Oprawy oświetleniowe. Klasyfikacja i elementy opraw oświetleniowych

2008-12-04 14:27

Oprawy oświetleniowe to ważny element wyposażenia wnętrz, ale także otoczenia. Stąd też różne rozwiązania konstrukcyjne opraw oświetleniowych. Jednym z kryteriów klasyfikacji opraw jest podział na oprawy oświetleniowe techniczne i ozdobne.

Oprawy oświetleniowe - klasy

Główne zadanie opraw oświetleniowych to prawidłowe oświetlenie miejsca pracy - z tego względu podstawowym kryterium podziału są właściwości fotometryczne oprawy. Wiążą się one ze stosowaną techniką obliczania oświetlenia wnętrz lub terenów otwartych.

Według pierwszego kryterium fotometrycznego - polska norma PN-83/E-06305.14 - Elektryczne oprawy oświetleniowe. Ogólne wymagania i badania. Wymagania świetlne - oprawy oświetleniowe dzieli się na pięć klas w zależności od tego, jaki strumień światła () wysyła oprawa w półprzestrzeń górną (g), a jaki w dolną (d). Poszczególne klasy to:

klasa I - oprawy do oświetlenia bezpośredniego (0,9 d i g 0,1 );
klasa II - oprawy do oświetlenia przeważnie bezpośredniego (0,6# d<0,9 i 0, 1<g 0,4);
klasa III - oprawy do oświetlenia mieszanego (0,4 d<0,9 i 0,4<g 0,6);
klasa IV - oprawy do oświetlenia przeważnie pośredniego (0,1# d<0,4 i 0,6<g 0,9);
klasa V - oprawy do oświetlenia pośredniego (d 0, 1 i 0,9 g).

Podział ten dotyczy jedynie opraw nienastawnych, zamocowanych na stałe.

Drugie kryterium fotometryczne jest związane z symetrią bryły fotometrycznej. Wiele opraw oświetleniowych charakteryzuje się obrotowosymetrycznym kształtem bryły fotometrycznej. Są to oprawy do żarówek, rtęciówek, sodówek, świetlówek kompaktowych. Oprawy ze świetlówkami liniowymi usytuowanymi poziomo mają najczęściej bryłę fotometryczną z dwoma wzajemnie prostopadłymi, usytuowanymi pionowo, płaszczyznami symetrii. Produkuje się również oprawy z jedną płaszczyzną symetrii bryły fotometrycznej. Zalicza się do nich oprawy uliczne (tak zwane naświetlacze asymetryczne, na przykład do oświetlania placów, stadionów, tablic reklamowych). Rzadziej występują oprawy z bryłą fotometryczną bez żadnej symetrii.
Trzecie kryterium fotometryczne klasyfikuje oprawy pod względem charakteru bryły fotometrycznej. Rozróżnia się krzywe światłości bez mocno uwydatnionego lub z wyraźnie uwydatnionym kierunkiem świecenia. Rozsył wiązki świetlnej może być skupiony (światłość maksymalna leży w osi symetrii bryły fotometrycznej) lub rozwarty (światłość maksymalna występuje pod określonym kątem - na przykład w oprawach ulicznych). Ze względu na rodzaj oświetlenia rozróżnia się oprawy do oświetlenia ogólnego, strefowego, miejscowego i oprawy specjalne (między innymi sceniczne).

Oprawy można również podzielić ze względu na rodzaj źródła światła (żarówki, lampy sodowe, lampy metalohalogenkowe, świetlówki). Istnieją również oprawy, w których można instalować dwa różne źródła światła, na przykład żarówkę halogenową lub lampę ksenonową.

W zależności od stopnia ochrony przed porażeniem elektrycznym wyróżnia się cztery klasy opraw:

klasa 0 - oprawa ma izolację roboczą;
klasa I - oprawa ma izolację roboczą, a części metalowe oprawy nie znajdujące się pod napięciem są połączone i przystosowane do połączenia przewodu ochronnego lub izoluje się żyłę ochronną, która jest elementem przewodu przyłączeniowego, albo montuje się nieodłączalny przewód z żyłą ochronną i wtyczką ze stykiem ochronnym;
klasa II - oprawa z podwójną lub wzmocnioną izolacją, nie jest przeznaczona do uziemienia;
klasa III - oprawa przeznaczona do zasilania z sieci o napięciu bezpiecznym, które nie przekracza 25 V dla prądu przemiennego i 60 V dla prądu stałego, a wszystkie obwody wewnętrzne oraz zewnętrzne pracują pod napięciem nie większym niż bezpieczne (w zależności od warunków środowiska i rodzaju prądu napięcie bezpieczne nie przekracza wartości 25-120 V).

