13 OSVĚTLOVÁNÍ ZDRAVOTNICKÝCH ZAŘÍZENÍ Ing. Jaroslav Sadský ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI Fakulta elektrotechnická Katedra elektroenergetiky a ekologie 1
Úvod
Tato práce se zabývá projektováním elektrického osvětlování zdravotnických provozů. Je zaměřena na způsob a provedení vnitřního umělého osvětlení jednotlivých speciálních zařízení tak, aby bylo docíleno správného působení osvětlovacích soustav. Cílem této práce je zhodnotit hladiny osvětlenosti a vytvoření zrakové pohody. To znamená vytvořit příjemný a příznivý psychofyziologický stav organismu, který je vyvolaný optickou situací vnějšího prostředí, působící na člověka. Pro správnou funkci zrakového orgánu je zapotřebí nastavit optimální úroveň osvětlení pro daný pracovní úkon. Správně navržené osvětlení, pomocí současně dostupné světelné techniky, respektující fyziologické, psychologické a biologické požadavky neovlivňují jen kvalitu práce, únavu, ale i zdravotní stav lidského organismu.
2
Základní rozdělení světelných zdrojů
2.1 Denní světlo Jeho zdrojem je slunce, jehož světlo dopadá na zemský povrch. Toto světelné záření dopadá na zemský povrch přímo, nebo dochází k rozptylu na obloze. Intenzita slunečního záření i jeho barva se v průběhu dne mění, a to v závislosti denní a roční doby dle zeměpisné šířky a podle meteorologického stavu oblohy. Intenzita osvětlení jasné letní oblohy v poledne dosahuje průměrně až 95000-100000 lx.
2.2 Umělé světlo Tento druh světla je tvořen uměle vyrobeným zdrojem světelného záření. Podle způsobu vzniku optického záření můžeme umělé světelné zdroje rozdělit na tepelné, luminiscenční, výbojové a zdroje využívající elektromagnetické indukce. U tepelného zdroje vzniká světlo zahřáním pevné látky na vysoké teploty (žárovky) a u luminiscenčního zdroje vzniká záření luminiscencí pevných látek (zářivky). Moderní světelné zdroje umožňují ve vnitřních prostorách vytvoření umělého osvětlení kvantitativně srovnatelné s denním světlem.
3
Hlavní parametry určující světelné prostředí (dle ČSN EN 12464-1)
3.1 Rozložení jasu Rozložení jasu v zorném poli určuje úroveň adaptace zraku, která ovlivňuje viditelnost úkolu. Velmi dobře vyvážený adaptační jas je potřebný ke zvětšení zrakové ostrosti (ostrosti vidění), kontrastní citlivosti (rozlišení malých poměrných rozdílů jasu), účinnosti zrakových funkcí (akomodace, konvergence, zmenšování zornice, očních pohybů atd.). Rozložení jasu v zorném poli ovlivňuje také zrakovou pohodu. Z tohoto důvodu je nutno vyloučit příliš velké jasy, jež mohou zvětšit oslnění, příliš velké kontrasty jasů, jež mohou způsobit únavu v důsledku nepřetržité readaptace, příliš malé jasy a kontrasty jasů, jež vedou k monotónnímu nestimulujícímu pracovnímu prostředí. povrch
Činitel odrazu 0,6 až 0,9 Strop 0,3 až 0,8 Stěny 0,2 až 0,6 Pracovní roviny 0,1 až 0,5 Podlaha Tab. 1 Rozsah činitelů odrazu hlavních povrchů místnosti [5]
3.2 Osvětlenost Osvětlenost a její rozložení v místě zrakového úkolu a v jeho bezprostředním okolí má velký vliv na to, jak rychle, bezpečně a pohodlně osoba vnímá a vykonává zrakový úkol. Hodnota osvětlenosti může být upřesněna nejméně o jeden stupeň řady osvětleností, lišíli se zrakové podmínky od normálních předpokladů. V případě snižování nebo zvyšování osvětlenosti je korekce o jeden stupeň řady považována za minimální vnímatelnou změnou. Nemá tedy smysl upřesňovat (měnit) o hodnotu nižší než odpovídá uvedené řadě osvětlenosti. Doporučená řada osvětleností (v luxech): 20 – 30 – 50 – 75 – 100 – 150 – 200 – 300 – 500 – 750 – 1000 – 1500 – 2000 – 3000 – 5000 Požadovaná udržovaná osvětlenost musí být zvětšena, když: - zraková činnost je kritická - se chyby nákladně opravují - přesnost a vysoká produktivita jsou velmi důležité - zrakové schopnosti pracovníků jsou pod normálem - zrakové úkoly jsou neobvykle malé a málo kontrastní - úkol je vykonáván po neobvykle dlouhou dobu Požadované udržované osvětlenosti je možné zmenšit, když: - kritické detaily úkolu jsou neobvykle velké nebo mají velký kontrast - úkol je vykonáván po neobvykle krátkou dobu. V prostorech s trvalým pobytem osob nesmí být udržovaná osvětlenost menší než 200 lx (tzv. „hygienické minimum“). Za odchylku zrakových podmínek se považuje vykonávání zrakového úkolu v prostorech s nedostatečným denním osvětlením po dobu delší než 4 hodiny
denně. V těchto případech je tedy nutné zvýšit požadovanou osvětleností E m . Tedy pro „hygienické minimum“ je nutno zvýšit osvětlenost z 200 lx na 300 lx. Osvětlenost bezprostředního okolí pomáhá vytvořit příznivé světelné podmínky pro zrakovou činnost a vytváří vyvážené rozložení jasů v zorném poli. K dotvoření světelných podmínek v prostoru je vhodné dodržet celkovou rovnoměrnost osvětlení prostoru. Osvětlení místa zrakového úkolu musí být co nejrovnoměrnější.
