Světlo a osvětlování. Ing. Tomáš Mlčák, Ph.D. Fakulta elektrotechniky a informatiky VŠB TUO. Technická zařízení budov III Fakulta stavební

Světlo a osvětlování

Ing. Tomáš Mlčák, Ph.D.

Fakulta elektrotechniky a informatiky VŠB – TUO Katedra elektrotechniky http://fei1.vsb.cz/kat420

Technická zařízení budov III – Fakulta stavební

ZÁKLADNÍ VELIČINY A POJMY Podle Maxwellovy elektromagnetické teorie má světlo charakter elektromagnetického vlnění. V elektromagnetickém spektru patří světlo do oblasti optického záření, které zahrnuje záření viditelné, které je na jedné straně ohraničeno zářením ultrafialovým (UV) a na druhé straně zářením infračerveným (IR). Světlo je tedy periodicky opakovaný stav kmitání a je charakterizováno buď světelnou délkou  nebo kmitočtem f, mezi kterými platí vztah

 Kde

c f

 je vlnová délka (m) f je kmitočet (Hz) c je rychlost šíření světla ve vakuu (m.s-1) (299 792 458 m/s) VŠB – TU Ostrava, FEI, Katedra elektrotechniky

ZÁKLADNÍ VELIČINY A POJMY Tři základní vlastnosti světla (a elektromagnetického vlnění vůbec) jsou svítivost (amplituda), barva (frekvence) a polarizace (úhel vlnění).

Elektromagnetické spektrum zahrnuje elektromagnetické záření všech možných vlnových délek. Quantum elektromagnetického záření o konkrétní vlnové délce (frekvenci) nazýváme foton. Foton je elementární částice, kterou popisujeme kvantum elektromagnetické energie. Foton má energii E

E  h f Kde

E je energie fotonu (J) f je kmitočet (Hz) h = 6.6252 × 10−34 J·s = 4.1 μeV/GHz je Planckova konstanta

VŠB – TU Ostrava, FEI, Katedra elektrotechniky

ZÁKLADNÍ VELIČINY A POJMY Druh záření

Ultrafialové

Viditelné

Infračervené

Vlnová délka

Kmitočet

 (nm)

f (Hz)

UV – C

100  280

(30  10,7).1014

UV – B

280  315

(10,7  9,5).1014

UV – A

315  380

(9,5  7,89).1014

fialová

380  430

(7,89  6,98).1014

modrá

430  490

(6,98  6,12).1014

zelená

490  570

(6,02  5,26).1014

žlutá

570  600

(5,26  5,0).1014

oranžová

600  630

(5,0  4,76).1014

červená

630  780

(4,76  3,84).1014

IR – A

780  1 400

(3,84  2,14).1014

IR – B

1 400  3 . 103

(2,14  1,0).1014

IR – C

3 . 103  104

(1,0  0,3).1014

Označení

ZÁKLADNÍ VELIČINY A POJMY

ZÁKLADNÍ VELIČINY A POJMY • Světelný tok Světelný tok udává, kolik světla vyzáří světelný zdroj do všech směrů a vyjadřuje schopnost zářivého toku způsobit zrakový vjem. Jednotka je lumen (lm) a značka .

• Prostorový úhel Prostorový úhel je úhel při vrcholu kužele a má hodnotu 1 steradián, když vyřízne z kulové plochy koule o poloměru 1 m plochu 1 m2. Jednotka je steradián (sr) a značka .

• Svítivost, křivky svítivosti Svítivost udává, kolik světelného toku vyzáří světelný zdroj nebo svítidlo do prostorového úhlu v určitém směru. Vystihuje rozložení světelného toku zdroje nebo svítidla v prostoru. Jednotka je kandela Φ (cd) a značka I. I  Křivky svítivosti jsou řezy plochy svítivosti, které procházejí světelným středem svítidla a v polárních souřadnicích zobrazují vyzařování (cd; lm, sr) svítivosti svítidla. VŠB – TU Ostrava, FEI, Katedra elektrotechniky

ZÁKLADNÍ VELIČINY A POJMY • Osvětlenost, intenzita osvětlení Osvětlenost udává kolik světelného toku dopadá na plochu 1 m2, to znamená, jak je určitá plocha osvětlována. Jednotka je lux (lx) a značka E.

E

Φ S

(lx; lm, m2)

• Světlení Světlení stanovuje velikost světelného toku vycházejícího z plochy. Jednotka je lumen na metr čtvereční (lm.m-2) a značka H.