Kolejnym kryterium klasyfikacji opraw jest rodzaj budowy. W oznaczeniu stopnia ochrony występują dwie litery IP, dwie cyfry, mogą również wystąpić oznaczenia dodatkowe. Pierwsza cyfra (od 0 do 6), określa maksymalną wielkość ciała obcego, które może wniknąć do oprawy przez obudowę. Poszczególne cyfry oznaczają następująco: 0 - bez ograniczeń, I - 50 mm, 2 - 12,5 mm, 3 - 2,5 mm, 4 - 1 mm, 5 - oprawa pyłoodporna, 6 - oprawa pyłoszczelna.
Druga cyfra podaje odporność oprawy na wodę. Może ona oznaczać: 0 - brak odporności na wodę, 1 - odporna na krople wody spadające pionowo, 2 - odporna na krople padające pod kątem 0-1 5^o, 3 - odporna na deszcz (krople padające pod kątem do 60^o), 4 - odporna na bryzgi wody z dowolnego kierunku, 5 - odporna na strugi wody, 6 - odporna na fale zalewające oprawę, 7 - oprawa może być zanurzona w wodzie do głębokości I m, 8 - oznacza oprawę podwodną, a dodatkowa liczba określa dopuszczalną głębokość zanurzenia.
Inne symbole występujące przy znaku stopnia ochrony, mogą oznaczać na przykład oprawę przeciwwybuchową lub przeznaczoną do mocowania na podłożu palnym.
Ze względu na sposób mocowania oprawy dzieli się na: stałe, przenośne, ręczne, wbudowane, do zawieszenia, nakręcenia, nasadzenia, do nabudowania itp. Ze względu na sposób regulacji kierunku świecenia rozróżnia się oprawy nienastawne i nastawne, w których można zmieniać nie tylko kierunek świecenia, ale i kształt bryły fotometrycznej, także w czasie pracy oprawy. Oprawa nastawna może być stała lub przenośna. Inne kryteria podziału dotyczą miejsca użytkowania oprawy

- do wnętrz mieszkalnych, pomieszczeń użyteczności publicznej, pomieszczeń przemysłowych, oświetlenia terenów otwartych, ulic, boisk sportowych, iluminacji, oświetlenia scenicznego. Można również podzielić oprawy oświetleniowe w zależności od sposobu przyłączania ich do sieci zasilającej (na stałe, wtyczki, zaciski, szynoprzewody), według sprawności świetlnej czy też według kryteriów iluminacyjnych (na przykład przez porównywanie krzywych luminacji granicznej oprawy oświetleniowej).

