Světelná technika Osvětlování

Osvětlování Zásady osvětlování: Cílem osvětlování je vytvořit co nejpříznivější podmínky pro činnost lidí a pro vznik jejich zrakové pohody. Je třeba si uvědomit, k čemu bude osvětlovací soustava sloužit a podle toho zvolit způsob osvětlení (bodové, plošné, přímé, nepřímé) a typ světelného zdroje (teplota chromatičnosti, index barevného podání). Při výpočtu je třeba brát ohled i na normované hodnoty (osvětlení, oslnění, jas). Jaké jsou nejdůležitější aspekty návrhu osvětlení: 1. zraková pohoda (cítit se přirozeně a dobře) 2. zrakový výkon (schopnost vykonávat potřebné zrakové úkony) 3. bezpečnost (zabránit oslnění, stroboskopickému jevu, nevhodné stíny nebo kontrasty z pohledu pozorovatele).

Zásady osvětlování 1. Zajistit potřebné jasy L a osvětlenosti E * průměrný udržovaný jas a osvětlenost * pro vnitřní osvětlení se definuje osvětlení, pro venkovní jas 2. Prostorové rozložení jasů a osvětlenosti * rovnoměrnost jasů a osvětleností 3. Zábrana vzniku oslnění * činitel oslnění UGR (vnitřní prostory) a GR (venkovní prostory) 4. Podání barev, teplota chromatičnosti Tc * Ra, Tc 5. Podání tvaru, směrovost a stínivost osvětlení * z nové normy vypadlo, ale doporučuje se brát ohled 6. Stálost osvětlení * míhání frekvence, stroboskopický jev, dynamika světla 7. Denní osvětlení * činitel denního osvětlení 8. Technická a ekonomická optimální varianta * rozbor nákladů, poměr kvalita/cena (dnes většinou rozhodují peníze)

Hladiny jasů a osvětleností Při nedostatečné hladině jasů a osvětleností: * zrak se neúměrně namáhá a unavuje * nerozeznávají se podrobnosti * vznikají chyby a omyly a) 1 cd/m-2 E  2 lx hrubé rozlišení obličeje krátkodobý pobyt v prostoru, nenáročná činnost (průchozí místnost, …) b) 20 cd/m-2 E  200 lx jemné rozlišení obličeje minimální hodnota osvětlenosti v pracovních prostorech (trvalý pobyt) c) E  500 – 1 000 lx osvětlení pracovišť d) až 1 000 cd/m-2 E  1 000 – 50 000 lx osvětlení pracovišť pro jemné a vysoce náročné práce

Hladiny jasů a osvětleností (v nové normě vypuštěno) Kontrast C (-) kde La jas pozorovaného detailu Lb jas bezprostředního okolí Příklad: bílá nit na bílé, šedé nebo černé látce nit - pozorovaný detail látka - bezprostřední okolí C  0,8 rozlišitelnost velmi dobrá černý tisk na bílém papíře 0,5  C  0,8 rozlišitelnost dobrá černý tisk na šedém papíře C  0,5 rozlišitelnost špatná šedý tisk na světlošedém papíře

Parametry osvětlení Osvětlení: - denní - umělé - sdružené (část denní a část umělé) - na dokončení činnosti - nouzové (na opuštění prostoru) - náhradní (operační sály) Poznámka: Pro poruchové a havarijní případy se určuje rychlost náběhu, další specifické požadavky (elektronické předřadníky na stejnosměrné i střídavé napájení), výkon napájecího zdroje, … Denní světlo charakteristika úroveň osvětlení (lx) sluneční letní den 60 000 – 100 000 zamračený letní den do 20 000 zamračený zimní den do 3 000 jasná měsíční noc do 0,25

Parametry osvětlení Emax (Emin, Ept) - místně maximální (minimální, průměrné) osvětlení Em - časově maximální osvětlení (nové zdroje a svítidla, čisté prostředí) Êm - udržovaná osvětlenost normou udaná hodnota, pod kterou nesmí průměrná osvětlenost v průběhu provozu soustavy klesnout. Průměrná osvětlenost se dnes definuje na pracovním stole. U nové soustavy se musí uvažovat koeficient, který definuje časové snížení osvětlenosti. minimální hodnota u trvalého pobytu je 200 lx (hygienické minimum)

