Η ΘΕΩΡΙΑ ΤΗΣ ΦΩΤΟΤΕΧΝΙΑΣ

Ηλεκτρομαγνητικό φάσμα 

Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία ή ηλεκτρομαγνητική ενέργεια αποτελείται από κύματα ηλεκτρικής και μαγνητικής ενέργειας που διαδίδονται ταυτόχρονα στον ελεύθερο χώρο.
Το πρώτο βασικό χαρακτηριστικό των διαφόρων τύπων κυμάτων είναι ο αριθμός των κυμάτων που διέρχονται από ένα συγκεκριμένο σημείο ανά δευτερόλεπτο που λέγεται συχνότητα του κύματος.

Ηλεκτρομαγνητικό φάσμα ονομάζεται το εύρος της περιοχής συχνοτήτων που καλύπτουν τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα εκτείνεται θεωρητικά από σχεδόν μηδενικές συχνότητες έως το άπειρο. Με βάση κάποιες χαρακτηριστικές ιδιότητες των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα χωρίζεται σε επιμέρους ζώνες. Αυτές είναι τα ραδιοκύματα , τα μικροκύματα, η υπέρυθρη ακτινοβολία, η ορατή ακτινοβολία (φως), η υπεριώδης ακτινοβολία, οι ακτίνες Χ  οι ακτίνες γ και οι κοσμικές ακτίνες.

Το δεύτερο βασικό χαρακτηριστικό των διαφόρων τύπων κυμάτων είναι η απόσταση που καλύπτεται από ένα κύκλο κύματος που ονομάζεται μήκος κύματος

 Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία εκτείνεται από μικρά έως μεγάλα μήκη κύματος, τα οποία χαρακτηρίζουμε με το γράμμα «λ» και μετριέται σε νανόμετρα (nm).

Ορατό φάσμα (φως) και χρώμα φωτός 

Το φως είναι το φάσμα της ηλεκτρομαγνητικής ενεργείας/ακτινοβολίας που είναι αντιληπτό στον άνθρωπο, ουσιαστικά είναι η περιοχή της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας που γίνεται αντιληπτή από το ανθρώπινο μάτι.
Καλύπτει ένα εύρος μηκών κύματος  (μεταξύ του μήκους κύματος λ= 380nm και λ= 780nm) που «μεταφράζονται», από το μάτι, στα χρώματα του φωτεινού φάσματος (δηλαδή στα χρώματα του ουράνιου τόξου).
 Χρώμα δηλαδή είναι η φυσική αντίδραση του ματιού και η ερμηνευτική αντίδραση του εγκεφάλου στα χαρακτηριστικά μήκη κύματος του φωτός. Το μάτι βλέπει ένα κύμα με κάποιο μήκος και ο εγκέφαλος ερμηνεύει το χρώμα

Ανάλογα με το μήκος κύματος μιας ακτινοβολίας, στα πλαίσια του ορατού φωτός, καθορίζεται και το χρώμα του φωτός. Έτσι, για μήκος κύματος λ=400nm το φως έχει ιώδη απόχρωση, ενώ για μήκος κύματος λ=565nm το ορατό φως έχει βαθύ κίτρινο χρώμα. Όταν η ακτινοβολία, που ανακλάται από τα αντικείμενα και φτάνει στο μάτι του παρατηρητή περιέχει όλα τα μήκη κύματος (από 380-780nm) εντυπώνεται στον εγκέφαλο ως λευκό φως.

Ευαισθησία ανθρώπινου οφθαλμού στα διάφορα μήκη κύματος και στα χρώματα

Όπως έχει ήδη αναφερθεί το ορατό φως είναι η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που γίνεται αντιληπτή από το ανθρώπινο μάτι με μήκη κύματος 380nm έως 780nm. Ωστόσο το ανθρώπινο μάτι δεν διακρίνει με την ίδια ευκολία οποιαδήποτε ακτινοβολία του ορατού φάσματος. Δεν παρουσιάζει δηλαδή μια αιφνιδιαστική αλλαγή ευαισθησίας στις οριακές θέσεις των 380nm και 780nm , ώστε με τη μεταπήδηση για παράδειγμα κάποιας ακτινοβολίας από μήκος κύματος μικρότερη από 380nm σε μήκος κύματος μεγαλύτερη από 380 nm αυτή να γίνεται ορατή.
Η ευαισθητοποίηση του ανθρώπινου ματιού στο ορατό φως γίνεται σταδιακά και φτάνει τη μέγιστη τιμή της στο μήκος κύματος των 555 nm κατά την ημέρα και των 507 nm κατά τη νύχτα (βλέπε επόμενο σχήμα). Το μέγεθος που καθορίζει την ευαισθητοποίηση του ματιού είναι ο συντελεστής φασματικής ευαισθησίας του οφθαλμού Vλ που είναι καθαρός αριθμός και παίρνει τιμές στο διάστημα μεταξύ 0 και 1.
Σύμφωνα λοιπόν με το παρακάτω σχήμα, γίνεται αντιληπτό ότι το ανθρώπινο μάτι εμφανίζει κατά την ημέρα τη μέγιστη ευαισθησία στο πρασινοκίτρινο χρώμα και την ελάχιστη στο μπλε και στο κόκκινο. Αυτό εξηγεί και τη χρήση του κίτρινου φωτός στους προβολείς ομίχλης και παλιότερα των λαμπτήρων νατρίου, που παράγουν κίτρινο φως, για το φωτισμό μεγάλων οδικών αρτηριών.