• Jas Jas je měřítkem pro vjem světlosti svítícího nebo osvětlovaného tělesa, jak je vnímá lidské oko. Jednotka je kandela na metr čtvereční (cd.m-2) a značka L.

L

I Sp

kde Sp je viditelná svítící plocha v m2. VŠB – TU Ostrava, FEI, Katedra elektrotechniky

ZÁKLADNÍ VELIČINY A POJMY • Měrný výkon Měrný výkon světelného zdroje je podíl vyzařovaného světelného toku a příkonu světelného zdroje, a vyjadřuje kolik lumen světelného toku se získá z 1 W elektrického příkonu svítidla. Jednotka je lumen na watt (lm.W-1) a značka v. Φ (lm.W-1; lm, W), ηv  kde P je elektrický příkon svítidla. P

• Akomodace, adaptace, zraková ostrost Akomodace oka je jeho přizpůsobení vzdálenostem pozorovaných předmětů změnou zakřivení oční čočky. Akomodační schopnost s věkem pozorovatele klesá. Adaptace je přizpůsobení se oka různým osvětlenostem. Rozeznáváme adaptaci na světlo, která může trvat sekundy a minuty a na tmu, která může trvat minuty. Zraková ostrost je schopnost oka rozlišovat zřetelně předměty, jejichž vzájemná vzdálenost je malá. Zraková ostrost vzrůstá s přibývajícím jasem a s věkem pozorovatele ubývá. VŠB – TU Ostrava, FEI, Katedra elektrotechniky

ZÁKLADNÍ VELIČINY A POJMY • Oslnění – jednotné hodnocení oslnění UGR Je to nepříznivý stav zraku, který ruší zrakovou pohodu a zhoršuje nebo i znemožňuje vidění. Jeho příčinou je přílišný jas vzhledem k adaptaci oka. Rozlišujeme oslnění: A) Psychologické, kde se jedná o oslnění rušivé, které vzniká tím, že zdroj vyššího jasu v pohledovém poli vzbuzuje nepříjemný pocit, odpoutává pozornost od pozorovaného předmětu B) Fyziologické rozeznáváme - omezující, které se projevuje snížením zrakové schopnosti, rozlišitelnosti a ostrosti vidění - oslepující, které znemožňuje vidění po nějakou dobu i po zániku příčiny

• Odraz, prostup, pohlcení

Světelně technické vlastnosti látek jsou charakterizovány činiteli odrazu , činitelem prostupu  a činitelem pohltivosti . Pro činitele platí ++=1 Světelný tok  dopadající na plochu se dělí na 3 části a to na světelný tok který se odrazí , který látkou prostoupí  a který látka pohltí . VŠB – TU Ostrava, FEI, Katedra elektrotechniky

ZÁKLADNÍ VELIČINY A POJMY

• Chromatičnost světla Pro účely osvětlování se světelné zdroje dělí podle chromatičnosti světla, která je charakterizována: - teplotou chromatičnosti Tc, která má jednotku Kelvin (K) a vyjadřuje barevnou jakost světla - indexem podání barev Ra, který je vyjádřen číslem od 0 do 100. Index podání barev Ra = 100 ukazuje na světelný zdroj, který podává věrohodně všechny barvy ve spektru.

•


NORMY Základní normy vztahující se k osvětlení: • ČSN EN 12 665 - Světlo a osvětlení - Základní termíny a kritéria pro stanovení požadavků na osvětlení • ČSN EN 12464-1 - Světlo a osvětlení - Osvětlení pracovních prostorů - Část 1: Vnitřní pracovní prostory • ČSN EN 12464-2 - Světlo a osvětlení - Osvětlení pracovních prostorů - Část 2: Venkovní pracovní prostory • ČSN EN 1838 - Světlo a osvětlení - Nouzové osvětlení • ČSN 36 0020 - Sdružené osvětlení

•


ELEKTRICKÉ SVĚTELNÉ ZDROJE Na světelné mikroklima a tím i na světelnou pohodu mají vliv vlastnosti světelného zdroje, který je charakterizován těmito parametry: - teplota chromatičnosti (teplota barvy) vyzařovaného světla Tc (K), která je základním ukazatelem světelného spektra - index barevného podání Ra, který udává srovnatelnost barevného podání při osvětlení zvoleným světelným zdrojem s barevným podáním při osvětlení denním světlem - stupeň jakosti podání barev, který je srovnatelný s indexem barevného podání - světelný tok vyjadřuje schopnost zářivého toku způsobit zrakový vjem. Jednotkou je lumen (lm) - svítivost charakterizuje bodový zdroj a vystihuje rozložení světelného toku zdroje v prostoru. Jednotkou je kandela (cd) - měrný výkon (lm.W-1), který je dán vyzařovaným světelným tokem ze zdroje na 1 W příkonu - životnost (h), která udává průměrnou dobu svícení světelného zdroje VŠB – TU Ostrava, FEI, Katedra elektrotechniky

