Vyuţití dutých světlovodů pro osvětlování

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ

ÚSTAV ELEKTROENERGETIKY FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COMMUNICATION DEPARTMENT OF ELECTRICAL POWER ENGINEERING

Vyuţití dutých světlovodů pro osvětlování

DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER’S THESIS

AUTOR PRÁCE AUTHOR

BRNO 2012

JOSEF ZAJÍČEK

Bibliografická citace práce: ZAJÍČEK, J. Využití dutých světlovodů pro osvětlování. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, 2012. 73 s. Vedoucí diplomové práce doc. Ing. Petr Baxant, Ph.D..

Jako autor uvedené diplomové práce dále prohlašuji, ţe v souvislosti s vytvořením této diplomové práce jsem neporušil autorská práva třetích osob, zejména jsem nezasáhl nedovoleným způsobem do cizích autorských práv osobnostních a jsem si plně vědom následků porušení ustanovení § 11 a následujících autorského zákona č. 121/2000 Sb., včetně moţných trestněprávních důsledků vyplývajících z ustanovení části druhé, hlavy VI. Díl 4 Trestního zákoníku č. 40/2009 Sb. Zde bych chtěl poděkovat panu doc. Ing. Petrovi Baxantovi, Ph.D. za odborné vedení, cenné rady a připomínky. Dále bych chtěl poděkovat pánům Ing. Tomášovi Pavelkovi a Ing. Janovi Škodovi. Ph.D. za pomoc při laboratorním měření. Děkuji pánům Bc. Édes Zoltánovi, Bc. Vavreczky Gáborovi a Bc. Miroslavovi Strapkoovi za výpomoc při měření na modelovém domečku. Nakonec děkuji panu Ing. Josefovi Zajíčkovi za pomoc při konečné korektuře práce. Deo grátias. ……………………………

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Ústav elektroenergetiky

Diplomová práce

Vyuţití dutých světlovodů pro osvětlování Josef Zajíček

vedoucí: doc. Ing. Petr Baxant, Ph.D. Ústav elektroenergetiky, FEKT VUT v Brně, 2012

Brno

BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Faculty of Electrical Engineering and Communication Department of Electrical Power Engineering

Master’s Thesis

The use of hollow light guides for illumination by

Josef Zajíček

Supervisor: doc. Ing. Petr Baxant, Ph.D. Brno University of Technology, 2012

Brno

Abstrakt

6

ABSTRAKT Diplomová práce se zabývá s vyuţitím dutých světlovodů pro osvětlování. Práce popisuje legislativní poţadavky na denní osvětlení budov. Dále se práce zabývá s moţnostmi vyuţití denního světla pro osvětlování interiérů a popis systémů s dutými světlovody. Dalším cílem práce je popis výpočtových metod a programů, které se zabývají šířením světla ve světlovodech a modelováním jejich příspěvku na vnitřní osvětlení. Praktická část diplomové práce popisuje postup a vyhodnocení výsledků z měření provedeného na modelu rodinného domku se světlovody.

KLÍČOVÁ SLOVA:

Dutý světlovod, denní osvětlení budov, modelování dutých světlovodů, měření denního osvětlení

Abstract

7

ABSTRACT This master’s thesis describes the using of hollow light guides for inner-space lightning. The project describes the legislation requirements for the inner-space day lightning. The usages of hollow light guides are also discussed. Other goal of the project is to describe computer programs, which are modeling the function of hollow light guides. The practical part of the thesis is describing the process and the results of the measuring, which was done on a model of a family house with hollow light guides.

KEY WORDS:

Hollow light guide, illumination of buildings with daylight, modeling of hollow light guide, measuring day illumination