Osvětlenost úkolu [lx]
Osvětlenost bezprostředního okolí úkolu [lx] 500 300 200 Eúkolu
≥ 750 500 300 ≤ 200 Rovnoměrnost osvětlení: ≥ 0,5 Rovnoměrnost osvětlení: ≥ 0,7 Tab. 2 Rovnoměrnost osvětlení a poměr osvětleností bezprostředního okolí a úkolu [5]
3.3 Oslnění Oslnění je počitek způsobený povrchy v zorném poli s velkým jasem a může být pociťováno buď jako rušivé nebo omezující oslnění. Oslnění způsobené odrazy v zrcadlových površích je běžně chápáno jako závojové oslnění nebo oslnění odrazem. Omezení oslnění je důležité pro vyvarování se chybám, únavě a úrazům. Ve vnitřních pracovních prostorech může být oslnění způsobeno přímo svítidly a okny s velkým jasem. V současnosti není dořešena metoda výpočtu oslnění způsobeného okny. Omezit oslnění okny je možno převážně vhodnou orientací pracovišť vzhledem k oknům podle ČSN 73 0580.
3.4 Směrovost osvětlení Zohlednění směrovosti osvětlení je důležité pro zvýraznění předmětů, vyjevení textury nebo vzhledu osob v prostoru. Směrované osvětlení se vytváří tzv. „modelací“. Jejím úkolem je vytvořit vyváženost mezi difuzním a směrovaným světlem. Celkový dojem vnitřního prostoru je možno vytvořit, je-li osvětlení stavebních tvarů, osob a předmětů takové, že jejich tvar a textura se jeví jasně a příjemně. Při vykonávání obtížného zrakového úkolu je důležité osvětlení z určitého směru. Osvětlením určitým směrem se mohou vyjevit detaily zrakového úkolu, zlepšit jejich viditelnost a tím i usnadnit vykonávání daného úkolu.
3.5 Podání barev, barevný tón světla Pro správné vykonávání zrakových úkolů a pro nastavení správné celkové a duševní pohody je velmi důležité, aby barevné podání předmětů a lidské pokožky bylo podáno přirozeně, věrně a tak aby lidé vypadali přitažlivě a zdravě. Z hlediska vlastností světelných zdrojů byl zaveden index podání barev Ra. Jeho maximální hodnota je 100 a zmenšuje se v závislosti na zhoršování jakosti podání barev. Ve vnitřních prostorech, v nichž osoby pracují nebo pobývají dlouhodobě, se nesmějí použít svítidla se světelným zdrojem s indexem podání barev menším než 80. Barevný tón světelného zdroje se vztahuje k zdánlivé chromatičnosti vyzařovaného světla. Ta se kvantifikuje náhradní teplotou chromatičnosti (Tcp).
Barevný vzhled (tón) světla
Náhradní teplota chromatičnosti Tcp (K) do 3300 3300 až 5300 nad 5300
Teplý bílý Neutrálně bílý Chladně bílý Tab. 3 Skupiny barevného tónu světla světelných zdrojů [5]
Volba barevného tónu závisí na psychologii, estetice a na přirozených požadavcích. Při návrhu musíme zohlednit úroveň osvětlení, barevnou úpravu místnosti a nábytku, klimatické pásmo a druh prostoru. Osvětlenost (lx)
Náhradní teplota chromatičnosti Tcp (K) do 3300 3300 až 5300 nad 5300
≤ 500 300 – 1500 > 500 Tab. 4 Teplota chromatičnosti v závislosti na osvětlenosti [6]
V horkých klimatických podmínkách se preferuje chladnější barevný tón, zatímco v chladnějším podnebí se upřednostňuje teplejší barevný tón světla.
3.6 Míhání světla a stroboskopické jevy Míhání světla a stroboskopickému jevu je nutno věnovat velkou pozornost, jelikož způsobují únavu lidí (může vyvolat fyziologické projevy jako například bolesti hlavy, či fotosenzitivní epileptické záchvaty) a zvyšují nebezpečí úrazu (vedou k změně vnímání pohybu točivých strojů nebo strojů s vratným pohybem). Pro kompenzaci kmitání světla lze použít: - napájení osvětlovací soustavy z 3fázové sítě tak, aby sousední svítidla byla připojena na různé fáze - vícezdrojové svítidlo s výbojkovými zdroji zapojené tak, aby jednotlivé zdroje byly napájeny proudem s vhodným fázovým posunem - napájení světelných zdrojů stejnosměrným proudem nebo proudem s vysokou frekvencí (kolem 30 kHz). - vhodnou úpravou napájení osvětlovací soustavy elektrického rozvodu a napájení osvětlovací soustavy při značném a častém kolísání napájecího napětí.
