Актуальность разработки автоматизированной методики оценки соответствия излучения светодиодных источников света для применения в системах квазиестественного освещения

В статье рассмотрены основные аспекты характерные для источников света применимых в перспективе для создания системы освещения имитирующей естественное. Поднимается вопрос о способах оценки возможности достижения светодиодными источниками света спектральных характеристик, приближенных к естественном эталонам. Проводится анализ популярных программных комплексов светотехнического моделирования на возможность проведения указанной оценки. В заключительной части статьи приводятся заключение о целесообразности разработки специализированного программного средства для автоматизированной оценки соответствия излучения светодиодных источников света для применения в системах квазиестественного освещения, в условиях как совмещенного, так и исключительно искусственного освещения.

Ключевые слова: автоматизированная оценка, спектральная характеристика, СИД, квазиестественное освещение, излучение.

Введение. Стремительное развитие технического прогресса в индустриальную и постиндустриальные эпохи обусловило тенденцию к значительному увеличению доли антропогенного воздействия на окружающую природу. Таким образом, современный человек больше чем три четверти суток проводит в искусственно созданном окружении (закрытых пространствах) [1]. Как следствие из этого существенную часть суток человек, находится в условиях рукотворного освещения (искусственного ли совмещенного). Одной из базовых качественных характеристик излучения естественных и искусственных источников света (ИС) является его спектральная характеристика (СХ) В настоящее время при нормировании параметров освещения в помещения жилых, общественных и производственных зданий нормируется СХ источников света участвует лишь опосредованно, как определяющей базис для цветовой температуры и индекса цветопередачи источников света [2]. Таким образом в полной мере не учитываются условия динамической смены СХ естественного освещения в течении дня, не учитывается рассогласование искусственной и естественной составляющих совмещенного освещения, а также не визуальное воздействие источников света на циркадные ритмы человека [3]. Также важным фактором, влияющим на здоровье человека, является возможное снижение степени инсоляции помещений относительно расчетной, вызванное различными факторами. Таким образом, современные условия освещения в городской среде потенциально могут оказывать негативное воздействие на организм человека в связи с денатурализацией освещения [4; C. 886–901]. Одним из направлений научно-технической деятельности призванных решить данную проблему являются работы в области исследования и разработки систем, имитирующих естественное освещение (систем квази-естественного освещения).

Концепция квази-естественного освещая. В ходе результате совместной работы автора статья и коллектива кафедры электротехники и электропривода МГСУ над концепцией автоматически управляемого светодиодного освещения [5], была выдвинута гипотеза о применимости данных систем для имитации естественного освещения. Указанная концепция, по сути является направлением в области разработки систем интеллектуального освещения адаптированную для максимально возможной имитация СХ источников света, а также имитации атмосферных эффектов [6]. При этом концепция имеет два направления развития, отличающиеся в зависимости от начальных условий окружающей среды, а именно имитацию естественного освещения в условиях полной изоляции от естественных источников света, и имитацию в условиях совмещенного освещения [7]. Каждое из направлений имеет несколько различные критерии оценки источников света, в обобщенном виде схему организации концепции показана на рисунке 1, в данном случае рассмотрена возможность как в условии длительного отсутствия естественного освещения (например, «полярная ночь), так и в условиях совмещенного освещения.

Рис. 1. Условная схема организации квазиестественного освещения

В общем виде концепция предусматривает несколько компонентов:

1.         Интерфейсы коммуникации, питания и д. р. Способ реализации интерфейсов определяется конкретно для каждого применения системы;

2.         Система контроля и управления в которую входят: измерительное оборудование (датчики, спектрометр), блок приема и управления, при необходимости другие средства вычислительной техники;

3.         Естественное освещение и светозащитные приспособления;

4.         Источники света с функциями широкого управления СХ в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасных диапазонах.

5.         Система имитации атмосферных явлений (проекционное оборудование);

В рамках данной статьи будут рассмотрены источники света, с точки зрения возможности изменения их СХ для соответствия естественным эталонам освещения.

