ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov
125 TVNP Teorie vnitřního prostředí budov SVĚTELNÉ MIKROKLIMA Ing. Pavla Dvořáková, Ph.D. A226
[email protected]
Světlo • Elektromagnetické záření, které je viditelné – zhodnoceno zrakovým systémem • 380 – 740 nm
http://en.wikipedia.org/wiki/Light 125TVNP 2015/2016
ZRAKOVÝ SYSTÉM
Soubor orgánů příjem, přenos, zpracování informace v komplex nervových podráždění = ZRAKOVÝ VJEM Oči, zrakové nervy, mozek (podkorové a korové části)
125TVNP 2015/2016
Lidské oko
125TVNP 2015/2016
http://en.wikipedia.org
Lidské oko Funkcí oka je převést světlo do vzorců nervových impulsů, které jsou přenášeny do mozku. Dva systémy: OPTICKÝ (rohovka, přední komora, duhovka, zornička, čočka, sklivec) …převrácený obraz NERVOVÝ (nervové zásobení +sítnice) …první zpracování a třídění informace
Konečný proces vidění probíhá v mozku. 125TVNP 2015/2016
Lidské oko - sítnice
čípek
• Fotoreceptorické buňky • Tyčinky – černobílé mlhavé vidění při nízkém osvětlení • Čípky – barevné vidění – hodně světla • Cirkadiánní čidla Skotopické Fotopické Vidění Skotopické = noční vidění (tyčinky) – nejvyšší citlivost oka 507 nm Fotopické = denní vidění (čípky) – nejvyšší citlivost oka 555 nm
tyčinky
http://en.wikipedia.org
125TVNP 2015/2016
http://en.wikipedia.org/wiki/Luminosity_function
Vidění barev - čípky
3 typy čípků s různou spektrální citlivostí: přibližně odpovídají modré, zelené a červené http://cs.wikipedia.org/wiki
125TVNP 2015/2016
http://www.fotografovani.cz/fotopraxe/zakladnipostupy1/barva-a-vyvazeni-bile-1-barva-a-jejiobraz-v-pc-151818cz
S M
L
ADAPTACE • Schopnost přizpůsobit se různým osvětlenostem 0,25 – 100000 lx • Při rychlých změnách světelných podmínek dočasně nevidíme nebo vidíme špatně • Adaptace: na světlo – několik sekund až minuta na tmu – několik minut až hodina
125TVNP 2015/2016 http://luzr.cz/rozsirene-zornicky/
AKOMODACE http://www.tyflokabinet-cb.cz/zrak.htm
… je proces, při němž se mění optická mohutnost oka, a tak se oko zaostřuje na různě vzdálené předměty. Zdravé lidské oko : změna mohutnosti o 12-15 dioptrií Akomodace od „nekonečna“ až na vzdálenost 7 cm. 125TVNP 2015/2016
9
Akomodace v závislosti na věku Rozsah akomodace v dioptriích
Minimální vzdálenost pro ostré vidění v cm.
125TVNP 2015/2016
Poruchy vidění Krátkozrakost (myopie)
Dalekozrakost (hypermetropie)
125TVNP 2015/2016
http://www.tyflokabinetcb.cz/zrak.htm
Poruchy vidění • Barvoslepost (daltonismus) = porucha barevného vidění. Barvoslepost má několik typů podle toho, jakou barvu člověk nevnímá. Zřídka se vyskytuje barvoslepost na všechny barvy (černobílé vidění). http://www.argolens.cz/barevne-videni.htm
Normální barevné vidění
125TVNP 2015/2016
Chybí červené čípky
Chybí zelené čípky
Chybí modré čípky
ISHIHARŮV TEST
http://cs.wikipedia.org/wiki
Poruchy vidění
Normální pohled
Diabetická Retinopatie
125TVNP 2015/2016
Šedý zákal
Makulární degenerace
Zelený zákal
Zdroj: National Eye Institute, USA
Co vlastně vidíme? výsledný obraz = obraz na sítnici + úprava obrazu mozkem na základě předchozích zkušeností http://michaelbach.de/ot/index.html
Vidíme to, co “chceme” vidět. http://www.odbornecasopisy.cz/svetlo-22833.html
125TVNP 2015/2016
OPTICKÉ ILUZE A KLAMY
Kvantitativní charakteristiky osvětlení Světelný tok Symbol: F, Ø jednotka: lm
SOX 70 W – 6000 lm http://new-learn.info/learn/packages/mulcom/
Nízkotlaká sodíková výbojka
100 W žárovka – 1400 lm
Udává kolik světla vyzáří zdroj do všech směrů. 125TVNP 2015/2016
Kvantitativní charakteristiky osvětlení svíčka - 1 cd Svítivost Symbol: I Jednotka: cd Udává kolik světelného toku vyzáří zdroj nebo svítidlo do prostorového úhlu v určitém směru.
