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.

2.

3.

zraková pohoda (cítit se přirozeně a dobře) zrakový výkon (schopnost vykonávat potřebné zrakové úkony) bezpečnost (zabránit oslnění, stroboskopickému jevu, nevhodné stíny nebo kontrasty z pohledu pozorovatele).

Zásady osvětlování

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

* * Zajistit potřebné jasy L a osvětlenosti E průměrný udržovaný jas a osvětlenost pro vnitřní osvětlení se definuje osvětlení, pro venkovní jas * * Prostorové rozložení jasů a osvětlenosti rovnoměrnost osvětlení rozložení jasu – kontrast jasu a barvy mezi detailem a pozadím * Zábrana vzniku oslnění činitel oslnění UGR (vnitřní prostory) a GR (venkovní prostory) Podání barev, teplota chromatičnosti – R a , T c * Podání tvaru, směrovost a stínivost osvětlení z nové normy vypadlo, ale doporučuje se brát ohled * Stálost osvětlení míhání frekvence, stroboskopický jev, dynamika světla * Denní osvětlení činitel denního osvětlení (ne přímé slunce) – podle nové normy D 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 hygienické minimum pro trvalý pobyt v místech s denním osvětlením c) E



500 – 1 000 lx 500 lx – minimální hodnota osvětlenosti v místech s trvalým pobytem, 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

podle ČSN z 2005

Hladiny jasů a osvětleností

Kontrast C (-)

C



L a



L b L b

kde L a L b jas pozorovaného detailu jas bezprostředního okolí Příklad: bílá nit na bílé, šedé nebo černé látce nit pozorovaný detail látka bezprostřední okolí C



0,8 0,5



C



0,8 C



0,5 rozlišitelnost velmi dobrá černý tisk na bílém papíře rozlišitelnost dobrá rozlišitelnost špatná černý tisk na šedém papíře šedý tisk na světlošedém papíře

Hladiny jasů a osvětleností

Kontrast jasů mezi detailem a bezprostředním okolí má být co největší Kontrast jasů v zorném poli má být co nejmenší Pozorovaný předmět má být jasnější, než jeho pozadí. Osvětlení bývá stejné, kontrast jasů se dosáhne různým činitelem odrazu

Parametry osvětlení

Osvětlení: denní – koeficient D, uvažuje se difúzní světlo 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 zamračený zimní den do 20 000 do 3 000 jasná měsíční noc do 0,25

Parametry osvětlení

E max (E min , E pt ) místně maximální (minimální, průměrné) osvětlení Průměrná hodnota se určuje z výpočtových bodů E Ê m m časově maximální osvětlení (nové zdroje a svítidla, čisté prostředí) udržovaná osvětlenost normou udaná hodnota, pod kterou nesmí průměrná osvětlenost v průběhu provozu soustavy klesnout. Průměrná osvětlenost se definuje v místě zrakového úkonu. U nové soustavy se musí uvažovat koeficient – udržovací činitel, který definuje časové snížení osvětlenosti. minimální hodnota u trvalého pobytu je 200 lx (hygienické minimum)

Doporučené rozsahy osvětlenosti

Osvětlenost (lx) 20 50 100 200 500 – 50 – 100 – 200 – 500 – 1000 1000 – 2000 více než 2000

Prostor. místo, druh činnosti

základní jednoduchá orientace v prostředí jednoduchá orientace, kratší jednoduché činnosti prostory, které nejsou dlouhodobě využívány pro pracovní účely, obytné a společenské prostory zraková místa pro jednodušší, běžné pracovní úkoly (kanceláře, školy) zraková místa pro náročnější, déle trvající pracovní úkony zvlášť náročné zrakové úkony velmi náročné zrakové úkony

Vliv věku na požadovanou osvětlenost

700% 600% 500% 400% 300% 200% 100% 0% Potřebná úroveň osvětlenosti pro stejný zrakový úkon v závoslosti na věku (vztaženo k věku 40 let - 100%) 10 20 30 věk 40 50 60

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 E min E m minimální osvětlení v místě hlavní zrakové činnosti průměrná hodnota osvětlení

r



E

min

E m

Rozložení jasů a rovnoměrnost osvětlení

Místo zrakového úkolu - pracovní stůl, lavice Bezprostřední okolí - 0,5 – 1 metr od pracovního stolu Truhlářská dílna – určete místo zrakového úkolu a bezprostřední okolí

Rozložení jasů a rovnoměrnost osvětlení

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.