ELEKTRICKÉ SVĚTELNÉ ZDROJE Index Ra

Jakost podání barev

Měrný výkon (lm.W-1)

Teplota chromatičnosti (K)

Životnost (h)

70 - 90

-

150

2 500 – 6 600

100 000

-

-

1,0

-

80 000

Žárovka

100

1

10 - 15

2 800

1 000

Žárovka halogenová

100

1

25

3 000

2 000

Zářivka lineární

40 - 95

1-4

40- 95

2 900 – 6 500

5 000 – 12 000

Zářivka kompaktní

80 - 95

1-2

60- 80

2 700 – 4 000

5 000

Rtuťová výbojka

40 - 70

3-4

32 - 60

3 000 – 4 000

8 000 – 2 000

Halogenidová výbojka

65 - 85

2-3

70 - 100

3 000 – 5 200

5 000 – 6 000

Sodíková výbojka

23 - 80

2-5

60 - 180

2 500

5 000 - 12 000

Světelný zdroj LED

Doutnavka


ZDROJE SVĚTLA

PLYNY A PÁRY KOVŮ SAMOSTATNÝ ELEKTRICKÝ VÝBOJ

PEVNÉ LÁTKY LUMINISCENCE FOTOLUMINISCENCE

OBLOUKOVÝ VE ZŘEDĚNÉM PLYNU VYSOKOTLAKÝ VÝBOJKY S KRÁTKÝM OBLOUKEM RTUŤOVÉ, SODÍKOVÉ, HALOGENIDOVÉ

LUMINOFORY RUBÍNOVÝ LASER ELEKTROLUMINISCENCE SVÍTÍCÍ DIODY POLOVODIČOVÝ LASER INKADESCENCE

NÍZKOTLAKÝ ELEKTRICKÁ ENERGIE ZÁŘIVKY ŽÁROVKY SODÍKOVÉ VÝBOJKY VAKUOVÉ ZA ATMOSFÉRICKÉHO TLAKU PLNĚNÉ PLYNEM OBLOUKOVKY: UHLÍKOVÉ, WOLFRAMOVÉ S HALOGENEM DOUTNAVKOVÝ BEZ HALOGENU NÍZKOTLAKÝ CHEMICKÁ ENERGIE SVÍTÍCÍ TRUBICE BLESKOVKY DOUTNAVKY

ELEKTRICKÁ SVÍTIDLA Kvalitního a energeticky úsporného osvětlení dosáhneme nejen vhodnou volbou světelných zdrojů, ale také odpovídajících svítidel. Účelem svítidel je zajistit: - rozložení a usměrnění světelného toku podle požadavků osvětlovaného prostoru - omezení možnosti oslnění od elektrického zdroje - ochranu osob před úrazem elektrickým proudem při manipulaci se svítidlem - vyloučení možnosti vzniku požáru způsobeného od světelného zdroje - bezpečné upevnění světelného zdroje včetně jeho elektrického napojení - výtvarné doplnění osvětlovaného prostoru


ELEKTRICKÁ SVÍTIDLA Svítidlo se skládá z několika funkčně rozdílných částí, které na sebe navazují a vzájemně se doplňují, aby byly splněny výše uvedené požadavky. Hlavní části svítidel jsou: - světelný zdroj - konstrukční část, která představuje vlastní těleso, objímky, svorkovnice, průchodky, příruby, závěsná oka, tlumivky, zapalovače, kondenzátory, transformátory, vypínače - světelně činné části, které vytváří optický systém svítidla. Mezi tyto části patří reflektory, které soustřeďují a usměrňují světelný tok zdroje odrazem, čočky a refraktory, které soustřeďují a usměrňují světelný tok zdroje pomocí lomu světla, difuzory, které rozptylují světelný tok zdroje pomocí lomu světla a filtry, které mění spektrální složení světelného záření.