Obsah

8

OBSAH Obsah ......................................................................................................................................... 8 Seznam obrázků ..................................................................................................................... 10 Seznam tabulek ........................................................................................................................ 11 Seznam symbolů a zkratek .................................................................................................... 12 1 Úvod ...................................................................................................................................... 13 1.1 Cíle práce ............................................................................................................... 13 1.2 Charakteristika současného stavu řešené problematiky ................................... 13 Základní fotometrické veličiny ............................................................................................. 14 1.3 Úvod ........................................................................................................................ 14 1.4 Veličiny ................................................................................................................... 14 2 Světelné podmínky osvětlovacích soustav s denním osvětlením ..................................... 16 2.1 Úvod ........................................................................................................................ 16 2.2 Všeobecné technické poţadavky .......................................................................... 16 2.3 Denní osvětlení obytných, průmyslových budov a škol ..................................... 19 2.3.1 Denní osvětlení obytných budov ....................................................................... 19 2.3.2 Denní osvětlení škol .......................................................................................... 20 2.3.3 Denní osvětlení průmyslových budov............................................................... 20 2.4 Sdruţené osvětlení ................................................................................................. 20 2.4.1 Úroveň denní a umělé sloţky sdruţeného osvětlení ......................................... 21 3 Osvětlovací systémy s denním světlem .............................................................................. 23 3.1 Úvod ........................................................................................................................ 23 3.2 Rozdělení systémů denního osvětlení .................................................................. 23 3.2.1 Systémy usměrnění difúzního světla................................................................. 23 3.2.2 Systémy na usměrňování přímého slunečního záření ....................................... 23 3.2.3 Systémy pro vedení denního světla ................................................................... 24 3.3 Vertikální duté světlovody .................................................................................... 25 3.3.1 Nástřešní kopule ................................................................................................ 26 3.3.2 Světlovodný tubus ............................................................................................. 27 3.3.3 Stropní kryt ....................................................................................................... 28 3.4 Horizontální duté světlovody ............................................................................... 28 4 Simulační programy pro duté světlovody ......................................................................... 30

Obsah

9

4.1 Úvod ........................................................................................................................ 30 4.2 Výpočtové metody prostupu světla dutým světlovodem.................................... 30 4.2.1 Analytické řešení............................................................................................... 30 4.2.2 Empirické metody ............................................................................................. 30 4.3 Program HOLIGILM 4.2 ..................................................................................... 32 4.4 Příklad simulace v programu HOLIGILM 4.2 .................................................. 34 4.4.1 Zadání................................................................................................................ 34 4.4.2 Výpočet a vyhodnocení výsledků ..................................................................... 35 5 Měření osvětlenosti na modelu rodinného domu se světlovody ...................................... 37 5.1 Úvod ........................................................................................................................ 37 5.2 Popis pouţitého modelu ........................................................................................ 37 5.2.1 Základní informace o modelu a pouţitých světlovodech .................................. 39 5.3 Popis měření .......................................................................................................... 39 5.3.1 Vstupní parametry a postup měření .................................................................. 39 5.3.2 Naměřené a vypočtené hodnoty, grafická interpretace výsledků...................... 41 5.3.3 Simulace problému v programu HOLIGILM ................................................... 43 5.4 Ekonomické hodnocení pouţití světlovodů ......................................................... 45 5.5 Závěr a zhodnocení praktické části diplomové práce ........................................ 49 6 Závěr ..................................................................................................................................... 53 Pouţitá literatura.................................................................................................................... 54 Příloha A – Výsledky simulačního příkladu ........................................................................ 57 Příloha B – Fotografie modelového domku ......................................................................... 60 Příloha C – Seznam přístrojů ................................................................................................ 61 Příloha D – Celková tabulka významných hodnot .............................................................. 62 Příloha E –Naměřené hodnoty .............................................................................................. 63 Příloha F – Grafické vyhodnocení místnosti A .................................................................... 72 Příloha G – Výsledky simulace místnosti B ......................................................................... 73

