Valonlähde: ”lamppu”, ”polttimo”, ”led”
Valon tuottava laite, joka asennetaan valaisimeen. Esim. hehku-, energiansäästö- tai led-lamppu; tai loisteputki.
Valaisin
Valaisin sisältää yhden tai useampia valonlähteitä, jotka useimmiten ovat vaihdettavia lamppuja. Valaisimessa voi olla valoa suuntaava heijastin ja/tai valoa hajottava ja häikäisyä ehkäisevä kupu tai varjostin.
Valovirta = valon määrä, yksikkö lumen (lm)
Kertoo kuinka paljon näkyvää valoa valonlähde säteilee joka puolelle, eli lampun antaman valon määrän kokonaisuudessaan. Valonlähteiden/lamppujen valinta tulee aina perustua niiden lumen-arvoon, ei sähkötehoon eli watteihin.
Valovoima = kirkkaus, yksikkö kandela (cd)
Kertoo valonlähteen tiettyyn suuntaan ja avaruuskulmaan lähettämän valon voimakkuuden eli kirkkauden (intensiteetti). Suure riippuu paitsi valonlähteen valovirrasta myös sen suuntauksesta: kohdelampun valovoima keilan suunnassa on paljon suurempi kuin saman lumen-arvon omaavan ympärisäteilevän lampun. Yhden lumenin valovirta 65,5 astetta aukeavaan kartioon (1 steradiaani, sr) tuottaa yhden kandelan valovoiman.
Valaistusvoimakkuus, yksikkö luksi (lx)
Kertoo kuinka paljon valoa lankeaa tietylle pinnalle eli valovirran tiheyden ko. pinnalla. Mitä kauempana pinta on valonlähteestä sitä pienempi on valaistusvoimakkuus koska valovirta jakautuu suuremmalle pinta-alalle. Yhden lumenin valovirta antaa yhden luksin valaistuksen yhden neliömetrin alalle (1 lx = 1 lm/m2).
Värilämpötila = värisävy, yksikkö Kelvin (K)
Ilmaistaan Kelvin asteina ja värisävy muuttuu suureen kasvaessa keltaisesta/lämpimästä (alle 3.000K) valkoiseksi/neutraaliksi/viileäksi (noin 4.000K) ja edelleen sinertäväksi/kylmäksi (yli 5.000K). Päivänvalon värilämpötila ulkona vaihtelee eri aikoina ja olosuhteissa yleensä välillä 5.000-10.000K. Yöllisen kuutamon valo vaihtelee 4.000K molemmin puolin.
Värintoisto, yksikkö Ra tai CRI
Kuvaa kuinka hyvin valonlähteellä valaistujen kohteiden värit toistuvat. Yksikkönä Ra-indeksi eli CRI. Paras värintoisto on 100 ja sisävalaistuksessa sen tulisi aina olla yli 80. Nykyinen määrittely ei huomioi hyvin eri tyyppisiä valonlähteitä ja valon värisävyn vaikutusta värien toistumiseen luonnollisina.
Teho, yksikkö watti (w)
Kertoo kuinka suuren tehon valonlähde ottaa sähköverkosta. Samalla teholla erilaiset valonlähteet tuottavat eri määrän valoa (lm/w). Kaikki valonlähteen ottama sähköteho muuttuu lopulta lämmöksi (myös valo muuttuu lämmöksi). Valaisimissa ilmoitetaan suurin sallittu lampun sähköteho, jolla tarkoitetaan nimenomaan valonlähteen lämmön tuottoa, ei sen valon tuottoa (tämä ei siis ole energiansäästö- tai led-lampun ”hehkulamppua vastaava watti-määrä”, vaan niiden todellinen teho).
Pienoisjännitevalaisimen teholähde: jännitemuuttaja, ”muuntaja”
Pienoisjännitteellä (yleensä 12 tai 24 V) toimivan valonlähteen liitäntälaite sähköverkkoon. Muinoin näissä oli sähkömagneettinen muuntaja (iso ja raskas), mutta nykyisin ne ovat yleensä elektronisia jännitemuuttajia, joita on kolmea perustyyppiä:
Halogeeneille tarkoitetut suurempitaajuista (HF) vaihtojännitettä antavat (AC tai ~)
Vakiojänniteteholähteet (DC tai =) ledeille ja myös halogeeneille
Vakiovirtateholähteet (DC) ledeille
Valon 100 Hz värinä, "sähköjännitevälkyntä" (eng: flicker)
Sähköverkon 50 Hz vaihtojännite aaltoilee nollakohdan molemmin puolin. 100 kertaa sekunnissa jännite ja virta menevät aina nollaan ja vaihtavat suuntaa. Hehkulampun hehkulangan kirkkaus vaihtelee samassa tahdissa. Se ei kuitenkaan nollakohdissa ennätä jäähtyä niin paljon, että ihminen huomaisi tätä hyvin pientä 100 Hz värinää (alle 10% kirkkauden vaihtelu).
