Tagensbo Kirke, der danner ramme om Tagensbo Sogns kirkelige og musikalske aktiviteter, har et veludført kirkerum præget af håndværk af exceptionelt høj kvalitet. Den moderne indretning med bl.a. kirkestole af Kaare Klint med lyseblå hynder, giver i samspillet med den senere ophængte belysning, under de rette lysforhold, en eventyrligt følsom stemning hos beskueren.

.

Belysning er anvendelse af lys på steder, genstande og omgivelser. Man skelner ofte mellem belysning med dagslys og kunstlys. Vinduer anvendes fx som en kilde til dagslys i bygninger, mens gadelamper sørger for belysning, når dagslyset ikke er tilgængeligt udenfor. Belysning er en del af fundamentet for den moderne verden, da al aktivitet ellers ville være afhængig af solens skiftende placering på himlen.

Mennesket modtager hovedparten af sine sanseindtryk gennem synssansen. Det menneskelige øje opfatter den del af det elektromagnetiske spektrum, som har bølgelængder mellem 360 og 830 nanometer. Denne del af spektret indeholder de rene lysfarver. Uden for det synlige lys' grænser ligger det infrarøde lys, der påvirker os i form af varme, og det ultraviolette lys, der gør os solbrændte. For at man kan se omgivelserne, må de enten selv udsende lys eller være belyst, således at man kan opfatte det lys, de reflekterer. Belysningen kan enten komme fra dagslyset, gennem vinduer og andre bevidst skabte åbninger i bygninger og lignende, eller fra den kunstige belysning, i dagtypisk elektrisk belysning med LED, og historisk fra glødepærer, gaslys og stearinlys tilbage til fakler og bål.

Kunstig belysning omfatter i dag først og fremmest elektriske lyskilder. Formålet hermed er fx at skabe forhold, hvorunder man kan fungere selv uden tilstrækkeligt dagslys. Den kunstige belysning har fulgt med og til en vis grad også bidraget til industrialiseringen op gennem 1900-tallet. Kunstig belysning kommer almindeligvis fra et eller flere belysningsarmaturer, i daglig tale blot kaldet armaturer. En samling armaturer kaldes et belysningsanlæg.

Moderne belysningsanlæg er integreret med omgivelserne så der tages hensyn til flere af følgende faktorer: Mængden af dagslys, brugerens adfærd, brugernes behov, prisen på strøm, døgnets rytme og årets rytme mf. indgør som en del af styringen af belysningen.

Historisk udvikling

De tidligste lyskilder

Luminans måling af et fyrfadslys
Måling af luminansen fra et fyrfadslys. De falske farver viser niveauerne for luminansen målt i cd/m2 på en logaritmisk skala.
Luminans måling af et fyrfadslys
Licens: CC BY SA 3.0

Den tidligste form for kunstig belysning er bålet, der anslås at være brugt siden for omkring 1 millioner år siden. Herefter kom olielamper, talg- og vokskærter. De ældste lamper af denne art er fundet i forbindelse med hulemalerier og kan være i nærheden af 50.000 år gamle. Disse havde som stearinlyset en lysstrøm på ca. 1-10 lumen (lm) per lyskilde og en effektivitet på ca. 0,1 lumen per Watt (lm/W).

Ved opfindelsen af lampeglasset i 1765 og lysestøbning i 1786 fik udviklingen et løft, idet man opnåede lyskilder, der var dobbelt så effektive, skønt de stadig ikke var anvendelige til arbejdsbelysning. Gaslys blev første gang taget i brug omkring 1800, og fra 1850 begyndte man i enkeltstående lamper at bruge petroleum i stedet for olie. Med disse lyskilder var effektiviteten steget til ca. 0,25 lm/W.

Elektriske lyskilder

Den første elektriske lyskilde var kulbuelampen, der blev opfundet af den britiske kemiker Humphry Davy omkring 1810. Kulbuelampen var, i forhold til tidligere lyskilder, meget bedre med en effektivitet på ca. 5 lm/W. Første gang, det elektriske lys blev præsenteret i Danmark, var i 1857, da kulbuelampen blev fremvist på Christiansborg Slots ridebane som et kuriosum. Kulbuelampen blev senere anvendt som arbejdslampe i forbindelse med bygge- og anlægsarbejder i København, men fik dog sin største udbredelse som lyskilde i fabrikshaller og som gadebelysning i de større danske købstæder i 1880'erne og 1890'erne.

