Ingeniera de iluminacin

Ingeniera de iluminacin

Captulo 9: CALCULOS DE ILUMINACINClculos de iluminacin se llevan a cabo durante el proceso de diseo para obtener informacin sobre el rendimiento del sistema de iluminacin. Un diseador puede utilizar los resultados de los clculos para elegir entre alternativas de diseo o para perfeccionar un diseo particular. Clculos de iluminacin son modelos matemticos del complejo fsico y procesos que tienen lugar dentro de un espacio iluminado. Dado que estos modelos no pueden ser nunca exactos en cada detalle, los clculos son aproximaciones de situaciones reales.1 Este captulo contiene muchos de los mtodos de clculo fundamentales que se utilizan en el anlisis del sistema de iluminacin, incluyendo tantos mtodos simples y complejos. Para los mtodos que se aplican a aplicaciones especficas, tales como el diseo de luminarias, iluminacin natural, iluminacin con focos, iluminacin vial, iluminacin deportiva, o la iluminacin de la mercanca, ver los captulos especiales sobre los procedimientos propios de esas zonas. Los mtodos ms simples de clculo de iluminacin se pueden realizar a mano, mientras que los mtodos ms avanzados slo pueden realizarse mediante el uso de un ordenador. Ms modelos avanzados suelen proporcionar una informacin ms precisa. Precisin, para el propsito de esta discusin, se define como el grado en que los clculos de acuerdo con la realidad. En realidad, es muy difcil lograr un acuerdo perfecto, como se explica ms adelante en este captulo. Los mtodos de clculo de iluminacin son de aplicacin impulsada. El tipo de informacin que se desee sobre un sistema de iluminacin y la complejidad de la condicin de iluminacin siendo analizado determinar que se aplica mejor mtodo de clculo para el problema. Los aspectos que deben ser evaluados para determinar el anlisis de la iluminacin y modelo a utilizar son los siguientes: Informacin deseada Eleccin Equipos Nmero y la colocacin Equipos Caractersticas espaciales Es la responsabilidad del diseador para determinar y utilizar los mtodos de clculo ms adecuados para una aplicacin. El material presentado en este captulo proporciona el practicante de iluminacin con informacin que se puede utilizar en la fabricacin de estas decisiones. En este captulo se describen los procedimientos generales de clculo que se utilizan en el anlisis de la luz directa y reflejada. En general, se trata de procedimientos fundamentales que se puede aplicar a todas las situaciones de anlisis de iluminacin. Tambin se incluyen los clculos especializados utilizados en la evaluacin de los sistemas de iluminacin. Por ltimo, un conjunto de clculos de ejemplo se proporciona para ilustrar el algoritmo general para clculos de iluminacin se tratan en este captulo.

PRINCIPIOS BSICOS Predecir el transporte radiativo del flujo luminoso (o de transferencia de flujo) de una fuente a una superficie receptora es fundamental para todos los clculos de iluminacin. Este transporte es a travs del aire, que se supone que no absorbente y nonscattering. Transferencia de flujo se clasifican en seis tipos de geometra y tipo de emisor: 1. Fuente puntual a un punto o diferencial de zona de recepcin 2. Fuente puntual de una zona de recepcin finito 3. Fuente de rea difusa a un punto o diferencial de zona de recepcin 4. Fuente de rea difusa a una zona receptora 5. Fuente de rea Nondiffuse a un punto o diferencial de zona de recepcin 6. Fuente de rea Nondiffuse a una zona receptora Transferencia de tipo 1 es conceptualmente el ms simple y es la ms fcil de formular. Transferencia tipos 2, 3, y 4 se obtienen a partir de la formulacin de tipo 1 mediante la integracin sobre la fuente, la zona de recepcin, o ambos. Tipos de transfers 5 y 6 son los ms complicados, pero tambin son los ms comnmente encontrados en la prctica. La luz puede llegar a un punto o una zona que se describe por iluminancia, la medida de la densidad de flujo o el flujo incidente por unidad de rea. A menudo es necesario saber cmo refleja la luz desde un punto o una zona. Exitancia es el caso ms simple y se mide como la densidad del flujo que abandona la superficie. Ms complicada es la luminancia, que describe el flujo dejando una superficie en una direccin particular. Para los clculos exitancia y luminancia las propiedades reflectantes de la superficie debe ser conocida. En estos casos, los mtodos para predecir la iluminancia se combinan con la informacin de reflectancia para predecir y luminancias existentes. Medicin fotomtrica de una luminaria proporciona una distribucin de la intensidad luminosa de la que se obtiene la distribucin espacial de flujo de la luminaria. Para los clculos, los casos ms simples son aquellos en los que la luminaria es pequea y se puede considerar un punto. Tipos de transferencia de flujo 1 y 2 se pueden utilizar. En muchos casos, las luminarias son los tipos de transferencia de grandes y de flujo 3 y 4 estn obligados a proporcionar una precisin adecuada. Mtodos para evaluar el tamao de la luminaria se dan a continuacin. Interreflexin es la reflexin mltiple de la luz entre las superficies. Es un aspecto importante de la mayora de los sistemas de iluminacin interior, ya que es por interreflexin que muchas superficies arquitectnicas interiores adquieren una luminancia. Es por estas luminancias que la arquitectura tambin se revela y se da forma perceptual. Para algunos sistemas de interiores de iluminacin, interreflexin es el nico proceso por el cual se produce la iluminancia en la tarea visual. Tal es el caso de la iluminacin elctrica indirecta y muchos sistemas de iluminacin natural. Transferencia de Flujo Directo Transferencia de fundente Tipo 1, el Punto de Origen a un punto. La iluminancia E producido en un rea A centrada en un punto P est relacionada con la intensidad luminosa de una fuente de luz , I (, ), como sigue. Dada la distribucin de la intensidad de la fuente de luz en coordenadas esfricas (, ), la disposicin geomtrica se muestra en la Figura 9-1. La iluminancia E se define en trminos del flujo incidente en un rea A:

Ese flujo tambin se puede analizar direccionalmente en trminos de la ngulo slido. Si el origen de un sistema de coordenadas esfricas se encuentra en el origen, y el rea A es pequea con respecto a la distancia D, entonces

Donde D = distancia entre la fuente y el punto P, = ngulo entre la normal (N) a la superficie A y direccin de la distancia D. La definicin de la intensidad luminosa de la fuente se utiliza para ecuaciones relacionadas 9-2 y 9-1:

Figura 9-1. Disposicin geomtrica de la ley inversa del coseno cuadrado.

Ecuacin 9-4 es la ecuacin fundamental de transferencia de flujo, el llamado coseno inverso del cuadrado ley.2 Su validez se supone que la ecuacin de 9-2 y que la intensidad luminosa es (casi) constante en el barrio de la direccin (, ). A medida que el rea A (la zona alrededor del punto P) se hace ms pequeo, el ngulo slido se hace ms pequeo y la Ecuacin 9-2 se vuelve ms precisa. En el lmite de un rea diferencial, dA, el ngulo slido se convierte diferencial, d, y la ecuacin 9-2 es exactamente correcto. La transferencia de flujo es conceptualmente equivalente a un rayo infinitesimalmente estrecho de luz. La consecuencia computacional de esta consideracin es que la Ecuacin 9-4 se describe la iluminancia en una pequea diferencialmente barrio alrededor del punto P o, ms brevemente, da la iluminancia en P. Ecuacin 9-2 expresa el ngulo slido subtendido por el rea A en un punto; se supone que la fuente de luz a ser coincidente con este punto. La consecuencia computacional es que la Ecuacin 9-4 describe la iluminancia de una fuente puntual.El valor de intensidad utilizado en la Ecuacin 9-4 es ms a menudo obtenerse por interpolacin de los valores en una tabla. Distribuciones de intensidad se expresan casi siempre utilizando los dos ngulos de coordenadas esfricas; por lo tanto la interpolacin requerido es ms de estos dos ngulos. Splines bilineales, splines bicbicos y series de Fourier son doble entre los mtodos usadosTransferencia de flujosTipo 2, el Punto de Origen de una zona de recepcin. El flujo transferido desde una fuente puntual a un rea diferencial se puede expresar mediante la ecuacin 9-4. Esta se integra sobre el rea de recepcin para dar el flujo recibido por toda la zona:

La integracin se extiende a la zona de recepcin A. Ecuacin 9-5, alternativamente, se puede resolver utilizando Monte Carlo integration.5-7 Conceptualmente, los rayos de luz se trazan desde la fuente de punto P a la seleccionada al azar puntos en el rea de recepcin, A, con la Ecuacin 9-4 siendo evaluados para cada rayo. Suponiendo una distribucin aleatoria de n puntos en A, el flujo recibido por A es aproximadamente:

donde Ei es la iluminancia de A en el punto debido a i ray receptora. La exactitud de la solucin mejora con el aumento de n. La integracin analtica de la ecuacin 9-5 es posible slo si la distribucin de la intensidad es una funcin simple y la disposicin geomtrica se simple.3 lo contrario, es necesario aproximar el rea integral de la ecuacin 9-5 con una suma finita. En este caso, la superficie de recepcin se divide en reas pequeas, o discretizadas Ecuacin 9-4 se aplica a cada uno. Las numerosas las reas discretas n ms pequeos y ms, ms preciso ser el resultado:

donde I (theta i, i) = intensidad de la fuente de punto en la direccin de la pieza i-simo de la zona A, i = ngulo de incidencia en la pieza i del rea A, ai = superficie de la pieza i del rea A, Di = distancia entre la fuente y la pieza i-simo de la zona A. La iluminacin media, E, puede obtenerse a partir de la Ecuacin 9-5 o 9-6:

Transferencia de fundente Tipo 3, Area difusa de Fuente a un punto. En muchas aplicaciones de la fuente de luz es demasiado grande, o el punto en el que la iluminancia es ser calculada es demasiado cerca, por las condiciones de validez para el uso directo de la Ecuacin 9-4 a cumplir. Sin embargo, si la fuente es un emisor difuso, la ecuacin 9-4 puede ser utilizado indirectamente. La distribucin de la intensidad de un emisor difuso, en coordenadas esfricas, se da por

La distribucin es axialmente simtrica respecto a la direccin (0,0), que es tambin la superficie normal (perpendicular). En la intensidad luminosa en la direccin de la superficie normal. Debido a que cada elemento diferencial dA de la fuente es un emisor difuso, la distribucin de intensidad de un elemento de este tipo es

Donde la MDA es la exitancia de la fuente en el elemento diferencial dA. La iluminancia producida en el punto P es

y la iluminancia producida por toda la fuente es

Si la fuente exhibe una exitancia M constante a lo largo de su extensin, a continuacin,

La integracin se extiende a la medida de la fuente. La cantidad que multiplica la exitancia M es puramente geomtrica y se llama el factor de configuracin, C.8 Ms simplemente,

donde

El factor de configuracin se refiere la exitancia de un rea de emisor difusa a la iluminancia se produce en un punto. Tiene los valores lmite

