MASARYKOVA UNIVERZITA
LÉKAŘSKÁ FAKULTA
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE
VLIV OSVĚTLENÍ NA KVALITU A BEZPEČNOST PRACOVNÍHO VÝKONU
Vedoucí bakalářské práce:
Spomenka Vrček
MUDr. Jan Richter
Optika a optometrie Brno, duben 2013
ANOTACE Autor: Spomenka Vrček Obor: Optika a optometrie
Název bakalářské práce: "Vliv osvětlení na kvalitu a bezpečnost pracovního výkonu" Vedoucí bakalářské práce: MUDr. Jan Richter Klíčová slova: světlo, osvětlení, oko, vidění, záření, hygienické požadavky, světelné zdroje
Bakalářská práce "Vliv osvětlení na kvalitu a bezpečnost pracovního výkonu" se zabývá převážně problematikou osvětlení na určitých místech. Jako první je zde popsáno světlo a vidění. Práce dále analyzuje různé vlivy světla a záření na člověka, zejména na orgán oka. Pro lepší pochopení stavu osvětlení v určitých místnostech je potřeba se ještě seznámit s měřením a hodnocením denního a umělého osvětlení. Správného osvětlení se dosahuje také dobrým výběrem světelného zdroje a dobrou znalostí jeho nejlepšího použití. Následně můžeme určit které osvětlovací soustavy lze adekvátně použít pro určitou konkrétní činnost. Na konci práce se dostáváme k popsání osvětlení různých vnitřních prostorů v závislosti na činnostech pro které jsou určeny.
ANOTATION Author: Spomenka Vrček
Field of Study: Optics and Optometry
Thesis Title: “The Effects of Lighting on the Quality and Safety of Work Performance”
Supervisor: MUDr. Jan Richter
Keywords: light, lighting, eye, vision, radiation, hygienic requirements, light sources
The thesis “The Effects of Lighting on the Quality and Safety of Work Performance” deals with the issues of lighting at various places. It describes the light and vision. The study analyse different effects of light and radiation on human and his eye. It was necessary to get to know measurements and evaluation of day and artificial light in order to understand the lighting better. Good lighting is set by correct choice of light source and the ability to use it properly. Lighting systems tell us which type of use is the best for each activity. At the end of the thesis we get to the description of the indoor lighting determined by activities which are the interiors designed for.
PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že svou bakalářskou práci na téma "Vliv osvětlení na kvalitu a bezpečnost pracovního výkonu" jsem vypracovala samostatně pod odborným vedením vedoucího bakalářské práce MUDr. Jana Richtera a s použitím odborné literatury a dalších informačních zdrojů, které jsou všechny uvedeny v seznamu literatury na konci práce.
V Brně dne …………………
.…………………………… Spomenka Vrček
PODĚKOVÁNÍ Ráda bych poděkovala vedoucímu mé bakalářské práce MUDr. Janu Richterovi za odborné vedení, cenné rady a připomínky. Za pomoc při finálních úpravách bych poděkovala Miloši Petrović, Zuzaně Šimeckové,Štěpánu Bambuch a Koraljce Přikrylové. Ráda bych poděkovala všem lidem, které jsem potkala ve svém životě a pomohli mi ve vzdělání a jiných příležitostech. Chci také poděkovat své rodině a přátelům za jejich trpělivost a víru.
V Brně dne …………………
.…………………………… Spomenka Vrček
SOUHLAS Souhlasím, aby má bakalářská práce byla uložena v knihovně Lékařské fakulty Masarykovy univerzity v Brně a byla použita ke studijním účelům. Taktéž souhlasím, aby byla citována dle platných norem.
V Brně dne …………………
.…………………………… Spomenka Vrček
OBSAH
ÚVOD………………………………………………........……………………………...……… 10
1. SVĚTLO ...................................................................................................................................11
2. ZÁKLADNÍ VELIČINY SVĚTLA ……………………………………………………..…. 12 2.1 SVĚTELNÝ TOK ………………………………………………………………………. 12 2.2 SVÍTIVOST …………………………………………………………………………….. 12 2.3 OSVĚTLENÍ ……………………………………………………………………………. 12 2.4 JAS …………………………………………………………………....………………… 13
3. VIDĚNÍ ……………………………………………………………………………………… 14
4. OKO A SVĚTLO ………………………………...…………………………………………. 16 4.1 ADAPTACE ……………………………………………………………………………. 16 4.1.1 ADAPTACE NA SVĚTLO ……………………………………………………….. 16 4.1.2 ADAPTACE NA TMU …………………………………………………………… 16 4.2 VLIV JASU A KONTRASTU …………………………………………………………. 17 4.3 BARVY A JAS …………………………………………………………………………. 18 4.4 OSLNĚNÍ ………………………………………………………………………………. 19 4.5 ÚNAVA ZRAKU ……………………………………………………………………….. 20
5. VLIV SVĚTLA NA ZDRAVOTNÍ STAV ………………….……………………………. 21 5.1 PORUCHY ZRAKU ……………………………………………………………………. 22 5.2 PORUCHY PSYCHICKÉHO STAVU ORGANISMU ………………………………… 22
5.3 IMUNITA ……………………………………………………………………………….. 22 5.4 STRES ……………………………………………………………………………………22
6. POŠKOZENÍ OKA ZÁŘENÍM ………………………………………………….…………23 6.1 ULTRAFIALOVÉ ZÁŘENÍ ……………………………………………………………. 24 6.2 VIDITELNÉ ZÁŘENÍ …………………………………………………………………. 26 6.3 INFRAČERVENÉ ZÁŘENÍ ……………………………………………………………. 27
7. OCHRANA PŘED ŠKODLIVÝMI ÚČINKY ZÁŘENÍ ……...…………………………. 29 7.1 OCHRANA PROTI OSLNĚNÍ …………………………………………………………. 30
8. MĚŘENÍ OSVĚTLENÍ ……………….…………………………………………………… 31 8.1 ZÁKLADNÍ POJMY A POŽADAVKY ………………………………………………... 32 8.2 MĚŘENÍ A HODNOCENÍ DENNÍHO (PŘIROZENÉHO) OSVĚTLENÍ …………….. 33 8.3 MĚŘENÍ A HODNOCENÍ UMĚLÉHO OSVĚTLENÍ ………………………………... .34
9. SVĚTELNÉ ZDROJE ……………………………………………………..………………...36 9.1 PŘÍRODNÍ ZDROJE …………………………………………………………………….37 9.2 UMĚLÉ ZDROJE ……………………………………………………………………….. 38 9.2.1 TEPLOTNÍ SVĚTELNÉ ZDROJE ………………………………………………... 39 9.2.2 OBLOUKOVÉ SVĚTELNÉ ZDROJE ……………………………………………..39 9.2.3 SPECIÁLNÍ ZDROJE ………………………………………………………………41
10. OSVĚTLOVACÍ SOUSTAVY ………………………..………………………………….. 43 10.1 OSVĚTLOVACÍ SOUSTAVY DENNÍHO OSVĚTLENÍ ……………………………..43 10.2 OSVĚTLOVACÍ SOUSTAVY UMĚLÉHO OSVĚTLENÍ ……………………………43
10.3 OSVĚTLOVACÍ SOUSTAVY SDRUŽENÉHO OSVĚTLENÍ ……………………… 44
11. HYGIENICKÉ PODMÍNKY PRO OSVĚTLENÍ ……………………………………. 45
12. OSVĚTLENÍ VNITŘNÍCH PROSTORŮ ……………………………………………… 47 12.1 OSVĚTLENÍ OBYTNÝCH PROSTOR ……………………………………………. 47 12.2 OSVĚTLENÍ VE ŠKOLÁCH ……………………………………………………….... 48 12.3 OSVĚTLENÍ V PRACOVNÍM PROSTŘEDÍ ……………………………………….. 49 12.4 OSVĚTLENÍ VE ZDRAVOTNICTVÍ ……………………………………………….. 50 12.5 OSVĚTLENÍ NA PRACOVIŠTÍCH S OBRAZOVKAMI …………………………. 52
13. ZÁVĚR ………………………...………………………………………………………….. 54
14. SEZNAM LITERATURY ……….………………………………………………………. 55
15. SEZNAM OBRAZKU A TABULEK ……….…………………………………………... 57
ÚVOD Světlem jako jevem se zabývá fyzika, konkrétně jedna z jejich oblastí, kterou je optika. Základní veličiny světla jsou světelný tok, svítivost, osvětlení a jas. Vidění je vjem, u kterého oko reaguje na zrakový podnět. Jeho součástí není jen fyziologická složka ale také psychická. Oko na světlo reaguje podle intenzity osvětlení a podle jeho změny a je to v zásadě adaptace oka na světlo a tmu. Na vidění má dále vliv jas, kontrast, oslnivost a únava zraku. V souvislosti s těmito jevy může mít světlo vliv na zdravotní stav. Jsou zde možné poruchy zraku, psychického stavu organismu, imunity anebo může mít také vliv úroveň stresu. Světlo je elektromagnetické vlnění, které dělíme na viditelné a neviditelné záření. Viditelné záření se nachází v elektromagnetickém spektru mezi 380-760 nm, které může být pro oko škodlivé ve větších intenzitách nebo při rychlé změně intenzity. Větší opatrnost musíme mít na paměti v oblasti neviditelného spektra. Jedná se o ultrafialové záření, které se nachází v oblasti krátkovlnné délky, což znamená úroveň pod 380 nm a dále infračervené záření v oblastí dlouhé vlnové délky které spadá do intenzity nad 760 nm. K poškození oka zářením dochází velmi často kvůli neopatrnosti nebo nedostatečné ochraně. Světelné podmínky jsou velmi důležité pro vjem vidění, fyzickou a psychickou pohodu člověka i potřebu člověka pro pravidelnou rytmicitu světla a tmy. Aby osvětlení vyhovovalo potřebám lidské činnosti, je třeba denní a umělé osvětlení nějakým způsobem měřit a hodnotit. Pro hodnocení existují hygienické požadavky na osvětlení, neboli normy. Pro pravidelné osvětlení jsou podle hygienckých požadavků důležité světelné zdroje, které logicky rozdělujeme na přírodní a umělé. Dále mají svůj význam osvětlovací soustavy. Osvětlovací soustavy denního osvětlení, umělého osvětlení a konečně sdruženého osvětlení. Hygienická kritéria se stanovují podle délky pobytu a druhu činnosti v daném prostředí. Podle nich rozdělujeme osvětlení vnitřních prostor. Jedná se o osvětlení v obytných prostorách, ve školách, v pracovním prostředí, ve zdravotnictví a na pracovištích s obrazovkami.
10
1. SVĚTLO Působení světla, zákony o šíření světla a účinky záření světla je odbornost fyziky, přesněji její podoblastí, optikou. Optiku můžeme rozdělit na tyto oblasti: Vlnová optika potvrzuje vlnovou povahu světla. Zabývá se jevy, jako jsou disperze světla, interference světla, ohyb světla a polarizace světla. Paprsková optika je založena na třech zákonech. Zákonu přímočarého šíření světla, zákonu odrazu světla a zákonu lomu světla. Kvantová optika se zabývá ději u kterých se projevuje kvantový ráz světla.
Přes některá prostředí se světlo šíří a tato prostředí nazýváme prostředí optická. Světelné zdroje jsou tělesa, která vyzařují světlo. Za zdroj světla ve skutečnosti musíme považovat nejen bodové zdroje, ale i jiné plochy, protože záření vychází současně z mnoha míst. Optické prostředí může být průhledné, přes které světlo volně prochází, nebo průsvitné, přes které už neprochází jen volně, ale také se částečně rozptyluje nebo konečně neprůhledné, kdy se světlo na povrchu odráží. Světlo jako elektromagnetické vlnění je viditelné záření o vlnových délkách od 380 nm do 760 nm, které je velmi důležité pro život na Zemi. Každá vlnová délka působí v oku jako jiný barevný vjem. Sled barev které lidské oko vnímá je viditelné spektrum a v tomto viditelném spektru barevné odstíny přecházejí spojitě jeden v druhý. V oblasti krátkovlnné vlnové délky se před viditelným spektrem nachází ultrafialové záření a po viditelném spektru následují delší vlnové délky infračerveného záření. Ultrafialové a infračervené záření jsou záření neviditelná pro lidské oko.