Sen sijaan loisteputken sähköpurkaus aina sammuu kokonaan ja vaihtaa suuntaa vaihtovirran tahdissa. Eli valon värinä olisi täydet 100% ellei putken loisteaine hieman tasaisi sitä (jää yleensä alle 50%). Vanhoissa kuristin-valaisimissa valon 100 Hz värinä on jopa nähtävissä katsottaessa valoa syrjäsilmällä ja ikääntyneen putken päissä voi lisäksi näkyä selvästi havaittavaa 50 Hz värinää. Nykyaikaisissa loisteputkivalaisimissa elektroninen liitäntälaite muuttaa 50 Hz verkkojännitteen paljon suurempitaajuiseksi (HF) jännitteeksi, jonka värinää ihminen ei enää pysty havaitsemaan.
Led toimii vain tasavirralla eli tarvitaan tasasuuntaus, joka muuttaa vaihtojännitteen sykkiväksi eli 100 kertaa sekunnissa ”sammuvaksi” tasajännitteeksi. Jatkuva tasavirta saadaan käyttämällä energiaa varastoivaa kondensaattoria, joka pitää jännitettä yllä verkkojännitteen nollakohdissa. Nämä kondensaattorit (yleensä elektrolyyttikondensaattori) ovat isokokoisia ja sietävät huonosti sekä korkeita lämpötiloja että kovempia pakkasia.
Ledin tuottama valo seuraa erittäin nopeasti ja voimakkaasti virran vaihteluita ja se värisee myös em. kondensaattorilla suodatetulla jännitteellä (sitä enemmän mitä pienempi kondensaattori). Täysin värinättömään valoon tarvitaan lisäksi elektroninen säädin, joka syöttää ledeille tasaista vakiovirtaa. Laadukkaissa isompikokoisissa (E27, E14, GU10) led-lampuissa ja led-valaisimissa on tällainen sekä suotokondensaattorin että vakiovirtasäätimen sisältävä liitäntälaite.
Hyvin pieniin ”halogeenin tilalle” led-polttimoihin (G4, G9) ei yleensä mahdu em. kondensaattoria. Tällöin ledit sammuvat 100 kertaa sekunnissa eli valo värisee erittäin voimakkaasti (100%). Hieman suuremmissa (GU4/MR11, GU5.3/MR16) tämä kondensaattori voi olla, mutta se joutuu toimimaan niin kuumassa (>80 C), että sen elinikä jää jopa alle halogeenilampun kestoiän (n. 2.000 h). Kondensaattorin hiipuessa lamppu voi kyllä vielä toimia, mutta yhä enemmän ja enemmän värisevänä.
Myös halogeenien 12VAC HF muuttajat aiheuttavat värinää, koska lähes poikkeuksetta niiden lähtöjännitteessä on 100 Hz verhokäyrä (seuraa verkkojännitettä). Täysin värinättömäksi valon saa vain vaihtamalla led-lampuille DC teholähde.
Voimakkaasti värisevä valo aiheuttaa stroboskooppisen ilmiön: pyörivät laitteet näyttävät sen valossa pysähtyneiltä, tai hitaasti ja jopa väärinpäin pyöriviltä. Tämä on erittäin vaarallista esim. työstökoneiden yhteydessä. 100 Hz värinä voi vaikuttaa silmiin ja aivoihin vaikka sitä ei suoranaisesti havaitsisikaan. Kaikkia ihmisiä se ei häiritse, mutta ainakin migreenistä tai epilepsiasta kärsivien kannattaa välttää selvästi väriseviä valonlähteitä ja seinäkatkaisijoihin sijoitettavia himmentimiä (230 VAC himmentimet).
Himmentäminen
Valaistuksen voimakkuuden säätäminen valonlähteen ottamaa sähkötehoa säätämällä. Kaikkia lamppuja ei voida himmentää ja erilaiset valonlähteet vaativat erilaiset himmentimet.
Verkkojännitepuolen (230 VAC) himmentimet vahvistavat kaikkien valonlähteiden 100 Hz valon värinää, koska ne venyttävät syöttöjännitteen nollakohtaa. Nämä himmentimet aiheuttavat joillakin lampuilla lisäksi myös pienempitaajuista, selvästi nähtävää ja häiritsevää välkyntää. Ledeillä himmentämisen voi toteuttaa tasajännitteen/virran puolella heikentämättä valon laatua. Himmentäminen voi myös tapahtua valonlähteen liitäntälaitteessa ilman erillistä himmennintä.