Θερμοκρασία χρώματος

Η έννοια της θερμοκρασίας χρώματος είναι εντελώς αντίθετη με αυτό που περιγράφεται ως ζεστό ή ψυχρό σώμα. Το ερυθρωπό φως που παράγεται από ένα λαμπτήρα πυράκτωσης, για παράδειγμα, έχει χαμηλή θερμοκρασία χρώματος σε αντίθεση με το φως της ημέρας το οποίο έχει πάρα πολύ υψηλή. Αυτό οφείλεται στο γεγονός του ότι όταν ένα σώμα θερμαίνεται, το φως του μεταβάλλεται από κόκκινο σε πορτοκαλί, κίτρινο, άσπρο και τελικά μπλε καθώς βαίνει ολοένα προς το θερμότερο.

Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία χρώματος τόσο ψυχρότερη είναι η απόχρωση της φωτεινής πηγής. Θερμοκρασίες χρώματος των 5300οΚ και άνω αντιστοιχούν σε λευκή  και ψυχρή απόχρωση. Θερμοκρασίες χρώματος μικρότερες των 3300οΚ αντιστοιχούν σε θερμές αποχρώσεις.

Έτσι ένας λαμπτήρας πυράκτωσης δημιουργεί συνήθως μια θερμή εντύπωση στο χώρο που φωτίζει, ενώ ένας λαμπτήρας υδραργύρου  δημιουργεί ψυχρή εντύπωση λόγω του μεγάλου ποσοστού κυανής και κίτρινης ακτινοβολίας που εκπέμπει.

Οι λαμπτήρες με θερμό φως προτιμούνται κυρίως σε σπίτια και εστιατόρια, καθώς προσφέρουν μια ζεστή ατμόσφαιρα και την αίσθηση της άνεσης.

Αντιθέτως τα ψυχρά χρώματα σε λαμπτήρες προτιμούνται για χώρους εργασίας, σχολεία, καθώς προκαλούν εγρήγορση και επαγρύπνηση. Επίσης βελτιώνουν την οπτική διαύγεια και την αντίληψη ακόμη και σε χαμηλότερα επίπεδα φωτισμού. Αυτός είναι ένας από τους λόγους που επιλέγονται για το φωτισμό των Σούπερ Μάρκετ, καθώς έτσι εξοικονομούν ενέργεια.

Όσο υψηλότερος είναι ο φωτισμός τόσο πιο άνετα νιώθουμε με τις ψυχρές θερμοκρασίες χρώματος , ενώ όσο χαμηλότερος είναι ο φωτισμός οι θερμές θερμοκρασίες δίνουν μια φιλική και χαλαρωτική αίσθηση  ενώ οι ψυχρές θερμοκρασίες μας κάνουν να νιώθουμε άβολα και παράξενα. Δηλαδή για μικρές εντάσεις φωτισμού προτιμούμε τα ζεστά χρώματα ενώ για μεγάλες εντάσεις τα ψυχρά.

Για να γίνει κατανοητή η επιρροή της θερμοκρασίας χρώματος στη συναισθηματική κατάσταση του ανθρώπου, παραθέτουμε ένα παράδειγμα που αφορά στη σύγκριση ενός fast-food και ενός εστιατορίου πολυτελείας.

Στο fast-food, ο φωτισμός προέρχεται από λαμπτήρες φθορισμού με ψυχρό χρώμα, ώστε να δημιουργείται μια κατάσταση εγρήγορσης. Να φάμε γρήγορα και να φύγουμε, ώστε να δώσουμε τη θέση μας στον επόμενο πελάτη…

Ενώ στο εστιατόριο πολυτελείας, ο φωτισμός προέρχεται συνήθως από λαμπτήρες πυράκτωσης, οι οποίοι αποδίδουν θερμό χρώμα προσφέροντας την αίσθηση της ζεστασιάς και της άνεσης. Αυτή η αίσθηση μας προκαλεί να καθίσουμε παραπάνω και να απολαύσουμε την εμπειρία.

 Δείκτης CRI ή Rα χρωματικής απόδοσης 

 Οι τεχνητές φωτεινές πηγές δεν έχουν την ίδια επίδραση πάνω στην χρωματική όψη ενός αντικειμένου (επειδή δεν έχουν το ίδιο φάσμα). 
Ανάλογα με το πόσο καλά αποδίδουν τα χρώματα διακρίνονται σε κατηγορίες
CR1A (Ra=90-100%), 1B (Ra=80-90%), 2A (Ra=70-80%), 2B (Ra=60-70%), 3 (Ra=40-60%), 4 (Ra=20-40%).
Ο δείκτης χρωματικής απόδοσης (Ra) ενός λαμπτήρα δείχνει την ικανότητα του εκάστοτε λαμπτήρα να αποδίδει σωστά τα χρώματα. 
Για να προσδιοριστεί ο δείκτης χρωματικής απόδοσης των φωτεινών πηγών, δημιουργήθηκε από την CIE ένας Γενικός Κώδικας (color rendering index, CRI) με κλίμακα του 100 που εκφράζει την ακρίβεια της χρωματικής απόδοσης των λαμπτήρων. Όσο πιο υψηλή είναι η τιμή του βαθμού CRI και κοντά στο 100, τόσο καλύτερα αποδίδονται τα χρώματα των φωτιζόμενων αντικειμένων. Όσο η τιμή του CRI απομακρύνεται του 100, τόσο η απόδοση των χρωμάτων γίνεται πιο προβληματική. Στον πίνακα που ακολουθεί παρουσιάζεται η ταξινόμηση των δεικτών CRI σε σχέση με την κλίμακα 100 (Color RenderingIndex, κατά CIΕ).

