Введение

Архитектурное освещение — это область деятельности или изучения, связанная с проектированием систем освещения в архитектуре, дизайне интерьеров и электротехнике. Оно включает в себя манипулирование и проектирование как естественного, так и искусственного света, или их комбинации, для удовлетворения потребностей человека. Дизайн освещения опирается как на научные знания, так и на визуальное искусство. Основная задача освещения в зданиях и сооружениях — обеспечить четкое и комфортное зрение для находящихся в них людей.

Обзор

Цель архитектурного светового дизайна – сбалансировать характеристики света в пространстве для оптимизации технических, визуальных и, в последнее время, не визуальных компонентов эргономики применительно к освещению зданий и помещений. Технические требования включают в себя количество света, необходимое для выполнения определенной задачи, энергопотребление освещения в пространстве, а также распределение и направление светового потока, чтобы избежать ненужного ослепления и дискомфорта. Визуальные аспекты света связаны с эстетикой и созданием атмосферы пространства (например, настроение ресторана, впечатления от экспозиции в музее, продвижение товаров в торговом зале, укрепление имиджа бренда). Невизуальные аспекты касаются здоровья и благополучия человека. В процессе светового дизайна необходимо учитывать как культурные, так и контекстуальные факторы. Например, яркое освещение долгое время считалось признаком достатка в китайской истории, однако неконтролируемый яркий свет может наносить вред насекомым, птицам и ухудшать видимость звездного неба.

История

История электрического света хорошо документирована, и по мере развития технологий освещения профессия специалиста по освещению развивалась параллельно с ними. Разработка высокоэффективных и недорогих люминесцентных ламп привела к широкому использованию электрического света и унифицированному подходу к освещению, однако энергетический кризис 1970-х годов потребовал более тщательного проектирования и возродил интерес к использованию естественного света. Общество инженеров по освещению Северной Америки (IESNA) было основано в 1906 году, а его британский аналог – в 1909 году (в настоящее время известно как Общество света и освещения и является частью CIBSE). Международная комиссия по освещению (CIE) была создана в 1913 году и стала профессиональной организацией, общепризнанной как ведущий авторитет в области освещения. Институт профессионалов освещения был основан в 1924 году как Ассоциация инженеров по уличному освещению. По всему миру возникли аналогичные профессиональные организации. Изначально эти отраслевые организации были сосредоточены главным образом на науке и инженерии освещения, а не на эстетическом дизайне, но в 1969 году группа дизайнеров основала Международную ассоциацию дизайнеров освещения (IALD). Другие ассоциации, специализирующиеся исключительно на дизайне освещения, включают в себя Ассоциацию профессиональных дизайнеров освещения (PLDA), основанную в 1994 году, Ассоциацию конструкторов освещения (ACE) во Франции, основанную в 1995 году, Associazione Professionisti dell'Illuminazione (APIL) в Италии, основанную в 1998 году, Associação Brasileira de Arquitetos de Iluminação в Бразилии в 1999 году и Профессиональную ассоциацию дизайнеров освещения в Испании (APDI), основанную в 2008 году.

Как профессия

Дизайнер архитектурного освещения – это самостоятельная профессия, сопоставимая с профессиями архитектора, дизайнера интерьеров, ландшафтного архитектора и инженера-электрика. Одним из первых сторонников архитектурного светового дизайна был Ричард Келли, который открыл свою практику в 1935 году. Келли разработал подход к архитектурному освещению, который применяется и сегодня, основанный на восприятии трех визуальных элементов, представленных на совместном заседании Американского института архитекторов, Американского общества промышленных дизайнеров (ныне – Американское общество промышленных дизайнеров) и Общества инженеров по освещению Северной Америки, проходившем в Кливленде в 1952 году.

Образование

В то время как многие дизайнеры архитектурного освещения имеют образование в области электротехники, архитектурной инженерии, архитектуры или производства осветительных приборов, в настоящее время ряд университетов и технических училищ предлагают специализированные программы обучения по архитектурному освещению.

Процесс

Процесс проектирования архитектурного освещения обычно следует плану работ архитектора в отношении ключевых этапов проекта: технико-экономическое обоснование, концепция, детализация, строительная документация, авторский надзор и ввод в эксплуатацию. После этапа технико-экономического обоснования, на котором определяются параметры проекта, этап концепции посвящен разработке дизайна освещения с точки зрения светового эффекта, технических целей освещения и общей визуальной стратегии, как правило, с использованием концептуальных эскизов, визуализаций или мудбордов.

Дневное освещение

Солнце является источником дневного света или естественного освещения.