ELEKTRICKÁ SVÍTIDLA Na základě poměru světelného toku usměrněného do dolního poloprostoru k celkovému světelnému toku vyzařovaného svítidlem rozdělujeme svítidla dle následující tabulky:

Třída rozložení světelného toku

Název třídy rozložení světelného toku

Poměr světelného toku usměrněného do dolního poloprostoru k celkovému světelnému toku svítidla (%)

I

Svítidlo přímé

90 - 100

II

Svítidlo převážně přímé

60 - 90

III

Svítidlo smíšené

40 - 60

IV

Svítidlo převážně nepřímé

10 - 40

V

Svítidlo nepřímé

0 - 10 VŠB – TU Ostrava, FEI, Katedra elektrotechniky

ELEKTRICKÁ SVÍTIDLA Rozdělení svítidel podle elektrotechnických vlastností odpovídá elektrotechnickým předpisům. Podle ochrany před úrazem elektrickým proudem tak lze rozlišit svítidla třídy 0, I, II a III.  Svítidlo třídy 0 má pouze základní izolaci, to znamená, že nemá prostředky na připojení ochranného vodiče.  Třída I znamená, že svítidlo má prostředek pro připojení vodivých částí na ochranný vodič.  Svítidlo třídy II obsahuje jako ochranu před nebezpečným dotykem dvojitou nebo zesílenou izolaci.  Třída III označuje svítidla na bezpečné napětí. Svítidla musí být konstruována tak, aby jejich živé části nebyly přístupné, je-li svítidlo instalováno a připojeno pro normální používání, ani když je svítidlo otevřené za účelem výměny světelných zdrojů nebo předřadníků. Ochrana před úrazem elektrickým proudem musí být zachována při všech způsobech montáže a polohách svítidla.


ELEKTRICKÁ SVÍTIDLA Krytí svítidel je stanoveno IP-kódem. První číslice (od 0 do 6) vyjadřuje ochranu před nebezpečným dotykem živých nebo pohybujících se částí a před vniknutím cizích předmětů, druhá (od 0 do 8) ochranu před vniknutím vody. Nejmenší krytí svítidel na nízké napětí je IP 20. Pro venkovní prostředí je třeba krytí před deštěm, tedy alespoň IP 23. Krytí IP 54 je běžné krytí svítidel proti stříkající vodě. Konstrukčně obdobně jsou tvořena svítidla s krytím IP 65, která však mají mnohem vyšší užitnou hodnotu. Vyšší ochrana proti vniknutí prachu a vody znamená prodloužení života optického systému svítidla a snížení nákladů na jeho údržbu (čištění). Nejčastěji používané způsoby k zajištění IP 65 nebo IP 66 jsou použitím: speciálního těsnění, které umožňuje dýchání optické komory bez jejího znečištění uhlíkového filtru, který zabraňuje nasávání znečištěného vzduchu okolí. VŠB – TU Ostrava, FEI, Katedra elektrotechniky

ELEKTRICKÁ SVÍTIDLA

Podle užití rozdělujeme svítidla na: - vnitřní, mezi které patří svítidla bytová, pro společenské místnosti, kancelářská, průmyslová, pro pracovní stroje, důlní, divadelní, nemocniční, pro letadla, vozidla, plavidla a jiné. - venkovní, mezi které patří svítidla pro venkovní osvětlení v průmyslu, osvětlení komunikací, osvětlení železnic, letišť a jiné.


UMĚLÉ OSVĚTLENÍ VNITŘNÍCH PROSTORŮ

Pro osvětlení vnitřních prostorů můžeme použít tři druhy osvětlení: • denní osvětlení, které využívá přírodní světlo, které se do prostoru dostává otvory ve stavební konstrukci, jako jsou okna, světlíky a pod. Navrhuje se nezávisle na umělém osvětlení. • umělé osvětlení, které využívá světlo od umělých světelných zdrojů. Navrhuje se nezávisle na denním osvětlení.

• sdružené osvětlení, které využívá současně jak denní, tak umělé osvětlení. Umělé osvětlení musí denní vhodně doplňovat.


OSVĚTLOVACÍ SOUSTAVY Hlavní parametry určující světelné prostředí:

- rozložení jasu, - osvětlenost, - směrovost světla, - podání barev a barevný tón světla, - míhání světla, - denní světlo. Účelný rozsah činitelů odrazu hlavních povrchů místnosti: - strop - stěny - pracovní roviny - podlaha

0,6 až 0,9, 0,3 až 0,8, 0,2 až 0,6, 0,1 až 0,5. VŠB – TU Ostrava, FEI, Katedra elektrotechniky

OSVĚTLOVACÍ SOUSTAVY Osvětlenost bezprostředního okolí úkolu může být menší než osvětlenost úkolu, avšak nesmí být menší než hodnoty uvedené v následující tabulce. Osvětlenost úkolu (lx)

Osvětlenost bezprostředního okolí úkolu (lx)