3.7 Udržovací činitel Projekt osvětlení musí být vypracován s uvažováním celkového udržovacího činitele vypočítaného pro zvolené osvětlovací zařízení, prostředí a plán údržby. Doporučená osvětlenost pro každý zrakový úkol se uvádí jako udržovaná osvětlenost. Udržovací činitel
závisí na provozních charakteristikách světelných zdrojů a předřadníků, svítidel, prostředí a na plánu údržby. Udržovací činitel z se stanoví jako součin dílčích činitelů: z = zz . zs . zp . zfz (rov. 1) kde zz je činitel stárnutí světelných zdrojů; zs činitel znečištění svítidel; zp činitel znečištění ploch osvětlovaného prostoru; zfz činitel funkční spolehlivosti světelných zdrojů.
4
Zhodnocení zrakové činnosti vybraných zdravotnických zařízení
Osvětlování ve zdravotnických zařízeních je nutno věnovat velkou pozornost už jen proto, že jsou zde vykonávány velmi náročné a odborné zrakové úkoly. Soubor všech zdravotních zařízení obsahuje rozsáhlé spektrum zrakových úkolů, a proto se klade velký důraz na správné dimenzování osvětlení pro danou činnost. Ve většině moderně navržených objektech už dnes nechybí možnost regulace osvětlení. Regulace formou vypínání jednotlivých částí světelných soustav je nedostačující, proto se využívá plynulé regulace pomocí elektronických předřadníků.
4.1 Pokoje pacientů (Lůžkové pokoje) dle [1] Lůžkové pokoje pacientů se kromě přímého stropního osvětlení vybavují speciálními svítidly umístěnými na stěně za hlavou pacienta (viz obr. 1). Tyto svítidla se umisťují do výšky 1,8 m nad podlahou a jsou převážně integrována do zařízení pro silnoproudý a slaboproudý elektrický rozvod. Často jsou vybaveny svítidlem pro noční (kontrolní) osvětlení, jehož vypínač je umístěn mimo dosah pacienta.
Obr. 1 Osvětlení nástěnným svítidlem Speciální nástěnná svítidla mají funkci přímého i nepřímého osvětlení. Pro nepřímé osvětlení se z pravidla používá lineární zářivka o výkonu 58 W a pro přímé osvětlení lineární zářivka 30 W nebo 18 W. Rozložení svítivosti u obou způsobů je asymetrické s maximem asi 30° (u nepřímého) a 45° (u přímého) od stěny. Tímto dosáhneme horizontální osvětlenosti ve výšce 1 m nad podlahou asi 150 lx od nepřímého osvětlení a 350 lx od přímého osvětlení (v ose lůžka, asi v 1/3 jeho délky od stěny), která postupně klesá směrem k nohám pacienta.
Osvětlenost na ploše knihy se sklonem 15° od svislice přibližně ve středu lůžka je asi 300 lx, což dostatečně umožní pacientovi dostatečné podmínky pro čtení, aniž by byl oslněn.
Položka Druh prostoru, č. úkolu nebo činnosti 7.3.1 7.3.2 7.3.3 7.3.4 7.3.5
7.3.6
Celkové osvětlení
Em
UGRL
Ra
poznámky
lx
-
-
100
19
80
Zamezit příliš velké jasy v zorném poli pacientů Osvětlenost v úrovni podlahy -
Čtení 300 19 80 Jednoduché vyšetřování 300 19 80 Vyšetřování a 1000 19 90 ošetřování (léčení) Noční osvětlení, 5 80 pozorovací dozorové obchůzkové osvětlení Koupelny a záchody 200 22 80 pacientů Tab. 5 Pokoje pacientů [5]
4.2 Vyšetřovny (obecně) V místnostech pro ošetřování a vyšetřování pacientů je velký požadavek na dostatečnou osvětlenost a správné podání barev.