100 W žárovka – 110 cd
Slunce 3 x 1027 cd
Svítidlo a jeho příslušná křivka svítivosti 125TVNP 2015/2016
http://new-learn.info/learn/packages/mulcom/
Kvantitativní charakteristiky osvětlení Osvětlenost Symbol: E Jednotka: lx
http://new-learn.info/learn/packages/mulcom/
Kancelář 500lx
Chodba 100lx
Sluneční světlo 100 000lx
Soumrak 50lx
Udává, jak velký světelný tok dopadá na osvětlovanou plochu 125TVNP 2015/2016
Měsíc 0.5lx
Kvantitativní charakteristiky osvětlení monitor - 100 svíčka – 8 000 Jas Symbol: L Unit: cd/m2
Je měřítkem pro vjem světlosti svítícího nebo osvětlovaného tělesa, jak je vnímá lidské oko. zářivka 10 000
Slunce 1,6 x 109
http://new-learn.info/learn/packages/mulcom/ 125TVNP 2015/2016
Vnímaná světlost Fyzikální veličina, která popisuje světlost předmětu je jas. Ale neexistuje lineární vztah mezi jasem a vnímanou světlostí… Vnímání světlosti závisí na jasu a stavu adaptace očí.
125TVNP 2015/2016
Vnímaná světlost (percieved brightness)
125TVNP 2015/2016
http://new-learn.info/learn/packages/mulcom/comfort/visual/vision/box1.html
Vnímaná světlost (percieved brightness)
http://new-learn.info/learn/packages/mulcom/comfort/visual/vision/box1.html
125TVNP 2015/2016
125TVNP 2015/2016
125TVNP 2015/2016
125TVNP 2015/2016
125TVNP 2015/2016
Kvalita osvětlení • Prostředí – modelování, teplota chromatičnosti, směrovost • Komfort – podání barev, kontrast • Výkon – oslnění, uniformita
podle: http://newlearn.info/learn/packages/mulcom/
125TVNP 2015/2016
PROSTŘEDÍ - Směr osvětlení
http://new-learn.info/learn/packages/mulcom/
125TVNP 2015/2016
Přímé, nepřímé a smíšené svítidlo
PROSTŘEDÍ - Směr osvětlení
Difúzně a přímo osvětlená stěna http://new-learn.info/learn/packages/mulcom/ 125TVNP 2015/2016
PROSTŘEDÍ -Modelování, směrovost, kontrast • Úzké úhly osvětlení vytváří vysoké kontrasty ve vizuálním prostředí. Pokud strop a stěny nejsou vůbec osvětleny, může vzniknout „efekt jeskyně“, který vytvoří nepříjemný pocit.
