1. No category

FA K TA A R K
FO4
APRIL
Mesopisk fotometri - skumringslys
2015
Overgangen til å benytte metallhalogen og LED til utendørs belysning
er ledsaget både av seriøse studier og av mer lettvinte spekulasjoner
om den visuelle nytten av å benytte hvitt lys i stedet for gult lys. To
rapporter fra den internasjonale belysningskommisjonen, CIE 191:2010
og CIE 206:2014 gir oss et foreløpig faktagrunnlag, som er oppsummert
i dette faktaarket.
Mesopisk fotometri
Inntil nå har CIEs spektrale
lysvirkningsgrad for fotopisk syn, V(λ), fra
1924 vært basis for all fotometri. Selv om
man i 90 år har vært klar over at denne
kurven er lite tilpasset øyets følsomhet ved
lavere belysningsnivåer, har man fram til i
dag utelukkende benyttet V(λ) for å
uttrykke lyskilders effektivitet også ved
lavere belysningsnivåer.
CIEs spektrale lysvirkningsgrad for
skotopisk syn, V’(λ) ble etablert i 1951, men
den har ikke blitt brukt i praktisk fotometri.
Den fotopiske kurven V(λ) er representativt
for øyets prestasjon ved belysningsnivåer
over 3 cd/m2 (det fotopiske området). Den
skotopiske kurven V’(λ) er representativ for
øyets følsomhet ved lysnivåer under 0,01
cd/m2.
I det mesopiske området mellom det
skotopiske og det fotopiske området, 0,01
cd/m2 – 3 cd/m2, er vårt synssystems
spektrale følsomhet ikke konstant. Den
endrer seg gradvis fra det fotopiske
området, hvor det er tappene i netthinna
som aktiveres, til det skotopiske området,
hvor det er stavene som er de mest aktive
lysreseptorene i netthinna.
Når V(λ) benyttes til å beskrive lyskilders
lysvirkningsgrad i det mesopiske området,
blir de gul-oransje smalspektrede
lyskildene (høytrykk-natrium og lavtrykknatrium) overestimert med hensyn til
Lyskultur er en uavhengig og nøytral
medlemsorganisasjon som jobber for
fremme av god og riktig bruk av lys og
belysning. Lyskultur ble stiftet i 1936.
Lyskulturs faktaark er utarbeidet av
Norsk Lysteknisk Komité. Faktaarkene er
en del av Lyskulturs anbefalinger og
bør leses i sammenheng med
Lyskulturs publikasjoner.
Lyskulturs faktaark F04
Fotopisk luminans /cd*m-2
LPS ~
HPS ~
MH warmwhite ~
LED cool white ~
MH daylight ~
S/P
0,01
0,03
0,1
0,3
0,5
1
1,5
2
3
5
0,25
-75%
-52%
-29%
-18%
-14%
-9%
-6%
-5%
-2%
0%
0,45
-55%
-34%
-21%
-13%
-10%
-6%
-4%
-3%
-2%
0%
0,65
-31%
-20%
-13%
-8%
-6%
-4%
-3%
-2%
-1%
0%
0,85
-12%
-8%
-5%
-3%
-3%
-2%
-1%
-1%
0%
0%
1,05
4%
3%
2%
1%
1%
1%
0%
0%
0%
0%
1,25
18%
13%
8%
5%
4%
3%
2%
1%
1%
0%
1,45
32%
22%
15%
9%
7%
5%
3%
3%
1%
0%
1,65
45%
32%
21%
13%
10%
7%
5%
4%
2%
0%
1,85
57%
40%
27%
17%
13%
9%
6%
5%
3%
0%
2,05
69%
49%
32%
21%
16%
11%
8%
6%
3%
0%
2,25
80%
57%
38%
24%
19%
12%
9%
7%
4%
0%
2,45
91%
65%
43%
28%
22%
14%
10%
8%
4%
0%
2,65
101%
73%
49%
31%
24%
16%
12%
9%
5%
0%
Tabell 1: Forskjellen mellom mesopisk og fotopisk luminans (%). Kilde: CIE 191:2010.
lysutbytte (lumen/Watt) mens de mer bredspektrede
hvite lyskildene (kvikksølv, metallhalogen og LED) blir
underestimert.
I tillegg til dette har nyere forskning vist at i den perifere
delen av synsfeltet gir de hvitere lyskildene en lavere
luminansterskel for oppdagelse av objekter. Disse
faktorene gjør at man har et behov for å utarbeide nye
standarder og veiledninger.
I flere tiår har flere forskere forsøkt å beskrive synsevnen
i det mesopiske området, og resultatene har blitt noe
forskjellige, avhengig av valg av målekriterier for
synsoppgaver.
