Modelování světelného toku vyzařovaného do horního poloprostoru vlivem osvětlovacích soustav venkovního osvětlení

Petr Běčák

Doctoral thesis

Modeling of the luminous flux radiated to the upper hemisphere due to outdoor lighting systems

Abstract:

Disertační práce se zabývá problematikou rušivého světla z pohledu modelování velkých celků s venkovními osvětlovacími soustavami. Cílem práce je verifikovat různé zdroje rušivého světla, podílející se na „světelném znečištění“ ve venkovních prostorech na základě jejich kvantifikace. Tzn. množství světelného toku vyzařovaného do horního poloprostoru z těchto soustav venkovního osvětlení. Tyto světelné zdroje jsou implementovány do softwarového goniofotometru ve výpočetním programu Wils - Building Design. Ve spolupráci VŠB-TU Ostrava s firmou Astra MS Software byl vyvinut softwarový goniofotometr, který umožňuje vložení sítě výpočetních bodů ve tvaru koule s výpočetními body zobrazujícími normálové osvětlenosti ve směru do středu koule. Pro správnou funkci softwarového goniofotometru je nutné stanovení okrajových podmínek, které nekorespondují se standardními světelné-technickými výpočty. Softwarový goniofotometr umožňuje stanovit nejen přímou složku vyzařovanou do horního poloprostoru, ale také přímou i odraženou s využitím odrazných ploch respektující Lambertovy plochy. V práci uvádím detailní postup od stanovení zdroje rušivého světla, získání vstupních výpočetních dat potřebných pro kvantifikaci rušivého světla, až po stanovení výsledného světelného toku generovaného do horního poloprostoru. To vše za pomocí vytvořené metodiky pro modelování vyzařování světelných zdrojů, mezi které patří reklamní plochy a okna za předpokladu difuzního záření těchto zdrojů. Modelování vyzařování velkých celků, mezi které patří čtvrti či celá města, venkovní pracovní prostory a sportoviště, je provedeno pomocí navržené metodiky v softwarovém goniofotometru. Výsledkem práce je srovnání chování různých velkých světelných zdrojů záření v nočním venkovním prostoru z pohledu kvantity, směrovosti a to jak v čase, tak v prostoru.

Abstract:

The PhD thesis deals with the issue of the obtrusive light from the point of view of modeling large units with outdoor lighting systems. The aim of this work is to verify the various sources of the obtrusive light involved in "light pollution" in outdoor areas based on their quantification. That is the amount of luminous flux radiated to the upper hemisphere from these outdoor lighting systems. These light sources are implemented into the software goniophotometer in the computer program Wils - Building Design. The software goniophotometer was developed in cooperation with VŠB-TU Ostrava and the company Astra MS Software. It allows insert computational points network in the shape of a sphere with computational points showing normal illumination in the direction to the center of the sphere. For the correct function of the software goniophotometer, it is necessary to determine the boundary conditions that do not correspond to standard lighting-technical calculations. The software goniophotometer makes it possible to determine not only the direct part of the luminous flux radiated into the upper hemisphere, but also direct and reflected part using reflecting surfaces respecting the Lambert surfaces. In this work I present a detailed procedure from the determination of the source of the obtrusive light, obtaining the input computational data needed for the quantification of the obtrusive light, to the determination of the total luminous flux radiated to the upper hemisphere. All of this with the developed methodology for modeling the radiation of light sources, which include advertising areas and windows under the assumption of diffuse radiation of these sources. Modeling of radiation of large units, including districts or entire cities, outdoor workspaces, is performed using the proposed methodology in the software goniophotometer. The result of the PhD thesis is a comparison of the behavior of various large light sources in the night outdoor space in terms of quantity, directionality, both in time and space.

Keywords

rušivé světlo, softwarový goniofotometr, vyzařovací charakteristiky, veřejné osvětlení, billboardy, okna, světlomety automobilů, světelný tok, jas, vyzařování, horní poloprostor

Keywords

obtrusive light, software goniophotometer, luminous intensity distribution curves, public lighting, billboards, windows, car´s headlamps, luminous flux, luminance, radiation, upper hemisphere

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 28. 2. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 31. 5. 2023
• Supervisor: Tomáš Novák
• Reader: Dionýz Gašparovský, Michal Vik, Jiří Plch

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta elektrotechniky a informatiky

Doctoral programme / field:
Elektrotechnika / Elektroenergetika