Obrázek 1 elektromagnetické spektrum
11
2. ZÁKLADNÍ VELIČINY SVĚTLA Základní veličiny světla, záření a jeho jednotky jsou určeny normou. Fotometrické veličiny charakterizují přenos energie optického záření a jeho účinek na zrak. Jsou to světelný tok, svítivost, osvětlení a jas. Z těchto čtyř za základních veličin volíme z teoretického hlediska světelný tok, z praktického svítivost. Je to proto, že se svítivost měří jednodušeji než světelný tok. Souvislost mezi energetickými a fotometrickými veličinami existuje a závisí na používaných jednotkách a spektrálním složení studovaného záření. Každé energetické veličině odpovídá fotometrická veličina.
2.1 SVĚTELNÝ TOK Světelný tok (ϕ) je schopnost zářivého toku vyvolat zrakový vjem. Jednotkou je lumen (lm). Světelný tok 1 lumen vysílá do prostorového úhlu 1 sr bodový zdroj svítivosti 1 cd (kandela).
2.2 SVÍTIVOST Svítivost (I) zdroje vyjadřuje rozložení vysílaného světelného toku do jednotlivých směrů v prostoru. Jednotkou je kandela (cd). Rozložení světelného toku ve skutečnosti není rovnoměrné, proto má svítivost zdroje v různých směrech různou velikost. Obyčejná svíčka má svítivost přibližně 1cd, žárovka o výkonu 100 W má svítivost 200 cd.
2.3 OSVĚTLENÍ Osvětlení (E) neboli intenzita osvětlení popisuje účinky světla na určité ploše. Jednotka je lux (lx). Dopadne-li na plochu 1 m² rovnoměrně rozložený světelný tok o 1 lm odpovídá, to intenzitě osvětlení 1 lx. Můžeme to vysvětlit pomocí dané svítivosti 1 cd, která při kolmém dopadu světla na plochu vzdálenou 1 m způsobí rovněž intenzitu osvětlení 1 lx. Měří se pomoci luxmetru. Osvětlení v létě na přímém slunci je 100 000 lx a při úplňku v noci 0,2 lx.
12
2.4 JAS Jas (L) je podíl rovnoměrně rozdělený svítivostí povrchu světelného zdroje a velikostí tohoto povrchu. Jednotka je nit (nt), což není mezinárodni jednotka, proto se používá i cd/m². Hodnota jasu slunce je 2 000 000 000 nt, měsíce 2900 nt, plamen svíčky 5000 nt.
Obrázek 2 "jednotky používané ve světelné technologii"[4.]
13
3. VIDĚNÍ Vidění je fyziologicky děj. Naše oko reaguje na nějaký podnět (světlo). Viditelné světlo pro oko je elektromagnetické vlnění o vlnových délkách od 380 nm (fialové světlo) do 760 nm (červené světlo), které způsobuje v lidském oku vjem zvaný vidění. Světelná energie prochází přes rohovku, komorovou vodu, čočku, sklivec do sítnice kde se změní na nervovou energii a pokračuje zrakovou dráhou do korových center v okcipitálnímu laloku.
Obrázek 3 vjem vidění
Vidění není zprostředkováno jenom smyslovými orgány, ale i myšlenkovou a orientační aktivitou. Oko vnímá pohyb, světlo, tvar, barvu atd. Dále vnímá prostor a spoluprácí smyslů s psychikou nám pomáhá v orientaci. Člověk musí mít dobře vyvinuté jednoduché binokulární vidění, abychom byli schopní vnímat prostorově. Všechno co je v oku a celé lidské tělo má určitou úlohu ve vidění. V samém oku probíhá kontinuálně každou vteřinou množství dějů, které se přenášejí do mozku. Obraz, který se vytvoří na sítnici je obracený stranově a výškově. Potom se obraz opět v mozku obrací a vidíme realně.
14
Obrázek 4 zraková drahá
"Schopnosti zraku jsou fascinující – vnímáme tisíce barevných odstínů, nepatrné předměty od velikosti desítek úhlových vteřin, velmi rychlé pohyby, intenzitu světla v širokém rozsahu už od několika fotonů až po jasy o hodnotách tisíců kandel na metr čtvereční a pomocí zraku je synchronizován denní rytmus našeho života. Zrak je očividně náš nejdůležitější smysl, naše ochrana před blížícím se nebezpečím a zároveň nenahraditelný prostředek komunikace s okolním světlem. Všechny tyto vlastnosti zraku jsou odjakživa využívány, ale i zneužívány."[5.]
Obrázek 5 zraková drahá (pohled z boku)
15
4. OKO A SVĚTLO Vjem vidění není zatím úplně vysvětlen, ale známé jsou některé reakce oka na světlo. Protože každý člověk není stejný, tak samozřejmě ani reakce nejsou vždy úplně stejné. Hodnoty, které budou uváděné, jsou průměrem získaným po velkém počtu měření. "Světlo jako faktor životního prostředí značnou měrou ovlivňuje fyzickou a psychickou pohodu člověka, jeho pracovní výkon a schopnost regenerace organismu. Pokud je některá z těchto funkcí dlouhodobě omezována, může dojít k přechodnému i trvalému poškození zdraví."[7.]
4.1 ADAPTACE Lidské oko se může přizpůsobit různým intenzitám osvětlení ve spektru viditelného záření. Schopnost vidění při větších a rychlých změnách intenzity osvětlení v určitou chvíli není stejné. Oko potřebuje čas na adaptaci, která se liší, když jdeme ze světla do tmy nebo obráceně. 4.1.1 ADAPTACE NA SVĚTLO Adaptací na světlo rozumíme děj, kdy se najednou zvýší intenzita osvětlení, na které oko reaguje zúžením zornice. Tato reakce netrvá dlouho, jenom několik sekund nebo dokonce ještě méně. Chrání to oko před oslněním. Někdy je intenzita osvětlení natolik zvýšená, že nestačí jenom zornicový reflex, ale zavírají se i víčka, a někdy i sám člověk reaguje celým svým tělem. Vidění za světla je vidění fotopické. Společnou funkci tady mají tyčinky pro světlo a čípky pro barevné vidění. Čípky jsou většinou umístěné ve středu sítnice.
4.1.2 ADAPTACE NA TMU Adaptace na tmu je významnější než adaptace na světlo, protože u oka je více možností poruch tohoto děje. Reakce zornice je tady naopak rozšíření, aby se do oka mohlo dostat více světla. Na sítnici reaguje jako první makularní oblast, a jak se zornice rozšiřuje tak i periferní část 16
sítnice. U adaptace na tmu má větší význam i rychlost snížení intenzity osvětlení. U pomalejšího snížení intenzity osvětlení pomalu postupně přestáváme vnímat jas, barvu, tvar a následně i předměty. Při rychlém snížení intenzity osvětlení je schopnost vidění náhle snížená. Adaptace trvá kolem 40 až 60 minut, u některých lidí ještě pozdějí. Je značně delší než adaptace na světlo. Vidění za šera a v nocí je vidění skotopické, kde hlavní funkce mají tyčinky. Tyčinky jsou nejvíce citlivé na světlo a ve větším počtu se nachází na periferii sítnice. Což nám vysvětluje i rozšíření zornice za tmy. Podle J. E. Purkyně se posouvá citlivost vnímání jednotlivých barev. Při adaptaci na tmu ke kratším vlnovým délkám a při adaptaci na světlo obráceně.
Obrázek 6 "Purkyňův jev"
4.2 VLIV JASU A KONTRASTU Zornice se rychleji přizpůsobuje jasu rozšířením než zúžením. Zornice může měnit průměr od 2 mm při velké intenzitě osvětlení do 8 mm při malých intenzitách osvětlení. Závislost velikosti průměru zornice na nižší intenzitě osvětlení se mění s věkem. Čípky se adaptují rychleji, kdežto tyčinky potřebují delší dobu. Čípky nepracují při jasu menším než 0,003 nt. Naopak tyčinky pracují při jasech vyšším než 3 nt. Prahová hodnota se používá při měření adaptace. Je to hodnota nejmenšího jasu, za kterého může být vnímána zřetelná plocha. S postupující adaptací na 17
tmu se snižuje. Ze stejného důvodu lze rozeznat méně jasně předměty. Při snížených intenzitách osvětlení se citlivost oka k barvám postupně snižuje.
Obrázek 7 "Závislost průměru oční pupily (mm) na jasu (nt) pozorovaného předmětu"[6.]
Kontrast je charakterizován rozdílem jasu nebo svítivosti podnětů, které se nacházejí ve stejnou dobu v zorném poli. Kontrast rozdělujeme na simultánní a sukcesivní. U kontrastu simultánního (současného) subjektivní zrakový vjem závisí na pozadí pozorovaného předmětu. U sukcesivního (následného) kontrastu zrakový vjem závisí na světlu, které dopadalo na sítnici před pozorováním předmětu. Čas následného kontrastu je přímo úměrný adaptaci na jas zorného pole měnící se průměrné s časem. Malé kontrasty lze rozlišit při vyšších adaptačních jasech. Při nižším adaptačním jasu oko rozlišuje jenom vysoké kontrasty. Schopnost rozlišování kontrastu závisí na zvětšení vzdálenosti od fixovaného detailu, nebo na tom jestli se zde nachází nějaká svítící překážka.
4.3 BARVY A JAS Barvy mají největší vliv na psychické zpracování vidění. Jsou důležité pro zrakové pohody a každá barva působí na psychiku člověka jinak. Barvy rozdělujeme na teplé a chladné. Teplé jsou červená, oranžová, žlutá a jejich odstíny, které působí dojmem tepla, vyvolávají aktivitu. Chladné barvy jsou modrá, zelená a jejich odstíny, které působí pocitem chladu, uklidňují, ulehčují zrak. Světlé odstíny barev evokují lehkost, zdůrazňují prostor, mohou opticky zvětšovat a rozšířovat 18
malé a úzké místnosti. Tísnivým, uzavřeným, těžkým, menším a zúženým dojmem působí tmavé odstíny barev. Nejdůležitější části se mají osvětlit nejvíce.
4.4 OSLNĚNÍ Oslnění je děj, kde velikou intenzitou osvětlení dochází k rušení zrakové pohody nebo v horším případě ztrátě schopnosti vidění. Pod pojmem veliká intenzita osvětlení se rozumí značně vyšší intenzita než na jakou je oko adaptováno. Podle stupně působení rozdělujeme oslnění na tří základní: Rušívá: ruší zrakovou pohodu Omezující: zmenšuje schopnost rozeznání detailu, působí pocit nejistoty, únavy a pokles pracovního výkonu… Oslepující: ztráta schopnosti vidění, někdy i na delší dobu Podle příčin rozdělujeme oslnění na: Absolutní oslnění vzniká až při kritickém jasu, což znamená, že se mu oko není schopno přizpůsobit. Je to za denního světla 200 000 nt, a při umělém osvětlení 3 000 nt. Přechodové oslnění vzniká náhlou změnou intenzity osvětlení. Zrakové procesy se ruší, jestliže je změna 1:10, a k oslnění přichází v poměru 1:100. Oslnění mizí s adaptací oka. Oslnění kontrastem vzniká, jestli se v zorném poli nacházejí dvě různé plochy o hodně rozdílném jasu. Poměry jsou stejné jako u přechodového oslnění. Rozdíl je v tom, že se tady oko nemůže adaptovat. Závojové oslnění vzniká při dívání se na nějaký předmět jestliže se před tímto nachází nějaká neúplná překážka. Např. dívání se přes okno, ve kterém se zrcadlí obloha… Podle místa na sítnici které je oslněno rozdělujeme oslnění na: Osové oslnění v centrální krajině sítnice Okrajové oslnění v periferní části sítnic Důležitým faktorem je ještě doba trvání oslnění. Po krátkodobém oslnění se vidění vrátí do normálu, ale u dlouhodobého oslnění únava přechází na nervovou soustavu a může dojít i k fyziologickým poruchám.
19
4.5 ÚNAVA ZRAKU Vidění je ovlivňováno množstvím osvětlení, pozorovaným objektem a okem. Únava člověka jde v souvislosti i s únavou zraku. Trvání zrakové činnosti má vliv na únavu zraku. Únavu zraku způsobuje taky osvětlení, které je hodně vysoké nebo naopak hodně nízké. Důležitý je čas pozorování. Na stejném osvětlení nebo na stále měnicím se osvětlení se zrak unavuje, jakož i při vysokých rozdílech mezi jasy a kontrasty. Všechno to vede k rychlejší únavě okohybných a akomodačních svalů,což nakonec působí únavu zraku.