• Širší distribuce vytvoří vizuálně zajímavý vzor na stěnách se současnou tvorbou stínů a dobrým výsledným kontrastem
• Převážně difúzní světlo vytváří jednotně osvětlené povrchy. Protože nevznikají stíny, může být těžké rozeznat objekty. http://new-learn.info/learn/packages/mulcom/ 125TVNP 2015/2016
PROSTŘEDÍ - Modelovací schopnost • Směr + rovnoměrnost = Schopnost rozeznat 3D objekty • Pozadí s podobným jasem – rozeznatelnost pouze díky světlým a tmavým místům, které světlo vytváří na jeho povrchu
• Příliš difúzní světlo žádné stíny objekt rozmazaný • Příliš přímé světlo extrémní kontrasty nepříjemné pro oko (mohou nastat optické iluze)
• Sportovní areály (míčové hry), • Veřejné prostory rozlišení tváří http://new-learn.info/learn/packages/mulcom/
125TVNP 2015/2016
PROSTŘEDÍ - Teplota chromatičnosti • vyjádření spektrálního složení světla, charakterizuje barvu světla, ekvivalentní teplota černého zářiče, při které je spektrální složení záření těchto dvou zdrojů blízké • Žárovka 2800K - teplota odpovídá teplotě vlákna, zářivka náhradní teplota chromatičnosti • • • • • • • •
1200 K: svíčka 2800 K: žárovka, slunce při východu a západu 3000 K: studiové osvětlení 5000 K: obvyklé denní světlo, zářivky 6000 K: jasné polední světlo 7000 K: lehce zamračená obloha 8000 K: oblačno, mlhavo (mraky zabarvují světlo do modra) 10 000 K: silně zamračená obloha nebo jen modré nebe bez slunce
125TVNP 2015/2016
PROSTŘEDÍ - Teplota chromatičnosti Osvětlenost [lx]
Barva světelného zdroje
teplá
neutrální
studená
Pocitová reakce Pod 500
příjemné
neutrální
studené
stimulující
příjemné
neutrální
nepřirozené
stimulující
příjemné
500 – 1000
1000 – 2000
Způsob, jak se cítíme v prostředí s dominantní třídou náhradní teploty chromatičnosti, závisí na osvětlenosti v místnosti. Čím vyšší osvětlenost, tím příjemnější jsou studené barvy světla.
2000 -3000 Nad 3000
Náhradní teplota chromatičnosti
Třída
pod 3300 K
Teplý
3300 – 5300 K
Střední (neutrální)
nad 5300 K
studený
Adaptováno podle: http://newlearn.info/learn/packages/mulcom/
125TVNP 2015/2016
Adaptováno podle: http://en.wikipedia.org/wiki/Kruit hof_curve
KOMFORT - Index podání barev
http://newlearn.info/learn/packages /mulcom/
Index podání barev Ra (CRI)= 100 … všechny barvy jsou podány věrně
Porovnání barev osvětlených různými zdroji světla
žárovka
zářivka
Efekt úrovně podání barev
níztkotl. sodíková výbojka
Světelné zdroje používané v kancelářích: Žárovka…Ra 100, Halogenová žárovka Ra 100, Zářivky…Ra 70 – 90, Kompaktní zářivka ..Ra 82 – 85 125TVNP 2015/2016
KOMFORT - Index podání barev Skupina
Index podání barev
Barevné podání
Typická aplikace
1A
90 – 100
Velmi dobré
Galerie, lékařská vyšetření, míchání barev
1B
80 -90
Velmi dobré
Byty, hotely, kanceláře, školy
2
60 – 80
Dobré
Průmysl, kanceláře, školy
3
40 – 60
Vyhovující
Průmysl, sportovní haly
4
20 - 40
Nevyhovující
Dopravní osvětlení
125TVNP 2015/2016
Světelný zdroj
Skupina podání barev
Halogenová žárovka
1A
Zářivka (denní)
1B
Zářivka, směsová výbojka
2
Hg- výbojka
3
Na - výbojka
4
125TVNP 2015/2016
http://www.lightingsch ool.eu/portfolio/unders tanding-the-light/ 125TVNP 2015/2016
KOMFORT - Kontrast • Pro jasné vidění je nutné, aby byl dostatečný kontrast na sítnici (v oblasti žluté skvrny)
Kontrast jasu
k
Lobj Lback Lback
• Text s nízkou úrovní kontrastu není snazší přečíst zvýšením intenzity osvětlení 125TVNP 2015/2016
zdroj: Lechner (2001) Heating, Cooling, Lighting, fig. 12.8d, p. 341]
Simple contrast:
Kontrast
Weber contrast: Michelson contrast:
[source : Lechner (2001) Heating, Cooling, Lighting, fig. 12.8d, p. 341 + http://www.liden.cc/Visionary/Vision.frame.c.html] 125TVNP 2015/2016
VÝKON - Oslnění • Příliš velké rozdíly jasů • Zdroj světla je blízko, nadměrný jas svítidel nebo části osvětlovaného prostoru, častým zdrojem jsou okna • Odraz svítících ploch na lesklých površích prostoru
• Psychologické (discomfort glare): pozorovatelné, rušivé – zdroj vyššího jasu v pohledovém poli vzbuzuje nepříznivý pocit, odpoutává pozornost od pozorovaného předmětu zraková nepohoda, únava
• Fyziologické (disability glare): omezující, oslepující – zhoršuje činnost zraku, snižuje se zraková ostrost a http://en.wikipedia.org/wiki/ kontrastní citlivost http://new-learn.info/learn/packages/mulcom/
125TVNP 2015/2016
VÝKON - Oslnění
Přímé oslnění Oslnění ze svítícího předmětu, který se nachází ve stejném nebo blízkém směru jako předmět, na který se díváme.
