Φωτισμός

Ο φωτισμός είναι η σκόπιμη χρήση του φωτός για την επίτευξη πρακτικών ή αισθητικών αποτελεσμάτων. Ο φωτισμός περιλαμβάνει τη χρήση τεχνητών πηγών φωτός, όπως λαμπτήρων και φωτιστικών, καθώς και φυσικού φωτισμού συλλαμβανομένου του φωτός της ημέρας. Ο ημερήσιος φωτισμός (χρησιμοποιώντας παράθυρα ή φεγγίτες) χρησιμοποιείται μερικές φορές ως η κύρια πηγή φωτός κατά τη διάρκεια της ημέρας στα κτίρια. Αυτό μπορεί να εξοικονομήσει ενέργεια αντί της χρήσης τεχνητού φωτισμού, ο οποίος αντιπροσωπεύει σημαντικό τμήμα της κατανάλωσης ενέργειας στα κτίρια. Ο σωστός φωτισμός μπορεί να βελτιώσει την απόδοση της εργασίας, να βελτιώσει την εμφάνιση μιας περιοχής ή να έχει θετικές ψυχολογικές επιπτώσεις. Ο εσωτερικός φωτισμός επιτυγχάνεται συνήθως με τη χρήση φωτιστικών και αποτελεί βασικό μέρος της εσωτερικής διακόσμησης. Ο φωτισμός μπορεί επίσης να είναι ένα εγγενές στοιχείο της αρχιτεκτονικής τοπίου.

 Με την ανακάλυψη της φωτιάς, η αρχαιότερη μορφή τεχνητού φωτισμού που χρησιμοποιήθηκε για να φωτίσει μια περιοχή ήταν οι φωτιές ή οι πυρσοί. Ήδη πριν από 400.000 χρόνια, είχε ανάψει φωτιά στις σπηλιές του Πεκίνου. Οι προϊστορικοί άνθρωποι χρησιμοποιούσαν πρωτόγονους λαμπτήρες λαδιού για να φωτίσουν το περιβάλλον. Αυτοί οι λαμπτήρες κατασκευάζονταν από φυσικά υλικά όπως πέτρες, κοχύλια, κέρατα και πέτρες, ήταν γεμάτοι με λίπος και είχαν ένα φυτίλι ινών. Οι λαμπτήρες συνήθως χρησιμοποιούν ζωικά ή φυτικά λίπη ως καύσιμο. Εκατοντάδες από αυτούς τους λαμπτήρες (κούφιες επεξεργασμένες πέτρες) έχουν βρεθεί στα σπήλαια Λασκώ στη σύγχρονη Γαλλία, που χρονολογούνται πριν από περίπου 15.000 χρόνια. Λιπαρά ζώα (πουλιά και ψάρια) χρησιμοποιήθηκαν επίσης ως λυχνάρια μετά από κλωστή με φυτίλι. Οι πυγολαμπίδες έχουν χρησιμοποιηθεί ως πηγές φωτισμού. Επινοήθηκαν επίσης κεριά και λάμπες από γυαλί και κεραμική. Οι πολυέλαιοι ήταν μια πρώιμη μορφή «φωτιστικού». Σημαντική μείωση στο κόστος του φωτισμού σημειώθηκε με την ανακάλυψη του ελαίου φαλαινών. Η χρήση ελαίου φαλαινών μειώθηκε αφότου ο Αβραάμ Γκέσνερ, ένας Καναδός γεωλόγος, διύλισε για πρώτη φορά κηροζίνη τη δεκαετία του 1840, επιτρέποντας την παραγωγή φωτεινότερου φωτός με σημαντικά χαμηλότερο κόστος. Στη δεκαετία του 1850, η τιμή του ελαίου φαλαινών αυξήθηκε δραματικά (υπερδιπλασιάστηκε από το 1848 έως το 1856) λόγω των ελλείψεων διαθέσιμων φαλαινών, επιταχύνοντας την πτώση του φαλαινοέλαιου. Μέχρι το 1860, υπήρχαν 33 εργοστάσια κηροζίνης στις Ηνωμένες Πολιτείες και οι Αμερικανοί ξόδευαν περισσότερα για αέριο και κηροζίνη παρά για έλαιο φαλαινών. Η βιομηχανία λαδιού από φάλαινες δέχθηκε το σφοδρότερο πλήγμα το 1859, όταν ανακαλύφθηκε το αργό πετρέλαιο και εμφανίστηκε η βιομηχανία πετρελαίου. Το φωταέριο ήταν αρκετά οικονομικό για τη χρήση σε φώτα των δρόμων στις μεγάλες πόλεις από τις αρχές του 1800 και χρησιμοποιήθηκε επίσης σε ορισμένα εμπορικά κτίρια και σε σπίτια πλούσιων ανθρώπων. Ο μανδύας αερίου ενίσχυσε τη φωτεινότητα του βοηθητικού φωτισμού και των φαναριών κηροζίνης. Η επόμενη σημαντική πτώση της τιμής σημειώθηκε τη δεκαετία του 1880 με την εισαγωγή του ηλεκτρικού φωτισμού με τη μορφή λαμπτήρων τόξου για μεγάλους χώρους και φωτισμό δρόμων, ακολουθούμενοι από τους λαμπτήρες πυρακτώσεως για φωτισμό εσωτερικού και εξωτερικού χώρου.