Son posibles definiciones alternativas del factor de configuracin. Se puede definir como la fraccin del flujo total emitido por un emisor difuso diferencial que es recibida directamente por un rea. El resultado analtico de esta definicin es la Ecuacin 9-10. Este factor de configuracin ha sido evaluado para un gran nmero de condiciones geomtricas 9 Una seleccin de estas ecuaciones se da en las figuras 9-2 y 9-3. Ecuacin 9-10 asume que no hay objetos intermedios entre la fuente de una zona difusa y el receptor punto P. Si hay, entonces la ecuacin 9-10 se convierte en:

Figura 9-2. continuado

Figura 9-2. continuado

Figura 9-2. Factores de configuracin (C) para la lnea difusa y fuentes de rea.donde el trmino visibilidad V (, ) es 1 si P es visible desde dA y 0 si est oculta por un objeto intermedio. En entornos complejos, como habitaciones con particiones y muebles, a menudo es necesario para resolver esta ecuacin utilizando mtodos de integracin numrica, tales como el hemicubo method5-7 o cuasi-Monte Carlo rayos casting.7 Ambos enfoques se basan en la analoga de Nusselt (Figura 9-4), donde el factor de configuracin c es igual al rea de la doble proyeccin de A sobre la base del hemisferio, dividida por el rea de la base. Ecuacin 9-9 se puede utilizar para calcular la iluminancia en un punto producido por cualquier emisor difusa que tiene una forma para la cual se conoce el factor de configuracin o se puede calcular. Tenga en cuenta que se supone que el emisor de tener un exitancia difusa uniforme. Tipo de flujo de transferencia 4, difusa Area Fuente a un rea de recepcin. Si no se especifica la superficie emisora como A1 y la superficie de recepcin como A2, entonces el flujo envi de A1 a A2, o 2, es

donde EdA2 es la iluminancia en elemento dA2 de todo de la fuente de A1. Sustituyendo EdA2 utilizando la ecuacin 9-7 da

Figura 9-3. Factores generales de configuracin (C) para los rectngulos paralelos y perpendiculares.Si la fuente exhibe una M1 exitancia constante a lo largo de su extensin, a continuacin,

La integracin se extiende a la medida de la fuente y la extensin de la zona iluminada. La cantidad que multiplica la exitancia M1 es puramente geomtrica. Es costumbre dividir por el rea A1 de modo que es la fraccin de flujo dejando la superficie A1 que llega a A2. Esto se conoce como el factor de forma f1 2.8 Los subndices de forma son factores necesarios para indicar la direccin en la que se transfiere el flujo. Tenemos

Con esta definicin, la ecuacin 9.11 se convierte en

La iluminacin media, E2, producido en superficie A2 es entonces

Factores de formas y reas relacionadas al exitancia de un rea de emisor difuso a la iluminancia media producida en una superficie receptora. Los factores de forma tienen valores lmite

y exhiben la reciprocidad:

Aplicacin de la reciprocidad da

La ecuacin para el factor de forma ha sido evaluada por un gran nmero de condiciones geomtricas. Una seleccin de estas ecuaciones se da en las figuras 9-5 y 9-6. Ecuaciones 9-9 y 9-13 tienen una amplia aplicacin para el clculo de la iluminancia y la iluminancia media producida por cualquier tipo de emisor difuso. Ms grande superficies arquitectnicas presentan una reflectancia difusa y por lo tanto son emisores difusos por la reflexin. La iluminancia producida por tales superficies se puede calcular usando las Ecuaciones 9-9 y 9-13. Esto incluye superficies hechas por interreflexin luminosa de la luz y las superficies iluminadas indirectamente.

Figura 9-4. La construccin de la analoga de Nusselt para la transferencia de radiacin difusa de un punto a un rea.Es difcil evaluar analticamente el factor de forma entre dos reas con una geometra arbitraria, y an ms difcil en presencia de objetos de oclusin .10, 11 evaluaciones aproximadas se pueden obtener usando casting. rayos de Monte Carlo, Ventanas de tejado y se aproximan comnmente como emisores difusos en razn del tipo de transmisin que presentan. Ecuaciones 9-9 y 9-13 se pueden usar en estos casos tambin. Si un emisor difuso de rea no tiene un exitancia uniforme, que puede ser discretizado en elementos ms pequeos, cada uno de los cuales tiene una exitancia casi uniforme. La iluminancia producida por cada elemento se calcula entonces por la aplicacin repetida de la Ecuacin 9-9 o 9-13. El efecto total se obtiene sumando el individuo las iluminancias. Transferencia de fundente Tipo 5, Nondiffuse Area Fuente a un punto. Emisores de la zona Nondiffuse son significativamente ms difciles de tratar que difundir emisores. Si un campo lejano de distribucin de la intensidad est disponible para la luminaria, la Ecuacin 9-4 se puede utilizar en determinados casos. Si la distancia desde la luminaria al punto de clculo es ms de cinco veces la dimensin ms grande de la luminaria, a continuacin, el tratamiento de la luminaria como una fuente puntual utilizando la Ecuacin 9-4 da una precisin de clculo de aproximadamente el 5% o mejor. Para los puntos ms cercanos a la luminaria, una hiptesis se puede hacer acerca de la homogeneidad (uniformidad de la superficie), que permite una aproximacin til a made.3 Bajo este supuesto, la distribucin de la intensidad de cualquier elemento diferencial del emisor, di (, ), es proporcional a la distribucin de la intensidad, I (, ), de la totalidad de la luminaria. La constante de proporcionalidad es la relacin del rea dA del elemento diferencial a la zona A del conjunto de la luminaria. Es decir,

El elemento diferencial se trata entonces como una fuente puntual, y la ecuacin 9-4 se utiliza para expresar la iluminancia diferencial que produce:

Integracin sobre la superficie de la luminaria da

La integracin analtica de la ecuacin 9-14 es posible slo si la distribucin de la intensidad es una funcin simple y la disposicin geomtrica es simple. De lo contrario es necesario aproximar el rea integral de la ecuacin 9-14 con una suma finita. En este caso, la luminaria se discretiza en reas pequeas. El ms pequeo y ms numeroso de las reas discretas, ms preciso ser el resultado:

donde la suma se extiende a todas las piezas discretas de la luminaria, y I (theta i, i) = intensidad de la pieza i de la superficie de la luminaria al punto P, i = ngulo de incidencia para el flujo de la pieza i de la superficie de la luminaria, ai = superficie de la pieza i de la superficie de la luminaria, Di = distancia entre la pieza i de la superficie de la luminaria y el punto P, A = rea de la superficie de la luminaria. Ecuacin 9-15 tiene una amplia aplicacin para el clculo de la iluminancia producida por luminarias con distribuciones nondiffuse. Tipo de flujo de transferencia de 6, Nondiffuse Area Fuente a un rea de recepcin. Si se especifica el nondiffuse superficie emisora como A1 y la superficie de recepcin como A2, entonces el flujo 2 enviado de A1 a A2 es donde EdA2 es la iluminancia en elemento dA2 de todo de la fuente de A1. Bajo la misma suposicin de homogeneidad luminaria se ha descrito anteriormente, la ecuacin 9-14 se puede utilizar para expresar E2:

Las integrales doble de rea por lo general no se pueden evaluar analticamente, y una zona de doble sumatorio se utiliza como una aproximacin. En este caso la luminaria y la superficie receptora se discretizado en reas pequeas. El ms pequeo y ms numerosas las reas discretas, ms preciso ser el resultado:

Figura 9-5. continuado

Figura 9-5. Factores de forma de la teora de transferencia radiativa (F) para fuentes de rea difusa.

Figura 9-6. Expresiones generales para factores de forma (F) entre rectngulos paralelos y perpendiculares.

donde la suma se extiende a todas las piezas discretas de luminaria y de las piezas discretas de la superficie receptora, y = Intensidad de la pieza i-simo de la luminaria en la direccin de la pieza de orden j de la superficie receptora, ij = ngulo de incidencia del flujo de la pieza i de la luminaria, A1i = rea de la pieza i de luminaria, a2j = rea de la pieza j de la superficie receptora, Dij = distancia entre la pieza i de la luminaria y la pieza j de la superficie receptora, A1 = rea de la superficie de la luminaria, A2 = rea de la superficie receptora. Ecuacin 9-16, alternativamente, puede ser evaluada utilizando cuasi-Monte Carlo de colada rayos,5-7 donde la distribucin de los puntos que los rayos se envan desde la superficie emisora A1 a la A2 superficie receptora se pondera segn la distribucin fotomtrica de la superficie emisora nondiffuse. Todos los tipos anteriores de los anlisis se resumen en la Figura 9-7. La ecuacin para ser utilizado para los clculos de iluminancia se determina por el tamao de la fuente, el tamao del elemento receptor, y la naturaleza de la distribucin de la intensidad de la fuente. Si la distancia entre la fuente y el punto de anlisis es menor que cinco veces la dimensin ms grande de la fuente, la fuente se considera una fuente de rea para los propsitos de clculo. Esta regla cinco veces se discute en la siguiente seccin.

Figura 9-7. Ecuaciones de transferencia de flujoFotometra como base para los clculos Distribuciones de intensidad se utilizan para especificar las caractersticas de la distribucin espacial de una fuente de luz. Esta descripcin trata a la fuente como un punto y da la intensidad luminosa. El conjunto es suficientemente grande como para proporcionar una descripcin completa de la distribucin espacial de flujo. La intensidad luminosa de una fuente de luz o luminaria se calcula a partir de mediciones de iluminancia. Iluminancias se obtienen en una medida conveniente a una distancia que define una esfera imaginaria con un radio igual a la distancia de medicin. El centro de la esfera coincide con un punto fiduciario dentro de la luminaria. Este llamado centro fotomtrica es a menudo el origen del sistema de coordenadas utilizado para calculations.12 Si se supone que la fuente a ser un punto, a continuacin, la intensidad y la iluminancia estn relacionados por la ecuacin 9-4. Si las mediciones de iluminancia se hacen con la la superficie normal de la sonda de iluminancia orientada al centro fotomtrico, a continuacin, el coseno del ngulo de visin es igual a 1 y la Ecuacin 9-4 se convierte