Στις δραστηριότητες που απαιτείται υψηλή διακριτικότητα σε συνδιασμούς χρωμάτων όπως π.χ στις επιχειρήσεις εκτύπωσης, θα πρέπει να επιλέγονται λαμπτήρες με πολύ υψηλό δείκτη χρωματικής απόδοσης (1Α). Σε χώρους εργασίας με συνήθεις δραστηριότητες αρκεί η χρησιμοποίηση λαμπτήρων κατηγορίας 1Β ή και 2 όπως π,χ οι απλοί λαμπτήρες φθορισμού.
Ο λόγος της χρήσης λαμπτήρων με χαμηλή ποιότητα χρώματος είναι η υψηλή τους απόδοση. Οι λαμπτήρες αυτοί παράγουν περισσότερη ποσότητα φωτός ανά Watt καταναλισκόμενης ηλεκτρικής ισχύος από τους λαμπτήρες με υψηλή ποιότητα.

Φωτεινή ροή (φωτεινή ισχύς)..αναφέρεται στους λαμπτήρες

Οι λαμπτήρες χρησιμεύουν για τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας ισχύος σε φωτιστική. Όπως οι ηλεκτρικές συσκευές χαρακτηρίζονται από την ηλεκτρική τους ισχύ έτσι και οι λαμπτήρες χαρακτηρίζονται από τη φωτιστική τους ισχύ που μετριέται σε Lumen (Λούμεν).

Φωτεινή ροή Φ  είναι το συνολικό ποσό ορατής ακτινοβολίας που εκπέμπει μια πηγή προς οποιαδήποτε  κατεύθυνση.
Από το φωτιστικό, αυτό  που τελικά παίρνω (φ) είναι λίγο μικρότερο, και εξαρτάται από το συντελεστή απόδοσης (η) του φωτιστικού.
Επίσης η φωτεινή ροή δεν εκπέμπεται η ίδια προς όλες τις κατευθύνσεις.

Άρα σε μια λάμπα μας ενδιαφέρει

1. Η φωτεινή ροή ή ισχύς Φ (lm)
2. H θερμοκρασία χρώματος (Ko)
3. Δείκτης χρωματικής απόδοσης Ra (20-100)

Στερεά γωνία

Ας θεωρήσουμε στο χώρο ένα σημείο Ο και μια κλειστή γραμμή τυχαίου σχήματος. Διάφορα σημεία αυτής της κλειστής γραμμής μπορο’υν να ενωθούν με ευθείες γραμμές με το σημείο Ο.
Το μέρος του χώρου που περικλείεται και περιορίζεται από αυτές τις ευθείες γραμμές ονομάζεται στερεά γωνία με κορυφή το σημείο Ο. Αν με κέντρο το σημείο Ο (κορυφή της στερεάς γωνίας) διαγράψουμε σφαίρα ακτίνας R, τότε ορίζεται μια επιφάνεια S στην επιφάνεια της σφαίρας. Το μέτρο της αντίστοιχης στερεάς γωνίας που σχηματίστηκε είναι Ω=S/R2 . Aπό αυτή τη σχέση προκύπτει ότι η στερεά γωνία είναι αδιάστατος αριθμός.

 Ένταση φωτεινής πηγής I...αναφέρεται στα φωτιστικά

Είναι το συνολικό ποσό ορατής ακτινοβολίας που εκπέμπει μια πηγή προς μια ορισμένη  κατεύθυνση.
Μια φωτεινή πηγή δεν εκπέμπει ομοιόμορφα το φως (φωτεινή ροή Φ) που παράγει. Δηλαδή αν η πηγή τοποθετηθεί στο κέντρο σφαίρας, η φωτεινή ροή Φ που θα εκπέμπεται προς την εσωτερική επιφάνεια της σφαίρας δεν θα είναι η ίδια σε κάθε σημείο αυτής. Για παράδειγμα σε ένα λαμπτήρα πυράκτωσης η φωτεινή ροή Φ1 που εκπέμπεται σε μια στερεά γωνία ω1 προς το πάνω μέρος του λαμπτήρα είναι πολύ μικρότερη από αυτή (Φ2) που εκπέμπεται σε μια στερεά γωνία ω2=ω1 προς τα κάτω (βλέπε επόμενο σχήμα)

Είναι επομένως χρήσιμο να οριστεί ένα διανυσματικό μέγεθος που θα καθορίζει προς κάθε συγκεκριμένη κατεύθυνση του στερεού χώρου το ποσό της Φωτεινής Έντασης (Luminous Intensity) ή Ένταση Φωτεινής Πηγής Ι.
Η Φωτεινή ένταση ορίζεται ως ο λόγος της στοιχειώδους Φωτεινής Ροής dΦ που εκπέμπει μια φωτεινή πηγή μέσα σε μια στοιχειώδη στερεά γωνία dω, προς τη γωνία αυτή: Ι=dΦ/dω.

Η Φωτεινή Ένταση Ι εκφράζεται με τη μονάδα cd (candela) για την οποία ισχύει:

Cd=lm/sr (candela=lumen/sterad)

Από τον ορισμό αυτό φαίνεται ότι η Φωτεινή Ένταση Ι έχει τις ίδιες διαστάσεις με την Φωτεινή Ροή Φ γιατί το στερακτίνιο είναι αδιάστατο μέγεθος. Επομένως η μονάδα cd έχει τις ίδιες διαστάσεις με τη μονάδα lm.

Η διαφορά της φωτεινής ισχύος Φ και της φωτεινής έντασης Ι είναι:
Η φωτεινή ισχύς Φ (lummen) αναφέρεται σε ένα λαμπτήρα και είναι το συνολικό ποσό ορατής ακτινοβολίας που εκπέμπει ο λαμπτήρας προς οποιαδήποτε  κατεύθυνση.