Valaisimen kotelointiluokka
Valaisimissa käytetään sähkölaitteiden tiiveysluokituksia ja ne kertovat minkälaisissa olosuhteissa laitetta voidaan käyttää. IP-luokituksen ensimmäinen numero ilmaisee kosketus- ja pölysuojauksen, toinen suojauksen vedeltä; suurempi numero on aina parempi. Kodin valaisimille tärkeimmät luokat ja niiden merkitys ovat:
IP20: vain kuiviin sisätiloihin (ei suojausta vettä vastaan)
IP21: sateelta suojattuihin ulkotiloihin (suojattu vain ylhäältä tippuvalta vedeltä)
IP23: sadesuojattu ulkotiloja varten
IP44: suojattu vesiroiskeilta kosteissa tiloissa sisällä (kylpyhuoneet) ja ulkona
IP55: suojattu vesisuihkulta joka suunnasta
IP66: pöly- ja vesitiivis (kestää suuripaineisen vesiruiskun, mutta ei upotusta)
IP68: kestää upotuksen veteen
Alla on esitetty valaistuksen laskemisesta kiinnostuneille muutamia yksinkertaistettuja esimerkkejä siitä, miten valon mittayksiköt suhteutuvat toisiinsa.
Esimerkki 1: Kynttilän liekin valovoima eli kirkkaus on 1 cd. Koska kynttilä säteilee kaikkiin suuntiin niin silloin sen valovirta on 1 cd * 4π sr = 12,6 lm. Ja valaistusvoimakkuus kaikilla 1 m päässä liekistä olevilla pinnoilla ja esineillä on 1 lx (1 m säteinen pallopinta).
Esimerkki 2: Meillä on kuution muotoinen huone, jonka seinien, katon ja lattian pinta-ala on 10 m2 (sivut 3,16 m). Sijoitetaan 1.000 lm pistemäinen ympärisäteilevä valonlähde huoneen keskipisteeseen. Sen valovoima kaikkiin suuntiin on 1.000 lm / 4π sr = 80 cd. Keskimääräinen valaistusvoimakkuus kaikilla pinnoilla olisi 1.000 lm / 60 m2 = 17 lx. Pintojen suurin valaistusvoimakkuus niiden keskipisteessä vastaa 1,58 m säteiselle pallopinnalle, joka juuri ja juuri mahtuu huoneeseen, lankeavaa valoa eli 1.000 lm / 31,4 m2 = 32 lx. Samaan tulokseen pääsemme myös jakamalla valovoiman 80 cd etäisyyden neliöllä. Tästä tasojen keskipisteestä nurkkia kohden mentäessä valaistusvoimakkuus pienenee alle em. laskennallisen keskiarvon.
Esimerkki 3: Sama huone, mutta nyt valonlähde on 750 lm kohdelamppu sijoitettuna yhden seinän keskipisteeseen. Kohdelampun valovirrasta 500 lm suuntautuu 30 asteen kartioon, jonka keskimääräinen valovoima on 2.335 cd (täältä löytyvällä laskimella). Tämä keila valaisee kirkkaammin vastakkaisen seinän keskelle sijoittuvan ympyrän muotoisen alueen, jonka halkaisija on n. 1,7 m ja pinta-ala 2,25 m2. Valaistusvoimakkuus tässä ympyrässä on keskimäärin 500 lm / 2,25 m2 = 220 lx. Lähes samaan tulokseen pääsemme jakamalla em. valovoiman 2.335 cd etäisyyden neliöllä eli 234 lx; ero johtuu siitä, että tämä tulos onkin nyt seinää koskettavan pallopinnan eli seinän kirkkaimman pisteen valaistusvoimakkuus.
Esimerkki 4: Edellä olevan esimerkin kohdevalaisin sijoitettuna huoneen keskelle eli sen etäisyys valaistusta seinästä on puolet edellisestä. Nyt kirkkaammin valaistu alue kohdelampun keilan suunnassa olevalla seinällä on neljäsosa edellä mainitusta ja sen valaistusvoimakkuus on nelinkertainen.
Edellä olevat esimerkit ovat teoreettisia ”mustan huoneen” arvoja ja todellisissa vaaleita pintoja sisältävissä huoneissa valaistusvoimakkuudet ovat suurempia johtuen siitä, että suoran valonlähteestä tulevan valon lisäksi pinnoille tulee myös epäsuoraa, muilta pinnoilta heijastunutta valoa.