Obrázek 8 " Závislost pracovního výkonu a únavy na intenzitě osvětlení. (Diagram platí pouze pro určité podmínky osvětlení a určitý úkol; optimální hodnota osvětlení nemá proto obecnou platnost.)"[6.]
20
5. VLIV SVĚTLA NA ZDRAVOTNÍ STAV Světlo jako elektromagnetické záření není jenom důležité aby mohl být vyvolán vjem vidění. Důležité je taky pro různé činnosti organismu jako jsou např. aktivity hormonálních žláz. Výkon světla na člověka působí různými způsoby. Významné jsou hodnoty světla a vlastnosti částí těla kam světelné paprsky dopadají. Dopadající elektromagnetické záření může přes danou hmotu projit beze změny, absorbovat se nebo se odrážet.
Obrázek 9 dopad záření do lidského těla
21
5.1 PORUCHY ZRAKU Nedostatek světla při zrakové činnosti není důvod vzniku refrakčních vad. Nízká intenzita světla nebo naopak vysoká, vysoké jasy a kontrasty, blikání a nevhodné podání barev může vest k únavě zraku a bolestem hlavy. U lidí, kteří často používají obrazovky (televize, počítač, mobily…) při náročné zrakové práci se projevují latentní refrakční vady.
5.2 PORUCHY PSYCHICKÉHO STAVU ORGANISMU Důležité pro optimální fungovaní lidského organismu není jenom osvětlení ale i pravidelné střídaní světla a tmy. Hlavně úbytek světla na podzim a v zimě u nervově labilnějších lidí způsobuje větší chuť k jídlu, sníženou aktivitu, větší únavu, sníženou koncentraci a pracovní výkony. Tyto příznaky můžou vest k sezónní depresi, která se léčí umělým světlem velmi vysokých intenzit.
5.3 IMUNITA Melatonin zlepšuje celkový imunitní systém. Důležitá část buněčné imunity jsou specifické bílé krvinky, jejichž koncentraci zvyšuje v těle právě melatonin.Účinek slunečního záření celkově zlepšuje imunitu a odolnost vůči některým infekcím.
5.4 STRES Melatonin je antistresový hormon a má dost často vliv na emoce nebo náladu člověka. Melatonin ve vnitřním prostředí organismu se chová stejně jako světlo ve vnějším prostředí. U lidí se nesetkáváme s extrémní zdravotní reakcí na nedostatek světla, ten se projevuje spíše sezónními depresemi. Velký vliv na stres a deprese má biorytmicita dne a noci. Ve Finsku lékaři spíše zaznamenávájí větší stres a sebevraždy v období 24 hodinového pobytu na světle než ve tmě. Při příliš velkém osvětlení v noci dochází ke chronické nespavosti nebo i snížení imunity.
22
6. POŠKOZENÍ OKA ZÁŘENÍM V našem životním prostředí se optické záření nachází přirozeně nepřiklad jako sluneční záření. Jsme na ně adaptováni a potřebujeme ho k životu. Umělé zdroje představují větší riziko. Hlavně když množství energie překročí práh energetického poškození lidské tkáně. Nejvíce rizikové jsou oblasti na povrchu lidského těla, kůži a oči.
Obrázek 10 Jak záření prochází optickými medii
Elektromagnetické dlouhovlnné záření je bezpečné, protože jsou vlnové délky hodně větší než rozměry buňky. Tady dochází jen k reakci zahřátí a jinak záření volně prochází přes hmotu. Viditelné záření je podobné energii atomu lidského těla, proto je dobře absorbovatelné. Na druhé straně krátkovlnné záření také prochází přes tělo, ale mohou mít za následek ničení biologické struktury těla.
23
Obrázek 11 "Místa absorpce optického záření v oku"[16.]
6.1 ULTRAFIALOVÉ ZÁŘENÍ Krátkovlnné ultrafialové záření (100-380 nm) rozdělujeme do tří skupin: UV-A záření (315-380 nm), které je potřebné pro tvorbu vitaminů A i D. Dlouhodobě expozice zvyšuje možnost vzniku katarakty a makulární degenerace sítnice. Povrchové úpravy plastových skel a nitroočních čoček mohou úplně odstranit propustnost UV-A záření. UV-B záření (280-315 nm), které je absorbováno rohovkou a čočkou. Absorbce záření odpadá s věkem. Způsobuje melanom i kožní nádory. Plastovými čočkami je plně absorbováno. UV-C záření (100-280 nm) je filtrováno ozonovou vrstvou. Smrtící účinky mohou mít v případě díry v ozónové vrstvě. Je plně absorbováno brýlovými čočkami.
24
Obrázek 12 Průchod UV záření přes optická media
Poškození ultrafialovým zářením působí převážně na rohovku. Je to z toho důvodu, že ultrafialové záření má malou pronikající schopnost. Rohovka nejlépe absorbuje záření vlnových délek kratších než 280 nm. Tvoří první spektrální filtr. Absorbce odpadá, když se vlnová délka zvyšuje. U 340-360 nm je absorpce už jenom 34%. Poškození rohovky je převážně na epitelu, dochází ke ztrátě krycích buněk a jejich oddělení od sebe. Stroma je poškozeno jenom ve velmi málo případech, vykazuje se jenom vakuolou na endotelu a následně zhoršuje výživu epitelu. Sněžná slepota (ophthalmia nivealis) vzniká při vystavení oka odraženým paprskům slunce od sněžných plání nebo zrcadlících se vodních ploch.
Elektrická oftalmie (ophthalmia electrica) vzniká při vystavení oka záření vznikající při sváření elektrickým obloukem. Jsou to typické příklady poškození. Po dlouhodobé latenci dochází k slzení, podráždění oka, pocitu cizího tělíska, blefarospasmu, bolesti v oku a okolí. Na štěrbinové lampě jsou viditelné poškození epitelu, což je lépe pozorovatelné s fluoresceinem. Doporučena léčba je kapání anestetika, studené obklady, pobyt ve tmě, krytí rohovky mastí a antibiotiky.
25
Obrázek 13 Odrazy UV záření na Zemi
6.2 VIDITELNÉ ZÁŘENÍ Viditelné záření (380-760 nm) absorbuje nejvíc sítnice. Viditelné záření způsobuje škody jenom při předávkování. Zornicový a mrkací reflex společně s umístěním oka působí ochranně před přímým slunečným osvětlením. Na vlnovou délku mezi 380-450 nm jsou velmi citlivé modré retinální čípky, u nich dochází k fotochemickému poškození. Modré čípky mají ochranu ve žlutém pigmentu, a po úbytků čípků ve stáří se oko chrání zvýšeným žlutnutím čočky. Zvýšeným pigmentováním jsou chránění lidí, kteří žijí v zemích s větším slunečním svitem. Nicméně frekvence katarakty v mladším věku je větší tam, kde je větší sluneční expozice. Bylo prokázáno, že sluneční záření je jednou z příčiny katarakty, hlavně nukleární katarakty.
Oko může být poškozené také pomocí umělých světelných zdrojů. Osvětlení v luxech před 100 lety a v současnosti se hodně liší. Intenzita osvětlení se zvedla od přibližně 50-90 luxu do rozmezí 4000-5000 luxu v dnešní době. 26
Obrázek 14 Průchod UV a viditelného záření přes optická media
6.3 INFRAČERVENÉ ZÁŘENÍ Infračervené záření (≥760 nm) je málo absorbováno rohovkou, proto se dostává do čočky i do sítnice. Způsobuje popelení rohovky, stejné tak i pokožky.
Obrázek 15 Vliv IR záření na pokožku
27
V čočce působí sklářskou kataraktu, která převážně vzniká u lidí pracujících mnoho let v sklárnách nebo slévárnách. Má formu polární katarakty, která pokračuje k totálnímu zkalení čočky. Odloupnutí lamely na předním pouzdře čočky je typickým příznakem. Nyní se používají jako ochrana brýle s modrým kobaltovým sklem či sklem lahvovým. Díky používání těchto brýlí tato katarakta prakticky vymizela.
Při pozorování zatmění slunce vzniká solární retinitida a dochází k poškození sítnice. Postižena je makula, dochází k rozpadu pigmentovaného epitelu, což může vyvolat centrální skotom a ireverzibilní sníženou zrakovou ostrost.
Obrázek 16 Prohřívaní tkáně IR záření, které nejsme schopní vnímat. Člověk vnímá teplo jenom na úrovní pokožka a dlouhovlnné záření proniká do 4cm hloubky. Tepelné změny člověk necítí, ale tělo to velmi ovlivňuje.
28
7. OCHRANA PŘED ŠKODLIVÝMI ÚČINKY ZÁŘENÍ Oko je ochráněno již svojí polohou na obličeji. Další spočívají v reflexech, které ochraňují oko. Jsou to reflex mrkácí, reflex zornice a reflex blefarospasmem. Absorbční schopnosti mají rohovka, komorová voda, čočka a sítnice. Žluté barvivo v makule také chrání oko, nejvíce proti poškození modrým světlem.
Ochranou před velkou intenzitou viditelného záření a ultrafialovým záření jsou omezený pobyt na slunci mezi 11-15 hodinou, pokrývka hlavy a sluneční brýle.
Obrázek 17 Ochrany před slunečním zářením podle EU
Sluneční brýle chrání zrak pomocí absorbujících filtrů. Účinnost závisí na materiálu skla nebo plastu a taky na zbarvení. Šedý neutrální filtr absorbuje všechny vlnové délky ve stejném poměru. Barevné filtry snižují intenzitu světla, což vede k rozšíření zornice. Důležitá část, která zde nesmí chybět, je UV filtr, protože by jinak mohlo dojít k poškození oka. Zbarvení skla se pohybuje v intervalu mezi 10-85%. Většinou jsou skla zabarvená do šedé, hnědé a žluté, které mají dobrou schopnost absorbce UV záření. Jiné barevné filtry mohou zkreslit obraz, proto se nedoporučuje jejich používání v dopravě. Další jsou fototropní skla, která se dost často používají jako korekční pomůcky. Fototropní skla mění své zabarvení podle intenzity osvětlení. Fungují na principu reverzibilního rozkládaní stříbrné soli účinkem UV záření na světlo absorbující složky stříbra. Čiré korekční sklo taky braní pronikání škodlivého UV záření. Dobrý způsob je spojení dobré absorbce v oblasti UV záření s maximální propustností v oblasti viditelného záření. Záření do vlnové délky 350 nm má být absorbováno čirými korekční skly. Sluneční brýle musí absorbovat vlnové délky do 500 nm. Při výrobě korekční brýlové čočky, kontaktní čočky a intra kamerální čočky se počítá s dostatečnou ochranou před UV zářením.
29
Obrázek 18 Absorpce slunečního záření od reflektující plochy přes polarizační sluneční brýle
7.1 OCHRANA PROTI OSLNĚNÍ Jak už bylo zmíněno, oslnění je děj, kde velikou intenzitou osvětlení dochází k rušení zrakových pochodů nebo v horším případě ztrátě schopnosti vidění. K zabránění oslnění je důležité snížení jasu světelných zdrojů vhodnými stínidly, správně umístění svítidel a zvýšení jasu okolí. V zorném poli by neměly být nezacloněné elektrické zdroje. Žárovky a rtuťové výbojky s čirým poklopem silně oslňují, proto je třeba je zakrývat. Doporučuje se celkové rovnoměrné osvětlení polonepřímými svítidly. Svítidla se nemají umísťovat před tmavé neosvětlené pozadí. Také střední část zorného pole nemá být značně silnější než okolí.
Obrázek 19 "Příklad vyvážení jasů mezi jednotlivými částmi zorného pole pro dosažení zrakové pohody. Vlastní jas pracovní plochy se uvažuje jako jednotkový; jas okolí se do toho jasu nemají lišit vícekrát, než určují číslice"[6.]