Obr. 2 Příklad osvětlení lékařské ordinace
Nejen z hlediska funkčnosti, ale i z estetického hlediska by měly být lékařské ordinace vhodně osvětleny spíše teplými světelnými zdroji z důvodu navození příjemné atmosféry nemocným pacientům. Položka Druh prostoru, č. úkolu nebo činnosti 7.4.1 7.4.2
Em
UGRL
Ra
poznámky
lx 500 1000
19 19
90 90
-
Celkové osvětlení Vyšetřování a ošetřování Tab. 6 Vyšetřovny (obecně) [5]
4.3 Oční vyšetřovny Pro správné vyšetření zraku je třeba vytvořit příznivé podmínky pro lidské oko. Pro vyšetření vidění na dálku i na blízko se musí zajistit dostatečné osvětlení daného zorného pole i okolí, aby nedocházelo k proměnlivým adaptacím zraku na různé hladiny osvětlení. Pacient nesmí být oslňován jak přímým osvětlením, tak i různými odrazy od okolních prostor. Při testování barvocitu se klade velký důraz na podání barev, a proto se musí svítidla osadit světelnými zdroji, které mají činitel podání barev Ra ≥ 90. Položka Druh prostoru, č. úkolu nebo činnosti 7.5.1 7.5.2 7.5.3
Em
UGRL
Ra
poznámky
lx 300 1000
19 -
80 90
-
Celkové osvětlení Vyšetřování vnějšího oka Testy čtení a barvocitu 500 16 90 na testovacích tabulkách (optotypech) Tab. 7 Oční vyšetřovny [5]
-
4.4 Místnosti zobrazovacích metod (zobrazovací diagnostiky) Osvětlení místností zobrazovacích metod musí vyhovovat všem úkolům prováděných na zobrazovacích stanicích. Například to je čtení na displeji, tištěného textu, rukopisu, nebo práce na klávesnici. Pro tyto místnosti se zvolí osvětlení podle druhu činnost a typu úkolu. Obrazovky a v některých případech i klávesnice vykazují různé odlesky, které způsobují rušivé oslnění. Proto musí být osvětlení navrženo a rozmístěno tak, aby bylo zamezeno odleskům o velkém jasu.
Položka Druh prostoru, č. úkolu nebo činnosti 7.7.1
Celkové osvětlení
Em
UGRL
Ra
poznámky
lx 300
19
80
-
7.7.2
Skenery se zvětšením 50 19 80 Práce s displeji viz ČSN obrazu a televizním EN 12464 4.11 systémem Tab. 8 Místnosti zobrazovacích metod [5]
4.5 Operační prostory dle [2] Osvětlení operačních sálů lze rozdělit podle funkce do tří základních skupin. - Základní osvětlení – musí zajistit řadu zrakových činností před i po vlastní operaci. Musí striktně splňovat požadavky na rozdílnost ve směru pohledu v prostoru, sledování průběhu operace na zobrazovacích jednotkách, analýzu rentgenových snímků, identifikaci hodnot na různých stupních a funkce dalších přístrojů. Podle druhu a charakteru operace může být požadavek na snížení úrovně hlavního osvětlení (60 – 30 %), proto musí být umožněno toto osvětlení plně regulovat. - Osvětlení operační pole – je přesně definovaná oblast, která zahrnuje vlastní operační pole a jeho bezprostřední okolí. Pro osvětlení se používají speciální operační svítidla s definovaným rozložením energie optického záření. Tato svítidla jsou umístěna ve vzdálenosti asi 2 m od operačního pole a dosahují úrovně osvětlení až 100 000 lx. Svítidlo se obvykle sestavuje z dílčích reflektorů z pravidla se žárovkou o příkonu 50 W, napájené 24 V. Povrch těchto svítidel je pokryt speciální vrstvou filtrů, které potlačují složky IR záření. S vývojem operačních technik se zvyšují i nároky na osvětlení. Například v oblasti mikrochirurgie se dnes požadovaná hladina osvětlení zvýšila až na 160 000 lx (pro velikost operačního pole 5x5 cm). - Speciální individuální osvětlení – požadavky na individuální osvětlení jsou různé a nedají se řešit komplexním návrhem. Jde například o individuální svítidla umístěné na hlavě chirurga nebo je součástí brýlí. Jsou to svítidla se speciální optikou a zdrojem o malém výkonu. Poskytují výraznou světelnou stopu v operačním poli a měly by mít stejnou teplotu chromatičnosti a index podání barev jako okolní osvětlení. Osvětlení zázemí operačních sálů musí navazovat na osvětlení vlastních sálů, proto z hlediska adaptace zraku by měla hladina osvětlení dosahovat úrovně kolem 500 lx. Pooperační místnosti, kdy se pacient probouzí z narkózy, se doporučuje osvětlit na hladinu 100 lx. Naopak v předoperační místnosti je pro pacienty čekající na operační zákrok požadováno osvětlení vyšší. Položka Druh prostoru, č. úkolu nebo činnosti 7.10.1 7.10.2 7.10.3
Předoperační a pooperační místnosti Operační sál Operační pole (dutina)
Em
UGRL
Ra
poznámky
lx 500
19
90
-
1000 10000 až 100000
19
90
-
Tab. 9 Operační prostory [5] K samotné realizaci osvětlení se používají svítidla určená pro čisté prostory s odpovídajícím krytím (krytí IP44, IP43 a vyšší). Nesmí negativně ovlivňovat elektrické zdravotnické přístroje (z hlediska EMC) a musí být odolná proti působení dezinfekčních prostředků. Při velkých hladinách osvětlení jsou kladeny velké požadavky na odraznost povrchů. Odraznost operačního sálu: -
strop stěny podlaha
0,7 (a více) 0,5 0,3
Odraznost v Operačním poli: - operační roušky - sterilní přikrývky - obleky operačního týmu - boty
Pod 0,3
Ostatní povrchy v blízkém okolí operačního pole: - Matová povrchová úprava (chirurgické nástroje) pro snížení hodnoty odrazu, zvláště monochromatického přísně koherentního záření (lasery).
