УДК 628.9

ОБ ОЦЕНКЕ КАЧЕСТВА ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ

№34,

Технические науки

Гусамов Данияр Ильнарович
Иванова Вилия Равильевна (Кандидат технических наук) ORCID:0000-0002-7667-5456


Ключевые слова: КАЧЕСТВО; ИСКУССТВЕННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ; ИСТОЧНИКИ СВЕТА; ИНДЕКС ЦВЕТОПЕРЕДАЧИ; ЦВЕТОВАЯ ТЕМПЕРАТУРА; ОПТИЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ; СВЕТОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ; QUALITY; ARTIFICIAL LIGHTING; LIGHT SOURCES; COLOR RENDERING INDEX; COLOR TEMPERATURE; OPTICAL RADIATION; LIGHTING CHARACTERISTICS.


Аннотация: В статье приводится анализ оценки качества искусственного освещения; представлены основные параметры, характеризующие качество искусственного освещения; указаны современные методики измерения качества света.

Освещение в помещении слагается из естественного и искусственного света. В связи с этим оценка освещения производится на основании оценки естественного и искусственного света по отдельности. Качество искусственного освещения зависит от нескольких критериев. Последнее связано с тем, что освещение характеризуется несколькими количественными и качественными параметрами, каждый из которых характеризует распространение и природу световых волн.

Качественная оценка освещения носит актуальный характер, что связано с тесной взаимосвязью между видом источников света (ИС) и возникновением различных заболеваний. Для регулирования, оценки и рекомендаций использования ИС разработан Международный стандарт МЭК 62471-2006 «Светобиологическая безопасность ламп и ламповых систем». Документ регламентирует предельные уровни облучения глаз и кожи в зависимости от длины волны излучения. При выборе ИС ориентируются на их световой поток, по которому рассчитывается освещенность в помещениях; а также учитывается спектр их излучения, в том числе и за пределами видимого света.

Известны три основных вида используемых искусственных ИС: тепловые, газоразрядные и полупроводниковые. Каждый тип характеризуется различным спектральным составом излучения, что связано с технологией изготовления источника. Так тепловым ИС характерна сплошная спектральная характеристика с преобладанием желтого и красного излучения высокой интенсивности и полным отсутствием ультрафиолета (рис. 1 (1)).


Рис. 1. Спектральная характеристика излучения теплового (кривая 1) и
ксенонового (кривая 2) источников

Газоразрядные ИС характеризуются многообразием цветовых оттенком, что обусловлено составом люминофора, который наносится на внутреннюю стенку стеклянной трубки лампы. Поэтому такому виду ИС характерен линейчатый спектр (рис. 1 (2)). Что касается полупроводниковых ИС, то здесь наблюдается два типа спектральных кривых. Последнее связано с технологией изготовления: люминофорная и RGB-технология. Первая обусловлена смешением излучения светодиодов синего свечения и желтого люминофора, поэтому такому типу характерна кривая с двумя пиками – в области синего свечения и желтого видимой области оптического спектра (рис. 2). Во втором случае наблюдается три пика на кривой соответствующие цвету свечения видимой области (рис. 3).


Рис. 2. Спектральная характеристика светодиодов белого свечения, изготовленных по люминофорной технологии


Рис. 3. Спектральная характеристика светодиодов белого свечения, изготовленных по RGB-технологии