I 1885 introduceredes auerlyset, som var den første luminescensstråler med en effektivitet på ca. 2 lm/W. Auerlyset blev populært som gadebelysning og benyttedes helt op til vore dage på steder, hvor det var besværligt at installere elektrisk lys. I 1891 blev acetylengasbelysning, bedre kendt som karbidlamper, præsenteret. Disse lamper blev bl.a. brugt til bil- og cykellygter. Den efterfølgende udvikling er først og fremmest sket inden for den elektriske belysning.

Glødelampen

Thomas Edisons første glødelampe, kultrådslampen, blev opfundet i 1879, og med en effektivitet på ca. 2 lm/W fik man den første lyskilde, der var praktisk anvendelig, og som gav lys nok til at arbejde ved. Edisons kultrådslampe udsendte et rød/gult lys, men kultråden fordampede hurtigt og fortættedes på indersiden af den lufttomme glaskolbe. Derudover var kultrådslampen meget følsom for rystelser. For at forbedre produktet blev kultråden i 1910 erstattet af en wolframtråd med højere smeltepunkt og lavere fordampning. Effektiviteten for wolframlampen var i starten ca. 9 lm/W. I 1913 fandt man på at fylde glaskolben med en inaktiv gas (kvælstof eller argon) for at begrænse fordampningen fra glødetråden og aflejringer på kolben. Samtidig blev der lavet spiralvikling af glødetråden, således at man fik en kort tråd med stor elektrisk modstand. Effektiviteten steg nu til ca. 11 lm/W, men den blev yderligere forbedret i 1934, hvor man fremstillede den første dobbeltspiralviklede glødetråd, hvilket er det princip, der anvendes den dag i dag. Effektiviteten for glødelampen er i dag kommet op på 20 lm/W for de store typer (2000 W) med en levetid på omkring 1000 timer. Glødelampens opfindelse var startskuddet for den praktiske anvendelse af det elektriske lys, og omkring 1920 havde halvdelen af alle danske husstande elektrisk lys, heraf 80-90 % af alle husstande i byerne. Først i 1940 var endnu kun ca. 75 % af landejendommene blevet sluttet til nettet. Den største gevinst måtte dog tillægges industrien, fordi det her blev muligt at arbejde i treholdsskift. Glødelampens historie nærmer sig efter alt at dømme sit sidste kapitel.

I 2008 iværksatte Australien en plan for udfasning af den almindelige glødelampe, og i 2009 besluttede EU, at der skulle finde en total udfasning sted inden 2017. Udfasningen skyldes Kyotoprotokollen til begrænsning af CO2-udslip, hvor glødelampens ringe effektivitet og som følge deraf store energiforbrug er et oplagt sted at spare. LED-pæren er i øjeblikket den bedste erstatning af glødelampen.

Udladningslampen

De første gasudladningsrør blev opfundet i slutningen af 1800-tallet. Rørene, som var fyldt med ædelgas og udsendte lys i klare farver, fik fællesbetegnelsen neonrør. Lysudbyttet var imidlertid ringe, og lyskilden kom derfor mest til sin ret i form af neonreklamer.

Udladningsrør med metaldamp, almindeligvis kviksølv eller natrium, giver derimod et væsentlig større lysudbytte. Kviksølv udsender størstedelen af sin stråling i den ultraviolette del af spektret og kun lidt lys i den synlige del. Derfor lægges der et eller flere lag lyspulver på indersiden af lysstofrør. Dette lysstof, der giver lysstofrøret sit navn, omdanner den ultraviolette stråling til synligt lys. Ved forskellig sammensætning af pulveret kan man få lysstofrør med forskelligt farvet lys til forskellige formål. I den almindelige belysning har lysstofrør været i brug siden sidst i 1930'erne. Lysstofrør har en effektivitet på 75-90 lm/W og en levetid på ca. 18.000 timer, hvilket er væsentlig bedre og længere end glødelampen, som dog er billigere i indkøb. Samtidig er lysstofrøret den mest fornuftige lyskilde til langt de fleste belysningsopgaver.