Seznam obrázků

10

SEZNAM OBRÁZKŮ Obrázek 2-1 Model zatažené oblohy v zimě[14] ............................................................... 16 Obrázek 2-2 Příklad rozložení kontrolních bodů podle[3] ............................................... 18 Obrázek 2-3 Rozložení jasů v zorném poli[14] ................................................................. 19 Obrázek 2-4 Požadavky na denní osvětlení obytných místností [14]................................ 20 Obrázek 3-1 Systémy usměrnění digúzniho světla[9] ....................................................... 23 Obrázek 3-2 Systémy na usměrňování přímého slunečního záření[9] .............................. 24 Obrázek 3-3 Systémy pro vedení denního světla[9] .......................................................... 25 Obrázek 3-4 Části světlovodu ........................................................................................... 26 Obrázek 3-5 Provedení nástřešních kopulí [2] ................................................................. 26 Obrázek 3-6 Druhy svělovodů[1] ...................................................................................... 28 Obrázek 3-7 Různé provedení difuzorů[2] ........................................................................ 28 Obrázek 3-8 Horizontální světlovod a příklad detailu anidolického koncentrátoru[12] . 29 Obrázek 3-9 Osvětlenost srovnávací roviny s bočním osvětlením a s horizontálním světlovodem[11] ................................................................................................................ 29 Obrázek 4-1 Prostředí programu HOLIGILM .................................................................. 35 Obrázek 4-2 Osvětlenosti pod světlovodem při zatažené obloze v zimě a v létě. .............. 36 Obrázek 5-1 Půdorys a nárys sestaveného modelu ........................................................... 37 Obrázek 5-2 Spektrální odrazivost bílého nátěru a světlovodu ........................................ 38 Obrázek 5-3 Spektrální propustnost difuzoru a nástřešní kopule ..................................... 39 Obrázek 5-4 Rozložení osvětlenosti a činitele denní osvětlenosti pro místnost A, světlovod, 16.4.2012 .......................................................................................................... 43 Obrázek 5-5 Rozložení osvětlenosti a činitele denní osvětlenosti pro místnost A, světlovod, 13.4.2012 .......................................................................................................... 43 Obrázek 5-6 Simulace průběhu osvětleností na srovnávací rovině pod rovnoměrně zataženou a pod jasnou oblohou ....................................................................................... 45 Obrázek 5-7 Průměrné hodnoty světelného toku světlovodů pro různé průměry ............. 46 Obrázek 5-8 Celoroční úspora elektrické energie pro různé průměry ............................. 48 Obrázek 5-9 Finanční úspora za rok ................................................................................ 48

Seznam tabulek

11

SEZNAM TABULEK Tabulka 2-1 Hodnoty činitele denní osvětlenosti pro jednotlivé zrakové činnosti [3]...... 17 Tabulka 2-2 Hodnoty činitele denní osvětlenosti pro zrakové třídy při sdruženém osvětlení [7] ...................................................................................................................... 22 Tabulka 4-1 Výsledky řešeného ukázkového příkladu. ..................................................... 35 Tabulka 5-1 Tabulka základních informací pokojů v modelovém domku ......................... 39 Tabulka 5-2 Informace o jednotlivých sérií měření .......................................................... 40 Tabulka 5-3 Naměřené hodnoty osvětleností a činitele denní osvětlenosti ....................... 41 Tabulka 5-4 Vypočtené hodnoty průměrných osvětleností a činitelů denní osvětlenosti .. 42 Tabulka 5-5 Vypočtené hodnoty osvětleností, činitelů denní osvětlenosti a ostatních významných hodnot v programu Holigilm ........................................................................ 44 Tabulka 5-6 Hodnoty světelných toků jednotlivých světlovodů pro různé rozměry .......... 45 Tabulka 5-7 Výkonová řada a světelný tok vybraných světelných zdrojů [19,20] ............ 47 Tabulka 5-8 Počet a výkon náhradních světelných zdrojů................................................ 47 Tabulka 5-9 Vypočtené hodnoty dob návratnosti obou variant ........................................ 49

Seznam symbolů a zkratek

SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK dA

plocha řezu svazkem, který obsahuje daný bod [m2]

H eλ

spektrální hustota záření [W.m-2.m-1]

I

svítivost [cd=lm.sr-1]

Km

je konstanta pro fotopické vidění [lm.W-1]

L

jas [cd.m-2]

V(λ)

poměrná světelná účinnost viditelného záření [-]

θ

úhel mezi normálou plochy řezu a směrem paprsku [°]

Ω

prostorový úhel [sr]

Ф

světelný tok [lm]

r

poloměr světlovodu [m]

τT

činitel světelné propusti tubusem [lx]

V

vzdálenost bodu od difuzoru [m]

E

osvětlenost v kontrolním bodě [lx]

Ek

osvětlenost venkovní vodorovné nezacloněné roviny [lx]

D

činitel denní osvětlenosti [%]

Dmin

minimální hodnota činitele denní osvětlenosti [%]

Dm

průměrná hodnota činitele denní osvětlenosti [%]

Φext

světelný tok vstupující do světlovodu [lm]

Eext

celková exteriérová osvětlenost [lx]

Φi

světelný tok vycházející ze světlovodu [lm]

τT

činitel světelné propusti tubusem [lx]

RD

rovnoměrnost činitele denní osvětlenosti [-]

Dmax

maximální hodnota a činitele denní osvětlenosti [%]

dS

průměr světlovodů [m]

lS

délka světlovodů [m]