S- klasse
Fotopisk horisontal
Unified System of Photometry, USP-systemet, ble
utviklet ved Lighting Research Center i USA og
presentert i 2004. MOVE-modellen ble utviklet i et
EU-støttet prosjekt med eksperter innen flere
fagområder tilknyttet lys- og trafikkspørsmål og
presentert i 2008.
På grunnlag av disse ulike modellene ble CIE TC 1-58
opprettet for å forene de tidligere arbeidene og
utarbeide et anbefalt system for mesopisk fotometri.
Arbeidet resulterte i en teknisk rapport fra CIE:
CIE 191:2010 Recommended System for Mesopic
Photometry based on Visual Performance.
Fotopisk belysningsstyrke(lx) for Ra ≥ 60 according to S/P-ratio of lamp
belysningsstyrke (lx) 0,6
S/P-ratio
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
2,2
2,4
2,6
2,8
med NaH
•
S1
15,0
15,0
14,7
14,4
14,1
13,8
13,5
13,3
13,0
12,8
12,5
12,3
12,1
S2
10,0
10,0
9,8
9,5
9,2
9,0
8,7
8,5
8,3
8,1
7,9
7,7
7,6
S3
7,5
7,5
7,3
7,1
6,8
6,6
6,4
6,2
6,0
5,9
5,7
5,6
5,4
S4
5,0
5,0
4,8
4,6
4,4
4,3
4,1
4,0
3,8
3,7
3,6
3,5
3,4
S5
3,0
3,0
2,9
2,7
2,6
2,5
2,3
2,2
2,1
2,1
2,0
1,9
1,8
S6
2,0
2,0
1,9
1,8
1,7
1,6
1,5
1,4
1,3
1,3
1,2
1,2
1,1
NOTE: For lamper med Ra ≥ 60 kan den fotopiske belysningsstyrken reduseres ved høyere S/P-forhold. De angitte verdiene gir lik
mesopisk belysningsstyrke i følge det anbefalte CIE-systemet for mesopisk fotometri, forutsatt at referanselyskilden er NaH.
Tabell 2 – Fotopisk belysningsstyrke i S-klassene, hvor natrium høytrykk (NaH) er referanselyskilde, kilde CIE 206:2014
2/4
Lyskulturs faktaark F04
Det nye mesopiske systemet beskriver øyets spektrale
lysvirkningsgrad Vmes(λ) i det mesopiske området som
en lineær kombinasjon av den fotopiske funksjonen V(λ)
og den skotopiske funksjonen V’(λ) og etablerer en
gradvis overgang mellom disse to funksjonene over det
mesopiske området.
I anvendelsen av mesopisk fotometri benyttes lyskildens
S/P-forhold. S/P-forholdet er forholdet mellom lysfluks
avledet fra den skotopiske V’(λ) og lysfluks avledet fra
den fotopiske V(λ). Jo høyere S/P-forhold lyskilden har,
desto høyere er dens lysutbytte ved mesopisk
beregning.
Ved mesopisk dimensjonering forandres lyskildenes og
armaturenes lysfluks og lysutbytte vesentlig i forhold til
de fotopiske størrelsene. S/P-forholdet for lyskilder som
brukes til vegbelysning varierer fra 0,65 (NaH) til 2,50
(visse typer metallhalogen). S/P-forholdet for varm LED
er ca. 1,15 mens det for kald LED er ca. 2,15. Ved fotopisk
luminans 1 cd/m2 vil bruken av det anbefalte systemet
føre til at lysutbyttet endres mellom -5 % og +10 % for
lamper med S/P-forhold mellom 0,5 og 2,5.
Ved 0,3 cd/m2 vil endringen være mellom -10 %
og +30 %. LED vil, avhengig av sin spektrale
energifordeling, eller S/P-forholdet, få et betydelig
høyere lysutbytte hvis Vmes(λ) benyttes i stedet for V(λ).
Mesopisk fotometri vil resultere i bedre energieffektivitet
og bedre visuell effektivitet for belysning innenfor det
mesopiske området. Fabrikantene får også et bedre
grunnlag for å utvikle LED som er optimalisert for bruk
ved lave lysnivåer. Mesopisk dimensjonering favoriserer
lyskilder med høyt S/P-forhold, og dette medfører
gjerne at man også får fordelen av bedre
fargegjengivelse og større fargekontraster, selv om det
ikke alltid er slik. Mesopisk fotometri fremmer bruken av
LED som framtidig lyskilde for lave belysningsnivåer.
For belysningsnivåer over det mesopiske området, som
er vanlig i innendørs belysning, vil fotopisk fotometri
være gjeldende. Dette er det grunn til å påpeke, fordi
mesopisk fotometri feilaktig har blitt brukt som
argument for å bruke LED til innendørs belysning.