donde I = intensidad luminosa, Et = medicin de iluminancia, Dt = medicin (ensayo) de distancia. La intensidad luminosa es la distancia invariante, ya que el producto EtD^2t es la distancia invariante. Por lo tanto, la iluminancia a cualquier distancia se da por la ecuacin 9-4. En la fotometra de luminarias, la ecuacin 9-18 se aplica generalmente a obtener un valor relativo de la intensidad de la luminaria en una direccin particular. La magnitud se determina entonces a travs de la fotometra de las lmparas peladas en un procedimiento conocido como la fotometra relativa. Campo lejano de Fotometra Asumiendo la luminaria para ser una fuente puntual permite la iluminancia producida bajo ninguna circunstancia geomtrica para calcular. El valor de cmputo de distribuciones de intensidad basa en el supuesto de que iluminancia vara proporcionalmente a la inversa de la distancia al cuadrado y al coseno del ngulo incidente . Slo una fuente de luz puntual produce iluminancias que siempre varan como la inversa al cuadrado de distancia. Sin embargo, independientemente del tamao de la luminaria, que siempre es posible para elegir una distancia, dt, suficientemente grande para que iluminancias producidas a distancias mayores de Dt. varan (casi) como la inversa al cuadrado distancia. Yamauti13 y Fock14 primera mostr esto por emisores difusos. Para estos emisores Dt es cinco veces la dimensin mxima del emisor. Esta regla cinco veces permite que una precisin de clculo de al peor de 2% para emisores difusos. En campo lejano fotometra, a una distancia de al menos Dt se utiliza para hacer las mediciones de iluminancia de el cual se calculan las intensidades luminosas. Estas intensidades se pueden utilizar para calcular iluminancia a distancias mayores de Dt, el tratamiento de la luminaria como punto de origen. La mayora fotometra usos comerciales de campo lejano fotometra. Clculos de iluminancia que asumen la luminaria para ser una fuente puntual a una distancia de menos de Dt es probable que sean inexactas. Como gua para las inexactitudes que se puede esperar, la Figura 9-8 muestra una curva de error de iluminancia para una difusa emisor cuadrado. El error, en tanto por ciento del valor correcto, se da como una funcin de la relacin de la distancia de clculo D para la dimensin luminaria. La regla de cinco veces requiere esta relacin sea 5 o superior. Comparacin entre las mediciones y las predicciones utilizando luminarias reales da results.15 similares

Figura 9-8. La demostracin de las cinco veces que la regla para las mediciones fotomtricas.Cabe sealar que las distribuciones de intensidad de otros que la de un emisor difuso tener diferentes valores de Dt.16 Sin embargo, es habitual aplicarlos cinco veces y gobernar a la fotometra de luminarias ms de interior. Near-Field Fotometra Fotometra de campo cercano se describe el flujo de distribucin espacial de una luminaria de una manera que permite clculos precisos de iluminancia a distancias inferiores a DT. De campo cercano fotometra es particularmente importante para el anlisis de los sistemas de iluminacin indirecta. Dos tipos de campo cercano fotometra se han desarrollado expresamente para ir mejorando la precisin computacional. La Aplicacin de Fotometra a distancia utiliza distancias de prueba que son iguales a las distancias a las que se hace en los clculos de iluminancia.17-19 No hay supuestos sobre invariancia en la distancia se hacen. En este caso la luminaria debe ser tratada como una fuente puntual para los clculos. Dado que los clculos de iluminancia son susceptibles de ser cometidos en muchas distancias, fotometra de aplicacin distancia proporciona distribuciones de intensidad para varias distancias de prueba. Photometry16 Luminancia-campo, 20,21 mide e informa la distribucin de luminancia de la luminaria segn se ve desde un conjunto de puntos que rodean completamente la luminaria. Todos los puntos son la misma distancia desde el centro fotomtrica de la luminaria. Precisamente se ha dicho, los datos describen un campo escalar de cuatro dimensiones de luminancia. A partir de estos datos de luminancia, iluminancia se puede calcular a cualquier distancia y la orientacin de la luminaria. Luminancia-campo fotomtrico las mediciones se pueden hacer usando una cmara de vdeo CCD; 22 sin embargo, la cantidad de datos puede ser difcil de manage.23 Propiedades de Reflexin de las superficies Casos especiales tiles de reflectancia son perfectamente reflectancias difusas y perfectamente especulares. Estos casos de la autorizacin de la distribucin espacial de gran simplificacin de clculos que implican la reflexin de la luz de las superficies. Reflexin difusa Perfectamente es que para que la intensidad luminosa en una direccin dada es proporcional al coseno del ngulo de declinacin de la perpendicular a la superficie. El flujo reflejada desde una superficie difusa no es una funcin de la direccin incidente o el ngulo azimutal. Por lo tanto, la que refleja la superficie exhibe independiente de luminancia y del ngulo de visin. Perfectamente la reflexin especular es aquel en el que el flujo se refleja en el ngulo del espejo a la direccin incidente. Es decir, el ngulo del flujo reflejado es igual a la de la direccin incidente con respecto a la direccin perpendicular a la superficie, y la separacin azimutal de la exitant y flujo incidente es exactamente 180 . Muchas superficies y acabados utilizados en la arquitectura presentan una reflectancia que es lo suficientemente difusa para ser considerado perfectamente difuso. Esto es importante para los fines de clculo, ya que pueden ser considerados emisores difusos independientemente de la direccin incidente de la luz. En algunos casos, los supuestos sobre el plomo difuso a resultados muy inexactos. Un ejemplo de esto es el clculo de la luminancia de tareas visuales, tales como marcas de lpiz sobre papel, grabados marcas en una regla, y superficies viales. La funcin de distribucin de reflectancia bidireccional (BRDF) de una superficie debe ser utilizado en estos casos24 Adems de la simplificacin de las caractersticas de distribucin espacial de la reflectancia, a menudo es admisible (y necesario) para simplificar sus caractersticas espectrales. Toda superficie presenta una reflectancia que vara con la longitud de onda de la luz incidente. La reflectancia informado para una superficie particular, se obtiene normalmente por la integracin de la proporcin de la luz reflejada de la superficie en todas las longitudes de onda visibles. Aunque la reflectancia cambios de modo define si el espectro del cambio de iluminante, que es una aproximacin til a asumir que la reflectancia es espectralmente plana. La superficie se le asigna un "reflectancia gris" igual al valor integrado. Por lo tanto, se supone que la superficie exhibe la misma reflectancia independientemente de la distribucin de potencia espectral de la luz incidente utilizado en clculos. Esto se conoce como la "hiptesis gris." Aunque esto simplifica los clculos y por lo general slo introduce pequeos errores, pueden surgir dificultades. La reflectancia de una superficie con un color profundamente saturada por lo general tiene una reflectancia espectral significativa slo en una banda estrecha de longitudes de onda. El uso de una fuente de luz espectralmente diferente de la utilizada en la fabricacin de un patrn de reflexin puede conducir a grandes errores. Interreflexin de Luz Parte de la luz que incide sobre una superficie arquitectnica es absorbida y parte es reflejada. La parte reflejada irradia a otras superficies, donde es absorbido y de nuevo reflejada. Esto puede ser pensado como ocurre un nmero infinito de veces. Los fenmenos de intercambio repetido de la luz por reflexin mltiple se denomina interreflection.25-28 superficies arquitectnicas se hacen luminosa por interreflexin, as como por la luz que les llega directamente de fuentes tales como luminarias y las ventanas. Los exitances que estas superficies presentan bajo estas circunstancias se dice que son los que estn en equilibrio luminoso. Es decir, son los exitances se presentan cuando la velocidad a la que la luz est siendo proporcionado por luminarias y la luz del da est equilibrada por la velocidad a la que est siendo absorbida por las superficies. Estos exitances se llaman exitances finales, en contraste con exitances iniciales, que son las producidas directamente por la luz de las luminarias o la luz del da, antes del proceso de interreflexin. Las superficies hechas luminosa por interreflexiones convierten en fuentes adicionales de luz que deben ser considerados al determinar la iluminancia. La iluminancia producida por la luz reflejada se denomina el componente interreflected. En la mayora de escenarios arquitectnicos se suele suponer que las superficies involucradas presentan una reflectancia difusa y por lo tanto son emisores difusos. Ellos pueden entonces ser tratados como fuentes de rea difusa, y la iluminancia se calculan utilizando las ecuaciones para difundir fuentes de rea, involucrando factores de configuracin y exitancia superficie. El componente interreflected totales en un punto de anlisis es

donde ci p = factor de configuracin de la superficie i al punto p, Mi = exitancia difusa de i superficie. Por lo tanto, el clculo de la componente interreflected de iluminancia requiere la determinacin de la exitancia final del superficies que son luminosa por interreflexin. El procedimiento de clculo de gran utilidad para determinar los exitances final es el de elementos finitos method.29-31 Las superficies en el espacio se discretizan, y Se supone que cada elemento tiene un exitancia diferente, pero uniforme. En la mayora de los casos, tambin se puede suponer que las reflectancias son perfectamente difusa. La exactitud del patrn de luminancia calculado depende del tamao de las zonas y en el grado en que las reflectancias son difusas. Superficies habitacin Modelado como elementos discretos no slo permite una aproximacin al patrn exitancia real en la habitacin, pero este tipo de modelos tambin puede representar el efecto de las puertas, ventanas, tablones de anuncios y chalkboards.29 Desde estas superficies en general, difieren de las paredes de la reflectancia, su exitancia tambin diferente, como es su efecto sobre la iluminancia en el espacio. El grado en el que el patrn de exitancia en el recinto est representado por el conjunto de exitances zona discreta depende del tamao de la zona. Un altamente componente direccional variable, como uno que puede ser producido por una iluminacin indirecta o un sistema de lavado de la pared, puede requerir una pequea discretizacin de superficies. Esto permite un modelo preciso de la gran gradiente de luminancia. En modelos avanzados, obstrucciones interiores de tipo tabiques, estantes y muebles tambin se pueden considered.32, 33 Otros mtodos han sido desarrollados para reducir la cantidad de trabajo necesario para resolver este tipo de sistemas,34-36 y aproximaciones para el clculo en espacios con obstrucciones del interior tambin han sido developed.37 Tcnicas Numerosas basadas en radiativo theory5 flujo de transferencia, 6 (tambin conocidos como mtodos de radiosidad) y raya tracing38 han sido desarrollados por el equipo de comunidad y grficos. Si bien estas tcnicas han sido desarrollado principalmente para la representacin arquitectnica, que se basan en principios5 fsica, 23 y as pueden ser aplicados a problemas de ingeniera de iluminacin tambin. Mtodos de radiosidad modelo reflexiones perfectamente difusas, mientras que las tcnicas de trazado de rayos son los ms adecuados para el modelado de los reflejos especulares. Sin embargo, hbrido se han desarrollado tcnicas para modelar con precisin tanto difusa y especular reflections.23, 39,40 La transferencia de radiacin Equation5-7 ,10,11,22,23,38-43 Para obtener las ecuaciones para calcular interreflexin, una ecuacin de balance de flujo est escrito para cada elemento. Se equipara el flujo total de salir de un elemento con el flujo total incidente multiplicado por reflectancia del elemento. El flujo total de incidentes tiene tanto una componente directa debido a fuentes de electricidad y la luz del da y un interreflectado componente debido al flujo de todos los dems elementos. Existe la igualdad que expresa el flujo de equilibrio cuando se tienen en todos las interreflexiones . Para el i-simo elemento de un sistema de transferencia radiativa, la ecuacin es