Автоматизированная оценка ИС на соответствие принципам концепции. Для обеспечения широкого применения концепции квази-естественного освещения, необходимо обеспечить возможность применения максимально возможной номенклатуры управляемых источников освещения. Таким образом, перед инженером по эксплуатации или проектированию встаёт вопрос оценки возможности применения тех или иных источников света для имитации естественного освещения. Учитывая динамичность естественного освещения, возникает необходимость сравнительного анализа источников света в режимах имитации нескольких ключевых СХ естественного эталона [8]. Следует отметить, что при наличии широко номенклатуры источников света и различных естественных эталонов характерных для определённых условий местности и времени, процесс ручного анализа может быть весьма затруднительным. При этом ввиду отсутствия существенной востребованности указанной выше концепции в настоящий момент распространенные комплексы для светотехнических расчетов и/или моделирования (Dialux, Relux, 3Ds Max), не имеют функционала для оценки источников света на идентичность естественным эталонам. Так например, наиболее распространённые в профессиональной среди программные комплексы для светотехнических расчетов и визуализации Dialux (Dialux Evo), Relux, имеют возможность учета и корректировки спектральных характеристик источников света (рисунок 2), однако ввиду недостаточной проработки аспектов спектральных характеристик естественного освещения и механизмов анализа СХ искусственных источников данные программные комплексы нецелесообразно использовать в качестве доступного инструмента для оперативной оценки возможности применения источников света на базе СИД в системах квази-естественного освещения.

Рис. 2. Пример манипулирования спектральными характеристиками источников света. Рис. А — в ReluxPro –(версия 2014.2.0.3); Рис. Б — в Dialux Evo (версия 5.4.0.22872)

На основании выше сказанного можно сделать вывод, что в целях более широко внедрения систем освещения имитирующих естественное, необходима разработка соответствующих инструментов, позволяющих облегчить труд инженеров проектирующих и эксплуатирующих организаций. В предполагаемой программном комплексе необходимо учесть следующие функции:

1.         Ведение базы данных ключевых характеристик, типовых и часто применяемых искусственных и естественных источников света.

2.         Автоматизированную оценку источника света на соответствие естественному эталону, с точки зрения основных и дополнительных критериев.

3.         Возможность импорта и экспорта данных в программу

Заключение. Несмотря на то, что в силу сложившихся экономических условий в настоящее время разработка автоматизированной методики оценки соответствия излучения светодиодных источников света для применения в системах квази-естественного освещения, не будет широко востребована сообществом специалистов в области светотехники, разработка указанного программного комплекса является инструментом косвенного продвижения и популяризации интеллектуальных систем освещения имитирующих естественное. Также применение данной автоматизированной методики позволит упростить оценку ИС в рамках проведения исследовательских работ по разработке и актуализации концепции квази-естественного освещения. Таким образом, создание указанной программы для ЭВМ является перспективной задачей, потенциально востребованной в обозримом будущем, при условии дальнейшего развития систем освещения в направлении имитации естественной световой среды.

Литература:

1.        Ноженко В. Ю. О целесообразности использования комнатных растений в учебных и научных лабораториях. / В. Ю. Ноженко, Л. Г. Бойко, Г. Г. Юдина // Інженерні та освітні технології в електротехнічних і комп’ютерних системах. — 2013. — № 2. — С. 103–111.

2.        СП 52.13330.2011 Естественное и искусственное освещение. Актуализированная редакция СНиП 23–05–95*. М.: Минрегион России, — 2011.

3.        Ронки Л. Р. Тёплый и холодный свет и тонкая структура циркадности. / Л. Р. Ронки // СВЕТОТЕХНИКА. — 2014. — № 3. — С. 24–29.

4.        Айзенберг Ю. Б. Справочная книга по светотехнике. / Ю. Б. Айзенберг. — Справочная книга по светотехнике / под ред. Ю. Б. Айзенберга. М.: Знак, — 2006. — 972 с.

5.        Ульянов Р. С. Концепция системы освещения помещений с автоматическим управлением на базе светодиодов. / Р. С. Ульянов, В.А Завьялов // Молодой ученый. — 2013. — № 3. — С. 108–111.

6.        Беккер Ю. Л. Актуальность и перспективы концепции квази-естественного освещения / Ю. Л. Беккер, В. А. Завьялов, Р. С. Ульянов, И. А. Шиколенко // Естественные и технические науки — 2015 — № 5 — С. 143–145

7.        Беккер Ю. Л. Выявление ключевых аспектов системы совмещенного освещения с позиции соответствия концепции квази-естественного освещения / Ю. Л. Беккер, В. А. Завьялов, Р. С. Ульянов, И. А. Шиколенко // Естественные и технические науки — 2015 — № 5 — С.149–151

8.        Беккер Ю. Л. Анализ целесообразности применения источника света на основе СИД двух оттенков белого света, в системах имитирующих естественное освещение / Ю. Л. Беккер, В. А. Завьялов, Р. С. Ульянов, И. А. Шиколенко // Естественные и технические науки — 2015 — № 5 — С.146–148