Кривая силы света в светотехнике¶

Кривая силы света (КСС) — графическое представление зависимости силы света источника или светильника от направления в пространстве. Является одной из основных фотометрических характеристик в светотехнике, используемой для расчёта освещённости, выбора осветительных приборов и проектирования осветительных установок. КСС строится в полярной или прямоугольной системе координат и определяет, как световой поток распределяется в различных направлениях от источника.

¶Характеристики и способы представления

КСС отражает распределение силы света \( I \) (в канделах, кд) в одной или нескольких плоскостях, проходящих через оптическую ось светильника. Для осесимметричных источников достаточно одной кривой, для линейных и асимметричных — нескольких (обычно в продольной и поперечной плоскостях).

Основные способы графического отображения:

• Полярные координаты — наиболее распространённый вид. Сила света откладывается как радиус-вектор от центра (полюса), соответствующего источнику. Угол измеряется от оси симметрии или от вертикальной оси.
• Прямоугольные координаты — применяются для узконаправленных и прожекторных светильников, где углы малы, а значения силы света велики. По оси абсцисс откладывается угол, по оси ординат — сила света.

Для оценки формы КСС вводится коэффициент формы \( K \), равный отношению максимальной силы света \( I_{max} \) к средней силе света \( I_{ср} \) в пределах рабочего телесного угла. По этому коэффициенту светильники относят к одному из семи стандартных типов (по классификации МКО — Международной комиссии по освещению).

¶Классификация типов КСС

Согласно отечественным нормам (ГОСТ Р 55703-2013) и рекомендациям МКО, светильники классифицируются по типу кривой силы света в нижней полусфере. Класс определяется зоной направлений, в которой сосредоточена максимальная сила света:

• Кривая типа К (концентрированная) — \( I_{max} \) расположена в зоне углов 0–15° от вертикальной оси. Применяется для освещения высоких помещений, спортивных арен, сценических площадок.
• Глубокая (Г) — максимум в зоне 0–30°. Используется для освещения дорог, промышленных цехов.
• Косинусная (Д) — сила света изменяется по закону, близкому к косинусу угла; максимум приходится на направление вниз (0°). Характерна для большинства светильников общего освещения административных и жилых зданий.
• Полуширокая (Л) — максимум в зоне 35–55°. Применяется для освещения улиц, площадей, витрин.
• Широкая (Ш) — максимум в зоне 55–85°. Используется для освещения низких помещений, рекламных конструкций.
• Равномерная (М) — сила света практически одинакова во всех направлениях нижней полусферы. Встречается у светильников с молочными или опаловыми рассеивателями.

Для светильников, излучающих в верхнюю полусферу, дополнительно выделяют типы по аналогичному принципу (например, концентрированная верхняя, широкая верхняя и т.д.). Светораспределение в верхнюю полусферу учитывается при расчёте отражённой составляющей освещённости.

¶Методы измерения

Измерение КСС проводится в фотометрических лабораториях с использованием гониофотометров. Прибор автоматически поворачивает светильник вокруг одной или двух осей, а фотометрическая головка фиксирует силу света под разными углами. Результаты измерений представляются в виде таблиц или графиков.

Существуют два основных метода:

• Абсолютный — измеряется непосредственно сила света в канделах.
• Относительный — измеряется распределение в относительных единицах (в долях от максимального значения), после чего кривая нормируется на световой поток или заданную силу света.

В последние десятилетия для расчёта КСС широко применяются компьютерные программы (Dialux, Relux, Light-in-Night), которые используют файлы фотометрических данных в форматах IES (Illuminating Engineering Society) или LDT (EULUMDAT). Эти файлы содержат оцифрованную КСС и используются для моделирования освещения.

¶Практическое значение

КСС является ключевым параметром при проектировании освещения. По ней определяют:

• расстояние между светильниками для обеспечения равномерности освещения;
• высоту подвеса, исключающую слепящее действие;
• возможность использования светильника для конкретного типа помещения или объекта;
• коэффициент использования светового потока.

Например, для освещения офисов применяют светильники с косинусной КСС, обеспечивающей комфортное распределение яркости. Для магистралей и тоннелей — с глубокой или полуширокой, чтобы минимизировать потери света и снизить ослеплённость водителей. Для архитектурной подсветки — с концентрированной или узкой КСС.

Кривая силы света также учитывается при нормировании показателей ослеплённости и дискомфорта: форма КСС напрямую влияет на значение защитного угла светильника и распределение яркости в поле зрения наблюдателя.

¶Интересные факты

• Впервые графическое представление распределения силы света применил французский физик Жюль Виоль в конце XIX века для характеристики уличных фонарей.
• Для светодиодных матриц КСС часто имеет несимметричную форму из-за конструктивных особенностей линз и отражателей, что требует индивидуального подхода к проектированию оптики.
• В авиационной светотехнике КСС прожекторов нормируется с точностью до долей градуса, так как ошибка в направлении луча может привести к аварийной ситуации.

¶Источники

• ГОСТ Р 55703-2013 «Светильники электрические. Методы измерений фотометрических характеристик».
• Справочная книга по светотехнике / под ред. Ю. Б. Айзенберга. — М.: Знак, 2006.
• МКО (CIE). Публикация CIE 121-1996 «The Photometry and Goniophotometry of Luminaires».