Esto se puede escribir para cada elemento de superficie en el sistema, y un conjunto de ecuaciones lineales simultneas, independientes resultados. Expresado en forma matricial, esto da

donde m = nmero de zonas en el sistema, Mi = exitancia de la zona i-simo, debido al flujo directo y interreflected (la ecuacin se resuelve para estos valores), i = reflectancia difusa de la zona i, M0i = exitancia debido a la componente directa en la zona i-sima (debido a las luminarias y fuentes de luz diurna), fi j = factor de forma de la zona i a zona j (tenga en cuenta que para las zonas planas, fi i = 0). Para geometras simples, los factores de forma se pueden calcular utilizando las ecuaciones encontrados para rectngulos paralelos y ortogonales en las Figuras 9-5 y 9-6. Para complejas geometras, y especialmente para entornos con oclusin de objetos, es necesario utilizar mtodos de integracin numrica, tales como hemicubos y de Monte Carlo fundicin ray. La ecuacin matriz anterior puede reescribirse en trminos de la iluminancia en cada superficie. Esta forma es particularmente valiosa cuando una o ms de las reflectancias se le asigna un valor de cero, ya que entonces la iluminancia golpear cada elemento es independiente de la reflectancia del elemento:

La forma ms sencilla de resolver estos grandes sistemas de elementos finitos de la matriz es utilizar el mtodo de iteration.5, 40 La iteracin comienza por el vector M igual al vector exitancia M0 en la ecuacin 9-21, usando esto como una estimacin inicial del sistema. Esta estimacin inicial se utiliza entonces en el lado derecho de la ecuacin para generar otra estimacin de vector de la solucin en el lado izquierdo. Varios mtodos de iteracin se pueden emplear. Iteracin de Jacobi simula exactamente reflejos fsicos y absorcin de la luz dentro de un environment.23 rpida convergencia se obtiene normalmente con Gauss-Seidel iteracin, 43 tpicamente cinco a diez iteraciones para entornos sencillos con relativamente pocos elementos.De Gauss-Seidel iteracin tiene la desventaja de que se requiere toda la matriz de factor de forma para cada iteracin. Esto limita el nmero de elementos que han modelado utilizando simulaciones por ordenador. Se prefiere una variacin de Southwell iteracin llamada refinement6 progresiva en que slo una columna de la matriz de factor de forma es requerida para cada iteracin. Esto permite el modelado de entornos complejos con cientos de miles de elementos, con la convergencia alcanzado en unos pocos minuto utilizando computers.40 escritorio Cabe sealar que los valores mantenidos de la exitancia pueden diferir de los valores iniciales. Si se requiere el clculo de los valores mantenidos, la superficie y las reflectancias utilizados en el clculo de la componente reflejada deben ser las reflectancias esperados en condiciones mantenidas en el medio ambiente. Adems, un factor de prdida de luz se debe utilizar en el clculo de los exitances iniciales.

Implementacin del Modelo de Flujo de balance El ejemplo ms simple de un problema de transferencia radiativa resuelto por este mtodo es un sistema con dos superficies. En este caso, dos ecuaciones con dos incgnitas resultado. La solucin es

donde M1 = exitancia definitiva de la superficie 1, teniendo en cuenta interreflexin, M2 = exitancia definitivo de superficie 2, teniendo en cuenta interreflexin, M01 = exitancia inicial de la superficie 1, M02 = exitancia inicial de superficie 2, 1 = reflectancia difusa de la superficie 1, 2 = reflectancia difusa de la superficie 2, f2 1 = factor de forma de la superficie 2 de superficie de 1, f1 2 = factor de forma de la superficie de 1 a 2 de superficie. Estas ecuaciones proporcionan una forma de estimar los efectos de interreflexin en situaciones que implican solamente dos superficies, o donde slo dos elementos de un sistema de gran tamao a participar en interreflexin. Otro ejemplo de cmo un modelo de flujo de equilibrio simple puede ser aplicado al anlisis de un sistema de iluminacin es el modelo de tres superficie utilizada en el mtodo lumen (Figura 9-9),44-46 La disposicin geomtrica es una sala rectangular vaco con equipo de iluminacin empotrada. El sistema de iluminacin proporciona una uniforme iluminancia general, sobre el plano de trabajo. Perfectamente reflectancias difusas en todas las superficies se supone, y la misma reflectancia se supone para las cuatro superficies de la pared. Esto permite que las cuatro paredes para ser tratados como una superficie. La iluminancia media en el suelo se va a calcular. A los efectos del procedimiento de elementos finitos, entonces, hay tres elementos o zonas en la habitacin: techo, paredes y suelo. Las superficies tienen inicial exitances M0c, M0w, y M0F respectivamente. Estos exitances iniciales son debido a la cada de flujo en las superficies de las luminarias dentro de la habitacin. Puesto que hay interreflexiones, los exitances finales Mc, Mw, y MF se pueden expresar de la siguiente manera:

donde Mc = exitancia techo final, Mw = exitancia pared final, Mf = exitancia ltimo piso, M0c = exitancia inicial de techo, M0w = exitancia inicial pared, M0F = exitancia baja inicial, f = reflectancia baja, pw = reflectancia de la pared, c = reflectancia de techo, ff c = factor de forma del piso al techo, ff w = factor de forma desde el suelo hasta las paredes, fw c = factor de forma de las paredes hasta el techo, fw w = factor de forma de las paredes de las paredes, fw f = factor de la forma de las paredes al piso, fc w = factor de forma del techo a las paredes, fc f = factor de forma del techo al suelo. Con estas tres ecuaciones y los factores de forma, toda la iluminacin interior o exitancia se puede determinar. El anterior conjunto de ecuaciones simultneas es la base para la generacin de las tablas de los coeficientes de utilizacin, los coeficientes de pared exitancia, y los coeficientes de exitancia cavidad del techo.

Figura 9-9. Diagrama de la teora de transferencia radiativa.Esta geometra simple permite que los seis factores de forma que queden determinadas a partir del factor de forma, fc f, entre el suelo y el techo, utilizando la reciprocidad y el requerimiento de flujo de equilibrio (la suma de todos los factores de forma que dejan una sola superficie debe sumar 1.0 para un sistema cerrado).

En estas ecuaciones, Ac y Aw son las reas de la superficie del techo y las paredes, respectivamente. Este modelo de tres superficies es el ms simple de todos los modelos de transferencia de flujo para clculos de iluminacin interior. Se asume que el flujo golpea cada superficie de manera uniforme y no incluye las variaciones en la iluminacin a travs de cualquier superficie. De acuerdo con la Comisin Internationale de l'clairage (CIE) y la prctica del mtodo de luz se describe a continuacin, las tablas de coeficientes de iluminacin estndar se basan en una relacin de longitud a anchura de 1,6 y dado como una funcin de la relacin cavidad habitacin (RCR) solamente. La figura 9-10 muestra los valores numricos de los diversas Formas de factores. El mtodo de luz se extiende la utilidad de este modelo de tres superficies dejando que las superficies de techo y de suelo sean superficies virtuales que en realidad son aberturas en cavidades rectangulares. Estas superficies virtuales se asignan reflectancias eficaces. La superficie virtual superior es un plano que contiene las luminarias, y la cavidad que esta superficie virtual representa extiende desde las luminarias hasta el techo. La superficie virtual parte inferior es el plano de trabajo, y la cavidad que esta superficie virtual representa extiende desde el plano de trabajo hasta el suelo. Tenga en cuenta que la iluminancia media en el plano de trabajo es su exitancia definitiva dividido por su efectiva reflectancia.