Kompaktlysstofrør (energisparepærer), der først blev lanceret som en konkurrent til glødelampen, har nøjagtig de samme fordele og ulemper som det almindelige lysstofrør, blot en anden udformning, som gør det muligt at anvende det i langt flere armaturtyper. Med høj effektivitet og lang levetid er kompaktlysstofrøret blevet mere og mere udbredt, men det kommer aldrig til at erstatte glødelampen helt, da mange kan lide hyggen og miljøet omkring glødelampens rød-gule skær, ikke mindst i hjemmets belysning.

Frem mod år 2000 skete der store fremskridt inden for de kompakte metalhalogenlamper. Ved at øge trykket i brænderrøret og reducere dimensionerne fås en lyskilde med et meget højt lysudbytte udgående fra et lille punkt, hvilket giver mulighed for at styre lyset optimalt. Især bilindustrien har taget de små udgaver af metalhalogenlamperne til sig som lyskilder i forlygterne.

Lysdioder (LED)

Lysdioder eller LED'er er en ny type lyskilde, der egentlig er en halvlederkomponent, som udsender lys fra halvlederovergangen. De røde, gule og grønne lysdioder har været kendt siden 1970'erne. I 1994 udviklede den japansk-amerikanske elektroingeniør Shuji Nakamura den blå lysdiode, der med en coatning af fosforescerende stof kunne give hvidt lys. Der var med denne lysdiode skabt grundlag for en lyskilde, der kunne afløse glødelampen. Nakamura modtog i 2014 Nobelprisen i fysik for sin opdagelse.

LED'en er meget holdbar hvis den ikke presses ud over sin kapacitet for strøm og varme. Dette er medvirkende til at en LED kan lyse i op mod 100.000 timer uden at gå væsentligt ned i lysstøm. Effektiviteten for lysdioder, der er egnede til belysningsformål, er omkring 100 lm/W, dvs. lidt over effektiviteten for et lysstofrør. Lysdioden kræver god varmeafledning og er den eneste lyskilde, der lyser kraftigere, des koldere omgivelserne er. Det gør lysdioderne særdeles oplagte til brug udendørs og i køle- og fryserum.

Effektiviteten for LED’er til belysningsformål er omkring 100 – 150 lm/W, men under laboratorieforhold er der udviklet LED’er med den dobbelte effektivitet. I en LED-pære har soklen et indbygget kredsløb, der omdanner vekselspændingen fra elnettets 230 volt til en jævnspænding på omkring 3,6 volt. Hovedparten af LED’ens effektforbrug omdannes i dag til lys mens resten omdannes til varme i selve LEDen. Med forskellige belægninger på dioderne er det muligt at skabe et lys med en farvetemperatur på fra 6500 kelvin (kan minde om sollys) til 2500 kelvin, hvilket er det samme som hos glødelamperne. LED'en er med sit lave effektforbrug blevet en væsentlig faktor i nedsættelsen af den globale udledning af CO2.

OLED

En anden og nyere type lysdiode er Organic Light Emmitting Diode, OLED. Den væsentlige forskel fra den almindelige lysdiode er, at OLED er et halvledende polymermateriale der typisk udgør en større lysende flade, i modsætning til det meget mindre lysende punkt i lysdioden. OLEDs bruges som bagbelysning i displayteknologi. Den første egentlige OLED blev lanceret i 1987, men teknologien har haft svært ved at vinde indpas til alm. belysning. Nu arbejdes der over hele verden på universiteter og i industrien på at gøre teknologien konkurrencedygtig inden for belysning.

Fysiske størrelser og enheder

Sammenhængen mellem de forskellige lystekniske enheder kan anskueliggøres ved at betragte en enhedskugle med radius 1 m. I centrum placeres en lyskilde med en lysstyrke på 1 candela (cd), i praksis svarende til et stearinlys. Betragtes et overfladeudsnit af kuglens inderside på 1 m2, vil dette udsnit have en belysningsstyrke på 1 lux (lx). Lysstrømmen fra lyskilden i kuglens centrum til udsnittet på kuglens overflade vil være 1 lumen (lm).