ΦS


12

Úvod

13

1 ÚVOD Denní světlo je přirozenou součástí lidského ţivota a lidský organizmus potřebuje pro svoji funkci dostatečnou míru tohoto typu světla. Dynamické změny denního světla pozitivně ovlivňují lidskou kreativitu, zdraví a výkonnost. Naše zrakové orgány jsou nastaveny na intenzity a barevné podání denního světla. Při těchto podmínkách se lidské oči pomaleji unaví a nekazí se jejich optické vlastnosti. V dnešní době se snaţíme vyuţít denní světlo pro výrobu elektrické energie, pro akumulování tepla a pro osvětlení vnitřních prostor. Moderní architektura se snaţí řešit stavební situace tak, aby se do interiéru budov dostalo co nejvíce denního světla. Jednou z moţností k dosaţení tohoto záměru je pouţití dutých světlovodů. Duté světlovodné trubice dokáţí přenést denní světlo i do místností bez oken čí světlíků. Jelikoţ vyuţití těchto pasivných systémů v poslední době nabývá na četnosti, je nutné podpořit výzkum a zpřístupnění světlovodů. Tato diplomová práce navazuje na některá základní fakta popsaná v mé bakalářské práci [24]. Popis vertikálních světlovodů a fotometrických veličin je z práce [24] převzat.

1.1 Cíle práce Cílem této práce je popis legislativních poţadavků na osvětlení budov denním světlem. Dále prozkoumat moţnosti denního světla v osvětlování interiérů a popis osvětlovacích systémů s dutými světlovody. Práce si klade za cíl zmapování výpočtových metod a programů pro modelování průchodu světla dutými světlovody. Praktická část této práce má za úkol sestavit model rodinného domku se světlovody a provést sérii měření na tomto modelu. Posledním cílem této práce je vyhodnocení těchto výsledků podle poţadavek norem pro osvětlení budov denním světlem.

1.2 Charakteristika současného stavu řešené problematiky V současné době se duté světlovody pouţívají i v komerční sféře. Instalace světlovodů jsou prováděny jak v rodinných domech, tak i v průmyslových budovách. Hodnocením dutých světlovodů se zabývají i technici v ČR. [10,11,12] Projetkování těchto systémů vyuţívá softwarovou podporu různých programů [10,23]. Pro vytváření těchto programů je třeba znát popis šíření světelného paprsku světlovodem [1], i popis vnějších světelných podmínek [15]. Výzkum v tomto oboru je různorodý. V [18] je soupis publikací, které se zabývají vývojem nových ray tracingových metod, s matematickýcm popisem šíření světla tubusem, a s vyhodnocením systémů tubusových světlovodů a mnohé další.

Základní fotometrické veličiny

14

ZÁKLADNÍ FOTOMETRICKÉ VELIČINY 1.3 Úvod Cílem této kapitoly je popsat základní fotometrické veličiny a poukázat na vztahy mezi nimi. Fotometrické veličiny se budou v této práci často vyskytovat, a proto je důleţitá jejich jednoznačná interpretace. Tato kapitola je převzatá z mé bakalářské práce [24]. Jelikoţ fotometrické veličiny jsou základem pro tuto tematiku, je tato kapitola uvedena i v této práci.

1.4 Veličiny Světelný tok-Ф [lm] je vyjádřený vztahem [1]:

780

Km

V ( ) He

d

[lm]

(2.1)

380

kde je: H eλ

je spektrální hustota záření [W.m-2.m-1];

Km = 638 lm.W-1 je konstanta pro fotopické vidění, stanovená pro vlnovou délku λm = 555 nm; V(λ)

poměrná světelná účinnost viditelného záření; [-]

Světelný tok vyjadřuje, kolik světla vyzařuje těleso do prostoru. Je to světelný výkon, na který reaguje lidské oko.

Svítivost-I [cd] je jedinou fotometrickou veličinou v soustavě SI a vyjadřuje se vtahem [1]:

I

kde je: I

svítivost [cd=lm.sr-1];

Φ

světelný tok [lm];

Ω

prostorový úhel [sr];

d d

[cd]

(2.2)

Základní fotometrické veličiny

15

Svítivost udává mnoţství vyzařovaného světelného toku světelným zdrojem do prostorového úhlu. Kandela je definována takto: „Kandela [cd] představuje svítivost zdroje, který vyzařuje v určitém směru monochromatické záření o vlnové délce λmax = 555 nm (kmitočtu 540.1012 Hz), přičemţ intenzita vyzařování zdroje v tomto směru je 1/683 W.sr-1“. [1, str.14]

Osvětlenost-E [lx = lm.m-2] vztahem [1]:

E

udává míru osvětlenosti určité plochy a určuje se

dA

I cos r2

[lx]

(2.3)

kde je: E

osvětlenost [lx];

I

svítivost bodového zdroje [cd];

r

vzdálenost [m];

θ

úhel mezi normálou plochy řezu a směrem paprsku [°];

Jas-L [cd.m-2] je veličina, která udává hodnotu pro vjem světlosti určitého tělesa nebo zářící plochy, jak ji vnímá lidské oko [2]. Jas se dá vyjádřit pomocí více vztahů, v závislosti na ostatních fotometrických veličinách. Nejčastěji se jas vyjadřuje jako závislost na svítivosti, vztahem [1]:

L

dI dA cos

[cd.m-2]

(2.4)

kde je: L

jas [cd.m-2];

dA

plocha řezu svazkem, který obsahuje daný bod. Plocha dA´ = cos θ představuje kolmý průmět elementu plochy ve směru k pozorovateli [m2];

θ

úhel mezi normálou plochy řezu a směrem paprsku [°];

Jas se měří jasoměrem.

Světelné podmínky osvětlovacích soustav s denním osvětlením

16

2 SVĚTELNÉ PODMÍNKY OSVĚTLOVACÍCH SOUSTAV S DENNÍM OSVĚTLENÍM 2.1 Úvod Tato kapitola popisuje poţadavky na denní osvětlení v budovách. Základem této kapitoly jsou normy zabývající se touto problematikou, zejména: ĆSN 73 0580 – 1, ĆSN 73 0580 – 2, ĆSN 73 0580 – 3, ĆSN 73 0580 – 4, ČSN 36 0020, ČSN EN 12464 – 1. Jelikoţ duté světlovody se zařazují mezi zařízení s denním osvětlením, znalost těchto norem je pro návrh a hodnocení osvětlovacích systémů s dutými světlovody velmi důleţitá. V této kapitole budou popsány všeobecné poţadavky a poţadavky, které se týkají osvětlovacích soustav se světlovody.

2.2 Všeobecné technické poţadavky Norma rozděluje vnitřní prostory, na prostory s trvalým pobytem lidí a na ostatní prostory. Podle [3] je prostor s trvalým pobytem lidí chápán jako prostor, nebo jeho část, kde se osoba nachází déle neţ 4 hodiny, alespoň jednou za den. Tato činnost se musí opakovat v budově vícekrát neţ jednou za týden. [3] Ve vnitřních prostorech s trvalým pobytem lidí se musí vyuţívat denní osvětlení co nejvíce, v ostatních prostorech má být denní osvětlení pouţito tam, kde je to úsporné a hospodárné. Vyuţitím denního osvětlení se mají vytvořit takové světelné podmínky, při kterých se dají snadno rozeznávat předměty a je zajištěna světelná pohoda, která zabraňuje předčasnému unavení zrakových orgánů. Dále je velmi důleţité, aby v prostorách s trvalým pobytem lidí byl přímý optický kontakt s okolím, pokud moţno ne jenom prostřednictvým střešního okna. [3] Normou stanovené podmínky musí být zajištěny při všech stavech oblohy a to ve všech ročních obdobích. Norma stanovuje, ţe pro hodnocení vnitřní osvětlenosti se pouţívá standardizovaný model[16] zamračené oblohy v zimě, s gradací jasu 1:3[16]. Tento model zobrazuje následující obrázek.

Obrázek 2-1 Model zatažené oblohy v zimě[14]


17

Nejdůleţitější kritéria pro návrh a hodnocení vnitřního denního osvětlení[3]: úroveň denního osvětlení rovnoměrnost osvětlení oslnění rozloţení světelného toku a převaţující směr světla výskyt dalších jevů ovlivňujících zrakovou pohodu Úroveň denního osvětlení se má posuzovat podle poměrné veličiny, činitele denní osvětlenosti. Činitel denní osvětlenosti je definován následovně[3]:

D

E 100 [%] Ek

(3.1)

Kde : E

osvětlenost v kontrolním bodě [lx];

Ek

osvětlenost venkovní vodorovné nezacloněné roviny [lx];

Hodnoty činitele denní osvětlenosti závisí na daném prostoru a činnosti, která se vněm provádí. Následující tabulka uvádí jednotlivé kategorie zrakových činností a minimální poţadavky na ně. Tabulka 2-1 Hodnoty činitele denní osvětlenosti pro jednotlivé zrakové činnosti [3]