Rozložení jasů a rovnoměrnost osvětlení Rovnoměrnost osvětlení (r) - rozdíl mezi přímým osvětlením úkolu a okolím. Určuje se ve srovnávací rovině. Jsou-li v zorném poli plochy s výrazně rozdílným jasem, zrak se namáhá a unavuje a vzniká oslnění (například častá adaptace zraku na světlo a tmu). Příklad - bodové osvětlení při práci na soustruhu nebo vrtačce, hladina celkového osvětlení je z úsporných důvodů ale nízká. Na druhou stranu pozorovaný předmět má být jasnější než pozadí, což lze docílit činitelem odrazu, barevným rozlišení pracovního pozadí od předmětu, pozadí s matnými plochami. Rovnoměrnost osvětlení: kde Emin minimální osvětlení v místě hlavní zrakové činnosti Em průměrná hodnota osvětlení Hodnoty rovnoměrnosti: v místě zrakového úkolu r  0,7 v bezprostředním okolí r  0,5

Rozložení jasů a rovnoměrnost osvětlení Místo zrakového úkolu - pracovní stůl, lavice Bezprostřední okolí - 0,5 – 1 metr od pracovního stolu Jak by mohla být definovaná rovnoměrnost osvětlení u schodiště ? Pouze pro každý schod samostatně. Při požadavku rovnoměrnosti na celé schodiště by bylo neúměrné množství světelných zdrojů. Jasy mají zásadní význam u venkovního osvětlení, kde lze přesně definovat jas pozadí (asfaltová silnice). Návrh osvětlení Ještědu se prováděl s ohledem na jas. Ve vnitřních prostorách může velký jas stěny (bílá reklama, stěna, …) způsobit pocit nedostatečného osvětlení pracoviště. Jak by mělo být řešena tabule ve třídě ? Tabule by měla mít větší jas než stěna za ní  bílá tabule, krémové pozadí.

Rozložení jasů a rovnoměrnost osvětlení Pro E = (500 – 2000) lx je optimální hodnota jasu stěny 100 cd/m2 Činitel odrazu stěny - pro E = 1000 lx 0,4 – 0,6 - pro E = 500 lx 0,5 – 0,8 Pro nižší stropy se doporučují přímá plošná svítidla. Zapuštěná svítidla snižují rozdíl jasů. U polopřímých svítidel je problém s čištěním Kontrast jasu (poměr jasu místa úkolu k jasu bezprostředního okolí): * reprezentační prostory maximální hodnota * pracovní prostory střední hodnota * místa k odpočinku minimální hodnota

Rozložení jasů a rovnoměrnost osvětlení

Činitel odrazu povrchu Bílý 0,75 až 0,80 Krémový, béžový 0,60 až 0,70 Světle žlutý Světle červený 0,40 až 0,50 Tmavě červený 0,15 až 0,30 Světle zelený 0,45 až 0,65 Světle modrý 0,40 až 0,60 Tmavě modrý 0,05 až 0,20 Hnědý 0,12 až 0,25 Světle šedý Tmavě šedý 0,15 až 0,20 Černý 0,01 až 0,03 Cihla (červená, pálená hlína) 0,25 Sádra bílá 0,80 až 0,92 Mramor bílý 0,55 až 0,80 Dřevo tmavé 0,10 až 0,25 Hliník eloxovaný nebo leštěný 0,75 až 0,85 Zrcadlo skleněné (zrcadlový odraz) 0,80 až 0,90 Okno s čirým sklem (z vnější strany) 0,10 Okno s čirým sklem s bílou záclonou 0,30 až 0,40 Sníh Činitel odrazu povrchu

Oslnění a jeho hodnocení Oslnění je nepříznivý stav zraku, při kterém je narušena zraková pohoda, je zhoršeno nebo znemožněno vidění. Souvisí s principem vidění Příčinou oslnění může být: * vysoký jas (v porovnání s adaptačním jasem) * nevhodné rozložení jasů v zorném poli * velký prostorový jas (sníh, slunce) nebo časový kontrast jasů (výjezd z tunelu) Jak by mělo být řešeno osvětlení v tunelu ? Ve dne větší osvětlení (ze světla do tmy), v noci naopak.