Με τον καιρό, ο ηλεκτρικός φωτισμός έγινε πανταχού παρών στις ανεπτυγμένες χώρες. Τα τμηματικά μοτίβα ύπνου εξαφανίστηκαν, ο βελτιωμένος νυχτερινός φωτισμός κατέστησε δυνατές περισσότερες δραστηριότητες τη νύχτα και τα περισσότερα φώτα του δρόμου μείωσαν την εγκληματικότητα. Τα φωτιστικά διατίθενται σε μεγάλη ποικιλία στυλ για διάφορες λειτουργίες. Οι πιο σημαντικές λειτουργίες είναι ως βάση για την πηγή φωτός, για παροχή κατευθυνόμενου φωτός και αποφυγή της έντονης λάμψης. Μερικά είναι πολύ απλά και λειτουργικά, ενώ μερικά είναι κομμάτια τέχνης από μόνα τους. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σχεδόν οποιοδήποτε υλικό, αρκεί να αντέχει την υπερβολική θερμότητα και να είναι σύμφωνο με τους κώδικες ασφαλείας. Μια σημαντική ιδιότητα των φωτιστικών είναι η φωτεινή απόδοση ή η απόδοση της πρίζας τοίχου, που σημαίνει την ποσότητα χρησιμοποιήσιμου φωτός που εκπέμπεται από το φωτιστικό ανά χρησιμοποιούμενη ενέργεια, συνήθως μετρούμενη σε λούμεν ανά watt. Ένα εξάρτημα που χρησιμοποιεί αντικαταστάσιμες πηγές φωτός μπορεί επίσης να έχει την απόδοσή του να αναφέρεται ως το ποσοστό του φωτός που περνά από τη "λάμπα" στο περιβάλλον. Όσο πιο διαφανή είναι τα φωτιστικά, τόσο μεγαλύτερη είναι η αποτελεσματικότητα. Η σκίαση του φωτός μειώνει κανονικά την αποτελεσματικότητα αλλά αυξάνει την κατευθυντικότητα και την οπτική πιθανότητα άνεσης. Η θερμοκρασία χρώματος για πηγές λευκού φωτός επηρεάζει επίσης τη χρήση τους για ορισμένες εφαρμογές. Η θερμοκρασία χρώματος μιας πηγής λευκού φωτός είναι η θερμοκρασία σε κέλβιν ενός θεωρητικού εκπομπού μαύρου σώματος που ταιριάζει περισσότερο με τα φασματικά χαρακτηριστικά του λαμπτήρα. Ένας λαμπτήρας πυρακτώσεως έχει θερμοκρασία χρώματος περίπου 2800 έως 3000 κέλβιν. Το φως της ημέρας είναι περίπου 6400 Κέλβιν. Οι λαμπτήρες χαμηλότερης θερμοκρασίας χρώματος έχουν σχετικά περισσότερη ενέργεια στο κίτρινο και κόκκινο τμήμα του ορατού φάσματος, ενώ οι υψηλές θερμοκρασίες χρώματος αντιστοιχούν σε λαμπτήρες με περισσότερο μπλε-λευκή εμφάνιση. Η μέτρηση του φωτός ή φωτομετρία γενικά αφορά την ποσότητα του χρήσιμου φωτός που πέφτει σε μια επιφάνεια και την ποσότητα του φωτός που αναδύεται από μια λάμπα ή άλλη πηγή, μαζί με τα χρώματα που μπορούν να αποδοθούν από αυτό το φως. Το ανθρώπινο μάτι αποκρίνεται διαφορετικά στο φως σε διαφορετικά μέρη του ορατού φάσματος, επομένως οι φωτομετρικές μετρήσεις πρέπει να λαμβάνουν υπόψη τη συνάρτηση φωτεινότητας κατά τη μέτρηση της ποσότητας χρήσιμου φωτός. Η βασική μονάδα μέτρησης SI είναι το κηρίο (cd), το οποίο περιγράφει τη φωτεινή ένταση, όλες οι άλλες φωτομετρικές μονάδες προέρχονται