Проекты наружного светодиодного освещения требуют особого рассмотрения таких факторов, как оптическая резкость, единообразие, экологичность, при отсутствии возможности эквивалентной замены. Дэвид Этцлер дает рекомендации по фотометрии при проектировании наружного освещения, что при правильном применении гарантирует удовлетворение клиента конечными результатами.
Слишком часто люди, участвующие в проектах по модернизации освещения, делают предположения. Одно из самых серьезных предположений заключается в том, что эквивалентная замена наружного мачтового освещения приведет к приемлемому результату. К сожалению, это не всегда так просто.
В рамках нового проекта строительства обычно составляется фотометрический план. Тем не менее, поскольку многие подрядчики по освещению не имеют возможности разрабатывать фотометрические проекты самостоятельно, если они рассчитывают на эквивалентную замену светильников, они вряд ли будут тратить время на фотометрию. В тех редких случаях, когда они включают план в проект, они в значительной степени полагаются на производителей освещения, чтобы те выполнили работу за них. Услуги разработчиков спецификаций и установщиков освещения часто предлагаются производителями светодиодного освещения в качестве дополнительных услуг, но это может привести к задержке проекта; или, в зависимости от уровня опыта проектировщика, процесс фотометрии можно ускорить, в результате чего проект может быть неоптимальным.
Хорошо известно, что замена металлогалогенного (MH) светильника мощностью 400 Вт на светодиодное устройство мощностью 100-150 Вт обеспечивает более четкое и яркое освещение, поэтому многие подрядчики пропускают процесс фотометрии и как можно скорее приступают к установке, чтобы затем перейти к следующему проекту. Эта ошибка может не только негативно повлиять на итоговую сумму, но и отразиться на уровне общей удовлетворенности клиента.
Прежде чем углубиться в вопрос о том, как составление фотометрических планов может улучшить Ваш бизнес и отношения с клиентами, следует разобраться в некоторых основных элементах фотометрического проектирования.
Основы фотометрии
На базовом уровне фотометрический проект представляет собой имитацию плана освещения, который может обеспечить пользователю 2-мерный или 3-мерный вид освещения за счет установки светодиодных светильников. Он дает составителям спецификаций и установщикам возможность определить, какой вариант осветительных устройств обеспечит оптимальное наружное освещение. Фотометрический проект включает расчет как горизонтального, так и вертикального освещения (яркости). Горизонтальный показатель - это количество света, падающего на горизонтальную поверхность, например, на парковке. Вертикальный показатель - это количество света, падающего на вертикальную поверхность, например, на стену здания. Единицы измерения освещенности, которые мы знаем и ежедневно используем, - это фут-свеча (в основном в США) или люкс (за пределами США). Одна фут-свеча определяется как 1 лм/фут2.
Также к важным элементам правильного фотометрического проекта относятся рейтинг BUG, коэффициент фут-свечи, оптика, CCT, наклон, ориентация и вращение.
Рис. 1 На диаграмме выше представлены различные варианты распределения лучей, которых можно добиться путем интеграции специальной оптики в проекты наружного светодиодного освещения при фотометрическом планировании. (Фото: Deco Lighting.)
BUG означает заднее освещение, вертикальное освещение и ослепляющий свет.
Это система рейтинга, которая используется для оценки оптических характеристик светильника, связанных с нарушением зоны освещения, свечением неба и регулировкой яркости под большим углом (пересмотренный стандарт IES RP-20-14 ). Это особенно важно, если требуется учитывать смежные участки и выход света за пределы участка. Многие муниципальные правила ограничивают количество света, которое может выходить на соседний участок; если Вы не учтете этого в своем проекте, возможно, Вам придется переустанавливать всю систему, что будет стоить денег Вам, Вашему клиенту и, возможно, муниципальным властям.
Нужно быть очень осторожными с ослепляющим светом. При использовании высоких столбов освещения это не столь важно, но если источник света расположен на более низком уровне, ослепляющий свет может представлять серьезную проблему для пешеходов и водителей, в особенности если парковкой, например, часто пользуются пожилые клиенты. Помните, если клиент будет недоволен из-за жалоб своих клиентов, устранение проблемы будет стоить времени и денег. Это может также привести к потере этого клиента в будущем.