Остановки

Световые приборы представлены в широком разнообразии стилей для различных целей. Основные функции – это крепление источника света, обеспечение направленного освещения и предотвращение зрительного дискомфорта от бликов. Некоторые из них очень просты и функциональны, а другие сами по себе являются произведениями искусства. Можно использовать практически любой материал, при условии, что он выдерживает избыточное тепло и соответствует нормам безопасности. Важным свойством светильников является световая отдача или эффективность потребления энергии, то есть количество полезного света, излучаемого светильником на единицу потребляемой энергии, обычно измеряемое в люменах на ватт. Для светильников, использующих заменяемые источники света, эффективность также может быть выражена в процентах света, проходящего от лампы в окружающее пространство. Чем прозрачнее светильник, тем выше его эффективность. Затенение света обычно снижает эффективность, но увеличивает направленность и вероятность достижения визуального комфорта. Лампы PH – это серия светильников, разработанная датским дизайнером и писателем Пулом Хеннингсеном, начиная с 1926 года. Лампа сконструирована с использованием нескольких концентрических отражателей для устранения зрительного дискомфорта от бликов, излучая только отраженный свет и скрывая источник света.

Устройство освещения

Дизайнеры используют принцип слоев освещения при создании плана освещения для помещения. Слои освещения включают: функциональный слой, акцентный слой, общий слой, декоративный слой и слой дневного света. Каждый слой выполняет определенную функцию в пространстве, и часто они работают совместно для создания сбалансированного дизайна освещения. Функциональный слой – это освещение, предназначенное для выполнения конкретной работы или задачи. Как правило, в этом слое требуется более интенсивный свет. Примером может служить подсветка под кухонными шкафами. Акцентный слой используется для выделения определенных элементов в комнате, например, камина. Этот тип освещения привлекает внимание к конкретной зоне. Общий слой обеспечивает фоновое или общее освещение. Этот слой оказывает значительное влияние на общую яркость помещения. В декоративном слое освещение используется как элемент декора и помогает формировать стиль интерьера. Слой дневного света использует естественный свет или солнечный свет для освещения пространства. Использование техники слоев помогает улучшить эстетические и функциональные характеристики освещения. Также можно определить коэффициент контрастности между светлыми и темными участками. Во многих случаях эти исследования сравниваются с рекомендованными практиками освещения IESNA или CIBSE для конкретного типа применения. В зависимости от типа помещения, при проектировании могут быть сделаны акценты на безопасность или практичность (например, поддержание равномерного уровня освещенности, предотвращение бликов или выделение определенных зон). Для создания таких проектов часто используется специализированное программное обеспечение для проектирования освещения, которое обычно объединяет двухмерные цифровые чертежи CAD и программное обеспечение для моделирования освещения. Цветовая температура источников белого света также влияет на их применение. Цветовая температура источника белого света – это температура в кельвинах теоретического излучателя абсолютно черного тела, спектральные характеристики которого наиболее соответствуют спектру лампы. Лампы накаливания имеют цветовую температуру около 2700–3000 кельвинов, а дневной свет – около 6400 кельвинов. Лампы с низкой цветовой температурой содержат относительно больше энергии в желтой и красной части видимого спектра, в то время как лампы с высокой цветовой температурой имеют более синеватый оттенок. Для задач, требующих точной проверки или подбора цвета, а также для витрин продуктов питания и одежды, цветовая температура ламп выбирается для достижения наилучшего общего светового эффекта. Цвет также может использоваться в функциональных целях. Например, синий свет затрудняет видимость вен, поэтому его можно использовать для предотвращения употребления наркотиков.

Коррелирующая цветовая температура

Источник температуры 1700 К Пламя горелки, лампы натрия низкого давления (LPS/SOX) 1850 К Пламя свечи, восход и закат солнца 2700–3300 К Лампы накаливания, лампы люминесцентные с мягким белым светом 3000 К Лампы люминесцентные с теплым белым светом 4100–4150 К Лунный свет, лампы люминесцентные с холодным белым светом 5000 К Дневной свет на горизонте 5500–6000 К Вертикальный дневной свет, электронная вспышка 6200 К Ксеноновая лампа с коротким дуговым разрядом 6500 К Дневной свет в облачную погоду, лампы люминесцентные дневного света 6500–10500 К ЖК- или ЭЛТ-экран 15000–27000 К Чистое синее небо в полярных областях Эти температуры являются лишь характерными; возможны значительные отклонения. Коррелированная цветовая температура (CCT) источника света – это температура идеального излучателя черного тела, излучающего свет сопоставимого оттенка с данным источником света. Цветовая температура – характеристика видимого света, имеющая важное применение в освещении, фотографии, видеосъемке, издательском деле, производстве, астрофизике, садоводстве и других областях. На практике цветовая температура имеет смысл только для источников света, которые в некоторой степени соответствуют излучению черного тела (то есть для источников, расположенных на спектре от красно-оранжевого через желтый и более или менее белый до синевато-белого); не имеет смысла говорить о цветовой температуре, например, зеленого или фиолетового света. Цветовая температура обычно указывается в единицах абсолютной температуры – кельвинах, обозначаемых символом K.