Η φωτεινή ένταση I (cd) αναφέρεται σε ένα φωτιστικό και είναι το συνολικό ποσό ορατής ακτινοβολίας που εκπέμπει το φωτιστικό προς μια ορισμένη κατεύθυνση.

Διαγράμματα κατανομής φωτεινής έντασης

Τα φωτιστικά σώματα που χρησιμοποιούνται στην καθημερινότητα απέχουν πολύ από την ιδεατή, στοιχειώδη πηγή φωτός που εκπέμπει ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις του τρισδιάστατου χώρου. Κατά τις μελέτες φωτισμού πρέπει να λαμβάνονται σοβαρά οι ιδιαιτερότητες του κάθε φωτιστικού σώματος.
Για το λόγο αυτό κάθε φωτιστικό σώμα χαρακτηρίζεται από διαγράμματα κατανομής φωτεινής έντασης

Η φωτομετρική καμπύλη ή πολικό διάγραμμα μας δείχνει την κατανομή της έντασης φωτισμού στο χώρο, πως διαχέεται το φως στο χώρο ,δηλαδή:Την ποσότητα της φωτεινής ροής που ακτινοβολεί προς μια ορισμένη κατεύθυνση με μονάδα μέτρησης candela (cd) και τον τρόπο κατανομής της φωτεινής έντασης των φωτιστικών (με ανακλαστήρα).

Για να γίνει σαφές πως προκύπτουν αυτά τα διαγράμματα θεωρείται αρχικά πως το φωτιστικό σώμα βρίσκεται αναρτημένο στην κανονική του θέση.
Η κατακόρυφος που διέρχεται από το κέντρο συμμετρίας του φωτιστικού σώματος με κατεύθυνση αυτή προς την οποία φωτίζει το σώμα (συνήθως προς τα κάτω) αποτελεί το σημείο αναφοράς, δηλαδή ο κατακόρυφος άξονας με αρχή το κέντρο συμμετρίας του φωτιστικού και κατεύθυνση προς τα κάτω αντιστοιχεί στη τιμή των 0 μοιρών. Η οριζόντια επιφάνεια που διέρχεται από το κέντρο συμμετρίας αντιστοιχεί στις γωνίες 90ο και 270ο

Όταν η φωτεινή πηγή παρουσιάζει διανομή της φωτεινής έντασης συμμετρική ως προς άξονα και έχει σε όλα τα επίπεδα την ίδια μορφή, τότε μπορεί να παρασταθεί με το μισό της μορφής της.

Στο επόμενο παράδειγμα φωτομετρικής καμπύλης ενός φωτιστικού παίρνουμε τις αντίστοιχες φωτεινές εντάσεις
Στην κατεύθυνση των 40ο αντιστοιχεί φωτεινή ένταση Ι40=89cd
Στην κατεύθυνση των 90ο αντιστοιχεί φωτεινή ένταση Ι90=78cd
Στην κατεύθυνση των 180ο αντιστοιχεί φωτεινή ένταση Ι180=0cd

Στην προηγούμενη καμπύλη φωτεινής έντασης βλέπουμε πως η ευνοικότερη περίπτωση έντασης φωτισμού από το συγκεκριμένο φωτιστικό βρίσκεται στην κατεύθυνση μεταξύ 0ο και 70ο και η χειρότερη στις 180ο (πάνω από το φωτιστικό).
Κάθε καμπύλη φωτεινής έντασης αναφέρεται συνήθως σε λαμπτήρα φωτεινής ροής 1000lm, οπότε για την εύρεση της έντασης κάθε λαμπτήρα πολλαπλασιάζουμε την τιμή του διαγράμματος με τον κατάλληλο συντελεστή. Για παράδειγμα αν μελετάμε φωτιστικό σώμα λαμπτήρα υδραργύρου υψηλής πίεσης φωτεινής ροής 13500lm, οι τιμές της φωτεινής έντασης που λαμβάνονται από το πολικό διάγραμμα θα πρέπει να πολλαπλασιάζονται με το συντελεστή 13,5 (13500/1000=13,5).

Στο προηγούμενο παράδειγμα  το πολικό διάγραμμα δίνεται μόνο για το ένα ημιεπίπεδο, γιατί το συγκεκριμένο φωτιστικό παρουσιάζει συμμετρία στην κατανομή της φωτεινής έντασης, κάτι που δεν συμβαίνει όμως με πολλά φωτιστικά σώματα.
Για παράδειγμα παίρνοντας το φωτιστικό σώμα του παρακάτω παραδείγματος το οποίο είναι διαμήκες, παρατηρείται ότι η φωτεινή ένταση δεν είναι συμμετρική. Για το λόγο αυτό το πολικό διάγραμμα αυτού του φωτιστικού θα σχεδιαστεί σε δύο επίπεδα. Βάσει των κανονισμών της Διεθνούς επιτροπής φωτισμού CIE θα επιλεχθούν τα επίπεδα Α και Β.

Το τυποποιημένο επίπεδο Α αντιστοιχεί στο επίπεδο 90ο-270ο, ενώ το Β στο επίπεδο 0ο-180ο. Στα δύο αυτά επίπεδα σχεδιάζονται τα πολικά διαγράμματα κατανομής της φωτεινής έντασης του φωτιστικού σώματος.