Odražené/nep římé oslnění Oslnění ze svítícího předmětu, který se nenachází ve směru jako sledovaný předmět. 125TVNP 2015/2016
[Zdroj: Steven Holl, převzato z materiálu projektu IDES-EDU
VÝKON - Oslnění Hodnocení oslnění • UGR (unified glare rating) – index oslnění
Lz - jas oslňujícího světelného zdroje Ώ – prostorový úhel, pod nímž je zdroj vidět Lp – průměrný jas pozadí (adaptační jas) n - počet oslňujících zdrojů P – součinitel charakterizující vliv polohy oslňujícího zdroje
Stupeň oslnění je tím vyšší, čím je vyšší jas oslňujícího světelného zdroje Lz a čím větší je prostorový úhel , pod nímž je zdroj vidět; a naopak stupeň oslnění klesá s rostoucím průměrným jasem pozadí Lp (adaptačním jasem). 125TVNP 2015/2016
125TVNP 2015/2016
http://www.uncg.edu/iar/elight/learn/determine/lc_sub/horiz_act.html
[source : Guy Newsham, National Research Council of Canada, IRC, Cope] 125TVNP 2015/2016
VÝKON - Oslnění
125TVNP 2015/2016 •
Lechner N (2001). Heating, cooling, lighting: Design methods for architects. Third Edition. New York: John Wiley & Sons inc.
•
Lechner N (2001). Heating, cooling, lighting: Design methods for architects. Third Edition. New York: John Wiley & Sons inc.
Opatření ke snížení rizika oslnění
Vnitřní povrchy se světlými barvami EN-12464 (2012): odrazy: strop 0,7-0,9 stěny 0,5-0,8 pracovní rovina 0,2-0,7 podlaha 0,2-0,4 125TVNP 2015/2016
Tmavé plochy a těžký nábytek snižují využití denního světla, a to zejména v zadní části místnosti. V hlubokém pokoji je lepší volit světlé barvy a lehčí vybavení. 47
Normy týkající se osvětlení • ČSN EN 15251 Vstupní parametry vnitřního prostředí pro návrh a posouzení energetické náročnosti budov s ohledem na kvalitu vnitřního vzduchu • ČSN EN 12464-1 Světlo a osvětlení – Osvětlení pracovních prostorů, Část 1: Vnitřní pracovní prostory, • ČSN 73 0580-1 Denní osvětlení budov, • ČSN 734301 Obytné budovy • ČSN EN 12464-2 Světlo a osvětlení – Osvětlení pracovních prostorů, Část 2: Venkovní pracovní prostory, • ČSN EN 12193 Světlo a osvětlení – Osvětlení sportovišť • ČSN EN 1838 Světlo a osvětlení - Nouzové osvětlení, • ČSN EN 13201-1 až 4 Osvětlování pozemních komunikací 125TVNP 2015/2016
Normy týkající se osvětlení Požadavky na osvětlení jsou určeny uspokojením tří základních lidských potřeb - Zrakové pohody - Zrakového výkonu - Bezpečnosti
125TVNP 2015/2016
Požadavky na osvětlení
• ČSN EN 15251, ČSN EN 12464-1.
Stanovují požadavky na osvětlenost, oslnění a podání barev.