Коэффициенты фут-свечи в наружном освещении парковок обычно относятся к соотношению макс./мин. Это указывает на отношение максимального уровня фут-свечи к минимальному уровню фут-свечи. Согласно стандарту IES оно составляет 15:1; в случае превышения этого показателя результатом будет неравномерное освещение парковки. В большинстве случаев установка дополнительных столбов нецелесообразна, поэтому проектировщикам освещения следует работать с имеющейся планировкой. Если участок представляет собой простой открытый прямоугольник, вероятно, у Вас не будет особых проблем с использованием светодиодных светильников для обеспечения соотношения 15:1. Однако если участок имеет неправильную форму или содержит препятствия, Вам потребуется использовать одну из наиболее важных особенностей светодиодного освещения - оптику. Оптика - это линзы, которые направляют светодиодное освещение для обеспечения специальных схем распределения световых потоков под определенными углами. На рис. 1 показаны примеры различных схем светодиодной оптики.
Недавно мы завершили проект для компании REIT, владеющей торговым центром. Для продления аренды арендатор настаивал на повышении уровня фут-свечи. Хотя можно было просто увеличить уровень фут-свечи, мы обратили внимание клиента на наличие большого количества зон затемнения, и эквивалентная замена светильников не позволила бы решить эту проблему. Кроме того, мы объяснили, что освещение на входе в центр было спроектировано неправильно. После составления нескольких фотометрических планов нам удалось разработать план освещения парковки, не только отвечающий требованиям арендаторов и клиентов REIT по уровню фут-свечи, но и практически убирающий тени и темные пятна, что значительно улучшает вид входа в центр (рис. 2). Клиент REIT и его арендатор были настолько довольны результатом, что теперь мы работаем над рядом проектов других торговых центров для того же клиента.
Еще один метод, используемый проектировщиками освещения для поддержания оптимального соотношения макс./мин. и обеспечения равномерного освещения, включает наклон, ориентацию и крен.
Если светодиодный светильник направлен вниз, к поверхности, то наклон является нулевым. Устройство можно отрегулировать, чтобы наклон составлял 0-180°. Но с наклоном следует соблюдать осторожность. Во многих муниципалитетах также регламентируется количество света, направленного вверх. Это называется "движением за темное небо". Предполагается, что активисты и муниципальные власти хотят минимизировать световое загрязнение и в принципе не хотят использования направленного вверх освещения. Специалистам по освещению следует в первую очередь проверить наличие местных правил, применимых в отношении проекта, над которым они работают. При их отсутствии наклон светодиодного светильника может быть единственным способом обеспечения более равномерного освещения на участке без добавления дополнительных столбов.
Рис. 2 На фотографиях до и после представлены прежний вариант освещения (вверху) и схема правильного размещения светодиодных светильников (внизу), полученная благодаря фотометрии, что привело к уменьшению затемненных областей и более равномерному освещению парковки.
Ориентация означает горизонтальное перемещение светодиодного светильника на столбе. Если использовать в качестве примера компас, то имеется диапазон в 360°. Для обеспечения максимальной зоны освещения можно расположить устройство в любой точке в пределах 360°.
Крен подобен наклону, но вместо вертикального перемещения устройства вверх или вниз его можно повернуть в сторону, чтобы одна сторона была направлена вверх, а другая вниз. Так, в теории устройство можно расположить под углом 90°. Опять же, это влияет на стандарты "темного неба", поэтому при планировании и эксплуатации необходимо соблюдать точность. Без надлежащего фотометрического анализа невозможно оптимизировать схему и дизайн проекта.
В качестве примера давайте разберем конкретную ситуацию. В рамках проекта по наружному светодиодному освещению в Теннесси наша команда имела соотношение макс./мин. 30:1 при простой эквивалентной замене светильников с использованием текущих мест расположения. После корректировки схемы с использованием методов наклона и ориентации нам удалось снизить соотношение до 15:1, что является значительным улучшением.
Качество цвета и эффективность
Существуют еще несколько характеристик и метрик освещения, которые влияют на качество света и эффективность светильников: CCT, CRI и эффективность.
