Adaptive lighting design as a holistic approach to public lighting

Dissertação para obtenção do grau de Doutor em Design, apresentada na Universidade de Lisboa - Faculdade de Arquitetura.

A iluminação pública alterou profundamente a nossa percepção e uso do espaço urbano nocturno. Compreendida muitas vezes apenas como uma questão técnica em vez de humana, é baseada principalmente no desempenho fotométrico da visão, deixando de fora outras dimensões humanas, como a psicologia da percepção. Actualmente, a iluminação pública está particularmente direccionada para a redução do consumo energético através do uso de novas tecnologias, tal como iluminação adaptativa e fontes de luz LED e o uso de soluções de iluminação standardizados. Neste contexto surge a oportunidade para o desenvolvimento de novas abordagens à iluminação que tirem partido da flexibilidade inerente destes sistemas, melhorando a relação entre o bem-estar do utilizador e o consumo de energia, contribuindo assim para uma prática de design mais sustentável. Com base numa abordagem research through design, foi utilizada uma metodologia mista, de natureza não intervencionista e intervencionista. A partir de uma inicial revisão bibliográfica e da experiência profissional do investigador, considerou-se que adaptabilidade é um importante factor técnico e de design para a melhoria da iluminação pública. Propondo o desenvolvimento de um método orientado para o utilizador, que determine os cenários de iluminação adaptativa para a condição mais adequado e mínima aceitável, considerando uma relação utilizador-espaço específica, com base na percepção de bem-estar do utilizador e a avaliação da qualidade dos cenários configurados. Para apoiar a implementação do método foi desenvolvido um quadro de referência - Continuidade de Luminância Percepcionada como forma de descrever o comportamento da iluminação adaptativa. A informação reunida - objectiva e subjectiva - fornece uma base empírica para que profissionais da iluminação possam criar soluções personalizadas para um contexto físico e humano. Foi formulada a hipótese de investigação que o método proposto, potencia a criação de soluções de iluminação mais ajustadas e flexíveis. Permitindo a adequação de normas suportada em dados objectivos para uma relação utilizador-espaço específica. Dando uma resposta efectiva ao nível do bem-estar do utilizador e da gestão energética, promovendo uma prática de design mais sustentável e melhorando a experiência nocturna. Para testar a hipótese foi executada uma experiência em espaço real como um primeiro caso de estudo na vila de Arraiolos, Portugal. Uma segunda experiência foi realizada com o objectivo de testar a consistência dos dados prévios e confirmar a hipótese primária. Após a análise e validação estatística dos dados recolhidos, foi possível afirmar que a tendência de escolha em ambas as experiências foi muito semelhante, significando que os cenários de iluminação inicialmente considerados como adequados eram reais e significativs, proporcinando elevado nível de apreciação da qualidade da luz. Significa igualmente que existe uma relação entre a configuração da iluminação, distância de visibilidade e a ilusão perceptiva de que um espaço está totalmente iluminado. Mostrou-se ainda que a maioria dos participantes aceitaria iluminação pública adaptativa como prática comum dentro do quadro de referência da Continuidade de Luminância Percepcionada. Com base nos resultados, concluiu-se que o método proposto é uma ferramenta de design válida na concepção de soluções de iluminação pública adaptáveis, confirmando a hipótese primária e secundárias, demonstrando a sua relevância para uma prática de design de iluminação mais sustentável e a melhoria da sustentabilidade do espaço urbano nocturno.

ABSTRACT: Public lighting altered profoundly the way we perceive and use nighttime urban space. It often is understood only as a technical issue rather than a human one, mostly based on photometric visual performance, leaving mostly out other human dimensions such as the psychological perception of light. Currently, public lighting is predominately directed to reducing energy consumption by means of the use of new technologies, such as adaptive lighting and LED light sources and the use of standardized lighting schemes. In this context, there is an opportunity to develop new lighting approaches that take advantage of the inherent flexibility of these systems to improve the relationship between user's well-being and energy management, contributing to a more sustainable design practice. Based on a research-through-design approach, a mixed methodology was used with a non-interventionist and interventionist nature. From literature review and professional experience, we considered that adaptability was an important technological and design factor to improve public lighting. Proposing the development of a user-oriented method that determines adaptive lighting scenarios for the most adequate and minimum acceptable lighting condition, for a specific user-space relationship, based on the user’s perception of well-being and the assessment of the perceived lighting quality of the scenarios. To support the implementation of the method, the Perceived Luminance Continuity framework was developed as a way to describe the adaptive lighting behaviour pattern. The gathered data - objective and subjective - provide an empirical basis for lighting professionals to design customized solutions. We hypothesized that the proposed method, would allow the design of more tailored and flexible lighting solutions. Allowing the adjustment of standards based on objective data for a specific user-space relationship. Promoting a more sustainable design practice that give an effective response to the user’s well-being and energy management, improving the nighttime experience. To test the hypothesis, an outdoor field experiment was conducted as a first case study, in the Village of Arraiolos, Portugal. A second experiment was carried out, aiming to test the consistency of the previous data and confirmation of the primary hypothesis. After analysis and statistical validation of the collected data, we can say that the tendency of choices in both experiments was very similar, meaning that the initial lighting scenarios considered as adequate were real and meaningful, with a high appraisal of lighting quality. It also showed that there was a relationship between the lighting configuration, visibility distance and the perceptual illusion of a fully lit space. Moreover, it shows that the majority of participants would accept adaptive public lighting, as common practice within the Perceived Luminance Continuity framework. Based on the results, we concluded that the proposed method is a valid tool for the design of adaptive public lighting solutions. Confirming the primary and secondary hypothesis, showing its relevance in the development of a more sustainable lighting design practice and improving the sustainability of the urban nighttime space.