4.6 Jednotka intenzivní péče Osvětlení jednotek intenzivní péče vyžaduje hned několik druhů osvětlení s protikladnými požadavky. To znamená, že v jedné místnosti je několik způsobů osvětlení pro různé situace. Jde například o - celkové (základní) osvětlení místnosti - osvětlení lůžka pacienta - osvětlení pro vyšetření a nutné zákroky - osvětlení umožňující kontrolu přístrojů a zobrazovacích jednotek - noční orientační osvětlení - nouzové osvětlení Položka Druh prostoru, č. úkolu nebo činnosti 7.11.1 7.11.2 7.11.3 7.11.4
Celkové osvětlení Jednoduché vyšetřování Vyšetřování a ošetřování Noční pozorování (sledování, dozor)
Em
UGRL
Ra
poznámky
lx 100 300 1000
19 19 19
90 90 90
V úrovni podlahy V úrovni lůžka V úrovni lůžka
20
19
90
Tab. 10 Jednotka intenzivní péče [5] Při návrhu těchto místností je zapotřebí mít velké zkušenosti a zohlednit různé faktory, které by mohly negativně ovlivnit funkce těchto místností a ohrozit tím lidský život.
4.7 Dezinfekční prostory Prostory určené pro dezinfekci nepodléhají zvláštním požadavkům na různé druhy osvětlení v jedné místnosti. Pro sterilizaci a desinfekci se používají speciální lampy s UV světelnými zdroji. Tak zvaná bakteriocidní (germicidní) lampa je jednou z nejúčinnějších metod sterilizace vzduchu, tekutin a povrchu předmětů. Lampa vyzařuje intenzivní UVC záření (nejčastěji o vlnové délce 253,7 nm), které je absorbováno nukleovými kyselinami (DNA, RNA) a jinými biologicky důležitými molekulami. V důsledku poškození genetického materiálu a dalších struktur dojde k usmrcení mikroorganismů, jako jsou bakterie, různé řasy, kvasinky, trepky, plísně, protozoa a viry. [3]
Položka Druh prostoru, č. úkolu nebo činnosti 7.14.1 7.14.2
5
Em
UGRL
Ra
lx Sterilizace 300 22 80 Desinfekce 300 22 80 Tab. 11 Desinfekční prostory [5]
poznámky -
Návrh osvětlení rehabilitačního zařízení
Návrh osvětlení jsem provedl pro rehabilitační bazén lázeňského sanatoria Kriváň. Tento prostor by měl přiblížit požadavky na osvětlení a vytvořit optimální a ekonomicky nejvýhodnější řešení návrhu. Návrh a jeho vizualizace jsou provedeny pomocí výpočtového programu RELUX Professional verze 2007-5. Tento bazén je koncipován jako relaxační zařízení osazené jemnými masážními procedurami (perličkové lehátka, masážní trysky bederní a krční páteře). Kapacita bazénu je 15 - 18 pacientů. Z důvodu vysoké vlhkosti v prostoru je nutno, jak při návrhu elektroinstalace, tak i při výběru svítidel tuto okolnost zohlednit a použít materiál s dostatečným krytím IP. 5.1.1 Umělé osvětlení pomocí zářivkových svítidel T8 (varianta A) V první variantě návrhu jsem použil zářivková svítidla ELKOVO-ČEPELÍK ZC 236/15ZKIP54 osazená lineárními zářivkami 2x36 W.
Obr. 3 svítidlo ELKOVO-ČEPELÍK ZC 236/15ZKIP54 2x36 W Jedná se o svítidla určená pro osvětlování čistých prostředí a místností s možností výskytu vlhkosti. Při návrhu jsem zvolil typ svítidla s čirým plexi sklem a odraznou mřížkou, se zkosenými hranami. Zářivková svítidla jsou přisazená přímo na stropě místnosti a jsou umístěna ve třech řadách po pěti. Tímto způsobem je dosaženo požadované intenzity a rovnoměrnosti osvětlení.
Obr. 4 osvětlení bazénu pomocí svítidel s lineárními zářivkami T8 (varianta A)
5.1.1.1 Souhrn navržené místnosti Obecně Použitý algoritmus výpočtu: Výška hodnotící plochy: Výška roviny svítidel: Udržovací činitel: Celkový světelný tok všech zdrojů: Celkový příkon: Celkový výkon na ploše (108.00 m2): Intenzity osvětlení Udržovaná osvětlenost: Em Minimální osvětlenost:
E min
střední podíl nepřímé složky 1,20 m (hladina bazénu) 4,00 m 0,76 100500 lm 1080 W 10,00 W/m2 385 lx 281 lx
Maximální osvětlenost:
E max
448 lx
Rovnoměrnost:
E min / E m
1:1.37 (0.73)
Obr. 5 Rozložení intenzity osvětlení – umělé osvětlení (varianta A) 5.1.2 Umělé osvětlení pomocí zářivkových svítidel T5 (varianta B) V další variantě jsem navrhl osvětlení pomocí svítidel ELKOVO-ČEPELÍK ZC T5 414/15ZK osazená světelnými zdroji 4x14 W.