Στη περίπτωση που τα φωτιστικά σώματα εμφανίζουν μεγαλύτερη ασυμμετρία και τα επίπεδα Α και Β δεν επαρκούν για να δώσουν μια αντιπροσωπευτική εικόνα για τη φωτεινή ένταση, τότε μπορεί να σχεδιαστεί και μια τρίτη καμπύλη στο πολικό διάγραμμα. Η καμπύλη αυτή θα αναπαριστά τη φωτεινή ένταση για το κατακόρυφο επίπεδο 45ο-225ο, όπως φαίνεται στο κάτω σχήμα.

Ένταση φωτισμού Ε (φωτισμός επιφάνειας)...αναφέρεται στις επιφάνειες του χώρου 

Τα φωτομετρικά μεγέθη των προηγούμενων παραγράφων παρέχουν πληροφορίες για τα χαρακτηριστικά ακτινοβολίας των φωτιστικών σωμάτων. Περιγράφονται επομένως οι ιδιότητες της πηγής της φωτεινής ακτινοβολίας. Ωστόσο οι ιδιότητες της φωτεινής πηγής δεν μπορούν να καθορίσουν με ακρίβεια το αποτέλεσμά της, μιας και εξαρτάται και από τον τρόπο εγκατάστασης, όπως το ύψος ανάρτησης, τον προσανατολισμό της φωτεινής δέσμης κ.λ.π. Γίνεται λοιπόν κατανοητό ότι θα πρέπει να υπάρξει κάποιο άλλο μέγεθος που να εκφράζει το αποτέλεσμα των φωτιστικών σωμάτων. Όπως είναι φυσικό τα δεδομένα ενός τέτοιου διαγράμματος θα είναι σε συνάρτηση και των τεχνικών στοιχείων της εγκατάστασης, σε αντίθεση με τα προηγούμενα διαγράμματα τα οποία παραμένουν αμετάβλητα γιατί αποτελούν χαρακτηριστικά της φωτεινής πηγής.
Θεωρώντας το οριζόντιο επίπεδο Α (ετερόφωτο σώμα) όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα, το επίπεδο αυτό φωτίζεται από ένα λαμπτήρα και έστω ότι στη στοιχειώδη επιφάνεια dS προσπίπτει κάθετα Φωτεινή Ροή dΦ.
Ορίζεται ως Ένταση φωτισμού (Illuminance) ή Φωτισμός επιφανείας το πηλίκο της Φωτεινής ροής που προσπίπτει κάθετα σε μια επιφάνεια, προς το εμβαδό της επιφάνειας αυτής: Ε=dΦ/dS 

Όλοι σχεδόν οι λαμπτήρες του εμπορίου δεν εκπέμπουν ομοιόμορφα φωτεινή ροή. Για το λόγο αυτό η  σχέση Ε=dΦ/dS μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό της μέσης έντασης φωτισμού οποιασδήποτε επιφάνειας S η οποία δεν φωτίζεται ομοιόμορφα.
Η παραδοχή αυτή είναι αρκετά χρήσιμη για μελέτες φωτισμού μικρών χώρων όπου συνήθως δεν απαιτείται αυστηρή ακρίβεια στους υπολογισμούς. Φυσικά μια τέτοια απλοποίηση δεν είναι αποδεκτή για μελέτες μεγάλων χώρων (κινηματογράφοι, θέατρα, στάδια, δρόμοι, πλατείες κ.λ.π) όπου απαιτείται υπολογισμός της έντασης φωτισμού Ε βάσει των χαρακτηριστικών καμπυλών φωτεινής ισχύος των φωτιστικών σωμάτων που δίνονται από τον κατασκευαστή.
 Η ένταση φωτισμού δίνεται στο SI με τη μονάδα μέτρησης lux και εκφράζει την ένταση φωτισμού σε μια επιφάνεια 1m2                       (1lx=1lm/1m2 )
H τιμή της έντασης φωτισμού σε μια συγκεκριμένη επιφάνεια μπορεί να μετρηθεί με μια σειρά από ειδικά όργανα τα οποία ονομάζονται μετρητές έντασης φωτισμού ή luxmeters. 

Η λαμπρότητα L

Εκφράζει την ποσότητα του φωτός που ανακλάται,  όταν σε μια
επιφάνεια ενός m2 πέφτει φως από μια πηγή έντασης 1 cd και η οποία ποσότητα φτάνει στο μάτι του παρατηρητή.
Το μέγεθος εκφράζεται σε 1Nit = 1 cd/m2

Στην περίπτωση των λαμπτήρων είναι η ποσότητα του φωτός μιας φωτεινής πηγής που φτάνει απ’ευθείας στο μάτι του παρατηρητή

 Το μέγεθος εκφράζεται σε 1 stilb=1cd/cm2
 1 stilb=1cd/cm2 =100 cd/m2
 

Λαμπρότητα φωτεινής πηγής ορίζεται ως το πηλίκο:               L = I / S
όπου Ι: η ένταση της φωτεινής πηγής και S: η επιφάνειά της.
Λαμπρότητα επιφάνειας (cd/m2) είναι  η φωτεινή ένταση (lux) που ανακλάται από μια μοναδιαία επιφάνεια σε μια καθορισμένη κατεύθυνση. Μετρά το φως όπως το αντιλαμβάνεται το ανθρώπινο μάτι

Σε αντίθεση με την Ένταση φωτισμού, η οποία εκφράζει την ποσότητα φωτεινής ροής που προσπίπτει στην επιφάνεια, η λαμπρότητα είναι το μέτρο της ποσότητας της φωτεινής έντασης, η οποία ανακλάται στην επιφάνεια προς το μάτι του παρατηρητή.