Появление светодиодных источников света и быстрое их распространение и повсеместное использование привело к появлению дополнительных вопросов о целесообразности их применения. Несмотря на большое количество преимуществ их использования (энергетические показатели, чистота и разнообразность цветов, удобство использования, безинерционность включения и т.д.) имеется существенный недостаток, а именно наличие избыточности в спектральном составе источника синего излучения. Холодный белый свет при длительном воздействии приводит к деградации сетчатки глаза. Поэтому при проектировании освещения всегда следует учитывать особенности спектрального распределения излучения ламп. На нее обычно указывает одна из качественных характеристик освещения – цветовая температура Tc (K) ИС. Tc указывается на упаковке ламп и светильников, для тепловых ИС характерен Tc равный 2700 K; для газоразрядных и полупроводниковых он варьируется от 2700 – 6900 K. Значение цветовой температуры характеризует спектральный состав источника света. Принято разделять обозначения цветовой температуры на «теплый свет» и «холодный свет», но эти понятия не дают четкой характеристики света. Это связано с тем, что глаза каждого человека имеют индивидуальное цветовосприятие, характеризующееся спектральной чувствительностью. Для отражения естественности цвета объекта к видимому цвету этого объекта под освещением его световым прибором используют еще один показатель – индекс цветопередачи (англ. colour rendering index, CRI или Ra). Введение показателя CRI было обусловлено необходимостью различать источники света с одинаковой цветовой температурой, т.к. они передавали цвета по-разному. Вследствие чего индекс цветопередачи позволил определять степень отклонения цветов объекта, освещаемого световым прибором, от его цвета при освещении световым прибором той же цветовой температуры, принятым за эталон. Вычисление Ra производится способом выявления среднего значения R1-R8 частных индексов цветопередачи Ri. Современные методы анализа спектра и компьютерной обработки данных позволили полностью автоматизировать процесс измерения CRI, исключив из него применение пластин заданного цвета. Просто определяется зависимость спектральной плотности излучения источника света от длины волны и по ней с использованием специального алгоритма напрямую вычисляется CRI. Созданы портативные устройства, которые показывают CRI почти сразу после того, как их оптический сенсор навели на светильник. Методика прямого вычисления CRI по спектру пробирается и в стационарные лаборатории, осуществляющие измерения параметров светотехнического оборудования.

Более расширенный индекс цветопередачи CQS (от англ. Color Quality Scale – «Шкала Качества Света») вычисляется на основе 15 цветов таким образом, что в отличие от CRI, отклонение по каждому цвету значительно влияет на итоговый результат, визуальная погрешность исключена. Недостатком индекса выступает отсутствие насыщенности цветов.

Наиболее современный метод оценки качества искусственных источников света был создан в 2015 году – Стандарт TM-30-15 измерения цветопередачи. Согласно ТМ-30-15 цветопередача описывается двумя показателями: точность (fidelity) – Rf (измеряется от 0 до 100) и насыщенность (gamut) – Rg (измеряется от 60 до 140). Оценка ведется по 99 цветовым оттенкам. Причем для измерений используются не только пластинки, окрашенные в определенные цвета, но и встречающиеся в повседневной жизни объекты.


Список литературы

  1. Электронный ресурс «IES ТМ-30-15 – новый стандарт измерения цветопередачи освещения». Режим доступа: https://www.elec.ru/publications/tsifrovye-tekhnologii-svjaz-izmerenija/3668/ Дата обращения 05.11.2021.
  2. Электронный ресурс «Индекс красного и CRI: почему свет «зеленит» или делает интерьер серым». Режим доступа: https://www.verluisant.ru/blog/indeks_krasnogo_i_cri_pochemu_svet_zelenit_ili_sinit_/. Дата обращения 05.11.2021.
  3. Иванова В.Р. Разработка новых показателей для входного контроля качества светодиодов. Изв. вузов. Проблемы энергетики. 2011. № 7-8. С. 156-160.
  4. Иванова В.Р., Садыков М.Ф. Современные светодиодные технологии / монография в двух томах «Наноматериалы и нанотехнологии в энергетике».ФГБОУ ВПО «Казанский Государственный энергетический университет». Под ред. Э.В. Шамсутдинова и О.С. Зуевой. Т. II. С. 178 – 201. Казань 2014.
  5. Иванова В.Р., Иванов И.Ю. Максимум излучения светодиодов в коротковолновой области спектра. Материалы докладов XII научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования в современном мире». Т.1. Санкт-Петербург, С.13 – 16.
  6. Иванова В.Р., Ильина О.Л. О влиянии синего света на зрение. Материалы докладов I Поволжской научно-практической конференции «Приборостроение и автоматизированный электропривод в топливно-энергетическом комплексе и жилищно-коммунальном хозяйстве», с. 220–221. 2015.