u datom pravcu, ili još tačnije, koliko će lumena doći do površine kojoj su namenjeni.

Od iznetih vrednosti, samo se osvetljenost i jačina osvetljenja mere fotometrima. Nejveći deo mernih instrumenata koriste bilo diode, bilo CCD-e, ili svetlopojačivačke cevi (photomultiplier tubes – PMT), gde se poslednji koriste za slabe svetlosne izvore.

Konačno, efikasnost (K) ja važna vrednost kada se sudi o korisnosti jednog načina postavljanja svetiljki u odnosu na drugi. Efikasnost je odnos ukupnog svetlosnog fluksa emitovanog od strane izvora, prema ukupnoj količini energije koju je izvor za taj rad primio.

Helms i Belcher upoređuju efikasnost sa miljama pređenog puta po galonu goriva. Što je veća efikasnost lampe, veće je isijavanje svetlosti uz manji utrošak energije.

Da bi se shvatila sposobnost oka da registruje predmete pod različitim svetlosnim uslovima, podrebno je pre svega imati osnovna znanja o tome kako ljudsko oko radi. Ljudsko oko ima oko 2,5 cm u prečniku i obavijeno je dvodelnim zaštitnim omotačem: providnom rožnjačom, i belom, neprozirnom beonjačom. Rožnjača deluje kao prozor za oko i leži ispred “džepa” bistre tečnosti – aqueous humor (očne vodice) i dužice. Osim što oku daje karakterističnu boju, dužica reguliše količinu svetlosti koja ulazi u oko, čime, što je najvažnije, menja njegovu svetlosnu moć. U lošim svetlosnim uslovima dužica je opuštena, proširujući zenicu, dok jako svetlo zateže dužicu, smanjujući zenicu i svetlosnu moć oka, otkalnjajući svetlosne aberacije kako bi oko proizvelo oštriju sliku.

Iz zenice svetlo prolazi kroz očno sočivo i unutrašnjost očne jabučice, koja je ispunjena tečnošću nazvanom staklasto telo. I sočivo i dužica pomažu da se slika fokusira na mrežnjaču. Ova se sastoji iz deset slojeva nervnih ćelija, uključujući i fotoosetljive receptore, štapiće i čepiće. Čepići su bitni za viđenje dobro osvetljenih predmeta, registrovanje boja i moć razlaganja oka. Štapići su receptori za slabu svetlost i nemaju sposobnost registrovanja boje. Čepića ima više prema fovei centralis (žutoj mrlji - centru mrežnjače i oštrom delu slike našeg vida), dok su štapići brojniji prema periferiji. Ni štapića ni čepića nema na mestu izlaska očnog nerva iz oka – tzv. slepoj mrlji.

U cilju da opazi sliku u slabim svetlosnim uslovima, oko se suočava sa dvostepenim adaptacionim procesom kako bi se prilagodilo promenjenim uslovima. Prvo, pošto se našlo u tami, zenica se brzo otvara na prečnik od 5 do 7 mm, udvostručujući sopstveni prečnik koji pri dnevnom osvetljenju iznosi oko 2,5mm. Promena u hemijskom balansu oka se takođe odigrava, ali mnogo sporije. Proizvodnja hemijske supstance pod nazivom rodopsin (poznate i kao vidni purpur) pojačava osetljivost štapića. Oči većine ljudi se na mrak prilagode za 20 do 30 minuta, mada se kod nekih ljudi to desi već za 10 min, a kod nekih pak, čak za 1 sat.

Naša sposobnost da opažamo boje uključuje kompleks interakcija između talasnih dužina vidljivog dela spektra, s jedne, i sistema za gledanje s druge strane. Kada bi naš sistem za gledanje bio ograničen tačno na jednu talasnu dužinu, tada bi naše opažanje bilo ograničeno samo na tu jednu boju. Na primer, kada bi ljudsko oko bilo osetljivo samo na 550 nm, naš svet bi izgledao samo kao različiti intenziteti žute. Kada bi oko bilo stimulisano samo talasnom dužinom od 485 nm, naš svet bi bio plav, i tako dalje. Sposobnost našeg oka da opaža kompleks talasnih dužina svetlosti je bitan za osećaj opažanja boja.

Dok se osetljivost oka na loše svetlosne uslove tokom adaptacionog procesa na pomrčinu povećava drastično, dotle se izgubi najveći deo sposobnosti registrovanja boja. Kao rezultat, većina ljudi noću opaža samo različite nijanse svetlijeg i tame, umesto preciznog opažanja boja.

Pored jačine osvetljenja, i kontrast je važan za opažanje vidljivog. Kontrast je mera za posmatračevu sposobnost da jasno opaža razliku između dve površine. Ova vrednost, nazvana je prag kontrasta (C).

Na sposobnost da se vidi neki predmet dosta utiču fizički kontrast i jačina osvetljenosti okoline. Ako je jačina osvetljenosti pozadine mnogo jača nego ona predmeta, predmet će biti viđen samo kao silueta. Ako, s druge strane, jačina osvetljenosti nekog predmeta mnogo veća nego ona njegove okoline, oko će iskusiti nelagodnost, što će rezultirati smanjenom sposobnošću opažanja.