από το κηρίο. Η λαμπρότητα για παράδειγμα είναι μέτρο της πυκνότητας της φωτεινής έντασης σε μια δεδομένη κατεύθυνση. Περιγράφει την ποσότητα φωτός που διέρχεται ή εκπέμπεται από μια συγκεκριμένη περιοχή και εμπίπτει σε μια δεδομένη στερεά γωνία. Η μονάδα SI για τη φωτεινότητα είναι το κηρίο ανά τετραγωνικό μέτρο (cd/m2). Η ποσότητα του χρήσιμου φωτός που εκπέμπεται από μια πηγή ή τη φωτεινή ροή μετράται σε λούμεν (lm). Η μονάδα SI έντασης φωτισμού και φωτεινής εκπομπής, που είναι η φωτεινή ισχύς ανά περιοχή, μετράται σε Lux. Χρησιμοποιείται στη φωτομετρία ως μέτρο της έντασης, όπως γίνεται αντιληπτό από το ανθρώπινο μάτι, του φωτός που προσπίπτει ή διέρχεται από μια επιφάνεια. Είναι ανάλογο με τη ραδιομετρική μονάδα watt ανά τετραγωνικό μέτρο, αλλά με την ισχύ σε κάθε μήκος κύματος σταθμισμένη σύμφωνα με τη συνάρτηση φωτεινότητας, ένα τυποποιημένο μοντέλο ανθρώπινης οπτικής αντίληψης φωτεινότητας. Είναι πολύτιμο να παρέχεται η σωστή ένταση φωτός και φάσμα χρωμάτων για κάθε εργασία ή περιβάλλον. Διαφορετικά, η ενέργεια όχι μόνο θα μπορούσε να σπαταληθεί, αλλά ο υπερβολικός φωτισμός μπορεί να οδηγήσει σε δυσμενείς επιπτώσεις στην υγεία και τις ψυχολογικές επιπτώσεις. Πέρα από τις δαπάνες ενέργειες, είναι σημαντικό να μην υπάρχει υπερβολικός φωτισμός, καθώς δυσμενείς επιπτώσεις στην υγεία, όπως συχνότητα πονοκεφάλου, στρες και αυξημένη αρτηριακή πίεση, προκληθούν από τα υψηλότερα επίπεδα φωτισμού. Επιπλέον, η αντανάκλαση ή το υπερβολικό φως μπορεί να μειώσουν την απόδοση των εργαζομένων.Η ανάλυση της ποιότητας του φωτισμού δίνει ιδιαίτερη έμφαση στη χρήση φυσικού φωτισμού, αλλά λαμβάνει επίσης υπόψη το φασματικό περιεχόμενο εάν πρόκειται να χρησιμοποιηθεί τεχνητό φως. Όχι μόνο η μεγαλύτερη εξάρτηση από το φυσικό φως θα μειώσει την κατανάλωση ενέργειας, αλλά θα επηρεάσει ευνοϊκά την ανθρώπινη υγεία και απόδοση. Ο σχεδιασμός σχολικών εγκαταστάσεων ώστε να ενσωματώνουν τους κατάλληλους τύπους φωτός τη σωστή ώρα της ημέρας για τη σωστή διάρκεια μπορεί να βελτιώσει την απόδοση και την ευημερία των μαθητών. Ομοίως, ο σχεδιασμός συστημάτων φωτισμού που μεγιστοποιούν τη σωστή ποσότητα φωτός την κατάλληλη ώρα της ημέρας για τους ηλικιωμένους μπορεί να βοηθήσει στην ανακούφιση των συμπτωμάτων της νόσου του Αλτσχάιμερ. Ο ανθρώπινος κιρκάδιος ρυθμός συμπαρασύρεται σε ένα μοτίβο φωτός-σκότους 24 ωρών που μιμείται το φυσικό μοτίβο φωτός/σκότους της γης. Όταν αυτά τα μοτίβα διαταράσσονται, διακόπτουν τον φυσικό κιρκάδιο κύκλο. Η διαταραχή του κιρκάδιου μπορεί να οδηγήσει σε πολλά προβλήματα υγείας, όπως καρκίνο του μαστού, εποχιακή συναισθηματική διαταραχή, σύνδρομο καθυστερημένης φάσης ύπνου και άλλες παθήσεις. Οι συμπαγείς λαμπτήρες φθορισμού χρειάζονται λιγότερη ενέργεια από έναν λαμπτήρα πυρακτώσεως για την παροχή της ίδιας ποσότητας φωτός, ωστόσο περιέχουν υδράργυρο που αποτελεί κίνδυνο απόρριψης. Λόγω της ικανότητας μείωσης της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας, πολλοί