Világítástechnika

A fény egyenesen terjed...

Ameddig nem szóródik a légkörben, vagy nem ütközik valamilyen tárgyba vagy a talajba, a fény egyenesen halad. Ennek a nyilvánvaló ténynek egy egyszerű következménye, hogy az a fény, ami nem a megvilágítandó felület irányába halad, valahol máshol jelenik meg - akár zavarást, kárt okozva. Ennek e ténynek a triviális következménye, hogy a fényszennyezés leküzdésének az egyik legfontosabb eleme, hogy a fényforrások ernyőzöttek legyenek, a szükségtelen (és így káros) irányba menő fényeket kiszűrjék. Az árnyékolók a lámpatest részei lehetnek, ennek megfelelően nem drágítják meg a lámpatesteket. Ez egy nagyon egyszerű recept: ha a horizont síkja fölé nem távozik fény, akkor nem csak az égbolt háttérfényessége nem növekszik meg számottevően, de a káprázást, felesleges ragyogást is csökkenthetjük így. Nagyon sok jól tervezett és kivitelezett fényforrással találkozunk, de napjainkban is telepítenek olyanokat, amelyek az előbbi egyszerű szabályt durván megszegik. A jobb oldali képsorozat szemlélteti ezt az egyszerű tényt: minél irányítottabban oda jut a fény, ahol arra szükség van, annál inkább megőrizzük az éjszakai égbolt állapotát is. A LED-es lámpatestek szerencsére már nagyon jól irányított fényt adnak - ha megfelelően tervezik és telepítik a világítást ez a probléma már eltűnik. Meg kell jegyeznünk, hogy a horizont közeli irányba távozó fény az, ami a legkárosabb a csillagos égbolt megőrzése szempontjából. Míg a függőlegesen felfelé irányuló fény jó része eltávozik a levegőn keresztül, a horizont síkja fölé 10 fokos irányba távozó sugarak 5,6 szeres utat tesznek meg az atmoszférában mint a felfelé távozók. Ennek megfelelően sokkal több fény szóródik vissza földfelszín irányába, növelve az éjszakai égbolt fénysűrűségét. A vízszintesen távozó fény 3-4-szer nagyobb szennyezést okoz, mint a függőlegesen távozó. Vannak olyan lámpatestek, amelyek minden irányba világítanak, de a többségük fölfelé ernyőzött. A fényszennyezés elleni csata a vízszintes irányhoz képest 5-10 fokos irányba kibocsátott fény mennyiségén illetve az azt megszüntető árnyékolókon dől el! Ennek megfelelően a legtöbb már érvényben lévő fényszennyezés elleni rendelet az ernyőzött lámpatestek kizárólagos használatát írja elő. Ettől csak kivételes esetekben lehet eltérni. Sokszor esztétikai megfontolásokkal indokolják a nem ernyőzött lámpatestek használatát. Azt hiszem, nem kell magyarázni, hogy egy szakszerűen, az előzőek figyelembevételével tervezett fényforrás is esztétikussá tervezhető. Ellenpéldaként említhetjük azt a gömblámpát, aminek az alján a kosz összegyűlt (karbantartás hiánya miatt). Szépnek semmiképpen nem mondható látvány, s ráadásul itt a fény jelentés része csak felfelé tud távozni!

Az, hogy mennyire jól ernyőzött egy lámpatest, számszerűen is megadható. A lámpatestből távozó teljes fényteljesítményhez, azaz fényáramhoz képest megadható, hogy mekkora arányban távozik fényáram a felső térfélbe, azaz a horizont síkja fölé. A mérőszám neve: felső térfélbe jutó fényáramhányad, az angol elnevezés alapján (upward light output ratio) a rövidítése ULOR. Tehát az ULOR megmutatja a világítótestből a horizont síkja fölé távozó fényáramot a berendezés teljes fényáramához képest. Az ernyőzöttség szempontjából akkor beszélhetünk csak fényszennyezésmentes megoldásról, ha az ULOR értéke nulla. Hiába megfelelő a lámpatest, ha azt nem megfelelően, pl. ferdén telepítik akkor megint csak megszökik a fény nem megfelelő irányba is. A jobboldali ábrasor felső két lámpájánál az ULOR=0, de az alsó gömblámpánál meghaladja az 50%-ot (ULOR>0.5).