Det er behov for veiledere i bruken av det mesopiske
systemet, særlig til bruk i utendørs belysning, som til
belysning av veger, gang- og sykkelveger og boliggater.
Det anbefalte systemet håndterer ikke alle synsoppgaver
like godt. Visse ting må overveies av det internasjonale
fagmiljøet innen belysning,
standardiseringsorganisasjonene og vegmyndighetene.
For eksempel kan det bli nødvendig å bruke ulike
spesifikasjoner avhengig av aktuell vekting av aksial og
perifer synsinformasjon. Når oppgaven er å se små
objekter nær synsaksen er V(λ) anvendbar ved alle
lysnivåer. Når oppgaven er å oppdage og se objekter i
perifere synsområder, hvor både staver og tapper er
virksomme, kreves det nøye overveielser av dem som
skal utarbeide spesifikasjoner og krav.
CIE har allerede utgitt en teknisk rapport som tar for seg
hvilken betydning lysets spektralfordeling har for
fotgjengernes synsoppgaver:
CIE 206: 2014 The Effect of Spectral Power Distribution
on Lighting for Urban and Pedestrian Areas
Rapporten oppsummerer nyere forskning på
lysspekterets betydning for fotgjengernes
synsoppgaver, som å se hindringer og gjenkjenne
ansikter, og for fotgjengernes trygghetsopplevelse.
Ved mesopiske lysnivåer er det påvist at belysning med
høyere S/P-forhold både oppleves som lysere og faktisk
gir bedre oppdagelse av perifere hindringer enn
belysning med lavere S/P- forhold, når den målte
fotopiske belysningsstyrken er lik.
Denne fordelen ved høyere S/P-forhold kan man enten
benytte til å oppnå økt lyshet og bedre oppdagelse av
perifere hindringer, eller man kan redusere
belysningsstyrken og redusere energiforbruket uten å
tape lyshet eller evne til å oppdage objekter i det
perifere synsfeltet. Det anbefalte CIE-systemet for
mesopisk fotometri kan også brukes til å forutsi hvilken
lyshet og evne til oppdagelse av perifere hindringer man
oppnår ved bruk av lamper med ulike lysspekter.
Når det gjelder ansiktsgjenkjennelse er det usikkert hvor
stor betydning lysspekteret har, men det synes som at
fargegjengivelsen har en viss betydning.
Fotgjengernes trygghetsfølelse er også relatert til
omgivelseslyset. Trygghetsfølelsen synes å øke med
økende lysnivå (opp til gjennomsnittlig Ehor = 30 lux) og
med utskifting til lys som gir bedre fargegjengivelse og
har høyere S/P-forhold.
Basert på disse funnene er det mulig å redusere
belysningsstyrken i boliggater ved å benytte lyskilder
som har et høyt S/P-forhold og høy
fargegjengivelsesindeks. Hvis høytrykk natrium lamper
brukes som referanse, vil belysningsstyrken kunne
reduseres slik som vist i tabellen nedenfor:
Det er også andre faktorer enn lysets spektrum det må
tas hensyn til ved valg av belysning. Blant slike faktorer
nevner rapporten belysningens effekter på naturmiljøet
og på menneskenes helse og velvære, blending og
aldersrelaterte endringer i øyet. Generelt er bruken av
«hvitt» lys i gatebelysning gunstig, forutsatt at disse
andre faktorene ikke får signifikant innflytelse (f.eks. at
blendingen ikke har økt for mye). For eldre mennesker vil
nytten av hvitt lys bli mindre etter hvert som øyelinsene
gulner og blir mer krystallinske. Dermed absorberes mer
av det kortbølgede lyset og lysspredningen i øyet øker.
Det viktigste arbeidet med å videreføre det mesopiske
systemet, og gi veiledning i praktisk anvendelse i
utendørs belysning, skjer i en komite under CIE divisjon 1
og i samarbeid med CIE divisjon 4:
JTC-1 Implementation of CIE 191 Mesopic Photometry in
Outdoor Lighting
JTC-1 ble opprettet i 2011. Arbeidet pågår fortsatt, men
komiteen har foreløpig ikke publisert noen resultater.
3/4
Lyskulturs faktaark F04
For mer informasjon om bruk og utregning av
vedlikeholdsfaktoren, ta kontakt med Lyskultur eller
Norsk Lysteknisk Komité.
Ansvarlige for faktaarket (NLK):
Per Ole Wanvik
NLK: [email protected],
Lyskultur: [email protected], www.lyskultur.no,
Strandveien 55, NO-1366 Lysaker, +47 67 10 28 40
4/4