Όταν μια επιφάνεια που διαχέει το φως, φωτίζεται ομοιόμορφα με φωτισμό Ε(lux) και έχει συντελεστή ανάκλασης ρ, η λαμπρότητά της σε cd/m2 είναι L=ρ*Ε.

Η έννοια της λαμπρότητας ενός αντικειμένου (φαινομενική φωτεινότητα) αποτελεί ουσιαστικά φωτομετρικό μέγεθος πολύ κοντά στην πρακτική του Σχεδιασμού.
Είναι ένα μετρήσιμο μέγεθος για το τί πραγματικά βλέπουμε, καθώς επηρεάζεται απόλυτα από το αντικείμενο που ανακλά το φως και τις ιδιότητές του.
Ο σχεδιασμός χώρου πολύ συχνά διέπεται από υποκειμενικά κριτήρια. Για παράδειγμα θα μπορούσαμε να έχουμε έναν χώρο όπου τα πάντα να είναι μαύρα και έναν ίδιο χώρο, όπου τα πάντα είναι λευκά. Εισάγοντας το ίδιο φωτιστικό στους δύο χώρους στην ίδια ακριβώς θέση η φωτεινή ροή ουσιαστικά του φωτιστικού θα παραμείνει σταθερή. Η εντύπωση και η οπτική εμπειρία όμως είναι απόλυτα διαφορετική στους δύο χώρους. Στον μαύρο χώρο οι λαμπρότητες μπορεί να είναι σχεδόν μηδενικές.

Η κατανομή της λαμπρότητας σε ένα εσωτερικό χώρο είναι σημαντικό κριτήριο για την ποιότητα της οπτικής εμπειρίας.
Μια ισορροπημένη και αρμονική κατανομή λαμπρότητας κάνει ένα χώρο ευχάριστο και με οπτικό ενδιαφέρον.

Ένας από τους πρωταρχικούς στόχους της επαγγελματικής μελέτης αρχιτεκτονικού φωτισμού είναι ακριβώς αυτή η ισορροπημένη κατανομή της λαμπρότητας των επιφανειών που ορίζουν ένα χώρο.

Σε πολύ υψηλές τιμές λαμπρότητας ή σε μεγάλες διαφορές λαμπρότητας το μάτι υποφέρει και αδυνατεί να ανταποκριθεί, οπότε έχουμε το φαινόμενο της θάμβωσης.

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ:Στην πράξη προτιμούμε τις πηγές φωτισμού που έχουν μεγάλη επιφάνεια εκπομπής φωτός είτε από κατασκευής (π.χ. ματ λάμπες, λάμπες φθορισμού, panel lights ), είτε γιατί βρίσκονται μέσα σε φωτιστικά σώματα, έτσι περιορίζεται σημαντικά το ανεπιθύμητο και κουραστικό φαινόμενο της λαμπρότητας της πηγής.

Η λαμπρότητα εξαρτάται σε σημαντικό βαθμό από τα χαρακτηριστικά ανάκλασης των φωτιζόμενων αντικειμένων  και από το μέγεθος και την κατεύθυνση προέλευσης της προσπίπτουσας φωτεινής ροής.
Έτσι αποκτά μεγάλη τιμή όταν υπάρχει μεγάλη τιμή φωτεινής έντασης και όταν ο παρατηρητής δεν βρίσκεται σε θέση με κατεύθυνση κάθετη προς την επιφάνεια της φωτεινής πηγής( βλέπει την επιφάνεια με το φαινόμενο εμβαδόν της).

Ο ανακλώμενος φωτισμός επηρεάζεται από το χρώμα, την επιφάνεια και το υλικό από το οποίο είναι κατασκευασμένο το αντικείμενο. Για παράδειγμα τα αντικείμενα τα οποία είναι απόλυτα λευκά από την ποσότητα του φωτός που θα δεχτούν θα απορροφήσουν το 10% και θα ανακλάσουν το 90%. Αντίθετα τα μαύρα αντικείμενα θα απορροφήσουν το 90% και θα ανακλάσουν το 10%. Επίσης ο βαθμός ανάκλασης των αντικειμένων εξαρτάται και από το αν η επιφάνεια είναι γυαλιστερή ή ματ, στην πρώτη περίπτωση η ανάκλαση θα είναι μεγαλύτερη ενώ στις ματ επιφάνειες θα είναι μικρότερη.

Η μελέτη φωτισμού επιδιώκει την επίτευξη τιμών λαμπροτήτων εντός των παραδεκτών ορίων και ως εκ τούτου επιλέγονται οι κατάλληλοι βαθμοί ανάκλασης (ρ) των διαφόρων επιφανειών του φωτιζόμενου χώρου ως ακολούθως:

α) Επιφάνειες γραφείων, πάγκων εργασίας          ρ = 30% - 50%
β) Οροφές                                                                ρ = 60% - 70%
γ) Τοίχοι (ανάλογα με τη στάθμη φωτισμού)        ρ= 40% - 70%
δ) Δάπεδο                                                               ρ = 10% - 20%

Το μέγιστο επίπεδο λαμπρότητας για να εξασφαλίζεται οπτική οξύτητα και αντίληψη των χρωμάτων είναι για:

την επιφάνεια εργασίας 100 cd/m2 (1sb)
τους τοίχους 50 cd/m2 (0,5 sb)
Η λαμπρότητα της οροφής εξαρτάται από τη λαμπρότητα του φωτιστικού σώματος. Όταν αυτή είναι μικρότερη από 120 cd/m2 (1,2 sb), η λαμπρότητα της οροφής θα πρέπει να έχει τιμές μεγαλύτερες από τη λαμπρότητα του φωτιστικού σώματος (20 < Lm < 200 cd/m2), (0,2<Lm<2 sb).