Oslnění a jeho hodnocení Rozdělení oslnění: * rušivé (psychologické) - narušuje zrakovou pohodu bez zřetelného zhoršení nebo omezení vidění. Světelná zdroj odpoutává pozornost od místa, na které by se měl zrak soustředit. Důsledek: rozptýlení pozornosti, zhoršení soustředění * omezující (fyziologické) - jsou měřitelně narušeny některé funkce zraku, je ztíženo rozeznávání, vidění je namáhavé Důsledek: únava, pokles produktivity * oslepující (absolutní) - je znemožněno vidění, většinou krátkodobě. Jas, který vyvolá oslepující oslnění – kritický jas. Je velmi důležitý z pohledu bezpečnosti (tělocvična, obráběcí stroje, doprava, …) Kritický jas závisí na předchozím stavu adaptace: - podmínky přírodního osvětlení 200 000 cd/m2 - umělé osvětlení 3 000 cd/m2 - ve velmi tmavém prostředí 1 000 cd/m2

Oslnění a jeho hodnocení Zabránit oslnění je základní požadavek na veškeré projekty osvětlení bez ohledu na příčiny !. Rozdělení oslnění podle příčiny: * absolutní * přechodové - náhlá změna jasu zorného pole, adaptace oka je zpožděná (příchod ze tmy do světla, rozsvícení). * kontrastem - v zorném poli jsou plochy s velmi různým jasem (dvě různě světlé plochy, necloněné světelné zdroje. Oko se nemůže adaptovat. * závojové - mezi okem a pozorovaným předmětem jasnější prostředí, znečištěné sklo, jemná záclona, déšť. Větší jas závoje nutí oko k adaptaci na vyšší jas  zmenšuje se rozeznatelnost tvaru a kontrastu (mlha nebo sníh při rozsvícených světlometech v autě)

Oslnění a jeho hodnocení Rozdělení oslnění podle zdroje světla: * přímé - přílišný jas světelného zdroje v zorném poli (světelný zdroj bez svítidla). Přímé světlo by nemělo přicházet k oku pod menším úhlem než 300 nad vodorovnou rovinou. - oslnění slunečním světlem přes okno. Kanceláře by měly mít žaluzie … * odraženým světlem - vzniká odrazy od stropů, stěn, desek stolů, … Zpravidla se jedná o hladké, zrcadlově lesklé plochy. Závěr: * oslepující a omezující oslnění se nesmí v osvětlovací soustavě vůbec vyskytovat * rušivé oslnění by mělo být co nejvíce omezeno, zejména v pracovním prostředí * při návrhu osvětlení musí projektant respektovat nové normy * nové výpočetní programy s požadavky k zamezení oslněním počítají

Hodnocení oslnění Od roku 2004 se v rámci jednotného hodnocení pro oslnění v interiérech užívá činitel oslnění UGR, který je zaměřen na přímé rušivé oslnění. Venkovních prostorech se užívá činitel oslnění GR. UGR je stanovuje výpočtem v místech prostoru, kde se vykonává požadovaná činnost ve výšce očí a v převážném směru pohledu. Mezní hodnoty UGR (UGRL) jsou udány v normě podle typu pracoviště, řadě 16, 19, 22, 25 a 28 Opatření k omezení oslnění odrazem: * světlo odražené od pozorovaných předmětů nemá směřovat do oka pozorovatele (při obvyklém směru pohledu) * používat rozměrných svítidel s malým jasem * maximálně využívat matné povrchové úpravy * využívat svítidla s vhodným rozložením svítivosti (maximální svítivost v oblasti úhlů (40 – 50)0 od svislice.

Příklady maximálního (limitního) činitele oslnění UGRL 16 - broušení skla, kontrola barev, montáž velmi jemných přístrojů UGRL 19 - jemné strojní operace, kanceláře, operační sály, technické kreslení, prostory u pokladen UGRL 22 - šatny, umývárny, výroba obuvi, hrubé strojní operace, prodejní prostory UGRL 25 - sklady, hrubá výroba, archiv UGRL 28 - chodby GRL 45 - staveniště – montáž konstrukce, benzínová pumpa GRL 50 - venkovní sportoviště (kopaná, …) GRL 55 - staveniště – úklid, výkopy, nakládka

Jakost podání barev (index barevného podání) Jakost podání barev ovlivňuje zrakový výkon a patří k důležitým ukazatelům celkové kvality osvětlení. Vychází se z charakteru činnosti, zejména z požadavku potřebné zrakové orientace. Barvy předmětů by měly být věrné a přirozené. Vliv barev: * harmonické barvy působí příjemně a naopak * méně jasné a méně syté barvy, studené tóny barev zvětšují celkový prostorový dojem a naopak * teplota chromatičnosti a index barevného podání vytváří psychologické působení barev