30
8. MĚŘENÍ OSVĚTLENÍ Cílem osvětlení je zraková pohoda. K měření osvětlení používáme luxmetr a jasoměr. Existují v různých formách. Levné multifunkční přístroje jsou jenom pro vlastní orientační měření. Jsou bez kalibračních listů, nesplňují požadavky na přístroje pro přesná měření, ani požadavky na laboratorní měření. Pro přesnost měření jsou určena maxima přípustné celkové chyby luxmetrů a jasoměrů. Měřicí přístroje se mají kontrolovat každé dva roky. Což znamená obdržet i nový kalibrační list, který se pak má používat pro přepočet naměřených hodnot pří výpočtu udržované intenzity osvětlení. Každý takový přístroj má mít kalibrační list a je třeba jej uvádět jako přílohu každého protokolu měření.
Obrázek 20 Jasoměr
Luxmetr je přístroj s fotoelektrickým receptorem a mikro ampérmetrem. Fotoelektrický receptor má mít barevný filtr, který se upravuje podle křivky citlivosti lidského oka .
Obrázek 21 Luxmetr
31
8.1 ZÁKLADNÍ POJMY A POŽADAVKY Velmi důležité jsou hygienické požadavky na osvětlení pro vytvoření odpovídajících pracovních podmínek, psychické a fyzické pohody a také kvůli fyziologické potřebě člověka prožívat pravidelnou rytmicitu světla a tmy. Člověk by se měl pohybovat v prostředí, které má přiměřenou intenzitu osvětlení o vhodné spektrální složení. Nemělo by to vyvolat zrakový diskomfort nebo vytvářet dispozice pro předčasný vývoj zrakových vad. Lidé tráví hodně svého času uvnitř budov, proto je potřeba aby se dodržovali normy pro umělé a přírodní osvětlení.
Zásadní požadavky osvětlení pro jakoukoli činnost mají být: "-dostatečná intenzita osvětlení, úměrná zrakové náročnosti vykonávané činnosti -vhodný směr, ze kterého světlo přichází (přičemž světlo difúzní, rozptýlené je zpravidla optimální) -oslnění musí být eliminováno -osvětlení musí být dostatečně rovnoměrné, a to prostorově i časově -umělé osvětlení má mít vhodné složení svého barevného spektra, které musí být ve fyziologické relaci k intenzitě osvětlení -osvětlení má uspokojovat nejen fyziologické a psychologické, ale i estetické potřeby"[17.] Požadavky jsou určeny pro luxmetr a jasoměr. Zaleží na tom, k jaké činnosti se budou používat.
Přesnost Měření Přesné Provozní Orientační
Přípustná celková chyba (%) Luxmetry Jasoměry ±5 ±7,5 ±10 ±10 ±20 ±20 Tabulka 1 "Požadavky na přesnost luxmetrů a jasoměrů"[11.]
32
Světelné nedostatky, které se můžou objevit jsou blikání, hodně vysoká intenzita osvětlení, křížící se stíny, hodně vysoké nebo nízké kontrasty, nepoměrné podaní barev. Tyto nedostatky by měli být odstraněny protože ruší koncentraci a mohou taky vyvolat subjektivní a objektivní potíže. Základní veličiny a charakteristiky světla jako jsou intenzita osvětlení, svítivost, činitel odrazivosti světla, jas plochy a chromatičnost světla se používají při měření a hodnocení optimálních podmínek.
8.2 MĚŘENÍ A HODNOCENÍ DENNÍHO (PŘIROZENÉHO) OSVĚTLENÍ Měření přirozeného denního osvětlení probíhá jak ve venkovních podnímkách, tak v interiéru. Denní osvětlení je limitováno podle denní a roční doby, podle stupně pokrytí oblohy oblačností. Velikostí a orientaci oken, záclonami, světlostí a tmavostí stěn můžeme částečně ovlivnit intenzitu denního osvětlení. Pracoviště s trvalou prací mají mít vyhovující denní osvětlení. Trvalou prací se myslí práce delší než 4 hodiny denně. Toto osvětlení je stanoveno podle nařízení vlády NV č. 361/2007, kterým se stanovují podmínky ochrany zdraví při práci. Luxmetr je pomůcka pro objektivní měření denního osvětlení. Jestliže se měří denní osvětlení a hodnoty kvůli hygienickému hodnocení, musí se postupovat podle standardních pravidel. To znamená, že se má měřit za nejméně příznivých přírodních podmínek (nejlépe v zimě, ale bez sněhové pokrývky) a taky venkovní intenzita osvětlení nemá překročit 5000 lx (rovnoměrně zatažena obloha v poledních hodinách). Jas má být taky správně rozložen (nesmí být větší než 10°). Ověřujeme ho jasoměrem v elevačních úhlech 15°, 45° a 90°. Potom se má měřit paralelně 2 hodiny venkovní a vnitřní osvětlení. Venku se má měřit na nestíněném místě, zatímco ve vnitřních prostorách se má měřit v jednometrové vzdálenosti od stěn, a to z obou stran. Vevnitř má být vypnuté umělé osvětlení a všechno má být v poloze jako při běžné pracovní činnosti. Intenzita osvětlení by měla odpovídat přibližně stavu ve venkovních prostorách při rovnoměrně zatažené obloze. Ve výší 80 cm nad podlahou a ve vodorovné poloze se exponuje fotočlánkový terčík luxmetru. Osoba která měří má být tmavě oblečena. Postup měření: Základní veličinou je činitel denního osvětlení, kterým je procentuální podíl změřené intenzity osvětlení v určitěm místě v místnosti a venku. Současné odečtení intenzity osvětlení vevnitř a venku nám zajišťuje přesnost výsledků. Proto by se mělo měřit dvěma luxmetry navzájem. Potom 33
se z jednotlivých činitelů denního osvětlení vypočítá průměrný. Z minimální a maximální hodnoty se určuje prostorová rovnoměrnost osvětlení. Reálné hodnoty činitelů denního osvětlení se kvůli čistotě, zakrytí oken, světlosti stěn pohybují kolem desetin až 5 %.
Obrázek 22 Měření a hodnocení denního osvětlení venku
Pro různé typy pracovišť ČSN doporučuje během dne optimální osvětlení a minimální hodnoty činitele denního osvětlení, které musí být splněny v každém kontrolním bodě měření. Pracoviště dělíme do 7 tříd podle stupně zrakové náročnosti. Kritický detail je rozhodující pro třídění. Poměr mezí vzdáleností pracovníka od pozorovaného předmětu a velikost nejmenšího rozlišujícího detailu je kritický detail. Doporučena je taky optimální a minimální hodnota rovnoměrnosti osvětlení, která se pro čtení a psaní doporučuje minimálně 1,5 % a v místnosti by neměla klesnut pod 0,5 %. Požadavky na osvětlení se zvyšují u pracovníka ve vyšším věku, majíli pracovníci používat ochranné barevné nebo dioptrické brýle apod. Vstupem přímého slunečního osvětlení je ovlivněna kvalita denního osvětlení, které i zvyšuje nerovnoměrnost osvětlení a oslňuje. V podzimním a zimním období má přímé sluneční osvětlení trvat aspoň 90 minut. Nadměrné nebo nedostatečné kontrasty či nadměrné odrážení světla způsobují zrakový diskomfort. Činitel odrazu stropu má být minimálně 0,7 a stěny 0,5.
8.3 MĚŘENÍ A HODNOCENÍ UMĚLÉHO OSVĚTLENÍ Uměle osvětlení je osvětlení, které vytváří náhradní světelné klima. Monochromatická světla a trvalé umělé osvětlení se používá u místností bez oken. Hygienické požadavky pro umělé osvětlení se z velké častí kryjí s požadavky pro denní osvětlení. Mimo zrakový výkon a zrakovou pohodu má tady význam i ekonomicko-provozní hledisko. Při umělém osvětlení rozlišujeme osvětlení celkové a místní. Osvětlení na stropech nebo pod nimi je osvětlení celkové. Osvětlení, 34
které má být vždy kombinováno s celkovým osvětlením je osvětlení místní. To jsou například přisvětlení lampou. Optimální poměr mezi místním osvětlením a celkovým má být 5/10 - 10/1. Hodnocení umělého osvětlení prostřednictvím změřených jasů zorného pole, detailů a okolních ploch je velmi důležitý po fyziologické stránce. ČSN požaduje hodnoty minimálních a maximálních jasů ve vnitřních prostorách. Ale v praxi stačí měření průměrného celkového osvětlení s výpočtem rovnoměrností osvětlení, kde průměr celkového osvětlení se měří při všech rozsvícených zdrojích pod nimi, mezi nimi a mezi nimi a stěnami a kdy rovnoměrnost osvětlení je poměr mezí maximem a minimem naměřené hodnoty. U trvale používaného pracoviště by minimum nemělo klesnout pod 200lx, a není li zde přirozeného světlo, tak 300lx.
Obrázek 23 Měření a hodnocení umělého a denní osvětlení dovnitř
Důležitý význam při výběru zdroje světla má chromatičnost zdroje a jeho umístěni. Umělé osvětlení by mělo přicházet shora a zleva. Podle umístění rozdělujeme světlo na přímé, polopřímé, smíšené a nepřímé. Přímé osvětlení - světlo od zdrojů dopadá přímo dolů na podlahu nebo na pracovní plochu, dobře vede světelny tok, je hospodárné, vznikají tmavé, ostré stíny, strop a horní části stěny jsou tmavé Polopřímé – zdroj vyzařuje část osvětlení na stěny a strop, světlo odrážené od stěn a stropu prosvětluje stín a oslnění je přijatelnější. Je to nejvýhodnější osvětlení a taky nejvíce rozšířené. Smíšené – světlo se rozptyluje všemi směry stejně, podlaha, stěny a strop jsou stejně osvětleny, vyhovuje tam, kde není potřeba většího osvětlení určitého místa Nepřímé – světlo dopadá na strop a horní částí stěn, celá místnost je osvětlena rovnoměrně, při odrazu se hodně světla ztrácí. 35
9. SVĚTELNÉ ZDROJE Zdroje záření rozdělujeme na primární a sekundární. Těleso, které vyzařuje světelné záření vzniklé jeho přeměnou z vlastní energie je primární zdroj. A když těleso aspoň z části světelné záření odráží nebo propouští, tak je to sekundární zdroj, které potom rozdělujeme na přírodní a umělé. Nejširší spektrum záření které vysílají světelné zdroje odpovídá záření viditelnému, ale zároveň je též produkováno záření tepelné. Z počátku, když je teplota zářiče nejnižší, je vydáváno záření infračervené - teplé a poté zahříváním přechází do červené barvy viditelného spektra. Ostatní barvy přibývají s růstem teploty a při teplotě 3000 stupňů je již vyzařováno světlo bílé. Při dálším zvětšovaní teploty dochází k záření kratších vlnových délek a vyzářené světlo dostává modry tón barvy. Teplé paprsky dál, zůstávají, protože už přicházíme do infračerveného záření. Rozdělení energie ve viditelném zářením a určitá barva, nebo jinak řečeno chromatičnost přísluší každé teplotě černého tělesa. Podle teploty černého tělesa je možno popsat barvu světla teplotního zářiče. Světlo černého tělesa má stejnou chromatičnost jako světlo zdroje. Teplota chromatičnosti se udává v kelvinech (K) a je jí možno přesně používat jenom pro teplotní zdroje. Pro jiné zdroje se používá ekvivalentní nebo náhradní teplota chromatičnosti. Různé barvy jsou charakterizované daným rozmezím: teplota od 800 K do 900 K je světlé červená, 3000 K je žluto-bílá, 5000 K bílá, od 8000 K do 10000 K modro-bílá. Barva plamene parafínové svíčky odpovídá teplotě chromatičnosti 2000 K, přímé denní světlo v poledne je dáno teplotou chromatičnosti 5600 K, teplota chromatičnosti světla v zamračený den je 7000 K a při modré obloze 10000 K
Obrázek 24 Barevná teplota světla
Při osvětlení interiéru je ze subjektivního hlediska podle teploty chromatičnosti můžeme rozdělit do tří skupin. Jestliže je teplota chromatičnosti nižší než 3300 K je produkováno světlo teplé, červenobílé. U teploty chromatičnosti od 3300 K do 5000 K je vydáváno světlo neutrální
36
bílé a u teploty nad 5000 K je to modro-bílé světlo.