La figura 9-10. Factores de forma de un Sistema Zonal-CavidadAunque ms complicado, exactamente el mismo procedimiento se puede utilizar para los modelos de transferencia radiativa en una habitacin que utiliza ms de tres superficies (mtodo de elementos finitos ). Los modelos complejos pueden tener miles de elementos discretos como cada superficie en la sala se divide en una coleccin de pequeos zones.34-36 Elresultado es un conocimiento ms detallado de las distribuciones exitancia Superficie Sala. Monte Carlo Ray Tracing7 Una desventaja de los modelos de flujo de equilibrio simples es que pueden modelar reflexiones slo de superficies perfectamente difusas. Aunque esto es adecuado para la mayora de clculos de iluminacin y representaciones arquitectnicas, no proporciona informacin suficiente para estimar las reflexiones de velo de las superficies especulares y brillos Tcnicas de trazado de rayos proporcionan un modelo ms realista para el comportamiento de la luz, incluyendo la reflexin de las superficies especulares y la refraccin de los objetos transparentes. Reflexiones desde las superficies difusas pueden aproximarse al reflejar cientos de rayos en direcciones al azar de cada ray.6 incidente Al proporcionar adecuados pesos a diferentes direcciones de incidencia de rayos y la reflexin, las funciones de distribucin de reflectancia bidireccional arbitrarias tambin se pueden modelar. El trazado de rayos es matemticamente equivalente a la transferencia de flujo radiativo entre emisores y receptores puntuales. Considerando que la valoracin de la ecuacin 9-22 se presentan estimaciones para la iluminacin de cada elemento de superficie, Monte Carlo el trazado de rayos proporciona estimaciones similares para los puntos al azar en cada superficie. Iluminancias de las superficies de elementos que pueden entonces ser obtenidos a travs de la integracin de Monte Carlo. Rays pueden rastrearse ya sea desde las fuentes de luz en el medio ambiente (photosimulation) 6,39 o del observador en el medio ambiente (trazado de trayectorias) .23,38,39 foto simulacin mtodos son tiles ya que proporcionan exitances precisa de todos los elementos de superficie en el medio ambiente. Mtodos de rastreo de ruta que son tiles y proporcionan luminancias precisas de todas las superficies dentro del campo del observador de vista, incluyendo el uso del velo y reflexiones especulares. La desventaja de las tcnicas de trazado de rayos es que millones a cientos de millones de rayos deben ser evaluados con el fin de reducir la varianza de las soluciones a niveles aceptables. Si bien diversas tcnicas estadsticas pueden utilizarse para garantizar que el transporte elegido al azar direcciones de rayos, en promedio, la cantidad mxima de flujo entre las superficies, 6 de convergencia de la ecuacin de transporte radiativo usando tcnicas de trazado de rayos es tpicamente lenta en comparacin con los mtodos de elementos finitos. Programas de Simulacin de iluminacin La ecuacin de transferencia de radiacin se puede resolver utilizando elementos finitos (radiosidad) los mtodos, las tcnicas de trazado de rayos, y los enfoques hbridos. Estos enfoques son colectivamente denominados algoritmos de iluminacin como mundiales por la infografa community.23 diferencia de simples tcnicas de grficos de ordenador, globales algoritmos de iluminacin se basan en principios fsicos. Debido a que modelar el comportamiento fsico de la luz, que se pueden utilizar en el software de simulacin de iluminacin para crear representaciones arquitectnicas fotorrealistas y realizar clculos de ingeniera de iluminacin sofisticados. CUESTIONES DE APLICACIN Caracterizacin de la Luz para el clculo de Clculos de iluminacin se dividen generalmente en dos componentes con el fin de determinar la cantidad de luz que llega a un punto en el espacio. El componente directo comprende una luz que llega al punto directamente de las luminarias o ventanas. El componente interreflected se compone de luz que llega al mismo punto de las superficies debido a interreflexiones. Componente directo. El componente directa debe ser determinado por los puntos de inters en el plano de trabajo y de las superficies reflectantes considerados en el anlisis. La contribucin a las superficies reflectantes se utiliza para proporcionar la condicin de partida para interreflexiones. En el plano de trabajo, el componente directo puede tener especial importancia, ya que es el componente principal responsable de velo reflexiones. En un sistema tpico de iluminacin directa, el componente directo proporciona la mayora de la iluminancia total del plano de trabajo. En situaciones de iluminacin al aire libre, el componente directo puede ser la nica luz que recibe un punto. El directo componente se puede determinar usando la ley del cuadrado inverso o uno de los mtodos de cdigo de rea, si las luminarias son grandes en comparacin con las distancias. Se han desarrollado mtodos que tomar ventaja de cualquiera de las geometras especiales o intensidad distributions.47-51 Componentes intereflectados. En la mayora de los clculos de iluminacin, el componente interreflected requiere el clculo que consume ms tiempo. La cantidad de trabajo involucrado en la solucin del problema de la matriz grande es proporcional al cuadrado del nmero de elementos que intervienen. Para determinar el componente interreflectado, la iluminancia inicial o componente directa primero deben determinarse en cada uno de los elementos discretos. En la mayora de los casos, el valor en el centro de cada elemento se utiliza como una aproximacin de la iluminacin media a travs de un elemento. Si los elementos son suficientemente pequea, el error implicado en esta suposicin es mnima. Grandes elementos requieren determinaciones ms cuidadosos de la exitancia inicial media, como los mtodos de integracin o clculo de varios puntos para obtener un promedio. Determinacin del componente interreflected es crtico en las situaciones en las que es probable que sea grande en relacin con el componente directa. Las situaciones en que esto puede ser verdadera incluyen calas, valencias, y aplicaciones de iluminacin indirecta. Es importante que el modelo de esquema de discretizacin y el clculo se utiliza para la componente directa sea capaz de proporcionar una distribucin de luz precisa que los modelos que producen por el sistema.3 iluminacin, 32 fotometra de campo cercano pueden ser necesarios para tales calculos.22, 42 En algunos casos, un modelo interreflexin mucho menos riguroso se puede aplicar. Si el componente directo es determinado a dominar en los puntos de anlisis de inters, puede ser posible utilizar un mtodo de clculo componente interreflected bastante simple que implica elementos superficiales habitacin ms grande y menos. Al utilizar elementos de gran tamao, es importante recordar que el valor en el centro de una gran superficie no se aproxima necesariamente el promedio a travs de ella. El sorprendente flujo luminoso total en la superficie debe ser determinado y luego se divide por el rea para determinar la iluminacin media en la superficie. En la aproximacin ms simple, la habitacin se aproxima con tres superficies, tal como se utiliza en el mtodo de luz se describe a continuacin, y el componente es interreflected calculado utilizando los tres exitances de superficie que resultan de el mtodo lumen aproximacin. Factores de Prdida de la luz 52-55 Factores de prdida de luz se ajustan clculos de iluminacin de un ambiente controlado de laboratorio a las condiciones reales de campo. Representan las diferencias en la luz de la lmpara de salida, salida de luminaria, y reflectancias de superficie entre los dos conjuntos de condiciones. Los clculos basados en datos de laboratorio solo son probables proporcionar valores poco realistas si no se modifica por factores de prdida de luz. Factores de prdida de luz se dividen en dos grupos: recuperable y no recuperable (Figura 9-11). Factores recuperables son aquellos que se pueden cambiar por regulares mantenimientos, como la limpieza y el cambio de lmparas y luminarias de limpieza o pintura de las habitaciones superficies. Factores no recuperables son las atribuidas a los equipos y condiciones del sitio y no se pueden cambiar con un mantenimiento normal. Factores de prdida de luz se supone que representan efectos independientes y son por lo tanto multiplicativo. El factor de prdida de luz total (LLF) es el producto de todos los factores aplicables enumerados en la Figura 9-11. Ningn factor debe ser ignorada (establecido igual a 1), hasta que las investigaciones justifican hacerlo. Clculos de iluminacin no deberan realizarse hasta que se consideran todos los factores de prdida de luz.

Figura 9-11. Factores de prdida de luzFactores no recuperables. Los factores no recuperables por lo general no estn controlados por los procedimientos de mantenimiento de alumbrado pblico. Algunos existen desde la fuente y continuar a travs de la vida de la instalacin, o bien ser de poco efecto como para hacer innecesaria la correccin, o de ser demasiado costoso para corregir. Sin embargo, todo debe ser estudiado porque pueden disminuir el rendimiento luminoso prevista del sistema de iluminacin. Luminaria de Factor de temperatura ambiente. El efecto de la temperatura ambiente en la salida de algunas luminarias de lmparas fluorescentes es considerable. Las variaciones en temperatura, dentro del rango de los que normalmente se encuentran en el interior, tiene poco efecto sobre la salida de luz de las lmparas incandescentes y lmparas de descarga de luminarias de alta intensidad pero apreciablemente afectan el flujo luminoso de las luminarias fluorescentes. El factor de temperatura ambientede la luminaria es la prdida de luz fraccionada de una luminaria fluorescente debido a las temperaturas de luminarias internas que difieren de las temperaturas a las que se realiz la fotometra. Este factor debe tenerse en cuenta cualquier variacin en la temperatura alrededor de la luminaria, los medios y las condiciones de montaje de la luminaria, y el uso de cualquier aislamiento junto con la aplicacin de la luminaria. En general, los datos firmes sobre este factor no estn disponibles, pero se puede estimar sobre la base siguiente. Fotometra de la luminaria se realiza en 25 C (77 F) ambiente aire quieto. Para cada grado de aumento de la temperatura ambiente por encima de este valor, la temperatura fra terreno con una lmpara fluorescente se eleva en cerca de 0,6 C (1 F). El efecto de aumento de temperatura de la lmpara puede estimarse a partir de la literatura del fabricante, reconociendo que las lmparas en luminarias generalmente operan a temperaturas mayores que la ptima. Sentencia debe aplicarse a factores tales como el efecto de abierta frente luminarias cerradas, posible el movimiento del aire, y el hecho de que la cmara impelente y la temperatura tiene un efecto mayor que la temperatura ambiente en luminarias empotradas. Factor trmico de extraccin de calor. Ventilacin luminarias fluorescentes estn integrados con el sistema de aire acondicionado como un medio para introducir o extraer aire. Esto tiene un efecto sobre la temperatura de la lmpara y por consiguiente, en lmenes de la lmpara. El factor trmico de extraccin de calor es la prdida de luz fraccionada o ganancia debida al flujo de aire. Generalmente, los fabricantes proporcionan datos de prueba luminaria especficos para este factor en diversos flujos de aire. Tpicamente, el factor se aproxima a un valor constante para flujos de aire en exceso de 10 a 20 ft3/min a travs del compartimiento de la lmpara de una luminaria. Factor de Tensin en la Luminaria. En servicio de tensin es difcil de predecir, pero la tensin alta o baja a la luminaria afecta a la salida luminosa de la mayora de las luminarias. Para las unidades incandescentes, una desviacin de voltaje 1% provoca un cambio de aproximadamente 3% en el flujo luminoso. Para las luminarias para lmparas de mercurio con balastos de alta reactancia hay un cambio en el flujo luminoso de aproximadamente un 3% por cada 1% de cambio en la desviacin de tensin primaria de la tensin nominal de lastre. -Salida regulada Cuando se utilizan balastos, el flujo luminoso de la lmpara es relativamente independiente de la tensin primaria dentro de la gama de diseo. La salida luminosa de las luminarias fluorescentes utilizando balastos magnticos convencionales cambia aproximadamente un 1% por cada cambio de 2.5% en el voltaje primario. La figura 9-12 muestra estas variaciones en forma grfica. Diferentes caractersticas se aplican a los balastos magnticos electrnicos o de ahorro de energa y dependen de los parmetros de diseo especficos (vase el captulo 6, las fuentes de luz).