Psychologické působení světla (platí pro běžné typy zářivek) Hladina osvětlenosti (lx) Tón barvy světla zdroje teple bílý neutrálně bílý chladně bílý osvětlení působí do 700 přijatelně nevýrazně, dojem monotónnosti studeně, dojem nedostatku světla 700 – 3000 příjemně neutrálně nad 3000 nepřirozeně, dojem přesvětlení příjemně, živě

Třídění světelných zdrojů podle Tc Teplota chromatičnosti (náhradní teplota chromatičnosti) (K) Tón barvy světla zdroje příklad světelného zdroje do 3300 teple bílý žárovky, halogenové žárovky, zářivky (teple bílé), vysokotlaké sodíkové výbojky, halogenidové výbojky 3 300 – 5 300 neutrálně bílý zářivky (bílé), rtuťové výbojky s luminoforem, halogenidové výbojky nad 5 300 chladně bílý zářivky (denní), rtuťové výbojky čiré, halogenidové výbojky Zařazení výbojových zdrojů je dáno použitým luminoforem Vyšší požadavky na kvalitu vjemu barev vyžadují i vyšší hladinu osvětlenosti (2000 lx)

Jakost podání barev V jedné místnosti by měly být používány světelné zdroje stejného barevného tónu světla, teplota chromatičnosti musí být v souladu s hladinou osvětlenosti. Novým trendem je dynamika osvětlení na pracovištích s požadavkem dlouhodobé maximální pozornosti – časově se mění intenzita osvětlení, teplota chromatičnosti. Teplota chromatičnosti (K) Hladina osvětlenosti (lx) v prostorech (platí pro běžné typy zářivek, v nové normě vypuštěno) pracovních kulturních a společenských  3 000 E  500 E  200 3 300  Tc  5 300 300  E  500 150  E  500 Tc  5 300 E  500 E  200

Jakost podání barev Závěr: pracovní prostory - teple bílý tón barvy pro osvětlení do 500 lx - neutrálně bílý tón barvy pro osvětlení do 1 500 lx - chladně bílý tón barvy pro osvětlení nad 500 lx kulturní prostory - teple bílý tón barvy pro osvětlení do 200 lx - neutrálně bílý tón barvy pro osvětlení do 500 lx - chladně bílý tón barvy pro osvětlení nad 200 lx

Směrovost a stínivost (v nové normě vypuštěno, doporučuje se ale respektovat) Směrovost je vlastnost osvětlení, která charakterizuje převažující směr světla v daném místě prostoru. Je určena světelným vektorem. Řeší se individuálně pro jednotlivé zrakové úkoly. Světlo by mělo dopadat převážně zleva a shora, nejlépe přes levé rameno Stínivost je schopnost světla vytvářet na předmětech stíny. Rozvržení stínů je důležité z hlediska prostorového rozlišení detailů. Ostré přechody stínů zatěžují oko častým požadavkem na adaptaci. Při velmi malé stínivosti je zhoršeno prostorové vidění, ztěžuje se odhad vzdálenosti. Řešení Výhodné jsou velkoplošné zdroje, svítidla rozdělená do prostoru. Nejčastěji se používá kombinace místního osvětlení a rozptýleným celkovým osvětlením.

Směrovost a stínivost Jeden bodový světelný zdroj Dva bodové světelný zdroj Rovnoměrně rozložené osvětlení Jaké jsou výhody a nevýhody jednotlivých řešení osvětlení ? Která varianta je v daném případě nejvýhodnější ?

Stálost osvětlení Při práci se nesmí světelný tok znatelně měnit. Příčiny kmitání osvětlení: kolísání napětí sítě (kmitočet) mechanické kývání nevhodně upevněných svítidel Vliv kolísání napětí: malý u žárovek (tepelná setrvačnost) velký u zářivek a vysokotlakých výbojek Důsledek kmitání osvětlení: zhoršené vidění, únava zraku, bolest hlavy Stroboskopický jev: pravidelné kolísání, které svou frekvencí odpovídá kmitočtu sítě. Důsledek stroboskopické jevu: rotující předměty (hřídel) vypadají, jako by se nepohybovaly, nebo se otáčely malou rychlostí Odstranění stroboskopického jevu: fázový posun napětí (trojfázová soustava) elektronický předřadník sériová kompenzace

Zdroj: Autor děkuje Petru Niesigovi z firmy Elkovo Čepelík za aktivní pomoc při tvorbě prezentačních materiálů. Jiří Plch Světelná technika v praxi Jiří Habel Základy světelné techniky http://www.elkovo-cepelik.cz Materiál je určen pouze pro studijní účely