≥750

500

500

300

300

200

200

Eúkolu

rovnoměrnost osvětlení: ≥0,7

rovnoměrnost osvětlení: ≥0,5 VŠB – TU Ostrava, FEI, Katedra elektrotechniky

Referenční číslo

Druh prostoru, úkolu nebo činnosti

Em

UGRL

Ra

Komunikační zóny a společné prostory uvnitř budov 1.1.1

- komunikační prostory a chodby

100

28

40

1.1.2

- schodiště, eskalátory, pohyblivé chodníky

150

25

40

1.2.1

- kantýny, spíže

200

22

80

1.2.2

- odpočívárny

100

22

80

1.2.4

- šatny, umývárny, koupelny, toalety

200

22

80

1.3.1

- provozní místnosti, rozvodny

200

25

60

1.4.2

- expedice a balírny

300

25

60

1.5.1

- regálové sklady – uličky s obsluhou

150

22

60

20

-

40

– uličky bez obsluhy

1.5.2

Průmyslové činnosti a prostory 2.13.3

- svařování

300

25

60

2.13.4

- hrubé a střední strojní opracování, tolerance ≥ 0,1 mm

300

22

60

2.13.5

- jemné strojní opracování, broušení, tolerance ≤ 0,1 mm

500

19

60

2.13.6

- orýsování, kontrola

750

19

60

2.13.10

- výroba nářadí a řezných nástrojů

750

19

60

2.13.11

- montážní práce - střední

300

25

80

- jemné

500

22

80

- velmi jemné

750

19

80

ČSN EN 12464-1

VÝPOČET UMĚLÉHO OSVĚTLENÍ Metoda poměrného příkonu K stanovení příkonu osvětlovací soustavy ve fázi projekční přípravy k územnímu nebo stavebnímu řízení poslouží metoda poměrného příkonu. Požadovaný poměrný příkon podle druhu a způsobu osvětlení při průměrné osvětlenosti 100 lx zjistíme z tabulky. Požadovaný příkon pak vypočteme dle vzorce:

P  pS 

Epk 100

kde P je požadovaný příkon osvětlovací soustavy (W) p je poměrný příkon dle tabulky (W ∙ m-2) S je plocha místnosti (m-2) Epk je požadovaná osvětlenost (lx) VŠB – TU Ostrava, FEI, Katedra elektrotechniky

VÝPOČET UMĚLÉHO OSVĚTLENÍ Metoda toková U tokové metody se určuje světelný tok zdrojů potřebný pro zjištění požadované osvětlenosti. Světelný tok jednotlivých zdrojů je uveden v následující tabulce: světelný zdroj výkon světelný (W) tok (lm) žárovka 60 730 100 1 380 200 3 000 halogenová 60 780 žárovka 75 1 000 100 1 350 150 2 400 250 4 000 zářivka 18 1 150 liniová 36 2 850 58 4 600

světelný zdroj výkon (W) výbojka rtuťová

výbojka halogenidová

výbojka sodíková

80 125 250 400 400 1000 2000 3500 50 70 150

světelný tok (lm) 3 800 6 300 12 000 22 000 30 000 90 000 200 000 370 000 3 600 5 800 14 000


VÝPOČET UMĚLÉHO OSVĚTLENÍ Metoda toková Potřebný počet svítidel se pak určí dle vzorce:

Epk  S

1 ns   os  z Φs kde

ns

s

Epk S

Z tabulky na základě k 0,45  0,65

os

z

je počet svítidel osvětlovací soustavy (ks) je světelný tok všech zdrojů jednoho svítidla (lm) je osvětlenost prostoru (lx) je plocha prostoru (m2) je činitel využití osvětlovací soustavy (%), který je uváděn v katalogových listech výrobců svítidel v závislosti na činiteli místnosti a odraznosti povrchů místnosti je udržovací činitel, který se stanoví jako součin dílčích činitelů zz světelných zdrojů, zs znečištění svítidel, zp znečištění ploch osvětlovaného prostoru zfz funkční spolehlivosti svítidel

VÝPOČET UMĚLÉHO OSVĚTLENÍ Metoda toková

Činitel místnosti se určí:

5  h  (a m  bm ) k a m  bm kde

h je závěsná výška (m) a určí se ze vztahu h = hm – h1 – h3, ve kterém hm je výška místnosti (m), h1 je vzdálenost svítidla od stropu (m), h3 je výška srovnávací roviny (m), am šířka místnosti (m), bm délka místnosti (m).

Děkuji za pozornost Nashledanou


Světlo a osvětlování. Ing. Tomáš Mlčák, Ph.D. Fakulta elektrotechniky a informatiky VŠB TUO. Technická zařízení budov III Fakulta stavební

Recommend Documents