.

Grundbegreber

Lysfordelingskurve for en PH-5 lampe. Kurven viser, hvor kraftigt lampen lyser i forskellige retninger. I en given retning lyser lampen med en bestemt lysstyrke, der kan aflæses på kurven. Enheden for lysfordelingskurven er cd/1000 lm.

.

Inden for belysningsteknikken benyttes fire begreber; lysstyrke, lysstrøm, belysningsstyrke og luminans. Den førstnævnte er en grundenhed i SI enhedssystemet; de tre andre er afledede SI-enheder.

  • Lysstyrke måles i candela (cd) og er et udtryk for lyskildens intensitet i en bestemt retning, således som øjet opfatter den. Et stearinlys har i vandret retning nogenlunde lysstyrken 1 cd. Lysstyrken kan beskrives ved en lysfordelingskurve, der viser, hvordan lyset fra en lyskilde (fx et armatur) fordeler sig ud i alle retninger i rummet.
  • Lysstrøm måles i lumen (lm) og er et mål for den samlede mængde lys, en lyskilde udsender. En lyskilde med lysstyrken 1 cd i alle retninger udsender en lysstrøm på 4π lm.
  • Belysningsstyrke måles i lux (lx) som antallet af lumen pr. m2. Belysningsstyrke er altså et udtryk for, hvor meget lys der rammer en given overfladeandel, hvilket er et vigtigt begreb inden for belysningsteknikken. Belysningsstyrke er altid tilknyttet en flade eller et punkt.
  • Luminans måles i candela pr. m2 (cd/m2) og beskriver "lysheden", dvs. hvor meget synlig lys der udsendes fra en belyst flade i en given retning pr. fladeelement. Luminansen afhænger af fladens egenskaber, lysets styrke og iagttagerens placering. Luminansbegrebet benyttes i forbindelse med enhver lysende flade, altså også for lyskilder og dele af belysningsarmaturer.

Effektivitet

Elektriske lyskilders effektivitet vurderes ud fra en betragtning af den udsendte lysmængde i forhold til den tilførte energi; enhed for effektivitet bliver derfor lumen/watt (lm/W). Hvis en tænkt lysgiver afgiver al sin tilførte energi som lys ved en bølgelængde på 555 nm, hvor øjet er mest følsomt, viser den sig at have en effektivitet på 680 lm/W. Hvis en tilsvarende lysgiver udsendte al sin tilførte energi som lys ved 490 nm eller 630 nm, ville den kun have en effektivitet, der var en fjerdedel så stor. Effektivitet er derfor ikke uden videre et mål for lyskildens "godhed".

Teoretiske beregninger viser, at sollysets effektivitet er ca. 90 lm/W. Glødelamper har typisk værdier på 12-15 lm/W, lysstofrør på 75-90 lm/W og LED-pærer omkring 100 lm/W.

I dagligdagen er man ikke så meget interesseret i, hvor meget lys de forskellige lyskilder udsender, men derimod mere i, hvor meget lys der rammer den genstand, som skal belyses. Fx vil belysningsstyrken fra en almindelig 60 W glødelampe være ca. 60 lx i 1 m afstand. Konstrueres en reflektor til lyskilden fx i form af en bordlampe, vil der let kunne opnås 200 lx under lampen i 1 m afstand. Flyttes bordlampen lidt tættere på, fx til 70 cm afstand, vil belysningsstyrken stige til ca. 400 lx. Til sammenligning giver direkte sollys en sommerdag omkring 100.000 lx og fuldmånen ca. 0,1 lx.