Habár Magyarországon nem felel meg az építési szabályozásnak, még mindig sok olyan járdába épített fényvetőt telepítenek, amik kizárólag felfelé világítanak, elsősorban díszvilágítási megoldásokhoz. Ebben az esetben az ULOR értéke természetesen 100%. Csak az csökkentheti a felső térfélbe jutó teljes fényáramot, ha valami a fény útjában van. A megvalósult, járdasíkba épített fényvetők esetében a fény kizárólag a horizont síkja fölé vetül, a fényáram jelentős része nem jut a megvilágítandó felületre, hanem szétszóródik a térben. Ezekkel az eszközökkel gyakorlatilag elérhetetlen az a kritérium, hogy ne világítsunk a horizont fölé. A járda vagy a talaj síkjából fény egyedül fölfelé, azaz a horizont fölé irányulhat. Ez optikai, geometriai tény. Elvileg valamit javíthat ezen a problémát az, ha valami elállja a fény útját, még mielőtt az égbolt felé távozna. De az esetek jó részében jóformán csak az arra járók, egy-egy cipőtalp az ami időszakosan ernyőzi a fényt. De azokban az esetekben, amikor tereptárgyat vagy épületet világítanak meg ezzel az eszközzel, akkor sem igazán találkoztunk olyan megvalósult elrendezéssel, amikor a fény jelentős része ne lenne fényszennyező. A fény egyenes vonalban terjed, ez ellen nem, tehetünk.

A mesterséges fények színe

A manapság használt fehér fényű LED-ek igazából egy kék színben sugárzó félvezető eszközből állnak, amelyet a kibocsátott fotonok egy részének energiáját narancssárga fénnyé alakító foszforréteg egészít ki. A két színt együttesen fehérnek látjuk – arányuk határozza meg, hogy hideg vagy meleg fénynek érzékeljük a keveréket. Meglepő eredményre jutunk, ha összehasonlítjuk, hogy éjszakai üzemmódban hogyan érzékeli szemünk az eltérő világítást. Hogyan látjuk egy város fénykupoláját, ha a településen belül azonos módon és mértékben világítunk nátriumlámpával és egy közepes árnyalatú fehér LED-del? A pálcikák számára a LED kékes komponense sokkal erősebb ingert jelent, mint a nátriumlámpa narancsos sugárzása. A különbség akár háromszoros is lehet. Az égbolt fénylésének háromszoros növekedése drasztikus hatással lehet a Tejút láthatóságára. Szerencsére ilyen drasztikus romlással nem találkoztunk az itthoni rekonstrukciók folyamán, de ez annak a következménye, hogy a nátriumlámpás lámpatestek általában geometriailag rosszabbak voltak, mint az őket váltó új berendezések. A régi lámpatestek lényegesen több fényt sugároznak az égbolt irányába, közvetlenül a horizont síkja fölé. Ehhez képest a LED világítás egyik fő előnye a jó irányíthatóság, de a fényforrástól függetlenül is az újabb lámpatestekre általában is igaz, hogy jobbak ebből a szempontból, a fény ténylegesen csak oda jut, ahol szükség van rá. Ami rossz volt a régi világításban, azt pontosan akkora mértékben korrigálta az új rendszer, mint amennyire rosszabb lett amiatt, hogy megváltozott a fény színe. A két hatás nagyjából kiegyensúlyozta egymást, így a fényszennyezés szempontjából nem történt nagy változás. Az emberi szem szempontjából talán kicsit javult is a helyzet, de ez valószínűleg nem mondható el a rovarok fénycsapdázása kapcsán. Ha a környezetvédelmi szempontokat figyelembe vennénk, akkor a meleg fehér, ahol lehetséges a sárgás tónusú világítást kellene előtérbe helyezni. A világítás színét a színhőmérséklettel szokták jellemezni. Érdemes megtanulnunk ezt a fogalmat, mert a háztartásban használatos fényforrásoknál is megadják jó esetben ezt az értéket. Egy forró test színe jó közelítéssel megadható az anyag hőmérsékletével. A Nap felszíne kb. 5800 K hőmérsékletű – általában ennek megfelelően definiáljuk a fehéret. De az emberi látás egy bizonyos határon belül alkalmazkodni tud a megvilágító fény színéhez, ennek megfelelően meleg vagy hideg fehérként jellemzünk pl. egy 3000 K és egy 6500 K színhőmérsékletű fényforrást. A nagyobb érték hidegebb, a kisebb pedig melegebb fehéret jelent. A színhőmérséklet fogalma persze ennél összetettebb, mert a modern fényforrások nem az anyaguk hevítésével érik el a fénykibocsátást. Ennek ellenére a színhőmérséklet ebben az esetben is jó közelítéssel meghatározható.