La figura 9-12. Cambio de la salida de luz debido al cambio de voltaje.Factor de lastre. La salida de luz de las lmparas fluorescentes depende de la de lastre usado para accionar las lmparas. El flujo luminoso de las lmparas de balastos comerciales generalmente difiere de la de las lmparas sobre el balasto de referencia estndar que se utiliza para la determinacin de lmenes nominales. Por esta razn, un factor multiplicativo es de lastre necesario para corregir lmenes lmpara nominal nominales para el desempeo real de la luminaria. El factor de lastre es el flujo fraccional de una lmpara fluorescente o lmparas operado en el lastre real dividida por el flujo cuando se opera en el estndar de lastre (referencia) especificado para lmenes de la lmpara de calificacin. Factores de lastre se determinan de acuerdo con los americanos mtodos normalizados nacionales de medicin de la lmpara fluorescente de Ballasts.56 Fabricantes debera ser consultado para el factor necesario . Son datos sobre los factores de lastre de los balastos electrnicos available.57 Algunos valores representativos se muestran en el captulo 6, las fuentes de luz. Tenga en cuenta que cuando se utilizan balastos no certificados, puede que no haya datos fiables disponibles. El factor de lastre depende de la lmpara, as como en la de lastre, de manera que un factor de lastre desarrollado para una lmpara estndar no se aplica cuando, por ejemplo, una se utiliza la lmpara de conservacin de energa, a pesar de que el lastre es la misma. Balastos magnticos con la etiqueta de lastre Fabricantes Certificados (CBM) tienen un factor de lastre que no sea inferior a 0.925 para el estndar de 30 - y las lmparas de arranque rpido de 40 W; el factor de lastre para tales balastos se estima con frecuencia a entre 0,94 y 0,95. El factor de lastre para lmparas de arranque rpido con mucha carga es de 0,95, y para varias lmparas de baja potencia es 0.90. Sin embargo, la American National Standards Institute (ANSI) 56 Mtodo de prueba para el factor de lastre especifica que la prueba se realice en un lastre en fro (por conveniencia en las pruebas). Significativo aumento de la temperatura se produce para los balastos de funcionamiento en luminarias. Esto provoca la prdida de lumen adicional, por lo general en el orden del 1,5%, pero se han reportado valores de hasta 2,5 a 3,5%. En consecuencia, una estimacin conservadora del balasto operacional para un balasto certificado CBM sera 0,93. Factor fotomtrico deLmpara-balasto. Lmpara fluorescente luminaria fotometra se realiza a una temperatura ambiente estndar de 25 C (77 F). La temperatura de la lmpara difiere de este valor cuando se determinan lmenes nominales de la lmpara. La lmpara consecuente lumen cambian de lmenes nominales se incorpora a los datos fotomtricos. La temperatura de la lmpara dentro de la luminaria depende de la combinacin particular de lastre (estndar magntica, energticamente eficientes magntica o electrnica) y lmparas (carga estndar, la reduccin de consumo de energa y eficiencia energtica). Por esta razn se aplican los datos fotomtricos slo a la lmpara y el lastre especfica tipos utilizados en las pruebas. Esto tambin se aplica a los datos obtenidos, como los coeficientes de utilizacin y exitancia coeficientes. Variaciones del flujo luminoso causan un cambio en la magnitud pero no en la distribucin espacial de la intensidad luminaria fluorescente. Por consiguiente, todos los datos fotomtricos puede ser corregida por un factor multiplicativo para los tipos de balasto y la lmpara que difieren de los utilizados en las pruebas fotomtricas. Este factor es el factor de fotomtria balasto-lmpara , y se mide para una combinacin especfica balasto-lmpara en relacin a los utilizados en la fotometra de la luminaria. Los valores de que se encuentran disponibles como parte del informe fotomtrico luminaria o del fabricante. Tenga en cuenta que este factor incluye el ajuste de la lmpara y de lastre cambios en la prueba fotomtrica temperatura de 25 C (77 F). El factor de temperatura ambiente luminaria es una correccin separada para las diferencias entre el laboratorio y la temperatura esperada de la instalacin de luminarias. Factor de funcionamiento del Equipo. El flujo luminoso de descarga de alta intensidad (HID) depende del lastre, la posicin de funcionamiento de la lmpara, y el efecto de potencia reflejada desde la luminaria de nuevo en la lmpara. Estos efectos se incorporan colectivamente en el equipo de factor de operacin (EOF), que se define como la relacin entre el flujo de una combinacin de la lmpara-balasto-luminaria HID, en una posicin de funcionamiento dado, para el flujo de la combinacin de la lmpara-luminaria que opera en la posicin para la calificacin de los lmenes de la lmpara y el uso de la norma (de referencia) lastrado especificado para lmenes de la lmpara de calificacin. Factores de operacin del equipo son determinados de acuerdo con el Mtodo IES aprobado para determinar la combinacin de luminarias-Lamp-Ballast factores que operan para la descarga de luminarias de alta intensidad 58 Luz de posicin o el factor de inclinacin (Parte de EOF). Para lmparas de HID, el factor de posicin de la lmpara (a veces conocido como el factor de inclinacin) es la relacin entre el flujo de una lmpara HID en condiciones de funcionamiento concedida a el flujo cuando la lmpara se utiliza en la posicin en la que se clasifican los lmenes de la lmpara. Este factor se determina en la lmpara de vataje constante y constituye parte del factor de equipos en funcionamiento. El factor de posicin de la lmpara es razonablemente consistente para los tipos de lmparas de mercurio. Sin embargo, para el metal las lmparas de haluro que es variable de una lmpara a otra y depende de la historia de funcionamiento; por lo tanto, no es en realidad una constante incluso para un lamp.59 dado, 60 Figura 9-13 presenta datos medios tpicos para el factor de posicin de la lmpara; los fabricantes deberan ser consultados acerca de los tipos de lmparas especficas.

Figura 9-13. Lumen de salida para lmparas HID en funcin de la posicin de funcionamiento.Factor de Depreciacin de superficie de la Luminaria. Luminaria de superficie de depreciacin el resultado de cambios adversos en metal, pintura, y los componentes de plstico que dan lugar a reduccin de la produccin de luz. Las superficies de vidrio, porcelana o aluminio procesado tienen depreciacin insignificante y se puede restaurar a la reflectancia inicial. esmalte horneado y otras superficies pintadas tienen una depreciacin permanente porque todas las pinturas son porosos en algn grado. Entre los plsticos, acrlico es menos susceptible a los cambios, pero su transmitancia se puede reducir mediante el uso durante un perodo de 15 a 20 aos en ciertas atmsferas. Para el mismo uso, poliestireno tiene transmitancia inferior a acrlico y se deprecia ms rpido. Debido a la compleja relacin entre los elementos que controlan la luz de las luminarias que utilizan ms de un tipo de material (como un Troffer lensed), es difcil de predecir las prdidas debidas al deterioro de los materiales. Tambin, para luminarias con un tipo de superficie, el tipo de ambiente en la instalacin afecta a las prdidas. No hay factores para este efecto estn disponibles en la actualidad. Factores recuperables. Factores recuperables siempre deben tenerse en cuenta en la determinacin del factor de prdida total de la luz. La magnitud de cada uno depende de los procedimientos de mantenimiento que se utilizarn adems del medio fsico y las lmparas y luminarias a instalar. Factor de depreciacin del lumen de la lmpara. Los flujos luminosos de las lmparas cambian gradualmente y continuamente a lo largo de sus vidas de funcionamiento, incluso con condiciones de funcionamiento constante. En casi todos los casos, las luces disminuyen. La depreciacin del flujo luminoso (LLD) factor es la fraccin de los lmenes iniciales producidos en un momento especfico durante la vida de la lmpara. Informacin sobre LLD en funcin de las horas de funcionamiento de la lmpara est disponible en tablas y grficos de los fabricantes para la depreciacin del lumen y la mortalidad de la lmpara elegida. La vida media nominal debe ser determinado por el nmero previsto de horas al inicio; es necesario saber cuando burnouts comienzan en el ciclo de vida de la lmpara. A partir de estos hechos, un ciclo de cambio de lmparas grupo prctica se puede establecer y, a continuacin, basada en las horas transcurridas a la eliminacin de la lmpara, el factor LLD se puede determinar. Consulte el Captulo 6, fuentes de luz, o los datos de los fabricantes de los factores de LLD. 70% de la duracin nominal promedio es el criterio recomendado para la sustitucin de la lmpara tanto para grupos como los programas de sustitucin de lmpara spot. Cabe sealar que algunos sistemas de lastrado electrnicos y compensar en diversos grados por el cambio en el flujo luminoso de la lmpara a travs de la vida, ya sea por medio de una correccin o control de retroalimentacin. factor de depreciacin de la suciedad en la Luminaria. La acumulacin de suciedad en las luminarias se traduce en una prdida en la produccin de luz, y por lo tanto una prdida en el plano de trabajo. Esta prdida es conocida como la depreciacin por suciedad luminaria (LDD) de los factores y se determina de la siguiente manera: 1. La categora de mantenimiento de luminarias se selecciona de los datos del fabricante o mediante el uso de la figura 9-14. 2. La atmsfera (uno de los cinco grados de condiciones de suciedad) en el que opera la luminaria se encuentra de la siguiente manera. Suciedad en la atmsfera proviene de dos fuentes: que pasa de aire adyacente, y la generada por el trabajo realizado en los alrededores. La suciedad puede ser clasificado como adhesivo, atrajo, o inerte, y puede provenir de fuentes intermitentes o constantes. Suciedad adhesivo se adhiere a las superficies de la luminaria por su rigidez, mientras que la suciedad atrados est en manos de fuerza electrosttica. Suciedad inerte vara en la acumulacin, desde prcticamente nada en superficies verticales a tanto como una superficie horizontal tiene antes de que la suciedad es desalojado por gravedad o circulacin del aire. Ejemplos de suciedad adhesivo son la grasa de la coccin, las partculas de funcionamiento de la mquina a cargo de aceite vapor, partculas transmitidas por el vapor de agua como en una lavandera, y los humos provenientes de las operaciones de vertido de metal o tanques de galvanoplastia. Ejemplos de suciedad son atrados pelo, pelusa, fibras y partculas secas que estn electrostticamente cargadas de operaciones de la mquina. Ejemplos de suciedad inertes son partculas pegajosas, sin carga tales como harina seca, aserrn y cenizas finas. Las figuras 9-15 y 9 a 16 may ser til para la evaluacin de la atmsfera. Figura 9-16 est destinado a evaluar la categora de la atmsfera-tierra. Factores de 1 a 5 deben ser evaluados y se insertan en los espacios en la tabla, puesto que son necesarios para describir las condiciones del espacio. El "rea adyacente a la zona de tareas" columna representa la zona separada de, pero junto a la zona en la que la luminaria funciona (que es el "Alrededores de tareas"). La columna de "Factor de filtro" contiene los porcentajes de suciedad que pueden pasar de la atmsfera adyacente a la atmsfera circundante. La columna "Desde Adyacente" indica el importe neto de este tipo de suciedad que puede pasar a travs. Esta categora podra incluir, por ejemplo, una ventana abierta con un factor de filtro de 1,0 (sin filtrado en absoluto), o un sistema de aire acondicionado con un factor de filtro de 0,1 (90% de la suciedad se filtra). El total de todos los nmeros de la columna "Subtotal" es un nmero de hasta 60 aos y se puede traducir en la categora aplicable atmsfera-tierra aparece en la parte inferior de la tabla. 3. Desde la luminaria mantenimiento categora curva apropiada de la figura 9-17, la suciedad condicin curva aplicable y el tiempo transcurrido adecuado en meses del ciclo de limpieza planificada, el factor de LDD se encuentra. Por ejemplo, si la categora es I, la atmsfera est sucia y la limpieza se produce cada 20 meses, el LDD es de aproximadamente 0,80. Un procedimiento alternativo a la figura 9-17 es el uso de la ecuacin ajustada

Para ayudar a determinar la Depreciacin de la luminaria Dirt (LDD) los factores, las luminarias se dividen en seis categoras (I a VI). Para llegar a categoras, las luminarias se dividen arbitrariamente en secciones, una tapa superior y una carcasa inferior, dibujando una lnea horizontal a travs de la luz en el centro de la lmpara o lmparas. Las caractersticas enumeradas para los recintos se seleccionan entonces lo mejor describa la luminaria. Slo una caracterstica de la carcasa superior y uno para la caja inferior se debe utilizar en la determinacin de la categora de una luminaria. Porcentaje de luz para arriba se basa en el 100% de la luminaria. La categora de mantenimiento se determina cuando existen caractersticas en las columnas del recinto. si una luminaria cae en ms de una categora, se utiliza la categora de nmero inferior. Figura 9-14. Procedimiento para la determinacin de mantenimiento de luminarias Categoras