Podstawowe wyposażenie oprawy oświetleniowej stanowi źródło światła. Nie wchodzi ono w skład oprawy oświetleniowej, jednak zalicza się je do tak zwanego układu świetlnooptycznego oprawy. Pod względem konstrukcyjnym źródło światła stanowi obszar przestrzenny o wysokiej luminacji. Chodzi tu o jarznik lub bańkę lampy, pokrytą warstwą rozpraszającą (na przykład luminosforem).
W układzie świetlnooptycznym oprawy oświetleniowej występują elementy dioptyczne (przez nie przechodzi strumień świetlny) i katoptyczne (od nich odbija się wiązka świetlna). Do elementów kształtujących wiązkę świetlną można zaliczyć: odbłyśniki, soczewki, elementy rozpraszające, zasłony, rastry, klosze, ekrany i różnego rodzaju światłowody. Systemy optyczne wykorzystuje się zarówno do skupiania, jak i do rozproszenia strumienia świetlnego. Jeżeli układ optyczny ma koncentrować wiązkę świetlną w określonym kierunku, to obraz obszaru świecącego, widziany z tego kierunku w odbłyśniku zwierciadlanym, będzie większy od rzeczywistych rozmiarów obszaru świecącego. Odbłyśniki mogą odbijać światło w sposób kierunkowy (zwierciadła), rozproszony lub równomiernie rozproszony. Elementy optyczne, pracujące na zasadzie kierunkowego odbicia lub załamania światła bez jego rozpraszania, są stosowane w oprawach oświetleniowych o najwyższych wymaganiach, największym współczynniku wzmocnienia. Układy te rozsyłają strumień świetlny dzięki tworzeniu obrazu źródła światła w płaszczyźnie oświetlanej. Odbłyśniki mogą mieć kształt obrotowosymetryczny, rynnowy (walcowy), różnych krzywych profilowych (parabola, okrąg, elipsa, hiperbola, trapez) lub bardziej skomplikowany. Do układów optycznych opraw oświetleniowych zalicza się również tak zwane przeciwzwierciadła. Mają one właściwości ekranujące - promieniowanie bezpośrednie źródła światła, biegnące w kierunku oświetlanej przestrzeni, jest odbijane z powrotem do źródła. Są to zazwyczaj zwierciadła sferyczne (źródło światła znajduje się w środku krzywizny) lub walcowe (dla liniowych źródeł światła). Strumień świetlny odbity od przeciwzwierciadła częściowo podnosi luminację obszaru świecącego źródła, a częściowo pada na odbłyśnik główny, wzmacniając w ten sposób światłość. Powierzchnia czynna odbłyśników może być gładka lub pokryta elementami rozpraszającymi. W każdym przypadku jest ona wybłyszczona chemicznie lub polerowana elektrolitycznie. Elementy faktury są konstrukcyjnie dobrane w taki sposób, aby rozpraszały strumień świetlny tylko w ściśle określonym kącie przestrzennym. W oprawach wąskostrumieniowych i w oprawach wyposażonych w źródła światła o dużych obszarach świecących powinno się stosować odbłyśniki z powierzchnią zwierciadlaną. Im mniejszy jest obszar świecący źródła, w porównaniu z wymiarami oprawy świetlnej, i im większe są kąty użyteczne oprawy, tym większe rozproszenie można przyjąć na powierzchni odbłyśnika. Wprowadzenie faktury rozpraszającej wyrównuje rozkład wiązki świetlnej przy pewnym spadku światłości maksymalnej. Soczewki to podstawowe elementy do kształtowania bryły fotometycznej oprawy oświetleniowej. Rozróżniamy soczewki dwu-wypukłe, płasko-wypukłe, wklęsło-wypukłe, schodkowe (płaskie i wklęsło-wypukłe), cylindryczne (walcowe) i inne. Klosz to osłona wykonana z materiału przepuszczającego promienie światła. Klosz chroni źródła światła przed czynnikami zewnętrznymi oraz jednocześnie otoczenie przed szkodliwym działaniem źródła światła (promieniowanie nadfioletowe, temperatura), zmienia rozkład przestrzenny strumienia świetlnego, zmniejsza luminację źródła światła lub zmienia jego barwę. Klosz wykonany z materiału przezroczystego o ściankach równoległych nazywa się kloszem przezroczystym, jeżeli zaś ścianki są pokryte elementami pryzmatycznymi lub soczewkowymi mówi się odpowiednio o kloszu pryzmatycznym lub soczewkowym. Jeśli przy założonym kloszu istnieje możliwość bezpośredniego wypromieniowania strumienia świetlnego źródła światła do otaczającej go przestrzeni to jest to klosz otwarty, gdy takiej możliwości nie ma - klosz nazywa się zamkniętym. Klosz może być wykonany w różny sposób i łączyć kilka funkcji - może być w jednej części pryzmatyczny, zaś w innej - przezroczysty i zabarwiony. Rodzaj klosza zależy od przeznaczenia oprawy i od wymaganego kształtu bryły fotometrycznej. Pojęcie klosza zamkniętego nie przesądza o szczelności oprawy oświetleniowej, jednak ze względu na zachowanie bezpieczeństwa oprawy oświetleniowe coraz częściej są wyposażane w klosz zamknięty. Klosze pokryte elementami optycznie czynnymi wykonuje się zazwyczaj z tworzywa sztucznego metodą prasowania (z proszków) lub z płyty płaskiej przez deformację plastyczną (w podwyższonej temperaturze). Stosowane materiały to: metapleks (polime-takrylan metylu), polietylan lub poliwęglan. Rastry służą do zwężania rozwartości wiązki świetlnej bez zmniejszenia światłości maksymalnej oprawy oświetleniowej. Promieniowanie padające ze źródła światła lub z układu optycznego oprawy oświetleniowej na powierzchnie boczne rastra powinno być odbijane w odpowiednim kierunku lub wytłumione. Rastry zalicza się do elementów kształtujących bryłę fotometryczną oprawy oświetleniowej.
Filtry oświetleniowe stosuje się najczęściej do oświetlenia scen, reklam i wystaw. Można je podzielić w zależności od przeznaczenia na: kompensacyjne, efektowe, szare i polaryzacyjne, a filtry kompensacyjne dodatkowo na konwersyjne i korekcyjne. Filtry konwersyjne służą do zmiany barwy światła przy zastępowaniu oświetlenia dziennego sztucznym o innej temperaturze barwowej najbliższej światłu dziennemu. I odwrotnie, gdy światło o wysokiej temperaturze barwowej trzeba zmieszać ze światłem sztucznym o mniejszej temperaturze barwowej. Bardzo często jednak warunki pogodowe lub pora dnia powodują, że światło dzienne ma inną temperaturę barwową (4000-8200 K). Wymusza to stosowanie różnych stopni konwersji barwy światła. Stąd też producenci oferują filtry konwersyjne obniżające (filtry pomarańczowe) lub podwyższające (niebieskie) temperaturę barwową światła. Filtry oświetleniowe są zakładane bezpośrednio na oprawę oświetleniową lub umieszczane w obszarach, przez które przenika światło o nieodpowiedniej barwie (na przykład okna). Światłowodami w technice świetlnej kształtuje się bryłę oprawy i przenosi strumień światła na znaczną odległość. eródło światła, otoczone czołami światłowodów, wprowadza do nich określony strumień świetlny. Światłowód przenosi ten strumień wykorzystując całkowite wewnętrzne odbicie na drugi jego koniec i wysyła go w przestrzeń w obszarze kąta aperturowego. Usytuowanie końcówek światłowodów może być dowolne w zależności od potrzeb. Ostatnio coraz częściej stosuje się urządzenia oświetleniowe służące do iluminacji budynków i pomników z wykorzystaniem światłowodów. Należy podkreślić, że światło nie emituje promieni nadfioletowych i podczerwonych z zakresu średniej i dalszej podczerwieni, bez względu na rodzaj użytego źródła światła.