Obr. 6 svítidlo ELKOVO-ČEPELÍK ZC T5 414/15ZK, 4x14 W Tato svítidla vynikají nízkým příkonem díky osazení nízkoztrátovými tlumivkami T5 a vysokou účinností v přímém směru. Vzhledem k propracované konstrukci a provedení zaručují dobré výsledky v hodnocení činitele oslnění UGR. Svítidla jsou přisazená na stropě místnosti a jsou umístěna ve třech řadách po pěti. Tímto vznikne síť svítidel, která vytváří rovnoměrné osvětlení o intenzitě E m více než 300 lx.
Obr. 7 Osvětlení bazénu pomocí svítidel s lineárními zářivkami T5 (varianta B) 5.1.2.1 Souhrn navržené místnosti Obecně Použitý algoritmus výpočtu: Výška hodnotící plochy: Výška roviny svítidel: Udržovací činitel: Celkový světelný tok všech zdrojů: Celkový příkon: Celkový výkon na ploše (108.00 m2): Intenzity osvětlení Udržovaná osvětlenost: Em
střední podíl nepřímé složky 1.20 m 4.00 m 0.76 72000 lm 840 W 7,78 W/m2 360 lx
Minimální osvětlenost: Maximální osvětlenost:
E min E max
249 lx 449 lx
Rovnoměrnost:
E min / E m
1:1.45 (0.69)
Obr. 8 Rozložení intenzity osvětlení – umělé osvětlení (varianta B) 5.1.3 Umělé osvětlení pomocí technologie LED (varianta C) V třetí variantě jsem aplikoval návrh osvětlení pomocí svítidel s technologií LED. Osvětlování pomocí technologie LED je teprve v počátku svého vývoje a je zatím ekonomicky poměrně náročné. Na druhou stranu má své určité specifikace, ve kterých vyniká oproti klasickým světelným zdrojům. Jsou to například životnost, směrovost, nízký příkon či možnost regulace světelného toku. Místnost jsem navrhl se svítidly ELKOVO-ČEPELÍK ZC LED 18/OPAL ZK s vnitřním reflektorem MAT, se zdroji LED 18x2 W (Q4/6000K). Tato svítidla vynikají vysokou účinností v přímém směru (až 100%) a dobou životnosti (50000hod.). Právě životnost je pro tento návrh velmi důležitá vzhledem k problematičnosti výměny světelných zdrojů nad bazénem.
Obr. 9 Osvětlení bazénu pomocí svítidel se svítidly se zdroji LED
Svítidla jsou umístěna na stropě místnosti a to ve třech řadách po osmi. Výkon jedné LED je pouze 2 W. Pro komerční využití v běžném osvětlování místností se zatím výkonnější LED diody nepoužívají, jelikož jejich výrobní cena je několikrát vyšší než například při osvětlení lineárními zářivkami a vyžadovaly by náročné chlazení. 5.1.3.1 Souhrn navržené místnosti Obecně Použitý algoritmus výpočtu: Výška hodnotící plochy: Výška roviny svítidel: Udržovací činitel: Celkový světelný tok všech zdrojů: Celkový příkon: Celkový výkon na ploše (108.00 m2): Intenzity osvětlení Udržovaná osvětlenost:
střední podíl nepřímé složky 1.20 m 4.00 m 0.67 69120 lm 864 W 8.00 W/m2
Em
328 lx
Minimální osvětlenost: Maximální osvětlenost:
Emin E max
233 lx 368 lx
Rovnoměrnost:
E min / E m
1:1.41 (0.71)
Obr. 10 Rozložení intenzity osvětlení – umělé osvětlení (varianta C) 5.1.4 Energetické a ekonomické hodnocení řešení Všechny tři výše uvedené varianty splňují požadavky na osvětlení dané místnosti dle platných norem, ačkoli jsou pokaždé řešeny jiným uspořádáním a různými typy svítidel. Při řešení takovéhoto projektu je nutno nejen aby osvětlení splňovalo dané parametry, ale aby byly pořizovací náklady a provoz soustavy co nejméně ekonomicky náročné.