Proveďte vyhodnocení rozložení jasů

Rozložení jasů a rovnoměrnost osvětlení

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.

Rozložení jasů

Pro zrakový výkon, zrakovou pohodu a zamezení únavy rozhodují jasy a jejich rozložení v zorném poli. Pozorovaný předmět má být jasnější, než jeho okolí

Optimální poměr jasů

místo úkolu 10 : bezprostřední okolí 4 : vzdálené okolí 3 Jak lze dosáhnout optimálního rozložení jasů ?

Vhodná úprava povrchů (stěny, strop, případně nábytek, …) a volba světelných zdrojů.

Doporučené hodnoty pro činitel odrazu hlavních povrchů v místnosti: strop 0,7 – 0,9 stěny podlaha 0,5 – 0,8 0,2 – 0,4 Nevhodné rozložení jasů: * velký jas v zorném poli * * velké kontrasty jasů malé kontrasty jasů

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

Činitel odrazu povrchu

Rozložení jasů a rovnoměrnost osvětlení

Pro E = (500 – 2000) lx je optimální hodnota jasu stěny 100 cd/m 2 Doporučený činitel odrazu stěny pro požadovanou osvětlenost - pro E = 1000 lx - pro E = 500 lx 0,4 – 0,6 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 místa k odpočinku střední hodnota minimální hodnota

Rozložení jasů a rovnoměrnost osvětlení

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 pro UGR (UGR L ) 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.

přímé světlo nesmí přicházet k oku pod úhlem menším než 30 0 (vyzařovací úhel větší než 60 0 )

Vliv vyzařovacího úhlu na oslnění

Podle křivky svítivosti lze určit vyzařovací úhel.

Kritický rozsah je dán rozdílem vyzařovacího úhlu a úhlu 45 0 . Výška, ve které se počítá oslnění: * stojící osoba - 1,5 metru * sedící osoba - 1,2 metru

Hodnocení a příklady oslnění

oslnění odrazem od monitoru počítače přímé oslnění

Hodnocení a příklady oslnění

Přechodové oslnění nastává, je-li poměr jasů v zorném poli větší než 1:100. S adaptací oka postupně zaniká Oslnění kontrastem jsou li v zorném poli současně dvě plochy s velmi různým jasem (dvě různě světelné plochy, necloněné světelné zdroje. Oko se nemůže přizpůsobit adaptací Přímé oslnění je způsobeno přílišným jasem zdroje v zorném poli. přímé světlo by nemělo přicházet k oku pod úhlem menším než 30 upravenými svítidly.

0 nad vodorovnou rovinou. Lze omezit vysoko zavěšenými světelnými zdroji a vhodně

Příklady maximálního (limitního) činitele oslnění

UGR L 16 UGR L 19 UGR L 22 UGR L 25 UGR L 28 broušení skla, kontrola barev, montáž velmi jemných přístrojů jemné strojní operace, kanceláře, operační sály, technické kreslení, prostory u pokladen šatny, umývárny, výroba obuvi, hrubé strojní operace, prodejní prostory sklady, hrubá výroba, archiv - chodby GR L 45 GR L 50 GR L 55 staveniště – montáž konstrukce, benzínová pumpa venkovní sportoviště (kopaná, …) 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

Působení světla

Třídění světelných zdrojů podle T

c Teplota chromatičnosti (náhradní teplota chromatičnosti) (K) Tón barvy světla zdroje příklad světelného zdroje do 3300 3 300 – 5 300 nad 5 300 teple bílý neutrálně bílý chladně bílý žárovky, halogenové žárovky, zářivky (teple bílé), vysokotlaké sodíkové výbojky, halogenidové výbojky zářivky (bílé), rtuťové výbojky s luminoforem, halogenidové výbojky 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

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 ?

Jeden bodový světelný zdroj

Směrovost a stínivost

Více světelných zdrojů Nejvíce světelných zdrojů

Stálost osvětlení

Při práci se nesmí světelný tok znatelně měnit.

Příčiny kmitání osvětlení: Vliv kolísání napětí: kolísání napětí sítě (kmitočet) mechanické kývání nevhodně upevněných svítidel 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 Roman Pihan Jiří Habel Sokanský a kol.

Světelná technika v praxi Kvalita světla Základy světelné techniky Světelná technika http://www.elkovo-cepelik.cz

Materiál je určen pouze pro studijní účely