Oprawa oświetleniowa oprócz elementów wchodzących w skład układu optycznego składa się z:

zespołu mocującego oprawę źródła światła;
uchwytu oprawy oświetleniowej, wyposażonego niekiedy w mechanizm ułatwiający wybór kierunku świecenia;
korpusu, czyli obudowy łączącej wszystkie elementy w całość. Z zespołów elektrycznych należy wymienić: urządzenie zapłonowe i statecznik, jeśli są potrzebne, a często występują: włącznik i bezpiecznik.

Bardzo ważnym zespołem oprawy oświetleniowej z wyładowczym źródłem światła jest urządzenie zapłonowe, najczęściej zamontowane w pobliżu źródła światła ze względu na to, że przesyłanie impulsów zapłonowych na dalszą odległość powoduje duże straty.
Bardzo korzystne jest zasilanie lamp fluorescencyjnych prądem przemiennym o podwyższonej częstotliwości (25-40 kHz), ponieważ ma ona wtedy o około 10% większą skuteczność świetlną, a jej strumień mało tętni.
Jeśli nie ma dużych przyrostów temperatury, to obudowy opraw oświetleniowych wykonuje się z tworzywa sztucznego. Można je również wykonać z blachy stalowej lub aluminiowej, jednak obudowy metalowe są podatne na działanie korozji przede wszystkim w warunkach podwyższonej wilgotności. Dlatego też elementy stalowe pokrywa się warstwą ochronną kolorowego lakieru lub emalii.
Również elementy aluminiowe ulegają korozji w warunkach zewnętrznych, a im więcej dodatków poprawiających cechy mechaniczne występuje w stopie aluminiowym, tym bardziej jest on podatny na korozję. Aby ochronić element aluminiowy, należy więc wytworzyć na jego powierzchni warstwę tlenku glinu (powstaje on w wyniku kontaktu glinu z powietrzem). Niestety jest ona porowata i dlatego też trzeba ją uszlachetnić i uszczelnić. Procesy te zalicza się do eloksalacji, podczas której powierzchni elementu można nadać dowolną barwę.
Korpusy opraw oświetleniowych wytwarza się coraz częściej z tworzyw sztucznych. Jednak mogą one zmienić swój kształt i barwę pod wpływem działania promieni słonecznych, wysokiej temperatury, wilgoci lub deszczu. Dlatego też, na przykład w czasie wytwarzania polimerów dodaje się do nich środki poprawiające ich trwałość i dodatki ułatwiające proces technologiczny. Do zniszczenia tworzyw sztucznych przyczynia się również zanieczyszczenie atmosferyczne (na przykład dwutlenek siarki wraz z wodą stymulowany promieniowaniem nadfioletowym reaguje najpierw powierzchniowo, a dopiero po dłuższym czasie penetruje w głąb materiału; niekorzystny wpływ mają również tlenki azotu).

Iwona Szczepaniak