Μεγάλες  διαφορές στις τιμές λαμπρότητας μεταξύ του πεδίου εργασίας του κοντινότερου και πιο μακρινού περιβάλλοντος χώρου, εξαναγκάζουν την κόρη του ματιού σε διαδοχικές αναπροσαρμογές του μεγέθους της, με αποτέλεσμα την κόπωση του εργαζόμενου και ενδεχομένως βλάβη της όρασης του. Πρέπει λοιπόν εκτός των άλλων να αποφευχθεί η μεγάλη ανομοιογένεια στις τιμές λαμπροτήτων μέσα στο οπτικό πεδίο του παρατηρητή.
 
Προσδιορισμός της κατανομής της λαμπρότητας στο χώρο, της σχέσης δηλαδή του επιπέδου φωτισμού στην επιφάνεια εργασίας με αυτή των επιφανειών που την περιβάλλουν άμεσα (τοίχοι και οροφή).

Οι επιτρεπόμενες μέγιστες διαφορές λαμπρότητας για το φωτισμό εσωτερικού χώρου είναι:
μεταξύ επιφάνειας εργασίας και κοντινού περιβάλλοντος <=10:3
μεταξύ επιφάνειας εργασίας και μακρινού περιβάλλοντος <=10:1

Επίσης σε μια επιφάνεια θα πρέπει για να αποφευχθεί η θάμβωση:

η λαμπρότητα Lmax του περισσότερο λαμπρού σημείου και η λαμπρότητα Lmin του λιγότερο λαμπρού σημείου ικανοποιούν τη σχέση:

Lmax - Lmin / Lmax ≤ 10

Συσχετισμός βασικών μεγεθών

Έχοντας ορίσει τα βασικότερα φωτομετρικά μεγέθη, γίνεται αντιληπτό ότι τα μεγέθη αυτά δεν είναι ανεξάρτητα μεταξύ τους, αλλά η τιμή του ενός επηρεάζει τη τιμή των υπολοίπων. Στο παρακάτω σχήμα δίνεται ένα γράφημα όπου παρουσιάζεται εποπτικά η μεταξύ τους συσχέτιση.

Το βασικό μέγεθος που αποτελεί αφετηρία και σημείο αναφοράς είναι η Φωτεινή Ροή Φ, η οποία χαρακτηρίζει τη φωτεινή πηγή.
Από τη Φωτεινή Ροή Φ, με διαίρεση της τιμής με την αντίστοιχη στερεά γωνία προκύπτει η Φωτεινή Ένταση Ι.
Η Φωτεινή Ένταση αποτελεί και αυτή χαρακτηριστικό γνώρισμα της πηγής. Το σημαντικό πλεονέκτημα είναι ότι πρόκειται για διανυσματικό μέγεθος που μπορεί να καταγραφεί σε διάγραμμα και να χρησιμοποιηθεί άμεσα σε φωτομετρικούς υπολογισμούς και μελέτες.
Από τη Φωτεινή Ροή μπορεί να υπολογιστεί και η Ένταση φωτισμού Ε. Η Ένταση φωτισμού Ε διαφέρει από τα δύο προηγούμενα μεγέθη γιατί δεν αναφέρεται στη φωτεινή πηγή αλλά αποτελεί μέτρο του αποτελέσματος της φωτεινής ακτινοβολίας σε μια φωτιζόμενη επιφάνεια.
Τέλος η φωτεινή ένταση όσο και η ένταση φωτισμού είναι μεγέθη που οδηγούν στον υπολογισμό της Λαμπρότητας που θα δούμε παρακάτω.

Θάμβωση (Glare, G):

  Το φαινόμενο της θάμβωσης αναφέρεται στις ενοχλήσεις που δέχεται ο ευρισκόμενος σε ένα χώρο.

 Θάμβωση δημιουργείται όταν οι συνθήκες ορατότητας είναι τέτοιες ώστε κάποιος να αισθάνεται ενόχληση και μείωση της ικανότητας να διακρίνει αντικείμενα εξαιτίας της μεγάλης τιμής λαμπρότητας ή εξαιτίας υπερβολικών διαφορών λαμπρότητας μέσα στο οπτικό του πεδίο.

 Από τη θάμβωση έχουμε μείωση της διακριτικής ικανότητας και συχνά προκαλείται κόπωση στο εργαζόμενο και πονοκέφαλοι.

Η θάμβωση παρουσιάζεται σε δυο μορφές:
Η άμεση θάμβωση προκύπτει όταν είναι ορατή η πηγή φωτισμού από το σημείο παρατήρησης (βρίσκεται μέσα στο οπτικό πεδίο του παρατηρητή) ή  παρατηρείται συνήθως σε κακώς φωτισμένους χώρους όπου το φως έρχεται μόνο από ένα άνοιγμα από το οποία η άμεση θέαση του ουρανού είναι συνήθως αναπόφευκτη. Ένα τέτοιο παράδειγμα είναι η περίπτωση ενός μακρύ διαδρόμου στο βάθος του οποίου υπάρχει μόνο ένα παράθυρο.  Η λαμπρότητα του φωτός που εισέρχεται έρχεται σε έντονη αντίθεση με τον υπόλοιπο σκοτεινό διάδρομο.

Εξαρτάται από τη λαμπρότητα των φωτιστικών, τη διάταξη των φωτιστικών σε σχέση με τη θέση του σημείου αναφοράς – παρατηρητή και τέλος το επίπεδο φωτισμού.