9.1 PŘÍRODNÍ ZDROJE Slunce je zdrojem denního osvětlení. Světlo Slunce dopadá přímo na Zem nebo se rozptýlí průchodem oblohou. Podle denní a roční doby, podle zeměpisné šířky a podle stavu oblohy se intenzita denního osvětleni a jeho barva mění. Světlo se taky mění během dne a noci a tady už mluvíme o denním a nočním světle. Pro lidi je významnější denní světlo, což není jenom přímé sluneční záření ale i oblohové světlo, které vzniká rozptylem a odrazem slunečního záření v zemské atmosféře. Pro denní světlo je charakteristická dynamická proměnlivost světelných poměrů, která se projevuje výraznými změnami v osvětlení zemského povrchu, změnami spektrálního složení, ve směrování světla, v rozptylu a v poměrech mezí přímým slunečním zářením a oblohovým světlem. Vliv na proměnlivost světelných podmínek mají hlavně atmosférické podmínky které se nedají ovlivnit ani přesně předpovídat. Světelnou solární konstantu využíváme jako charakteristiku přímého slunečního záření. Je to přímé osvětlení nad zemskou atmosféru v rovině kolmé na sluneční paprsky, při průměrné vzdálenosti Slunce od Země. Když sluneční záření projde zemskou atmosférou, je pohlcováno atmosférickými plyny, absorbuje UV záření, rozptyluje se v molekulách vodních par, což jej oslabuje. Jestliže je Slunce v zenitu, kolmo nad Zem, dochází k nejmenšímu oslabení slunečního záření. Dva krajní stavy oblohy, úplně zamračená (zrakem neviditelná poloha Slunce) a úplně jasná jsou základní pozice ze kterých vychází obecná charakterizace denního osvětlení. Měsíc a hvězdy tvoří noční světlo, které pro hygienu osvětlení nemá význam. Zajímavostí je vliv měsíčního světla na psychiku člověka.
Obrázek 25 "Slunce je zdrojem denního osvětlení."
37
9.2 UMĚLÉ ZDROJE Zdrojem umělého osvětlení jsou světelné zdroje, které přeměňují nějaký druh energií na optické záření. V moderní době jsou možnosti umělých světelných zdrojů větší. Mohou vytvořit umělé osvětlení srovnatelné s denním osvětlením. V současnosti mají největší význam elektrické světelné zdroje. U elektrických světelných zdrojů vzniká optické záření třemi základními způsoby: Inkandescencí Vyzáření optického záření dosahujeme zahřátím pevné látky do vysoké teploty. Takové těleso označujeme jako teplotní zářič. Každý teplotní zářič je charakterizován emisivitou, což je podíl mezi intenzitou vyzařování teplotního zářiče a intenzitou vyzařovaní černého zářiče při stejné teplotě. Teplotní zářiče dělíme na selektivní a neselektivní. Selektivní teplotní zářič má spektrální emisivitu odlišnou pro různé vlnové délky. U neselektivní se emisivita nemění. Převážná část vyzářené energie u teplotního zářiče je infračervené záření, jen malá část tohoto záření je viditelná. Elektrický výboj Optické záření se emituje pomocí eklektického výboje, který ve zdroji vybudí atomy par kovů nebo plynů. Ve výbojové trubici může vzniknout elektrický výboj a na něj se napojí elektrické napětí. Volné elektrony jsou důležité pro vytvoření elektrického výboje. Pomocí srážek způsobují ionizace atomů a molekul plynné náplně trubice. Emise z elektrody nebo katody je zdrojem volných elektronů. Závislost velikosti proudu výbojky na napětí mezi elektrodami je charakteristikou výboje, která se dělí na dvě oblasti. Jsou to oblasti doutnavého výboje a obloukového výboje. Malé napětí zatíží katody a velkým katodovým úbytek se rozumí doutnavé oblasti výboje. U obloukové oblasti výboje je nízký katodový úbytek napětí a velké proudové zatížení katod. Podle tlaku plynové náplně a proudového zatížení katody rozlišujeme nízkotlaký a vysokotlaký obloukový výboj a taky i výbojové zdroje. Někdy se používají jiskrové výboje, kde se naakumulovaná energie vybíjí v krátkém času přeskokem. Luminiscencí pevných látek Vzniká jen u materiálů, které jsou schopny proměnit absorbovanou energií v optické záření. Děje se to u nižších teplot a u vyšší účinnosti přeměny než při teplotním záření. Fotoiluminiscence se nejvíce používá v praxi. K emisi viditelného záření dochází u absorbce fotonů kratších vlnových délek. Fotoiluminiscence dělíme podle doznívající doby záření na ty s dobou větší než 10 s (fosforescenci) a dobou menší než 10ˉ8 s (fluorescenci). V praxi se 38
většinou používá fluorescence a materiál luminofor. U elektroluminiscence dochází k optickému záření urychlením elektronů v elektrickém poli. Technické údaje, které určují množství i kvalitu světla jsou provozní napětí, příkon zdroje, světelný tok, měřený světelný výkon, chromatičnost světla a index podání barev. Chromatičnost světla hraje důležitou roli pro zrakový výkon a zrakovou pohodu. Dělí se na tři skupiny, které určují barevný ton světla. Pokud je to míň než 3300 K, je to teplá bílá, mezi 3300-5300 K je to bílé a nad 5300 K je to denní. Index podání barev je taky důležitý. Při vysokých požadavcích na podání barev se má volit více než 90. 9.2.1 TEPLOTNÍ SVĚTELNÉ ZDROJE Vakuová nebo plynová žárovka je elektrický zdroj optického záření, které vzniká rozžhavením spirály průchodem elektrického proudu. Jejich výhodou jsou velmi dobré barevné podaní, příjemná barva osvětlení při nízkých intenzitách, okamžitý start se stabilním světelným tokem, široký rozsah napájecího napětí a příkonů, široké rozmezí přípustných teplot okolního prostředí, libovolná provozní poloha, snadná vyměnitelnost, jednoduchá konstrukce a jednoduchá likvidace vyhořelých kusů. Nevýhodou jsou malý měřený výkon, relativně krátká životnost, velký pokles světelného toku, citlivost na napětí. Žárovky mají teplotu chromatičnosti od 2500 K do 2900 K a příkon od 45 W do 2000 W. Jejich životnost je 1000 h. Halogenové žárovky mají vyšší výkon, teplotu chromatičnosti od 3000 K do 2900 K, mají delší životnost, patří mezi novější světelné zdroje. Jsou to žárovky s wolframovým vláknem. Regeneraci wolframového vlákna umožňuje baňka plněná plynem a příměsí halogenů. Jsou konstrukčně vyrobené vyšším tlakem, větší teplotou a taky s určitou vzdálenosti baňky od vlákna aby mohl normálně probíhat regenerační cyklus. Nejvíce se používají u osvětlení exteriérů nebo některých hal. 9.2.2 OBLOUKOVÉ SVĚTELNÉ ZDROJE Jsou historicky významným světelným zdrojem. Elektrickým výbojem mezi elektrodami při atmosférickém tlaku je emitováno viditelné záření. Tady se používají uhlíkové nebo wolframové elektrody se stejnosměrným nebo střídavým napájecím napětím. Mají krátkou životnost a nižší měřený výkon, ale vyzařované spektrum je podobné dennímu osvětlení.
39
Výbojové světelné zdroje Nízkotlaké výbojky Patří sem nízkonapěťové svítící trubice a nízkotlaké sodíkové výbojky. Nízkotlaké výbojky, které používají kladný sloupec doutnavého výboje jsou svítící trubice. Fungují při vysokých napájecích napětích a proudovém zatížení od 150 mA do 200 mA. Na druhu náplně, délce a průměru trubice závisí napětí. Složením plynové náplně jsou dány barvy světla. Můžou být plněny neonem, argonem, heliem nebo rtutí. Jejich životnost je 10000 hodin. Používájí se nejvíce u dekorací nebo reklamy. Potřebují vysokonapěťový transformátor při připojení na elektrickou síť. Nízkotlaké sodíkové výbojky jsou plněny sodíkovým parami, které v obloukovém výboji emitují jen žluté světlo (vlnové délky 589nm). Rezonanční čáry sodíku mají maximum blízko citlivosti lidského oka a dosahují největšího měřeného výkonu. Index barevného podání se zlepšuje při zvyšování tlaku, kdy dochází k rozšiřování pásma vyzařovaného spektra. Složitá konstrukce ochranného obalu je kvůli závislosti světelného toku na teplotě hořáku. Pro fungování potřebují rozptylový transformátor s předepsanou provozní polohou zdroje. Mají velmi nízké barevné podání a kvůli tomu se málo používají. Jejích životnost je od 5000 h do 6000 h. Vysokotlaké výbojky Sem patří plynové výbojky a to sodíkové, halogenidové a xenonové. Vysokotlaké sodíkové výbojky nemají tak úzké vyzařovací spektrum jako nízkotlaké sodíkové výbojky. Ke vzniku širšího pásmového spektra dochází zvyšováním tlaku par sodíku, kdy se rozšiřují rezonanční žluté čáry. Výsledkem toho je zlepšení indexu podáni barev. Hořák je hlavní část výbojky a je odolný k vysokým teplotám až do 1200 °C. Hořák je z průsvitného korundu, který je plněn slitinami sodíku a xenonu. Po zapnutí výbojka dosahuje stabilnosti za 5 až 12 minut. Po vypnutí její schopnost pro opakované zapnuti nastává až po 2 do 5 minutách. Její životnost je od 6000 h do 8000 h a příkon 35 W až 1000 W. Používají se u venkovního osvětlení a u osvětlení bez nároku na rozlišování barev. U halogenové výbojky emisí par rtuti a produkcí štěpení halogenidů vzniká viditelné záření, což zlepšuje barevné vlastnosti a zvyšuje měřený výkon vysokotlakového rtuťového výboje. Mají životnost 6000 hodin a příkon až do 3500 W. Používají se k osvětlení venkovních prostor a jako světelná terapie ve zdravotnictví. Výboj u xenonové výbojky může probíhat formou krátkého či dlouhého oblouku. Potřebují pro fungování předřadník, zapalovač a chlazení. Barva záření odpovídá dennímu osvětlení. Životnost je 2000 hodin. Používá se pro scénické osvětlení a osvětlení exteriérů. 40
Výbojka s luminofory Patří sem zářivky, indukční výbojky a vysokotlaké rtuťové výbojky. Zářivky se vyrábějí v mnoha odstínech, od růžového, který je od 2000 K do 3000 K do denních odstínů, které dosahují 6500 K. Jsou nízkotlakým výbojovým zdrojem.Luminofor je nanesený na vnitřní strany trubice v závislosti na výsledném požadovaném spektrálním složení světla. Jejích životnost je od 5000 h do 8000 h. Kvůli strachu z negativního působení zářivek na organismus člověka byl proveden výzkum, který potvrdil, že tyto obavy jsou bezdůvodné. Problémy nastávají, když se vybere špatná intenzita osvětlení, špatné barevné podání, špatné zábrany oslnění, nebo dojde-li ke špatné odborné instalaci. V současné době máme kompaktní světelné zdroje které jsou novými světelnými zdroji malých rozměrů. Mají nahrazovat žárovky v bytovém, společenském, místním a nouzovém osvětlení. Světelná účinnost kompaktních zářivek je pětinásobně vyšší než u běžných žárovek. To znamená, že 20 W zářivka je srovnatelná se světelnou účinnosti 100 W žárovky. Životnost kompaktních zářivek je od 5000 h do 8000 h. Indukční výbojka patří do nízkotlakých výbojkových zdrojů. Funguje na principu vysokofrekvenčního buzení výboje v uzavřeném prostoru s parami rtuti, který emituje ultrafialové záření, jež se luminoforem mění na viditelné záření. Výjimečně dlouhá životnost až 60000 hodin. Vysokotlaké rtuťové výbojky se skládají z luminoforu a rtuťových par. Barva rtuťových par je modrozelená. Používá se zde luminofor kvůli určitému podílu červené barvy při přeměně ultrafialového zářeni na viditelné záření. Po 3 až 5 minutách po zapnutí se stabilizuje světelný tok. Po vypnutí se může znovu zapnout až po 5 až 7 minutách. Jejich životnost je od 6000 h do 12000 h. Používají se dosti často, a to například u běžného provozu a osvětlení věřejných venkovních prostor.