οργανισμοί ενθάρρυναν την υιοθέτηση των CFL. Για μια δεδομένη απόδοση φωτός, οι CFL χρησιμοποιούν από το ένα πέμπτο έως το ένα τέταρτο της ισχύος ενός ισοδύναμου λαμπτήρα πυρακτώσεως. Σε αντίθεση με τους λαμπτήρες πυρακτώσεως, οι CFL χρειάζονται λίγο χρόνο για να ζεσταθούν και να φτάσουν σε πλήρη φωτεινότητα. Έχουν αντικατασταθεί σε μεγάλο βαθμό με τεχνολογίες LED. Οι λαμπτήρες LED παρέχουν σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας σε σχέση με τους λαμπτήρες πυρακτώσεως και τους λαμπτήρες φθορισμού. Οι λαμπτήρες LED χρησιμοποιούν μόνο 10% ενέργεια σε σύγκριση με έναν τυπικό λαμπτήρα πυρακτώσεως, όπου οι συμπαγείς λαμπτήρες φθορισμού χρησιμοποιούν 20% και οι λαμπτήρες εξοικονόμησης ενέργειας 70%. Η διάρκεια ζωής είναι επίσης πολύ μεγαλύτερη — έως 50.000 ώρες. Το μειονέκτημα όταν πρωτοκυκλοφόρησαν ήταν το αρχικό κόστος. Μέχρι το 2018, το κόστος παραγωγής μειώθηκε, η απόδοση αυξήθηκε και η κατανάλωση ενέργειας μειώθηκε. Ενώ το αρχικό κόστος των LED εξακολουθεί να είναι υψηλότερο από τους λαμπτήρες πυρακτώσεως, η εξοικονόμηση όμως είναι τέτοια που υπάρχουν πολύ λίγες περιπτώσεις που οι LED δεν είναι η πιο οικονομική επιλογή. Το διάχυτο φως από τον εξωτερικό φωτισμό μπορεί να έχει επιπτώσεις στο περιβάλλον και την ανθρώπινη υγεία. Για παράδειγμα, μια μελέτη που διεξήχθη από την Αμερικανική Ιατρική Ένωση προειδοποίησε για τη χρήση λευκών LED υψηλής περιεκτικότητας σε μπλε στον φωτισμό του δρόμου, λόγω της υψηλότερης επίδρασής τους στην ανθρώπινη υγεία και το περιβάλλον, σε σύγκριση με πηγές φωτός χαμηλής περιεκτικότητας σε μπλε (π.χ. νατρίου υψηλής πίεσης και πορτοκαλί LED για υπολογιστή). Η φωτορύπανση είναι αυξανόμενο πρόβλημα ως αντίδραση στο υπερβολικό φως που εκπέμπεται από πολλές πινακίδες, σπίτια και κτίρια. Η φωτορύπανση είναι συχνά χαμένο φως που συνεπάγεται περιττό ενεργειακό κόστος και εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα. Η φωτορύπανση περιγράφεται ως τεχνητό φως που είναι υπερβολικό ή εισχωρεί όπου δεν είναι επιθυμητό. Ο καλά σχεδιασμένος φωτισμός στέλνει φως μόνο όπου χρειάζεται χωρίς να το διασκορπίζει αλλού. Ο κακώς σχεδιασμένος φωτισμός μπορεί επίσης να θέσει σε κίνδυνο την ασφάλεια. Για παράδειγμα, η λάμψη δημιουργεί προβλήματα ασφάλειας γύρω από τα κτίρια, προκαλώντας πολύ έντονες σκιές, τυφλώνοντας προσωρινά τους περαστικούς, καθιστώντας τους ευάλωτους σε επίδοξους επιτιθέμενους. Οι αρνητικές οικολογικές επιπτώσεις του τεχνητού φωτός έχουν τεκμηριωθεί όλο και περισσότερο. Ο Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας το 2007 εξέδωσε μια έκθεση που σημείωνε τις επιπτώσεις του έντονου φωτός στη χλωρίδα και την πανίδα, τις νεογέννητες θαλάσσιες χελώνες, τους βατράχους κατά την περίοδο ζευγαρώματος και τα μεταναστευτικά μοτίβα των πτηνών. Η Αμερικανική Ιατρική Ένωση το 2012 εξέδωσε μια προειδοποίηση ότι η παρατεταμένη έκθεση στο φως τη νύχτα αυξάνει τον κίνδυνο ορισμένων μορφών καρκίνου.