125TVNP 2015/2016
Kritéria dobrého osvětlení • Adekvátní úroveň osvětlení v místnosti a na pracovní ploše • Rozložení jasu v zorném poli (e.g. kontrast, poměr osvětlenosti horizontálních a vertikálních povrchů) • Minimalizace oslnění • Rozložení a směrovost světla v místnosti a na pracovní ploše (e.g. přímé/difúzní osvětlení) • Barevné vlastnosti světla (barevný tón světla a podání barev) • Denní světlo • Výhled ven • Výhled na nebe
125TVNP 2015/2016
Denní světlo Výhody přirozeného osvětlení
Photo Sbi Denmark
Photo Jouri Kanters
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Zrakový výkon Vyšší produktivita Redukce stresu Pozitivní dopady na zdraví i psychiku (náladu) Stimulace cirkadiánního rytmu (noc den) Syntéza vitamínu D (kůže) Proměnlivost = pozitivní biologický efekt Světelná účinnost (lm/W) = energeticky efektivní 9. Úspora energie 10. Podání barev
125TVNP 2015/2016 Photo Sbi Denmark
Photo CLEAR, London
Photo Jouri Kanters
Denní světlo - Proslunění • Insolace = ozáření přímým slunečním zářením, ve kterém se kromě viditelného záření uplatňují i složky, nevnímané lidským zrakem (ultrafialové a infračervené záření). účinky na člověka : • zvyšování odolnosti proti nepříznivým vlivům prostředí, • podpora zdravého rozvoje organismu, • příznivé působení na psychiku člověka, jeho duševní stav a náladu. 125TVNP 2015/2016
Non-vizuální vnímání světla • Neobrazové vnímání světla Cirkadiánní receptory ipRGCs (intrinsically photosensitive Retinal Ganglion Cells), rozptýleny po celé ploše oční sítnice, hlubší vrstvy, menší množství, citlivé na kratší vlnové délky = modré světlo (460-480 nm) Pro aktivaci nutná dostatečná Příklady spektrálního složení – světelná intenzita Vyznačena maximální citlivosti ipRGCs Den: 1000 lx Noc 50 -100 lx
DENNÍ SVĚTLO
Melatonin – spánkový hormon (epifýza) – den/noc; léto/zima (Ve dne hladina v těle nízká/před spaním výrazné zvýšeni)
Kortizol – hormon aktivity, stresu, pohybu –doplňuje glukózu v krvi (zejm. do mozku a ledvin) udržuje organismus bdělý a akceschopný 125TVNP 2015/2016
ŽÁROVKA
firemní podklady OSRAM
(2x24hod) typického denního rytmu tělesné teploty, melatoninu a kortizolu v lidském těle při přirozeném 24 hodinovém cyklu střídání dne a noci van Bommel et al, 2004
Non-vizuální vnímání světla Circadiánní rytmus • Vnitřní hodiny člověka – přibližně 24 hodinový cyklus (spánek, bdění, rozdíly tělesné teploty, tlaku, srdeční frekvence, aktivity trávení, vylučování, změny hormonálních hladin)
Různé chronotypy (ranní ptáčata – slavíci X sovy) Synchronizace Jet-leg ; práce na noční směny 125TVNP 2015/2016
Non-vizuální vnímání světla: SAD http://www.berslevu.cz/akce/3800-svetelna-terapie-celospektralnimzdrojem#
LED 125TVNP 2015/2016
SAD = Seasonal affective disorder = SEZONNI DEPRESE • smutek, podrážděnost, nervozita • změna chuti k jídlu, změny váhy • snížená aktivita • nespavost • snížení zájmu o práci • Zimní SAD – více jak 5% obyv. (ženy:muži - 4:1) • Lehčí formy - až 15% osob Terapie světlem: – 2h/2.500 lx – 30min/10.000 lx – Použití LED (470 nm) je efektivní i po kratší dobu expozice.
http://www.fototerapie.com/
Použitá literatura
• • • • • • • • • • • •
Bluyssen Philomena M.: The Indoor Environment Handbook, How to Make Buildings Healthy and Comfortable, Earthscan Ltd (United Kingdom), 2009, ISBN-13: 9781844077878 Jokl, M. : Zdravé obytné a pracovní prostředí, Academia, 2002 http://new-learn.info/learn/packages/mulcom/ http://en.wikipedia.org/wiki/Light Moore Fuller (1985). Concepts and Practice of Architectural Daylighting, Van Nostrand Reinhold, New York, ISBN 0-442-26439-9. Lechner N (2001). Heating, cooling, lighting: Design methods for architects. Third Edition. New York: John Wiley & Sons inc. http://www.lightingdesignlab.com ČSN EN 15251 Vstupní parametry vnitřního prostředí pro návrh a posouzení energetické náročnosti budov s ohledem na kvalitu vnitřního vzduchu ČSN EN 12464-1 Světlo a osvětlení – Osvětlení pracovních prostorů, Část 1: Vnitřní pracovní prostory, ČSN 73 0580-1 Denní osvětlení budov, ČSN 734301 Obytné budovy Projekt IDES-EDU (www.ides-edu.eu)