9.2.3 SPECIÁLNÍ ZDROJE Speciální zdro,j jak jeho jméno napovídá, je používán ke zvláštním účelům. Jsou to zábleskové xenonové výbojky, doutnavky, elektroluminiscenční zdroje, svítící diody, lasery, apod. Zábleskové xenonové výbojky jsou speciální konstrukce. K zapálení potřebují zapalovací elektrodu a kondenzátor. Využívají jiskrový výboj, který emituje veliký světelný výkon v krátkém čase. Používají se při rozběhnutí chodu laseru a pro fotografické účely.
41
U doutnavky viditelné záření vzniká přímo nebo nepřímo z doutnavého výboje. Jejich vnitřek může být plněný neonem, argonem nebo jejich směsí s heliem, který poté určuje barvu světla. Životnost je mezi 1000 h a 2000 h. Používá se k signálním a indikačním účelům. Plošné kondenzátory, u kterých dielektrikum tvoří luminofor, jsou elektroluminiscenční zdroje. Životnost závisí na frekvenci a napětí. Nejčastěji se používají jako informační tabule. Přednost svítících diod je v malé spotřebě energie. Funguji stejně jako konvenční polovodičová dioda. Používají se v optoelektrickým součástkách a jako signální zdroje. Laser se jinak nazývá kvantový generátor optického záření. Vyzařuje formou koherentního záření a jeho působení závisí na třech podmínkách. První podmínkou je stimulovaná emise, což znamená vybrat vhodné aktivní prostředí které umožňuje vyvolat řízení energetické změny. Druhou podmínkou je inverze. Počet aktivních částic je vyšší na energetické hladině než počet nenabuzených částic na základní hladině. Inverze dosahujeme energetickým buzením. Třetí podmínkou je vytváření zpětné vazby v rezonátoru a přenášení obrovského množství energie na velkou vzdálenost (koherence). Používají se ve zdravotnictví, průmyslu a pro světelné efekty. Infračerveným zářičem je každé teplé těleso. Při absorpci se infračervené záření mění na teplo. Můžeme je rozdělit na teplotní a výbojové. V průmyslu se používají infračervené zářiče jejichž teplota se pohybuje v hodnotách od 600 K do 2200 K. Existují různé konstrukce s odlišným příkonem. Používají se při sušení, ohřevu laboratorních zařízení, při převedení na viditelné záření, pro pozorování ve tmě či intrafotografií. Ultrafialové zářiče se používají ve zdravotnictví a farmacii jako pomocné dezinfekční prostředky. Jejich speciální jméno je baktericidní zářič. V soláriích se taky používá oblast UV-A záření, nicméně v těchto se při stárnutí jejich zdrojů mění tato oblast na záření UV-B, které je již ovšem nebezpečné. Vizuální zobrazovací jednotka, např. monitor počítače, je taky speciální zdrojem optického záření. Důležitou složkou jsou dále svítidla. Pro každý světelný zdroj je třeba jiný typ svítidla. Svítidla se skládají z difuzorů (rozptýleného světla), reflektorů (odrážejícího světla), refraktorů (lámajícího světla), neelektrických a konstrukčních části. Účinnost svítidla je poměr světelného toku celého svítidla a světelného toku samotného zdroje. Ve spodní části otevřená světla se vyznačují největší účinností. U špatných svítidel dochází k oslnění přímo viditelnými světelnými zdroji. Zdroje osvětlení mají být zastíněny tak aby je nebylo vidět v pohledových směrech. Výběr správného světelného zdroje a svítidla zlepšuje zrakovou pohodu, dopomáhá k lepšímu pracovnímu výkonu apod.
42
10. OSVĚTLOVACÍ SOUSTAVY Popsané světelné zdroje používáme k osvětlení určitého prostoru. Různé uspořádaní světelných zdrojů tvoří osvětlovací soustavy. Podle používaných světelných zdrojů je můžeme rozdělit na soustavy denního osvětlení, umělého osvětlení a sdruženého osvětlení.
10.1 OSVĚTLOVACÍ SOUSTAVY DENNÍHO OSVĚTLENÍ Osvětlovací soustavy denního osvětlení používají k osvětlení přirozené denní světlo. Můžeme je rozlišovat podle umístění otvoru v osvětlených prostorách. Jsou to boční soustavy, horní soustavy, kombinované soustavy a sekundární soustavy. U boční soustavy se jedná převážně o osvětlení okny. U jednostranné boční soustavy světlo dopadá jenom z jedné strany a charakteristický činitel denního osvětlení závisí na vzdálenosti od okna. Osvětlení boční soustavou je omezeno výškou a hloubkou prostoru. Osvětlení se zmenšuje s klesající výškou oken. Je dobré použít okna co nejvyšší a ideálně vyšší než širší. Této soustavy se používá u vícepodlažních budov pro osvětlení menších místnosti. Kvůli možnosti venkovního zastínění u nižších podlaží se doporučuje větší výška místnosti a výška okna. Výhodou je snadná údržba. Horní soustavy denního osvětlení mohou osvětlit rovnoměrně celý prostor bez ohledu na jeho velikost. Používají se dva základní typy světlíku, pilové a zenitní. Pilový je jednostranný nebo dvojstranný a se svislým nebo šikmým zasklením, kdežto zenitní je vodorovný nebo jen lehce šikmě zasklený. Kvalita osvětlení závisí na rozměrech světlíků a jejich rozmístění. Tady se naopak s rostoucí výškou účinnost částečně zmenšuje. Nejvíce se používají u větších místností, jako např. hal nebo pavilonů. Je-li potřeba odstranit přímé sluneční záření, umisťují se světlíky jednostranné a orientují se na nesluneční stranu. Jejich nevýhodou je těžší údržba. Používáním oken a světlíků docilujeme kombinované soustavy. Doplňuji se navzájem. Sekundární soustavy jsou většinou používány u větších prostor. Používá se zde nepřímé světlo z vedlejšího prostoru.
10.2 OSVĚTLOVACÍ SOUSTAVY UMĚLÉHO OSVĚTLENÍ Pro osvětlovací soustavy umělého osvětlení se používají světelné zdroje, které jsou většinou zabudované do svítidel. Můžeme je rozlišovat podle provozního účelu soustavy. Jsou to osvětlení 43
normální, poruchové (nouzové) a technologické. Normální osvětlení zajišťuje umělé osvětlení pro normální provoz při bezporuchovém stavu napájecí soustavy. Dělíme je na soustavy hlavního osvětlení, pomocného osvětlení a soustavu osvětlení bezpečnostního. Soustava hlavního osvětlení má největší význam pro hygienu práce. Vytváří osvětlení pro hlavní pracovní aktivitu, a to osvětlení celkové, odstupňované nebo kombinované. U soustav celkového osvětlení jsou svítidla pravidelně rozmístěné po celém prostoru. Nevýhodou je nemožnost výraznějšího osvětlení jedné části. Soustava odstupňovaného osvětlení doplňuje soustavu celkového osvětlení, což znamená možnost vyššího osvětlení na částech kde je zraková náročnost větší. Přechody mezi osvětleními jsou plynulé. Soustava kombinovaného osvětlení je tvořena celkovou nebo odstupňovanou soustavou a místním osvětlením místa zrakového úkonu. Musí být zachovaný poměr mezi celkovým a místním osvětlení v poměru 1:3 nebo maximálně 1:10.
10.3 OSVĚTLOVACÍ SOUSTAVY SDRUŽENÉHO OSVĚTLENÍ Při nedostatku denního osvětlení se u soustavy sdruženého osvětlení používá ještě trvalé umělé osvětlení. Požadavky na takovéto osvětlení jsou větší než pro umělé osvětleni. Musí mít parametry jako denní osvětlení. Velmi náročný je výběr světelných zdrojů a jejich rozmístění, přičemž jejich teplota chromatičnosti má být nad 4000 K, mají mít barvu světla vhodnou pro míchání s denním osvětlením a správnou vyšší hladinu osvětlení. 400 lx je hygienické minimum. Dostatečná a správná údržba je velmi důležitá.
44
11. HYGIENICKÉ PODMÍNKY PRO OSVĚTLENÍ Náš život je z velké části ovlivňován světlem,a to hlavně denním přirozeným světlem. U denního světla je důležitá jeho proměnlivost v čase. Světelné prostředí, které vytváříme světelnými zdroji je umělé, což zatěžuje vidění a unavuje zrak kvůli své monotónnosti. Podle délky pobytu lidí v určitém prostředí a podle druhu činnosti jsou určena hygienická kritéria. Dostatečná ochrana zraku před oslněním je základní kritérium. Pro určení stupně oslnění u odlišných zdrojů světla se používá různých činitelů oslnění. Velikost činitele oslnění přímo závisí na jasu oslňujícího zdroje a velikosti prostorového úhlu, pod kterým se oko dívá na oslňující plochu, a nepřímo na jasu pozadí a vzdálenosti oslňujícího zdroje od osy pohledu. Následně se podle velikosti činitele oslnění provádějí nutná hygienická opatřeni, jako jsou snižovaní jasu zdroje cloněním, změna polohy zdroje apod. U denního osvětlení je jen potřeba dávat pozor aby jas osvětlovacích otvorů v zorném poli nebyl nad 4000 cd/m² a poměr mezi jasem předmětu a oblohy 1:200. Dalším kritériem je množství světla, které taky můžeme nazývat intenzitou osvětlení. Pro denní osvětlení množství světla určuje činitel denního osvětlení v procentech. S délkou pobytu rostou nároky na osvětlení. Hygienické minimum pro činitele denní osvětlenosti jsou 3% (průměrný), přičemž minimální činitel denní osvětlenosti je 1,5%. Nároky se můžou zvyšovat u některých konkrétních zrakových činnosti. Množství světla u umělého osvětlení se určuje pomocí místní průměrné minimální intenzity osvětlení v určitém čase. Hygienické minimum pro intenzitu osvětlení je 200 lx. Při trvalém používaní současně denního a umělého osvětlení musí být zajištěna alespoň třetina požadovaného činitele denní osvětlenosti. Tento souběh nazýváme sdružené osvětlení, u kterého musí být minimální činitel denní osvětlenosti 0,5% a intenzita osvětlení umělého zdroje 400 lx. Důležitý je též kontrast jasu a barvy. Kontrast jasu mezi pozorovaným předmětem a plochami okolí má být 1:1 až 1:3, kdežto mezi pozorovaným předmětem a pozadím 1:1 až 1:10. Dále je třeba mít na paměti určitá psychologická kritéria. Musí zde být možnost dívání se do dálky, aby si odpočinul zrak a vhodná barevná úprava okolí a dodržování určitého indexu barevného podání u umělých osvětlení. Potřebné je též proslunění vnitřních prostorů aspoň na 1,5 hodiny denně. Pro řízení biorytmů je minimem dostatek denního osvětlení, maximem energetický práh poškození a optimem je přizpůsobení se individuálním potřebám.
45
Třída
Pro prácí je třeba rozeznávat Požadavky na podrobnosti ze vzdálenosti Osvětlení (lx) osvětlení 0,35 mm 1m
1
Mimořádné
0,1 mm
0,3 mm
Více než 5000
2
Velmi vysoké
0,1-0,2 mm
0,3-0,6 mm
2000-5000
3
Vysoké
0,2-0,4 mm
0,6-1,2 mm
600-2000
4
Průměrné
0,4-0,8 mm
1,2-2,3 mm
250-600
5
Malé
0,8-1,5 mm
2,3-4,4 mm
100-250
6
Velmi malé
1,5-3,0 mm
4,4-8,8 mm
25-100
Tabulka 2 "Požadavky na osvětlení"[4.]
46
12. OSVĚTLENÍ VNITŘNÍCH PROSTORŮ Požadavky na osvětlení vnitřních prostorů jsou dány normami a udávány v luxech. Osvětlení také záleží na účelu, ke kterému místnost bude sloužit, věku lidí kteří se budou nejvíce pobytovat v konkrétní místnosti, času, který lidé budou trávit na daném místě. Rozdělení jasu v zorném poli je také důležitým faktorem. Čím menší rozdíly jasu mezi pozorovaným předmětem a nedůležitými plochami v okolí ,tím jsou podmínky pro vidění lepší. Kontrasty jsou žádoucí a umožňují lepší adaptaci oka i psychickou pohodu.