A nemzetközi tendencia ma már az, hogy csak a meleg fehér fényforrásokat tekintik környezetbarátnak. A Nemzetközi Csillagos Égbolt Társaság – amely a csillagoségbolt-parkokat is minősíti – 3000 K-ben határozta meg azt a felső határt, ami még megfelel a fényszennyezéstől mentes lámpatesteknek adható védjegyüknek. Örömteli, hogy 2015 májusában elfogadták Budapest Világítási Mestertervét, amely a főváros egy jelentős részén ugyanezt a 3000 K-es felső határt határozza meg. Városképi szempontból is nagyon fontos a világítás színe: a régi épületekhez sokkal inkább illeszkedik a sárgás tónus, mint a hideg fény. Fontos lenne, ha több város is figyelembe venné a világítási felújításoknál, hogy az alacsonyabb színhőmérséklet sokkal inkább kedvező a fényszennyezés szempontjából. Különösen a védett természeti területek és csillagoségbolt-parkok közelében lenne ez fontos.

A fehér LED-ek első generációinál még nagyobb energia-megtakarítást lehetett elérni a hideg fehér fényűekkel, mit a melegebb tónusúakkal. A tendencia az, hogy eltűnik ez a különbség. Várhatóan a kifejezetten sárgás fényű LED-ekkel is hasonló hatásfok érhető el a közeljövőben. Így minden szempontból célszerű lenne a melegebb fényű, és így kevésbé zavaró világítás használata. Az eltérést jól alátámasztja az eddigi mérésekre és modellszámításokra alapozott eredményünk. Ha a jelenleg jellemző nátriumlámpás világítást (aminek színhőmérséklete 2000 K alatti) a jellemzően alkalmazott 4200–4500 K-es színhőmérsékletű LED-ekkel cseréljük le, akkor a már említett kettős hatás miatt jó esetben a korábbi szinten marad a fényszennyezés. Ha ehelyett a kedvezőbb, 3000K-es lámpákat telepítenék, akkor a város fénykupolájának a fényessége a korábbihoz képest felére csökkenne. Sajnos többnyire nem ezt a lehetőséget választják, így az új berendezések elavulásáig várnunk kell az újabb lehetőségre. Most ezt elmulasztottuk...

Vannak azonban követendő példák is. Már léteznek olyan kék LED-re alapozott fényforrások, ahol a kékben sugárzott energiát szinte teljes egészében a narancsos borostyánsárga tartományba alakítja a rajta lévő foszfor bevonat. Ezeknek a LED-eknek az az elényük egy közönséges sárgás LED-hez képest, hogy nem csak egy keskeny, hanem egy szélesebb spektrális tartományban sugároznak, ezért segítenek a színek érzékelésében (ha csak egy adott hullámhosszon sugároz egy fényforrás, akkor minden tárgy csak az az egy színt tudja visszaverni, minden azonos színű lesz). Az ilyen eszközökkel megvalósított közvilágítás meleg, barátságos fényt ad. A baloldali fányképen bemutatott utcán is ilyen fényforrást alkalmaztak (egy katalóniai kisvároskában).