При освещении внутренних помещений зданий часто важно учитывать цветовую температуру освещения. Например, более теплый (то есть с более низкой цветовой температурой) свет часто используется в общественных местах для создания расслабляющей атмосферы, а более холодный (с более высокой цветовой температурой) свет – для повышения концентрации в офисах. Димирование по CCT для светодиодных технологий считается сложной задачей, поскольку биннинг, старение и температурный дрейф светодиодов изменяют фактическое цветовое значение. Здесь используются системы обратной связи, например, с помощью цветовых датчиков, для активного мониторинга и контроля цветового выхода нескольких светодиодов, смешивающих цвета. Цветовая температура электромагнитного излучения, испускаемого идеальным черным телом, определяется как температура его поверхности в Кельвинах или, альтернативно, в миредах (микрореципрокных Кельвинах). Это позволяет определить стандарт, по которому сравниваются источники света.

Методы

Для простых установок ручные расчёты на основе табличных данных могут быть использованы для создания приемлемого проекта освещения. Более сложные или оптимизированные проекты теперь обычно используют математическое моделирование на компьютере. На основе расположения и высоты установки светильников, а также их фотометрических характеристик, предлагаемая схема освещения может быть проверена на равномерность и величину освещённости. Для крупных проектов или проектов со сложной планировкой можно использовать программное обеспечение для проектирования освещения. Для каждого светильника указывается его местоположение, а также вводятся коэффициенты отражения стен, потолка и пола. Затем компьютерная программа создаёт серию контурных графиков, наложенных на план проекта, показывающих ожидаемый уровень освещённости на рабочей высоте. Более продвинутые программы могут учитывать влияние света от окон или световых фонарей, что позволяет дополнительно оптимизировать эксплуатационные расходы осветительной установки. Количество дневного света, поступающего во внутреннее пространство, обычно можно проанализировать, выполнив расчёт коэффициента дневного света. Метод зональных полостей используется в качестве основы для ручных, табличных и компьютерных расчётов. Этот метод использует коэффициенты отражения поверхностей помещения для моделирования вклада в полезную освещённость на рабочем уровне, обусловленного светом, отражённым от стен и потолка. Упрощённые фотометрические значения обычно предоставляются производителями светильников для использования в этом методе. Компьютерное моделирование наружного прожекторного освещения обычно выполняется непосредственно на основе фотометрических данных. Общая световая мощность лампы разделяется на небольшие телесные угловые области. Каждая область проецируется на освещаемую поверхность, и вычисляется площадь, определяющая световую мощность на единицу площади. Если для освещения одной и той же области используются несколько ламп, вклады каждой из них суммируются. Табличные уровни освещённости (в люксах или фут-канделах) снова могут быть представлены в виде контурных линий постоянной освещённости, наложенных на чертёж плана проекта. Ручные расчёты могут потребоваться лишь в нескольких точках, но компьютерные расчёты позволяют более точно оценить равномерность и уровень освещённости.

Лампа накаливания

Современная лампа накаливания с вольфрамовой спиральной нитью была коммерциализирована в 1920-х годах, будучи развитием углеродной лампы, представленной примерно в 1880 году. Помимо ламп для общего освещения, существует очень широкий спектр, включающий низковольтные и маломощные типы, часто используемые в качестве компонентов в оборудовании, но в настоящее время в значительной степени замененные светодиодами.

Флуоресцентная лампа

Флуоресцентные лампы состоят из стеклянной трубки, содержащей пары ртути или аргон под низким давлением. Протекающий через трубку электрический ток заставляет газы испускать ультрафиолетовое излучение. Внутренняя поверхность трубок покрыта люминофорами, которые излучают видимый свет под воздействием ультрафиолетового излучения.

Светодиодная лампа

Светодиоды (LED) получили широкое распространение в качестве индикаторных ламп в 1970-х годах. С изобретением мощных светодиодов Шудзи Накамурой, светодиоды теперь используются в качестве твердотельного освещения для общего назначения. Первоначально, из-за относительно высокой стоимости светового потока, светодиодное освещение чаще всего применялось в лампах мощностью менее 10 Вт, таких как фонарики. Разработка более мощных ламп была стимулирована программами, такими как U.S. L Prize.