12.1 OSVĚTLENÍ OBYTNÝCH PROSTORŮ U osvětlení obytných prostorů je důležité pro dodržení hygienických požadavků dodržet denní osvětlení. Velký vliv na hladinu denního osvětlení mají venkovní překážky, např. okolní budovy či stromy. Aby denní osvětlení bylo dostatečné, musí být odměřená vzdálenost dostatečná, což je určeno v obecných technických požadavcích. Ochranná vzdálenost obytné zóny a sídelních útvarů od výrobních zón musí činit nejméně 50 m. Velkou roli hrají velikost a orientace oken. Hustota a výška budov musí umožňovat dostatečné denní osvětlení a oslunění obytných prostorů. Rodinné domy mají být od sebe alespoň 7 m. U vyšších budov je denní osvětlení dáno stavebním řešením. Je potřeba znát přesný popis osvětlovací soustavy, rozměry osvětlovaného prostoru, odrazné poměry, stínící překážky a orientaci k osvětlovaným stranám. V projektové dokumentaci má být navrhované denní osvětlení, které se kontroluje výpočtem. Pro zabránění pohledu zvenčí se používá "závojový efekt". Nejčastěji se používají záclony, které osvětlené denním nebo umělým osvětlením vytváří výrazně vyšší jas než je jas v prostoru za záclonou. Výhodou je, že záclony jenom nepatrně snižují úroveň denního osvětlení. Pro obytné prostory je stejně tak důležité proslunění denně alespoň 1,5 hodiny.
Obrázek 26 obytný prostor
47
12.2 OSVĚTLENÍ VE ŠKOLÁCH Zde je také základní požadavek - vyhovující denní osvětlení. Hlavně v místnostech, které jsou určeny k pobytu školní mládeže. Vhodné podmínky u bočního denního osvětlení jsou nejlépe dosažitelné vhodným odstupem od venkovních překážek. Průměrné požadavky na denní osvětlení jsou u základních učeben, nižší u tělocvičen a vyšší nároky u speciálních učeben. Přesné určení místa zrakového nároku a činnosti používání místnosti se ve školách lehce zjistí a podle toho se zvolí požadavky na denní a umělé osvětlení. U základní učebny osvětlovací soustava denního osvětlení rozhoduje o rozmístění lavic a využívaní prostoru. Napřiklad s kombinovanou nebo horní osvětlovací soustavou je možné variabilní využívaní prostoru, nicméně učebny by měli být umístěné do jednopodlažních pavilonů. U vícepodlažních budov se používají boční osvětlovací soustavy, u kterých se přesné stanovuji pracovní místa vzhledem ke směru světla. Pro praváky se doporučuje osvětlení zleva. Někdy se používá i dvoustranné osvětlení, boční kombinované se sekundárním. V učebnách pro rýsování nebo s obrazovkami se doporučují vyšší okna s orientací na nesluneční stranu. Okna v tělocvičnách jsou většinou otočena na osluněnou stranu a musí být zastíněná a s větráním. Požadavky na umělé osvětlení ve školách byly poměrně nízké. Předpokládalo se, že hlavní činnosti probíhají při dostatečném denním osvětlení a že potřeba umělého osvětlení vzniká převážně ráno během zimního období. Nicméně prodloužená doba pobytu žáků ve školách vyžaduje změnu potřebné úrovně umělého osvětlení. Používají se světelné zdroje v řadách mezi lavicemi se zapínáním ve stupních a nejčastěji celková osvětlovací soustava s rovnoměrně rozmístěnými svítidly. Dále přímé osvětlení s vertikálním osvětlením tabule. Jasová rovnováha mezi tabulí a lavicemi je velmi důležitá, stejně jako výběr barvy tabule. Nejlepší barva pro tabule je matně zelená nebo šedá. Osvětlení má být takové, které způsobuje co nejméně odlesků. Stěny mají být světle barvy, aby se zvýšila prosvětlenost místnosti.
Obrázek 27 učebna
48
12.3 OSVĚTLENÍ V PRACOVNÍM PROSTŘEDÍ V místnostech které jsou určeny pro pracovní prostředí platí opět dostatečné denní osvětlení. Nejvíce důležité je to pro práci delší než 4 hodin, kdy se jedná o trvalý pobyt, jak bylo zmíněno. Nejmenší vzdálenost mezi budovami má být 12 m. Při konstrukci budov se musí dbát na pracovní činnost, ke které budou sloužit, prostorové nároky, požadavky mikroklimatických podmínek a čistoty prostředí. Při návrhu konstrukce budovy se musí počítat i s eventuálními změnami ve využívání prostoru, hlavně kvůli osvětlení. Některé místnosti vyžadují uzavřený prostor, a v takových není možné využívat denního osvětlení . Děje se tak zpravidla kvůli požadavkům na čistotu pracovního prostředí. U takových místnosti se musí provádět úprava pracovního režimu, neměly by to být malé místnosti a stanovuje se délka pobytu v nich. Pro výběr osvětlovací soustavy umělého osvětlení je důležitě vědět jaká činnost bude v tomto místě prováděna. Zaměřuje se především na určení zrakové a mentálně zátěže pracovníků. Požadavky na umělé osvětlení dle náročnosti můžeme roztřídit do čtyř skupin. Jsou to: "Prostory s nejmenšími nároky (např. pomocné práce), kde dostačujícím kritériem je množství světla Prostory se středními nároky (běžné průmyslové práce), kde kromě množství světla jsou uplatňovány požadavky na zabránění oslnění a rozložení jasu v prostoru Prostory s vyššími nároky (např. kanceláře), kde se uplatňují i vyšší požadavky na regulaci a na barevné podání Prostory s nejvyššími nároky, kde se musí respektovat všechna kritéria včetně nároků na psychickou pohodu (např. speciální laboratoře)"[16.] V prostoru se středními a vyššími nároky se používá kombinovaná osvětlovací soustava. Světelné zdroje nemají pracovat v odlišných barevných spektrech. V místnostech pro náročnou činnost jako jsou práce s obrazovkou, čtení a psaní, je vyžadováno umělé osvětlení s dostatečnou regulací.
Obrázek 28 kancelář
49
12.4 OSVĚTLENÍ VE ZDRAVOTNICTVÍ Osvětlení ve zdravotnictví není důležité jen kvůli vhodným podmínkám pro vidění, ale zároveň jako součást léčebného procesu. Důležitými předpoklady pro dodržení požadavků jsou dostatečná vzdálenost budov, orientace oken ke světovým stranám, zvýšené nároky na denní osvětlení, čistotu a tiché prostředí. Podle úrovně denního osvětlení se určují požadavky pro umělé osvětlení. V souvislosti s požadavky na umělé osvětlení je ještě potřeba zvážit pro koho je osvětlení nejvíce určeno. Jestli je to pro ošetřované, ošetřující nebo obě skupiny. Pro ošetřované osvětlujeme prostory jako oddechové, pro ošetřující osvětlujeme prostory jako pracovní v závislosti na pracovní činnosti. Podle toho ve zdravotnictví rozlišujeme tři druhy prostorů: oddechové, pracovní a kombinované.
Obrázek 29 osvětlení v nemocnici
Oddechové prostory V tomto prostoru je důležitá psychická pohoda. Jsou to místnosti pro aktivní obnovu nebo pasivní oddech. Charakteristická oddechová místnost je lůžkový pokoj, ve kterém nejvíce času tráví pacient. Okolní prostředí má také vliv na léčení, proto je důležité vyhovující denní osvětlení s prosluněním, možnost vizuálního kontaktu s vnějším okolím a možnost denního osvětlení. U umělého osvětlení je požadováno rovnoměrně osvětlení v celé místnosti bez oslnění. Pro ošetřujícího je potřeba dobré osvětlení komunikačního prostoru a možnost přisvětlení k potřebnému vyšetření. Pro návštěvníky je důležité barevné podání světelného zdroje s dobrým vzhledem lidské tváře. Každé oddělení má jiné požadavky na osvětlení. U lůžkových pokojů se doporučuje kombinované osvětlení ve více stupních. První stupeň je difuzní osvětlení s intenzitou 100 lx. Existuje možnost oslnění, proto se má dbát pozornosti při rozmístění svítidel. Také se 50
dávají svítidla za hlavu pacienta. Druhý stupeň je instalován při potřebě rychlého pohybu ošetřujících. Dosahuje se cloněnými stropními svítidly. U dalšího stupně je to místní osvětlení, kdy se mohou použit i přenosná svítidla. Specifické je i noční osvětlení, které nesmí působit rušivě. Další oddechové prostory jsou čekárny, kuřárny a podobně. Jsou méně významné a okna zde slouží převážně pro vyvětrání místnosti.
Pracovní prostory Zde jsou důležité požadavky na pracovní činnost. Nejčastější pracovní místnosti jsou vyšetřovací, léčebné, administrativní a výrobní. Mezi nejdůležitějším jsou místnosti v operačním traktu. Je to především operační sál, potom umývárna, místnosti pro sterilizace přístrojů, přípravu pacienta a vstupní filtr. Kvůli rychlé zrakové adaptace je nutné, aby všechny propojené místnosti operačního traktu světelně navazovaly alespoň v poměru osvětlenosti 1:3. Mezi nimi má největší nároky na osvětlení operační sál. Denní osvětlení, které vyhovuje požadavkům pro nejvyšší třídu zrakové činnosti, není dostatečným osvětlením pro vysoké požadavky na operačním sále. Musí se zde ještě přisvítit umělým osvětlením. Což neznamená že se má denní osvětlení vyměnit za umělé. Denní osvětlení má sloužit k vytváření vyšších jasů pro adaptaci, odstraňování monotónnosti a možnosti vizuálního kontaktu s okolím. Ale je třeba zabránit zde oslnění. Denní osvětlení na operačním sále má hlavní význam pro psychickou pohodu. Musí zde být naprojektováno kvalitní umělé osvětlení s možností regulace podle denního osvětlení. Osvětlení sálu probíhá třemi způsoby, podle potřeb pracovníků. První způsob je osvětlení soustředěné na operační pole, dále rovnoměrné v celé ploše a nakonec nepřímé osvětlení. První způsob se nejčastěji používá například u chirurgie či ortopedie. Požadavky na intenzitu osvětlení jsou tady od 10000 lx do 20000 lx, které se dají dosáhnout jen kombinovaným osvětlením. Na osvětlení určitého místa se používá místní osvětlení speciálními operačními svítidly s několika bodovými zdroji. Umožňují osvětlení pro vnímání trojrozměrných předmětů. Jejich intenzita osvětlení je až 10000 lx, proto je nutné dostatečné celkové osvětlení minimálně 2000lx a dodržení vysokých požadavků na omezení oslnění. Sterilitu operačních sálů také ovlivňuje výběr svítidel. Svítidla se mají také snadně čistit. Důležitá je odraznost a barevnost povrchů, kdy odraznost stropu má být nejvyšší, odraznost stěn od 30% do 70% a pracovní plochy v rozmezí od 30% až do 50%. U operačních sálů jako např. oční a neurochirurgie jsou potřebné speciální požadavky na osvětlení. Zde se doporučuje nepřímé osvětlení. U ostatních místnosti operačního traktu jsou požadavky na denní a umělé osvětlení snížené, ale musí zde být světelná návaznost. Vyšetřovací místnosti mají požadavky na osvětlení podobné jako operační trakt. Vyhovující denní a umělé osvětlení závisí na tom, zda se zde budou provádět běžná vyšetření nebo speciální zákroky. Podle toho se pak volí osvětlení odstupňované nebo kombinované. Skoro stejné požadavky na osvětlení mají ještě laboratoře a lékárny. Nižší mají ošetřovny, administrativní místnosti, pracovny a denní místnosti.