Με διάφορες τεχνικές υπάρχει η δυνατότητα περιορισμού της άμεσης θάμβωσης σε επιθυμητά επίπεδα επεμβαίνοντας πχ. με περσίδες, ανταυγαστήρες κλπ. στη γωνία διάφραξης των φωτιστικών σωμάτων ή επιλέγουμε άλλα πιο κατάλληλα. 

Η έμμεση θάμβωση προκύπτει όταν υπάρχουν υψηλά ανακλαστικές επιφάνειες στο άμεσο οπτικό πεδίο του παρατηρητή όπου ανακλώνται οι πηγές φωτός.
Η έμμεση θάμβωση μπορεί να αποφευχθεί με τη μεταβολή των υλικών ή και των χρωμάτων των επιφανειών του εσωτερικού, την κατάλληλη διάταξη των φωτιστικών σωμάτων στο χώρο (ιδανική θεωρείται η πλάγια κατεύθυνση πρόσπτωσης του φωτός στο επίπεδο εργασίας) καθώς και με την επιλογή κατάλληλων φωτιστικών σωμάτων ειδικότερα σε χώρους εργασίας με Η/Υ. Στην περίπτωση αυτή η προδιαγραφή DIN 5035 υποδεικνύει αφενός τη τήρηση αυστηρότερων ορίων για τη γωνία διάφραξης του φωτιστικού ( ≥ 30ο για C0, C90, C180, C270) αφετέρου δε τη χρήση αντιθαμβωτικών περσίδων να περιοριστεί η λαμπρότητα των φωτιστικών σημείων σε τιμές ≤ 200 cd/m2 (για κακής ποιότητας οθόνες) ή ≤ 1000 cd/m2 (για καλής ποιότητας οθόνες)  για γωνίες εκπομπής μεγαλύτερες της οριακής εκείνης γωνίας εκπομπής φωτός που μόλις απαγορεύει την απεικόνιση του φωτιστικού σώματος επί της οθόνης του Η/Υ.

Η θάμβωση μετριέται με το δείκτη UGR (Unified Glare Rating).για τον τεχνητό φωτισμό  και με το δείκτη DGI για το φυσικό φωτισμό.
Σημειώνεται ότι ο δείκτης δεν αποτελεί αξιόπιστη παράμετρο εκτίμησης της θάμβωσης, όταν οι φωτεινές πηγές είναι μεγάλων ή πολύ μικρών διαστάσεων.

Εξαρτάται από την λαμπρότητα των φωτιστικών, το μέγεθος τους, την σχετική θέση τους με την κατεύθυνση παρατήρησης και τέλος από την λαμπρότητα υποβάθρου.

Το πρότυπο ΕΝ 12464-1 προβλέπει μια στοιχειώδη κάλυψη των λαμπτήρων με βάση την λαμπρότητα της φωτεινής πηγής όπως παρουσιάζεται στο παρακάτω πίνακα.

Αντίθεση (Contrast, C):

   Με τον όρο αντίθεση εννοούμε τον καθαρό αριθμό που ορίζεται από το πηλίκο:
 
   όπου L1: η λαμπρότητα του σώματος στο οποίο αναφερόμαστε και
             L2: η λαμπρότητα του περιβάλλοντος χώρου.

   Είναι φανερό ότι η αντίθεση μπορεί να πάρει και αρνητικές τιμές.

 Αν το περιβάλλον είναι φωτεινό (δηλαδή L2>L1), τότε έχουμε αρνητική αντίθεση, ενώ αν το περιβάλλον είναι σκοτεινό (δηλαδή L1>L2) έχουμε θετική αντίθεση.

Ανάκλαση

ΤΟ ΦΩΣ ΑΝΤΑΝΑΚΛΑΤΑΙ ΚΑΙ ΑΠΟΡΡΟΦΑΤΑΙ. Το φως ταξιδεύοντας προσπίπτει πάνω σε διάφορες επιφάνειες. Ανάλογα με την απόχρωση της επιφάνειας ένα μέρος θα απορροφηθεί και το υπόλοιπο θα αντανακλασθεί.Το δε ανακλώμενο μέρος θα συνεχίσει την πορεία του, θα προσπέσει κάπου αλλού, ένα μέρος του θα απορροφηθεί, το υπόλοιπο θα αντανακλασθεί κ.ο.κ. μέχρι πλήρους απορροφήσεως. Όσο πιο σκούρες είναι οι επιφάνειες τόσο πιο γρήγορη και η απορρόφηση. Τούτο αποκτά σημασία όταν επιλέγουμε τα χρώματα των τοίχων και της οροφής. Το ίδιο δωμάτιο βαμμένο γκρί απαιτεί διπλάσιο περίπου φωτισμό απ’ότι βαμμένο άσπρο.

Από την άλλη μεριά ανάλογα με την υφή και την στιλπνάδα της επιφάνειας διακρίνουμε 4 ειδών αντανακλάσεις

Η ιδιότητα της ανάκλασης είναι πολύ σημαντική στην κατασκευή των ανακλαστήρων και των αντιθαμβωτικών αξεσσουάρ των φωτιστικών σωμάτων, και κατ’ επέκταση στην επιλογή τους
στο φωτιστικό σχήμα ενός χώρου, όπως επίσης και στην επιλογή του είδους των επίπλων, της γυαλάδας της βαφής των τοίχων κλπ. 

Σύμφωνα με το Βρετανικό πρότυπο EN 12464-1, οι ανακλαστικότητες
των επιφανειών ενός δωματίου πρέπει να κυμαίνονται:

στην οροφή 0,6 - 0,9
στους τοίχους 0,3 – 0,8
στην επιφάνεια εργασίας 0,2 – 0,6 
στο δάπεδο 0,1 – 0,5