Figura 9-15. Evaluacin del Ambiente de funcionamiento

Figura 9-16. Cinco Grados de Condiciones Dirt

donde las constantes A y B se encuentran en la figura 9-18, en base a la categora luminaria mantenimiento y la condicin ambiente involucrados, y t es el tiempo en aos decimales (por ejemplo, 1 ao 6 meses se introducen como 1,5 aos). Factor de depreciacin de la suciedad en la Superficie de la Sala. La acumulacin de suciedad en las superficies del cuarto reduce la cantidad de flujo luminoso reflejado y interreflected al plano de trabajo. Para tener esto en cuenta, la figura 9-19 se ha desarrollado para proporcionar espacio de superficie de tierra depreciacin (RSDD) Factores para su uso en el clculo manteniendo los niveles promedio de iluminancia. Estos factores se determinan como sigue: 1. Desde una de las cinco curvas de la figura 9-19, obtener la depreciacin esperada de tierra usando la Figura 9-15 o 9-16 como una gua de condiciones para la suciedad atmosfrica , junto con una estimacin del tiempo entre las limpiezas. Por ejemplo, si la atmsfera est sucia y las superficies de las habitaciones se limpian todos los 24 meses, la depreciacin por suciedad esperada es de aproximadamente 30%. 2. Conocer la depreciacin por suciedad espera (paso 1), el tipo de distribucin de luminarias (vase el Captulo 7, luminarias) y la relacin cavidad habitacin, determinar el factor RSDD de la Figura 9-19. Por ejemplo, para una depreciacin de tierra de 30%, una luminaria directa, y una relacin de cavidad ambiente (RCR), de 4, la RSDD sera 0,92. Factor Burnout de la lmpara. Burnouts lmpara contribuyen a la prdida de luz. Si las lmparas no son reemplazados inmediatamente despus de la quemadura, la iluminancia media se reduce proporcionalmente. En algunos casos, ms que la lmpara defectuosa se puede perder. Por ejemplo, cuando se utilizan balastos fluorescentes secuencia de serie y una lmpara falla, ambas luces se apagan. El agotamiento de la lmpara (LBO) factor es la relacin entre el nmero de lmparas encendidas restantes al total, para el nmero mximo de burnouts permitida.

Figura 9-17. Luminaria Dirt Depreciacin (LDD) factores para seis categoras de luminarias (I a VI) y de cinco grados de suciedad que determine a partir de las figuras 9-14 o 9-15.

Figura 9-18. Constantes depreciacin por suciedad de las luminarias utilizadas para el clculo del LDD para Six luminarias Categoras y cinco grados de suciedad

Figura 9-19. Superficie Sala Dirt Depreciacin (RSDD) FactoresLas estadsticas de mortalidad de los fabricantes deben ser consultados para la realizacin de cada tipo de lmpara para determinar el nmero esperado a quemar antes de la hora se alcanza el reemplazo planificado. En la prctica, el nmero de roturas de lmparas es un reflejo de la calidad del programa de servicios de iluminacin. Factor de prdida de luz total. El factor de prdida de luz total (LLF) es simplemente el producto de todos los factores que contribuyen descritos anteriormente. Cuando no se conocen los factores o no se aplican, que se supone que son la unidad. Si el total LLF es excesiva, puede ser deseable volver a seleccionar la luminaria. CANTIDADES DE ESTADSTICA Cuando se requieren clculos de iluminacin y modelado del sistema, es importante que se aplique un mtodo apropiado para predecir el rendimiento del sistema. Si se utiliza el modelo apropiado, los resultados pueden ser inexactas. Por tanto, un diseador debe tener conocimiento de las capacidades y limitaciones de las distintas opciones de modelado y sus aplicaciones.

Promedios Un valor medio es la forma ms sencilla de especificar el rendimiento de un sistema de iluminacin. "Promedio" por lo general se refiere a la media de varios calculos o valores medidos. Cuanto mayor es el nmero de valores, ms precisa ser la media. Grids de clculo o medicin puntos se utilizan por lo general, a menudo formada por una matriz rectangular de filas y columnas. Espaciamiento Point est determinado por los requisitos de precisin de la media. La exactitud de un promedio obtenido a partir de un clculo o medicin de rejilla puede ser estimado por la duplicacin del nmero de puntos en la cuadrcula y la determinacin de la magnitud del cambio en el promedio. Un gran cambio podra indicar la necesidad de obtener ms puntos. Este proceso se puede repetir hasta que el cambio en la media es lo suficientemente pequeo para indicar que la precisin suficiente ha sido alcanzado. Un medio puede ser exacto, pero no es indicativo de la variacin en los valores. Por esta razn, la iluminacin media (o un promedio de cualquier otra cantidad) deben ser utilizados slo cuando se espera que la distribucin es relativamente uniforme a travs de un rea. Cuando se desea un sistema de iluminacin localizada, tales como para un rea de recepcin en un vestbulo, bimodal, o distribuciones multimodales resultado, y un mtodo de clculo de la media-iluminancia no deben ser utilizados. Un valor medio se puede utilizar para disear el sistema para el espacio de circulacin general, pero para el rea de tareas, clculos de fuentes puntuales individuo debe ser utilizado para caracterizar la iluminacin de la tarea. En general, un valor medio solo no es suficiente para describir completamente o evaluar el rendimiento del sistema de iluminacin. Informacin sobre la uniformidad de la iluminacin es tambin importante. Las dos subsecciones siguientes consideran mtodos para describir la uniformidad de la iluminacin a travs de un rea. Mnimos y mximos Si un gran nmero de puntos de anlisis se utilizan para el clculo, a continuacin, la variabilidad de la iluminacin puede ser evaluada y los valores mnimo y mximo puede ser determinado y localizado. Los mnimos y mximos pueden ser indicadores importantes de la calidad del diseo, sobre todo si se desvan significativamente del promedio deseado. En algunas situaciones los proyectos, los valores mximos y mnimos de diseo se pueden especificar. Al evaluar si o no un diseo particular es aceptable, es importante centrarse en las reas de tareas crticas dentro de un espacio. Mnimo a menudo se producen en todo el permetro de una habitacin o zona iluminada, No se encuentra. Los niveles por debajo del nivel objetivo pueden ser aceptables si no estn en los lugares de trabajo reales. En otras situaciones de diseo, el valor mximo puede ser crtico. Por ejemplo, puede que no sea deseable tener luminancias de superficie habitacin que excedan de un valor particular. Este es el caso en las recomendaciones de iluminacin para espacios con pantallas de visualizacin de datos (PVD). La uniformidad se expresa a menudo en trminos de una relacin de dos cantidades. Ejemplos de ello son el mximo a mnimo, el mximo de la media, y media a mnima. Diferentes situaciones de proyecto justifican los diferentes usos de estas medidas. Criterios de ValoracinLos valores mximos y mnimos proporcionan poca informacin sobre la distribucin general de un fotomtrica en particular o cantidad derivada a travs de un espacio. La Puntuacin criterio es una manera conveniente de obtener mayor detalle con respecto a la distribucin de una cantidad a travs de un espacio. La calificacin criterio es la probabilidad de que un criterio especfico se alcanza o se supera cualquier lugar dentro de un rea definida. Se puede utilizar, adems de (o en lugar de) conceptos tales como los promedios mnimos y niveles mximos. Criterios de iluminacin a la que se puede aplicar esta tcnica incluyen la luminancia, iluminancia, visual probabilidad de confort (VCP), el contraste, indicadores de visibilidad y mtricas de rendimiento visual. La calificacin criterio asume el nombre del criterio de ser clasificado. Por ejemplo, la calificacin criterio de iluminancia se llama la calificacin de iluminancia; para VCP, la Calificacin VCP. Supongamos, por ejemplo, que una iluminancia de 500 lux se ha establecido como el criterio de diseo para un espacio. La calificacin iluminancia se define la probabilidad de que la iluminancia es igual o mayor que 500 lux en cualquier punto en el plano de trabajo. Este criterio de calificacin se determina mediante la evaluacin de la adecuada cantidad (por clculo o medicin) en una cuadrcula de puntos que abarcan el rea en cuestin. La distancia entre los puntos de evaluacin no debe ser superior a un quinto de la distancia de cualquier luminaria al plano de la evaluacin. El porcentaje de puntos que cumplen con el criterio es la calificacin criterio:

Criterios de Calificacin se pueden expresarse utilizando una notacin que enumera la calificacin, en tanto por ciento, seguido por el criterio, separados por el smbolo @, que significa "en". Por ejemplo, un sistema de iluminacin que produce una luminancia de 20 cd/m2 ms del 60% del rea especificada puede tener su calificacin de luminancia expresa como 60% @ 20 cd/m2. Para los criterios adimensionales, como el contraste y el PCV, la forma abreviada de la calificacin criterio debe incluir el nombre y el valor de los criterios; Por ejemplo, 92% a 70 VCP significa el 92% del rea tiene un VCP de 70 o ms. El diseador determina el rea de cobertura deseada para un valor determinado criterio. Como un ejemplo de la utilizacin de la tcnica de calificacin criterio (usando el pie como la unidad de longitud), considere una habitacin cuadrada 30 pies en un lado, como se muestra en la figura 9-20, con una altura de 8 pies de techo, 3 pies de alto plano de trabajo y las luminarias empotradas. Los valores tabulados en la Figura 9-20 se calculan iluminancias en los 8 sombreado de 12 pies de rea. La iluminancia requerida es de 50 fc en el rea sombreada. La distancia desde el plano de trabajo a las luminarias es de 5 pies (8 ft-3 pies). Por lo tanto, la distancia entre filas y columnas de puntos de anlisis deben ser no ms de 1 m (5 pies / 5). Para determinar la calificacin criterio, los valores de iluminancia calculada se examinan para cumplimiento de los criterios. Se encontr que 47 de los 96 lugares reciben una iluminancia de 50 FC o ms. La calificacin iluminancia de este sistema de iluminacin el rea de la sombra es entonces el 48,9% [(47/96) 100%]. Esto puede ser expresado como 48,9% @ 50 FC.

Figura 9-20. Ejemplo de tcnica de calificacin criterio. Los nmeros de la cuadrcula representan las iluminancias calculadas, en fc, en el centro de cada ft2 de la parte sombreada del plano de trabajo.

CLCULO DE CANTIDADES DE BASE iluminancia Iluminancia es una de las magnitudes fundamentales utilizados en el diseo y evaluacin de sistemas de iluminacin. Para determinar la iluminancia directa en un punto en un rea, se debe determinar que un punto o un mtodo de fuente de rea es aplicable a la situacin. Para obtener el total de la iluminacin en cualquier punto o en cualquier superficie, la componente interreflected debe determinarse de manera apropiada y se aade al componente directa (vanse los ejemplos 2, 3 y 4 en la seccin "Ejemplos de bsicos Clculos de iluminacin ", en este captulo).