Lyset bør altså, bl.a. ved brug af reflektorer, flyttes derhen, hvor det skal bruges. Ulempen ved kraftigt styrede armaturer er, at det giver store spring i belysningen. Det er typisk for små armaturer, at de giver store variationer i belysningen, hvorimod armaturer med stor udstrækning giver en mere jævn belysning. Afstanden til de armaturer, der benyttes, og de omgivelser, i hvilke belysningsanlægget anvendes, har stor indflydelse på belysningsanlæggets udformning. Det er derfor ikke muligt at give nogen retningslinjer for, hvilke armaturtyper eller lyskilder der skal benyttes under hvilke forhold. Der må i hvert enkelt tilfælde udføres beregninger, der tager højde for alle de ovennævnte forhold.

Belysning med dagslys

Huller i bygninger til indtag af daglys og luft menes at gå langt tilbage. Man ser det fx i stenalderbyen Çatal Hüyük (7500 år f.v.t.) i vore dages Tyrkiet, hvor der er spor efter huse med huller øverst i muren under taget. Romerne var de første til at benytte glas til vinduer ca. 100 år e.v.t. Glasset var dog ikke særlig gennemsigtigt, men kunne holde vind og vejr ude og tillade diffust lys at trænge gennem. I Kina, Korea og Japan har man tidligt brugt papir som vinduer (ikke gennemsigtige).

Vinduer, som vi kender dem i dag, blev først almindelige i det 1600- og 1700-tallet. Store vinduespartier blev først mulige med industrialisering af produktionen af glas og vinduer. I dag er vinduer komplicerede teknologiske produkter der skal lade lys komme gennem, men samtidig isolere for at holde bygningens energiforbrug nede. Belysning med dagslys kan være krævende, da man samtidig med lysets nyttige egenskaber får risiko for blænding og overophedning.

Brug af belysning

Belysningsstyrken aftager med kvadratet på afstanden mellem lyskilden og den belyste genstand. Om en genstand opfattes som lys eller mørk, afhænger ikke udelukkende af det lys, der reflekteres af genstanden, men også af den reflekterede andel fra genstanden i forhold til den reflekterede andel fra baggrunden. Øjet tilpasser sig efter en tid til en middelværdi af luminanserne (fladernes lyshed) og vurderer herefter de indbyrdes forhold som værende lyse og mørke.

Under normale forhold vil flader med en luminans, som er 10 gange over middelluminansen eller mere, fremtræde som hvide eller svagt farvede, hvorimod flader med en luminans på under 1/10 af middelluminansen fremtræder som sorte.

Evnen til at se små detaljer, skelne konturer, se farvenuancer o.l. er stærkt afhængig af det korrekte belysningsniveau. Ved for kraftig belysning eller forkert placerede armaturer vil lyse detaljer kunne virke blændende. Er belysningen for svag, reduceres kontrasten, så farvenuancer og detaljer forsvinder.

Indendørs arbejdspladsbelysning, værksteds- eller kontorbelysning er bedst, hvis belysningsstyrkerne forholder sig i forholdet 10:3:1, hvilket vil sige, at det primære arbejdsområde skal have 10 gange og det sekundære 3 gange så høj belysning som den laveste værdi i lokalet. Fx er det ønskeligt, at der i et kontor er 500 lx på skriveunderlaget, 150 lx på skrivebordet og 50 lx i resten af kontoret. På denne måde vil man kunne opfatte en nuanceret belysning i hele lokalet og se forskel på lyse og mørke flader. Bevæger man sig fra et lokale ind i et andet, er det ikke tilrådeligt, at belysningsniveauet varierer mere end en faktor 25, hvis blændingsgener skal undgås.

Ved dimensionering af et bestemt belysningsniveau skal der både tages hensyn til lokalernes beskaffenhed og til personernes synsevne. Når man bliver ældre, og synet svækkes, kan man benytte briller for at korrigere linsen i øjet, men man kan ikke korrigere nethindens nedsatte lysfølsomhed; dette kan kun opvejes ved en kraftigere belysning. Med udgangspunkt i en 20-årigs synsevner må det påregnes, at den dobbelte belysningsstyrke er nødvendig for en 40-årig og den seksdobbelte for en 60-årig.