Základní hodnoty
Označe ní Nsz1s Φzd tzd
Var. Var. B A 2 4 6700 4800 10000 10000
Var. C 18 2880 50000
Počet světelných zdrojů ve svítidle Jmenovitý světelný tok svítidla (lm) Průměrná životnost světelného zdroje (h) Příkon jednoho svítidla (W) P1s 72 56 36 Udržovací činitel z 0,76 0,76 0,67 Počet svítidel (ks) Nsv 15 15 24 Cena elektrické energie (Kč/kWh) Vee 5 5 5 Odhadovaná roční provozní doba tp 3000 3000 3000 (hod.) Tab. 12 Základní hodnoty pro ekonomické porovnání jednotlivých variant
Graf 1 Životnost světelného zdroje Celkové pořizovací náklady jednoho svítidla se vypočítají součtem nákladů na svítidlo a nákladů na světelné zdroje, podle vztahu: Vc1s = Vsv + N sz1s ⋅ V1sz
[Kč ]
(rov. 2)
Vynásobením tohoto vztahu počtem svítidel v soustavě určíme celkové náklady na osvětlovací soustavu. Vcs = N sv ⋅ Vc1s
[Kč ]
Náklady na soustavu Náklady na svítidlo (Kč) Cena jednoho světelného zdroje (Kč)
(rov. 3) Označ ení Vsv V1sz
Var. A 3410 45
Var. B
Var. C
3562 99
6950 10
Cena světelných zdrojů jednoho svítidla (Kč) Celkové pořizovací náklady jednoho svítidla (Kč) Celkové náklady na soustavu (Kč)
Vsz1s
90
396
180
Vc1s
3500
3958
7130
Vcs
5250 0
59370
17112 0
Tab. 13 Náklady na soustavu
Graf 2 Celkové náklady na soustavu Pevné roční náklady se určí z celkových nákladů na soustavu bez světelných zdrojů. Tyto náklady uvažují amortizaci soustavy ve výši 15%. Pevné roční náklady Označení Celkové pořizovací náklady jednoho Vsv svítidla (Kč) Celkové náklady za soustavu bez Vcsv světelných zdrojů (Kč) Pevné roční náklady (Kč) Vprn Tab. 14 Pevné roční náklady
Var. A 3410
Var. B 3562
Var. C 6950
51150
53430 166800
7672,5
8014,5
25020
Při stanovení celkových ročních nákladů uvažujeme pravděpodobnost poruchy zdrojů (u varianty C při použití svítidel s technologií LED je výpočet pouze teoretický, jelikož nelze vyměnit diodu jednotlivě, ale pouze celý modul). Vyměněné světelné zdroje vypočítáme ze vztahu: tp [ks] N v = N sz1s ⋅ N sv ⋅ (rov. 4) t zd Z tohoto vypočítáme roční náklady na světelné zdroje. Vv = N v ⋅ V1sz
[Kč ]
(rov. 5)
Dále uvažujeme roční náklady na elektrickou energii spotřebovávanou při provozu soustavy.
Ve1r =
P1s ⋅ N sv ⋅ Vee ⋅ t p
[Kč ]
1000
(rov. 6)
Součtem vypočítaných nákladů z rov. 5 a rov. 6 dostaneme celkové roční provozní náklady na osvětlovací soustavu.
[Kč ]
Vcp = Vv + Ve1r
(rov. 7)
Celkové roční náklady pak získáme součtem celkových ročních provozních nákladů a pevných ročních nákladů.
[Kč ]
Vc = Vcp + V prn
Roční provozní náklady
(rov. 8)
9
18
Var. C 26
405
1782
260
Ve1r
16200
12600
Celkové roční provozní náklady (Kč)
Vcp
16605
14382
Celkové roční náklady (Kč)
Vc
24277,5
22396,5
1296 0 1322 0 3824 0
Počet světelných zdrojů vyměněných během roku Roční náklady náhradních světelných zdrojů (Kč) Roční náklady za energii (Kč)
Označ ení Nv Vv
Var. A
Var. B
Tab. 15 Roční provozní náklady Z výše uvedených kalkulací vychází nejméně ekonomicky náročná varianta B, to znamená návrh, ve kterém byla použita pro osvětlení svítidla s krátkými lineárními zářivkami T5 o výkonu 4x14 W. Výpočet byl stanoven bez uvažování nákladů na pracovní sílu, která je zapotřebí při provádění montáže a údržby soustavy.
Graf 3 Celkové roční náklady
6
Možnosti regulace
Aby bylo možné zářivkové svítidlo plynule regulovat, je zapotřebí použít elektronický předřadník. Princip elektronického předřadníku spočívá v napájení zářivek vyšší frekvencí napájecího napětí (25 – 70 kHz). Zařízení obsahuje tlumivku pro zapálení výboje a zařízení pro kompenzaci účiníku.
6.1 Regulace ovládaná klasickým vypínačem Zapínání jednotlivých svítidel nebo skupiny svítidel pomocí klasických vypínačů patří mezi nejjednodušší a nejdéle používanou regulací. Není zapotřebí drahých elektronických předřadníků a regulátorů, ale bereme-li v úvahu zlepšení parametrů svítidla, je i zde vhodné předřadník použít. Regulace se provádí rozdělením svítidel do skupin na jednotlivé světelné okruhy, kdy je každá skupina ovládána vlastním vypínačem. Rozdělení na okruhy se provádí tak, aby byla svítidla ovládána ob jedno svítidlo a to pro jednotlivé lineární řady svítidel (v místnostech velkých rozměrů) nebo rozdělením do skupin jako je naznačeno na obr. 11.