Luminancia Como un estmulo visual primaria, la luminancia es la cantidad calculada ms importante y til. Una de las situaciones ms comunes en las que la luminancia debe ser calculada es para la evaluacin de las tareas visuales, tales como para la impresin en papel. Mtodos para evaluar el rendimiento visual o la visibilidad de una tarea requieren un valor para el contraste tarea, el tamao y la luminancia de adaptacin. Se necesitan las luminancias de tanto la tarea (Lt) y el fondo (LB) para determinar el contraste de la tarea. Las cantidades Lt y Lb son especficas de un lugar determinado de tareas, condiciones de iluminacin y la orientacin espectador (ver ejemplos 6 y 7 en la seccin de Ejemplos de bsicos clculos de iluminacin, en este captulo). Clculos de luminancia se llevan a cabo cada vez que es necesario para calcular la luminancia de una superficie que presenta una reflectancia direccionalmente sensibles. El modelo de clculo que calcula luminancia debe ser capaz de predecir la luminancia en cualquier punto. Aunque no se requiere que cualquier mtodo dado pueda tomar todas las gamas posibles de los siguientes nueve parmetros en cuenta, las restricciones que impone el mtodo hay que sealar adecuadamente. Debido a la complejidad en el clculo de la luminancia, este clculo se realiza generalmente en un ordenador. Tamao de la habitacin y la forma Reflectancias de superficie de habitaciones caractersticas de luminarias Nmero y ubicacin de las luminarias Naturaleza de la superficie dada Ubicacin del observador, la lnea de visin, y el ngulo de visin Naturaleza y la luminancia de todas las otras superficies en el entorno Efectos de sombra Cuerpo los efectos de polarizacin

La luminancia en una localizacin particular en un ambiente luminoso est dada por

donde L = luminancia en un punto sobre una superficie en una direccin de visualizacin en particular, , = coordenadas esfricas, la declinacin y el azimut, respectivamente, DE (, ) = cantidad diferencial de la iluminancia en el punto en el plano de la superficie de una direccin indicada por (, ), fr (, ) = funcin de distribucin de reflectancia bidireccional (BRDF) del material de la superficie para una direccin de observacin determinada. Figura 9-21 indica las coordenadas necesarias. Esta expresin representa el efecto total de todos los componentes de la iluminancia multiplicado por el BRDF apropiada para dar la luminancia de la superficie. La BRDF es dependiente de las caractersticas de reflectancia de superficie, el ngulo de visin, y el tamao de la fuente de luz utilizada para medirlo. Cabe sealar que a diferencia de reflectancias difusas perfectamente, la BRDF es sensible tanto a la luz incidente y direcciones de visin. Esto se puede expresar como

donde el subndice i representa la direccin incidente y el subndice v la direccin de observacin. En muchos casos slo la diferencia en el ngulo azimutal entre el se requiere incidente y direcciones exitant. A continuacin, la especificacin de la BRDF se convierte

donde i es la diferencia en el ngulo azimutal entre el incidente y direcciones exitant. Esta simplificacin no es posible para los materiales no axialmente isotrpicos tales como las superficies de metal pulido. En tales casos, el incidente azimutal y ngulos de visin no pueden ser hecho relativo, pero deben tener una orientacin fija con respecto a la superficie. Para muchas superficies, sin embargo, la simplificacin se puede hacer y la ecuacin para la luminancia se convierte

Figura 9-21. Tarea e iluminacin coordenadas.

El v ngulo de visin es normalmente mantiene constante. Algunas superficies exhiben sensibilidad a la polarizacin. A continuacin, es posible separar la BRDF en dos componentes ortogonales asociados con planos ortogonales de polarizacin (P1 y P2). Los BRDFs son

De forma complementaria, dos componentes ortogonales de la iluminancia se pueden considerar por separado, y se indican con DEP1 y DEP2. esto da

La expresin para L es general y aplicable a todas las situaciones. Dado que los valores de iluminancia y factores de luminancia deben expresarse como funciones analticas para intentar la integracin de estas expresiones, no puede haber, en general, ninguna de forma cerrada expresin analtica para L. aproximacin por el mtodo de elementos finitos permite una evaluacin de la ecuacin. Los BRDFs ahora toman la forma de un conjunto de valores discretos que muestrean la BRDF continua. La resultante aproximacin es

La suma se toma sobre todos los valores discretos de iluminancia. El nmero de pasos discretos determina la precisin de la aproximacin. El tamao del paso en estas aproximaciones se determina por la necesidad de modelar altos gradientes de ya sea la iluminancia o los BRDFs. En el caso de los clculos de luminancia para tareas Visuales, una modificacin se pueden aplicar a la BRDF para tener en cuenta de una sombra cuerpo. Exitancia Si las superficies de las habitaciones se consideran lambertiana, a continuacin, los exitances de elementos discretos se pueden encontrar utilizando un modelo de transferencia de flujo descrito anteriormente. distribuciones de exitancia a travs de una superficie de habitacin se pueden determinar en una matriz de puntos que lo cubren, usando software de anlisis de iluminacin. Para las habitaciones con una iluminacin uniforme , promedio de exitancia de una Superficie como la Sala se pueden determinar mediante el mtodo de luz (vase el ejemplo 5 en "Ejemplos de clculos de iluminacin bsica," en este captulo). CLCULO DE LAS CANTIDADES QUE ESTN De las cantidades fotomtricas - iluminancia, luminancia, y exitancia - es posible calcular otras magnitudes que caracterizan cmo el sistema visual humano interpreta o se ve afectada por una escena visual. En esta seccin se analiza una serie de diferentes cantidades de este tipo y proporciona ecuaciones o referencias para el uso en su clculo. ContrasteContraste representa la diferencia en luminancia entre el detalle de la tarea y su fondo con relacin a la luminancia de la de fondo o las luminancias en la escena visual. Hay tres frmulas diferentes para el contraste de computacin, cada uno de los cuales proporciona una respuesta ligeramente diferente. Consulte el Captulo 3, Visin y La percepcin, para las definiciones. Ver tambin el ejemplo 7 en "Ejemplos de clculos de iluminacin bsica," en este captulo. Rendimiento visual y Visibilidad mtrica El rendimiento relativo visual (RVP) y equivalente esfera de iluminacin (ESI) son las mtricas para la evaluacin del rendimiento visual y la visibilidad, respectivamente. El clculo de estas cantidades requiere la determinacin de las luminancias de tareas y de fondo (para obtener el contraste de tareas). El tamao de la tarea y la adaptacin tambin se necesitan de luminancia. Las ecuaciones necesarias para calcular estas cantidades se proporcionan en las referencias para el captulo 3, la visin y la percepcin, en el que se discuten en ms detalle.

Probabilidad de confort Visual (VCP) Deslumbramiento molesto es la sensacin de malestar causado por luminancias que son altos en relacin a la luminancia media en el campo de visin. La probabilidad de confort visual (VCP) es la probabilidad de que un observador normal no experimentan molestias cuando se ve un sistema de iluminacin en condiciones definidas. Las ecuaciones para el clculo de la VCP se derivan de la correlacin de caractersticas fotomtricas y geomtricas de patrones simples de iluminacin con molestias evaluaciones de deslumbramiento de observers.61-68 Experimentos en salas simuladas se han utilizado para confirmar la extensin del laboratorio a iluminacin real installations.69, 70 Este sistema fue probado y validado utilizando nicos sistemas fluorescentes directos con lentes. VCP no debe aplicarse a muy pequeas fuentes tales como incandescentes y de descarga de alta intensidad luminarias, fuentes de gran tamao, como el techo y los sistemas indirectos, o con fuentes no uniformes como reflectores parablicos. Para calcular los VCP71-81 varios clculos intermedios primero se debe realizar. El ndice de posicin de una fuente, P, es una medida inversa de la relacin de sensibilidad a una fuente de deslumbramiento en diferentes posiciones a lo largo del campo de visin. Valores o familias de curvas seleccionadas se publicarn en referencias tempranas. P es propuesta por el formula79

donde = ngulo de la vertical del plano que contiene la fuente y la lnea de visin (Figura 9-22), en grados, = ngulo entre la lnea de visin y la lnea entre el observador y la fuente.

Figura 9-22. Geometra definir ndice de posicin tal como se utiliza en los clculos del PCV. La luminancia media para todo el campo de visin, Fv, se aproxima por la ecuacin siguiente:

donde Lw = luminancia media de las paredes en cd/m2, Lf = luminancia media del suelo en cd/m2, Lc = luminancia media del techo en cd/m2, Ls = luminancia media de la fuente en cd/m2, w = ngulo slido subtendido en el observador por las paredes en sr, f = ngulo slido subtendido en el observador por el suelo en sr, c = ngulo slido subtendido en el observador por el techo en sr, s = ngulo slido subtendido por el observador por la fuente de sr. El 5 en el denominador surge del supuesto de que la totalidad del campo de visin es de 5 sr.79 Una funcin Q ha sido desarrollado para su uso en el clculo de la VCP. Esta funcin est dada por

donde s es el ngulo slido subtendido en el observador por la fuente, en estereorradianes. Los valores de P, Fv, y Q se utilizan para determinar el ndice de sensibilidad, M:

La luminancia en la ecuacin anterior se expresa en cd/m2. El factor de 0,50 en el numerador permite el uso de estas unidades. Desde el ndice de la sensibilidad de cada fuente, un ndice de deslumbramiento incomodidad (DGR) se puede calcular para el campo de visin completo. La DGR es una mtrica de malestar que aumenta a medida que aumenta el malestar; tambin se utiliza en el clculo de la VCP. Lo administra

donde n = nmero de fuentes en el campo de visin, Mi = ndice de la sensacin de la fuente i. La relacin entre DGR y VCP se puede encontrar a partir de un grfico tal como la figura 9-23 o puede calcularse by80

Figura 9-23. Una carta para la conversin de calificaciones deslumbramiento molesto (DGR) de VCP (el porcentaje de observadores esperaban para juzgar una iluminacin determinadas condiciones para ser ya sea cmoda o en el lmite entre la comodidad y el malestar).

Estas relaciones bsicas se pueden aplicar a travs de una variedad de tcnicas. Generalmente, el concepto cavidad sala se utiliza, en la que las luminancias y ngulos slidos del techo y el suelo real se sustituyen por sus valores de la cavidad equivalentes. El clculo se puede realizar mediante la suma de todo el enclosure.81Valores de PCV se asocian frecuentemente con luminarias en condiciones estandarizadas de uso. En este mtodo, las luminarias se reparten fraccionadamente durante el techo de acuerdo con un esquema estndar. Valores de PCV se determinan para: 71,74,76 1. Una iluminancia media inicial horizontal de 1.000 lux (100 fc) 2. Reflectancias de las habitaciones de CC = 0,80, pw = 0,50, y = 0,20 FC 3. Alturas de montaje de luminarias por encima del suelo de 2,6, 3, 4, y 4,9 m