Коррелированная цветовая температура (CCT) является спорной темой в сфере наружного светодиодного освещения. CCT описывает цветовое проявление белого света в градусах Кельвина. Можно проиллюстрировать CCT на основе разницы между теплым и холодным светом. Теплый свет обычно означает желтоватый свет, а холодный свет, как правило, является голубовато-белым. Нижний диапазон (например, 2700К) является теплым, верхний диапазон (например, 5000К) - холодным.
В наружном освещении общий принцип заключается в использовании светильников с холодным светом, 5000K+ CCT. В восприятии пользователя источник света 5000K кажется более ярким и четким по сравнению с теплым CCT. Соответственно, видимость в условиях окружающей среды будет более высокой для пользователей. Но, как уже отмечалось, в последнее время было довольно много споров об использовании более высокой CCT в наружном светодиодном освещении. В популярной прессе обсуждалось негативное влияние освещения с высокой CCT на людей и окружающую среду, включая статью для Fast Company в августе 2018 года.
В 2016 году Американская медицинская ассоциация (AMA) опубликовала статью на эту тему. В ответ на указания AMA против использования светодиодных светильников с высокой CCT некоторые города, например, Финикс, штат Аризона, Лейк-Уорт, штат Флорида, и 25 городов в штате Коннектикут теперь выбирают уличные фонари с более низкой цветовой температурой, что означает уменьшение количества синего света. Специалисты AMA и Светотехнического инженерного общества (IES) встретились в начале этого года на конференции по стратегиям освещения для дальнейшего обсуждения этих спорных вопросов наружного освещения, но до сих пор не смогли прийти к обоюдному согласию по дальнейшим инструкциям.
Многие исследователи изучают воздействие насыщенного синего света. Многие стороны в мире освещения ждут от IES принятия твердой позиции по этому вопросу. Я подозреваю, что в будущем тенденция будет заключаться в смещении к более теплой CCT вне зависимости от результатов исследований.
Чтобы еще более усложнить обсуждение вопросов, связанных с цветом, используется индекс цветопередачи (CRI) - количественный показатель способности источника света к точному воспроизведению цвета различных объектов по сравнению с идеальным или естественным источником света. Источники света с высоким CRI желательны в областях с особыми требованиями к освещению, например, при неонатальном уходе, реставрации предметов искусства и в сфере элитной розничной торговли. В наружном освещении CRI не играет большой роли. Большинство наружных светодиодных светильников имеет CRI 70 или выше, что прекрасно подходит для освещения, например, парковок общего пользования. Исключение представляют площадки с объектами, цвет которых очень важен, например, автомобильные салоны. В этом случае может существовать потребность в демонстрации ярких цветов, и клиент и дизайнер могут сделать выбор в пользу светильников с более высоким CRI.
Недостаток светильников с высоким CRI заключается в снижении эффективности (лм/Вт). Повышение CRI может привести к снижению уровня освещения на 20% или более и повышению энергопотребления. Целесообразен ли этот компромисс? Это зависит от целей проекта и предпочтений клиента. В данной ситуации мы бы хотели провести фотометрическое исследование с высоким и обычным CRI для оценки различий и представления клиенту нескольких вариантов.
Светильник с более высокой эффективностью потребляет меньше энергии и экономит клиенту больше денег на счетах за электричество при обеспечении аналогичного уровня освещения. При прямом сравнении осветительных приборов, если Вы можете добиться необходимой равномерности и уровня освещения, клиент, вероятнее всего, выберет светодиодный светильник с более высокой эффективностью. В краткосрочной перспективе светильник может быть дороже, соответственно, такой проект сложнее продать.
Первоначальная стоимость - это дилемма, с которой многие из нас сталкиваются при продаже светодиодных технологий. Демонстрация клиенту результатов сравнения проектов в формате до и после, если переход на светодиодное освещение надлежащим образом спланирован с использованием фотометрии и расчетом на правильное использование и установку, может быть весьма убедительной. Предоставление информации об окупаемости за счет энергосбережения также может сыграть свою роль. Внимание к этим деталям позволит построить более крепкие деловые отношения и успешно реализовать проекты по наружному светодиодному освещению.