Belysning og farve

Øjets følsomhedskurve (normalt dagslys) viser, at vores øjne er mest følsomme i det gul-grønne område og har aftagende følsomhed mod den røde og den blå-violette ende af spektret. Dagslyset og glødelampen har en kontinuert spektralfordeling, glødelampen dog forskubbet, således at der udsendes mere lys i den røde ende af spektret. Da glødelampen udsender alle dagslysets bølgelængder, har den fremragende farvegengivende egenskaber. Kompaktlysstofrøret har kun de spektrallinjer, som lyspulveret på glaskolbens inderside kan udsende, hvorfor de farvegengivende egenskaber bliver mangelfulde ved de bølgelængder, som lyskilden ikke udsender.

.

Det menneskelige øje opfatter lys med forskellige bølgelængder som lys med forskellige farver. Solen, som er den vigtigste lyskilde, udsender lys i et kontinuert spektrum fordelt inden for øjets følsomhed. Der er en overvægt af gult og grønt indhold, som er ca. to gange kraftigere end rød og blå. Lys, der er sådan sammensat, defineres som hvidt lys. Lys med en anden spektral sammensætning kan også opfattes som hvidt lys, fx ved blanding af de såkaldte komplementærfarver (blåt og gult eller rødt og grønt). Generelt opnås en ny lysfarve ved at blande to eller flere farver.

Lys kan ligeledes karakteriseres ved en farvetemperatur, som er den absolutte temperatur (målt i kelvin), et perfekt sort legeme skal opvarmes til for at udsende lys med samme farvetemperatur som den betragtede lyskilde. Almindeligt dagslys har ved middagstid en farvetemperatur på ca. 5000-6000 K, en glødelampe ca. 2700 K.

Når øjet opfatter, at en genstand har en bestemt farve, er det egentlig den spektrale sammensætning af det reflekterede lys, som opfattes. Belyses genstanden af en kunstig lyskilde med en anden spektral farvesammensætning end dagslysets, vil der også komme en anden spektral farvesammensætning på det lys, som reflekteres fra genstanden. Derfor er opfattelsen af en genstands farve afhængig af den lyskilde, der belyser genstanden. Fx indeholder en almindelig glødelampes spektralfordeling ikke ret meget blåt lys; som følge deraf reflekteres der ikke så stor en andel af blåt lys fra en genstand, belyst med en glødelampe, som fra den samme genstand, belyst af dagslys. De blå farver kan derfor virke mørkere, når de belyses med en glødelampe, end når de belyses af dagslys. Dette kan udnyttes i fx udstillings- og teaterbelysning, hvorimod det ved almindelige belysningsanlæg normalt er et krav at komme så tæt på dagslysets egenskaber som muligt.

Armaturtyper til elektriske lyskilder

De første armaturer blev udviklet i forbindelse med Edisons opfindelse af kultrådslampen. Et belysningsarmatur tjener flere formål: At beskytte lyskilden imod udefra kommende påvirkninger, at afskærme lyskilden samt at fastholde en eventuel reflektor, som styrer lyset derhen, hvor det skal bruges. Armaturet huser fatningen og det øvrige elektriske forkoblingsudstyr. I almindelighed inddeles armaturer i seks hovedgrupper (Se også illustrationer til denne artikel).

  1. Direkte nedadlysende; armaturer, der sender alt lys ned mod den flade, der skal belyses.
  2. Fortrinsvis nedadlysende; armaturer, der sender omkring 80% af lyset ned mod den flade, der skal belyses.
  3. Ensartet lysende; armaturer af rispapirslampe-typen, der udsender lige meget lys i alle retninger.
  4. Op- og nedadlysende; armaturer, der ofte benyttes med to tændinger, således at brugeren kan variere belysningen efter opgaven.
  5. Fortrinsvis opadlysende; armaturer, der benyttes i forbindelse med belysning af it- arbejdspladser for at begrænse generende reflekser i computerskærme.
  6. Direkte opadlysende; armaturer, der benyttes på steder, hvor man ønsker fuldstændig jævn belysning uden reflekser.

Læs mere i Den Store Danske

Kommentarer

Kommentarer til artiklen bliver synlige for alle. Undlad at skrive følsomme oplysninger, for eksempel sundhedsoplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer, når de kan.

Du skal være logget ind for at kommentere.

eller registrer dig