51
Obrázek 30 operační sá
Kombinované prostory Zde je osvětlování nejobtížnější, protože se musí brát v úvahu potřeby pacienta i pracovníka. Jsou to především speciální lůžkové jednotky s požadavky na mimořádnou léčebnou péči. Pro pacienta je důležité extrémně klidné prostředí, ve kterém tráví většinu času, ale zároveň zde musí pro pracovníka existovat možnost pro provedení velmi složitého lékařského zákroku. Požadavky na umělé osvětlení jsou jako na operačním sále s vyššími požadavky na ochranu před oslněním. Používá se kombinovaného osvětlení se speciálními světelnými zdroji. Doporučuje se co největší možnost regulace světelného toku světelných zdrojů. Jiné místnosti, které jsou používány kombinovaným způsobem, mají nároky na osvětlení jako jiné zařízení ve zdravotnictví. Nejdůležitější je neporušit světelnou návaznost. Ve zdravotnictví je nezbytné zajištění nouzového osvětlení. Při přerušení dodávky elektrické energie se musí automaticky připojit na zásobování z nezávislého náhradního zdroje. Ve zdravotnictví jsou nároky na údržbu osvětlovací soustavy mnohem větší a stejně tak na ochranu před nebezpečným dotykovým napětím. Denní osvětlení se kontroluje u lůžkových pokojů, speciálních lůžkových pokojů a také na náročných pracovištích. U umělého osvětlení se kontroluje úroveň osvětlenosti, dále rozmístění a krytí světelných zdrojů, použité světelné zdroje, možnost regulace osvětlení, náhradní napájení a možnost údržby. Vyhořelé světelné zdroje patři mezi nebezpečný odpad a jsou pro ně dané náležité způsoby likvidace.
12.5 OSVĚTLENÍ NA PRACOVIŠTÍCH S OBRAZOVKAMI U pracovišť na kterých se pracuje s obrazovkami počítačů či jiných přístrojů s monitory zatím v současnosti neexistují pravidelné hygienické kontroly, i když hygienické normy jsou již 52
stanoveny v předpisech. Pracoviště kde součástí pracovní činnosti je převážně práce u monitorů, jsou dle norem již samostatnou prací a i na těchto bude třeba splňovat dané hygienické požadavky, což se zatím neděje. Zmiňme alespoň délku doby trvání práce, její náročnost, hygienické požadavky na umístění obrazovek či celkové osvětlení prostoru. Požadavky na umístění obrazovky jsou velmi důležité. Obrazovka nemá být umístěna proti okennímu otvoru nebo obráceně. Jestliže je umístěna proti oknu, tak se okno nachází v zorném poli pracovníka, což způsobuje oslnění. Umístění zády k oknu je také špatné, protože na obrazovku dopadá hodně světla a to se v obrazovce zrcadlí. Nejlepší postavení obrazovky je kolmo ku stěně s okny a také je dobré jestliže se okna nenacházejí na osluněné straně. V případě že takové místo neexistuje, je vhodné vybavit pracoviště například žaluziemi, aby bylo možno regulovat přímé sluneční záření. Výška pracovního stolu má být 65 cm, vzdálenost obrazovky, klávesnice a textu má být od 40 cm do 70 cm. Obrazovka má být volně posouvatelná výškově a horizontálně. Horní okraj obrazovky má být ve vyši očí pracovníka nebo níž. Obrazovka má být nastavena jako pozitivní, což znamená tmavé znaky na světlém pozadí. To všechno jsou ergonomické požadavky.
Obrázek 31 ergonomické požadavky na nastavení pracoviště při práci s počítačem
Požadavky na osvětlení celkového prostoru se netýkají osvětlení obrazovky. Jinak zde má být vyhovující denní osvětlení pro pobyt pracovníků a dostatečná ochrana proti oslnění. 53
13. ZÁVĚR Cílem této práce bylo popsat vliv osvětlení na kvalitu a bezpečnost pracovního výkonu v konkrétních místnostech určených pro danou činnost.
Měřením a hodnocením osvětlení se dostáváme ke správnému výběru a používaní různých světelných zdrojů v rozličných osvětlovacích soustavách.Aby nedošlo k únavě zraku, ke klesání zrakové pohody a pracovního výkonu, jsou zapotřebí hygienické požadavky pro určité místnosti a různé činnosti. Při specifikaci osvětlení u konkrétních místnosti je velmi důležitý druh činnosti která se zde bude provádět nejdelší dobu. Podle toho se určují hygienické požadavky pro osvětlení a normy. Díky nim se při konstrukci budov, domů, kanceláří, nemocnic a podobně ví přesně, jak se mají umístit okna pro denní osvětlení a světelné zdroje pro umělé osvětlení. V dnešní době se často hygienické požadavky nedodržují a také probíhá velice málo kontrol. Tyto požadavky mají svůj logický smysl a jsou důležité pro základní komfort při výkonu práce a taktéž pro pracovní výkon.
Ráda bych na závěr dodala, že jsem si zvolila dané téma a vypracovala tuto práci z potřeby shrnout odborné informace v oblasti osvětlení v pracovním procesu a veřených službách pro širokou veřejnost a pro volné použití kýmkoliv, komu by mohly prospět v jeho životě. Budou-li tyto informace někomu užitečné či osvětlí-li jiným lidem kteří o to mají zájem alespoň trochu danou problematiku, splní tento fakt má očekávání se kterýma jsem tuto práci psala.
54
14. SEZNAM LITERATURY
1. FUKA, J. AND B. HAVELKA Optika a atomová fyzika. I., Optika : fyzikální kompendium pro vysoké školy. díl IV. Edtion ed. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, 1961. 845 s. p. 2. GOMOZI, M. Može li svijetlost biti štetna? In Zdrav život: obiteljski časopis o zdravlja. 2009. Dostupné z http://www.zdrav-zivot.com.hr/index.php?cat=moze_li_svjetlost_biti_stetna_ 3. KRAUS, H. Kompendium očního lékařství. Edtion ed. Praha: Grada, 1997. 341 s., 316 s. barev. obr. příl. p. ISBN 8071690791. 4. KVAPILÍKOVÁ, K. Práce a vidění. Edtion ed. Brno: Institut pro další vzdělávání pracovníků ve zdravotnictví, 1999. 122 s. p. ISBN 8070132752. 5. NOVOTNÝ, J. Světlo - zdroj evoluce i pokroku. In Světlo: odborný časopis pro světelnou techniku. MK ČR E 7830: FCC Public s.r.o., 2010, vol. 13, p. 2. 6. POLÁŠEK, J. Technický sborník oční optiky. Edtion ed. Praha: Oční optika, 1975. 579 s. p. 7. PROVAZNÍK, K. Manuál prevence v lékařské praxi 3 : prevence nepříznivého působení vlivů obytného prostředí na zdraví. Edtion ed. Praha: Státní zdravotní ústav, 1996. 112 s. p. ISBN 8071683027. 8. PROVAZNÍK, K. Manuál prevence v lékařské praxi 8 : základy hodnocení zdravotních rizik. Edtion ed. Praha: Státní zdravotní ústav, 2000. 158 s. p. ISBN 8070711612. 9. ROZSÍVAL, P. AND UNIVERZITA KARLOVA Oční lékařství. Edtion ed. Praha: Galén : Karolinum, 2006. 373 s. p. ISBN 8072624040 (Galén) 8024612135 (Karolinum). 10. SCHWENDTOVÁ, V. AND R. BRUNNER Geometrická a prístrojová optika. Edtion ed. Martin: Osveta, 1998. 290 s. p. ISBN 802170523X. 11. SOUSEDÍK, T. Měření osvětlení - Část 1: Část 1. Měření umělého osvětlení. In Světlo: Odborný časopis pro světelnou techniku. MK ČR E 7830: FCC Public s.r.o., 2012, vol. 15, p. 5455. 12. SOUSEDÍK, T. Měření osvětlení-Část 3: Měření denního osvětlení. In Světlo: odborný časopis pro světelnou techniku. MK ČR E 7830: FCC Public s.r.o., 2013, vol. 16, p. 42-43. 13. SVOBODA, E. Přehled středoškolské fyziky. Edtion ed. Praha: Prometheus, 1996. 497 s. p. ISBN 8071961167.
55
14. VLKOVÁ, E. AND F. VLK Lexikon očního lékařství : výkladový ilustrovaný slovník. Edtion ed. Brno: František Vlk, 2008. 607 s. p. ISBN 9788023989069. 15. VRBÍK, P. Hygiena optického zařízení a osvětlování. Edtion ed. Brno: Institut pro další vzdělávání pracovníků ve zdravotnictví, 1998. 139 s. p. ISBN 8070132655. 16. VRBÍK, P. Hygienická problematika ultrafialového záření. In Světlo: odborný časopis pro světelnou techniku. MK ČR E 7830: FCC Public s.r.o., 2000, vol. 3. 17. ZLOCH, Z. Kapitoly z hygieny : pro bakalářské medicínské studium. Edtion ed. Praha: Karolinum, 2001. 159 s. p. ISBN 8024602695. 18. ŘEHÁK, S. Oční lékařství : učebnice pro lékařské fakulty. Edtion ed. Praha: Avicenum, 1989. 254 s. p.
INTERNETOVE ZDROJE: http://www.4oci.cz/ http://www.optometrija.net/ http://www.telektra.hr/ http://www.namjestajka.com/savjeti/osnovni-savjeti-za-dobro-osvjetljenje-2.php http://www.she.hr/zdravlje/kako-sacuvati-vid-ispred-racunala
56
15. SEZNAM OBRAZKU A TABULEK Obrázek 1 elektromagnetické spektrum ..................................................................................... 11 Obrázek 2 "jednotky používané ve světelné technologii"[4.] ...................................................... 13 Obrázek 3 vjem vidění............................................................................................................... 14 Obrázek 4 zraková drahá ........................................................................................................... 15 Obrázek 5 zraková drahá (pohled z boku) .................................................................................. 15 Obrázek 6 "Purkyňův jev" ......................................................................................................... 17 Obrázek 7 "Závislost průměru oční pupily (mm) na jasů (nt) pozorovaného předmětu"[6.] ........ 18 Obrázek 8 " Závislost pracovního výkonu a únavy na intenzitě osvětlení. (Diagram platí pouze pro určité podmínky osvětlení a určitý úkol; optimální hodnota osvětlení nemá proto obecnou platnost.)"[6.] ............................................................................................................................ 20 Obrázek 9 dopad záření do lidského těla .................................................................................... 21 Obrázek 10 Jak záření prochází optickými medii ....................................................................... 23 Obrázek 11 "Místa absorpce optického záření v oku"[16.] ......................................................... 24 Obrázek 12 Průchod UV záření přes optická media ................................................................... 25 Obrázek 13 Odrazy UV záření na Zemi ..................................................................................... 26 Obrázek 14 Průchod UV a viditelného záření přes optická media .............................................. 27 Obrázek 15 Vliv IR záření na pokožku ...................................................................................... 27 Obrázek 16 Prohřívaní tkáně IR záření, které nejsme schopní vnímat. Člověk vnímá teplo jenom na úrovní pokožka a dlouhovlnné záření proniká do 4cm hloubky. Tepelné změny člověk necítí, ale tělo to velmi ovlivňuje. ........................................................................................................ 28 Obrázek 17 Ochrany před slunečním zářením podle EU ............................................................ 29 Obrázek 18 Absorpce slunečního záření od reflektující plochy přes polarizační sluneční brýle .. 30 Obrázek 19 "Příklad vyvážení jasů mezi jednotlivými částmi zorného pole pro dosažení zrakové pohody. Vlastní jas pracovní plochy se uvažuje jako jednotkový; jas okolí se do toho jasu nemají lišit vícekrát, než určují číslice"[6.]............................................................................................ 30 57
Obrázek 20 Jasoměr .................................................................................................................. 31 Obrázek 21 Luxmetr .................................................................................................................. 31 Obrázek 22 Měření a hodnocení denního osvětlení venku .......................................................... 34 Obrázek 23 Měření a hodnocení umělého a denní osvětlení dovnitř ........................................... 35 Obrázek 24 Barevná teplota světla ............................................................................................. 36 Obrázek 25 "Slunce je zdrojem denního osvětlení." ................................................................... 37 Obrázek 26 obytný prostor ........................................................................................................ 47 Obrázek 27 učebna .................................................................................................................... 48 Obrázek 28 kancelář .................................................................................................................. 49 Obrázek 29 osvětlení v nemocnici ............................................................................................. 50 Obrázek 30 operační sál ............................................................................................................ 52 Obrázek 31 ergonomické požadavky na nastavení pracoviště u práce s počítačem ..................... 53
Tabulka 1 "Požadavky na přesnost luxmetrů a jasoměrů"[11.] ………………………………… 32 Tabulka 2 "Požadavky na osvětlení"[4.] ……………………………………………………….. 46
58