Obr. 11 Regulace spínáním skupiny svítidel (1. Sudá svítidla sepnuta, 2. Lichá svítidla sepnuta) Z tohoto způsobu regulace plyne velká nevýhoda, která spočívá ve zhoršení rovnoměrnosti osvětlení celé místnosti. Sepnutím jen některých světelných okruhů vznikají mezi aktivními svítidly veliké vzdálenosti, které svítidla díky své konstrukci a výkonu nedokážou dostatečně pokrýt požadovanou intenzitou osvětlení. Tím dochází i ke snížení počtu aktivních svítidel, a aby byla dodržena požadovaná udržovaná osvětlenost je nutno tuto regulaci provádět v kombinaci s denním osvětlením.
6.2 Regulace ovládaná radiofrekvenčním systémem Tento způsob je jedním ze systémů, který využívá moderních sdělovacích systémů. Princip ovládání spočívá v přenosu radiofrekvenčního signálu do akčního členu umístěného přímo ve spotřebiči nebo do elektroinstalačních krabic. Akční člen je pak schopen ovládat a regulovat nejen osvětlení, ale i další přístroje jako jsou například motory pro ovládání žaluzií, topení, oken a klimatizace. Předností tohoto systému je libovolné ovládání ze všech částí místnosti jak nástěnným vypínačem, tak dálkovým ovládáním nebo mobilním telefonem. Zavádění do stávající elektroinstalace je velmi jednoduché, jelikož odpadá nutnost přivedení kabelů k vypínači. Vypínač se jednoduše přilepí na zeď. Naopak nevýhodou radiofrekvenčních systémů je nemožnost ovládání na velké vzdálenosti nebo v členitých místnostech. Dosah signálu je přibližně 30-50 m uvnitř prostoru, resp. dvě zdi a jeden strop.
Obr. 12 Prostup radiofrekvenčních signálů různými materiály [4]
6.3 Regulace ovládaná sběrnicovým systémem Systém umožňuje řízení osvětlení včetně stmívání, regulaci vytápění, klimatizace a další řízení motorových vývodů. Řídící jednotky celého systému jsou centralizované v rozvaděči elektrické energie, odkud je vyvedena kabeláž k jednotlivým spotřebičům. Oproti radiofrekvenčnímu systému jsou tlačítka a další komponenty (detektory, termostaty, sběrnicové převodníky, atd.) připojeny k řídící jednotce pomocí sběrnice o stejnosměrném napětí 9 V. Toto provedení se zavádí převážně do nově postavených zařízení nebo tam, kde není problém instalovat sběrnicové vedení. Výhodou těchto systémů je rychlá parametrizace s možností využití komfortních funkcí a vytváření přednastavených scén a programů.
Obr. 13 Řídící modul pro stmívání systému Xcomfort [4] Na řídící modul lze připojit řadu akčních čidel (soumrakové, teplotní, meteorologické, atd.).
7
Závěr
Osvětlování a elektroinstalace zdravotních zařízení patří mezi velmi specifické a z technického pohledu je velmi náročné. Elektrické osvětlení se nemalou mírou dotýká nejen pracovních výkonů personálu, ale ovlivňuje psychický a následně i fyzický stav pacientů v těchto prostorech. Nesprávná intenzita osvětlení, oslňování a špatné podání barev mohou dokonce zapříčinit i ohrožení člověka na životě. Při projektování elektrického osvětlení jednotlivých místností je důležité zohlednit požadavky na přesné vykonávání dané činnosti a pokusit se vytvořit správnou zrakovou pohodu v místnosti. V rehabilitačních zařízeních tvoří správné osvětlení částečně součást léčby, kdy dopomáhá k příjemnému naladění a uvolnění pacienta. Proto je velmi přínosná možnost plynulé regulace a vytváření světelných scén. Zdravotní zařízení se považují za čisté až velmi čisté prostory, proto hraje velkou roli i správný výběr svítidla, jeho dostatečné krytí a barevná teplota světelného zdroje. Při porovnávání ekonomického a technického hlediska je nutno dbát na to, aby výsledná realizace projektu neomezovala pacienta ani vykonávající personál, a aby použité zdroje a materiály byly v souladu s ekologickými a ekonomickými požadavky.
8
Seznam použité literatury
Literatura: [1] Habel, J. a kolektiv: Světelná technika a osvětlování, FCC PUBLIC, 1995, ISBN 80-901985-0-3. [2] Plch, J.: Osvětlování ve zdravotnictví. Světlo 2007, VŠB-TU Ostrava, 2007, ISBN 978-80-248-1579-4. str. 205 – 211. www stránky: [3] http://www.greenhome.cz/clanky/137/ [4] http://www.moeller.cz Normy: [5] ČSN EN 12464-1 - Osvětlení vnitřních pracovních prostor [6]
ČSN EN 12464-1 Z1 - Osvětlení vnitřních pracovních prostor změna 1