Třída Charakteristika zrakové zrakové činnosti činnosti mimořádně I přesná II

velmi přesná

III

přesná

IV

středně přesná

V

hrubší

VI

velmi hrubá celková orientace

VII

Příklad zrakových činností nejpřesnější zraková činnost s omezenou možností použití zvětšení

Hodnota D [%] minimální průměrná Dmin Dm 3,5

10

velmi přesné činnosti při výrobě a kontrole rýsování, technické kreslení, obtížné laboratorní práce čtení psaní, obsluha strojů, běžné laboratorní práce, příprava jídel manipulace s předmětů a materiálem, konzumace jídla a obsluha udržování čistoty, sprchování a mytí, chůze po veřejných komunikacích

2,5

7

2

6

1,5

5

1

3

0,5

2

chůze, doprava materiálu, celkový dohled

0,2

1

Norma dále upřesňuje podmínky dodrţení jednotlivých tříd a činitelů. Hodnota minimálního činitele denní osvětlenosti (Dmin) se má dodrţovat ve všech kontrolních bodech daného prostoru nebo funkčně vymezené části. Průměrná hodnota činitele denní osvětlenosti


18

(Dm) se musí dodrţovat pouze u vnitřních prostorů, kde je horní denní osvětlení, anebo u kombinovaného denního osvětlení s dominantním podílem horního osvětlení. Hodnota Dm je průměrná hodnota osvětlenosti ve všech kontrolních bodech, anebo jenom v kontrolních bodech vymezující funkční část prostoru.[3] Norma je přísná, co se týče osvětlení vnitřních prostorů s trvalým pobytem lidí. V těchto prostorech musí být hodnota Dmin nejméně 1,5% a činitel Dm minimálně 3%. Tyto hodnoty nejsou závislé na činnosti v daném prostoru.[3] Hodnoty činitelů denní osvětlenosti se stanovují výpočtem, anebo měřením podle norem ČSN36 0011-1 a ČSN 36 0011-2. Norma [3] dovoluje provézt měření i na modelu daného prostoru. Pokud se hodnotí rozloţení denního osvětlení, podle [3] se mají pouţít kontrolní body, kde se stanovují činitele D. Osvětlenost se má vyhodnocovat na srovnávací rovině, napříč celým prostorem, ve výši 0,85 m nad podlahou. V této rovině se mají uloţit kontrolní řady podle následujících kritérií [3]: vzdálenost mezi zdmi pokoje a krajních řad kontrolních bodů má být 1m. síť kontrolních bodů musí být tak hustá, aby spolehlivě popisovala průběh denního osvětlení. Zpravidla se volí hodnoty od 1 do 6m. pokud je šířka posuzovaného prostoru menší neţ 2,4m stačí na posuzování denního osvětlení pouze jedna řada, která se umísťuje do osy prostoru. Musí se dbát na to, aby zvolená síť procházela místy, které jsou nejméně a nejvíce osvětleny a místy důleţitými pro zrakovou činnost. Pokud jsou v prostorách plochy, které neleţí v základní srovnávací rovině, ale jsou důleţité pro zrakovou činnost, musí se vyhodnocování provést i tam. Příklad rozloţení kontrolních bodů ukazuje obrázek2-2.

Obrázek 2-2 Příklad rozložení kontrolních bodů podle[3]

K zrakové pohodě značným způsobem přispívá také rovnoměrnost denního osvětlení. Tento pojem se definuje jako podíl nejmenší a největší hodnoty činitele denní osvětlenosti v daných kontrolních bodech sítě na základní srovnávací rovině. Obecně platí, ţe při zrakových třídách I aţ IV by neměla rovnoměrnost denního osvětlení klesnout pod hodnotu 0,2.[14,3]


19

Dalším důleţitým kritériem je rozloţení světelného toku. Tento pojem zahrnuje směrovost denního světla. Směr světla se musí volit tak, aby nedocházelo k stínění pracovní plochy, při uvaţované činnosti, pozorovatelem, nebo jinou překáţkou. Většinou se jako dominantní volí osvětlení zleva, nebo zleva a zpředu.[14] Norma dále předepisuje jasové poměry jednotlivých ploch. Tato podmínka souvisí s fotopickým reflexem lidského oka, při kterém se zrak automaticky obrací na nejjasnější a nejkontrastnější místo v zorném poli. Tento jev značně unavuje zrakový orgán a stěţuje soustředění na danou činnost. Pro zabránění tohoto jevu se doporučuje pouţít nelesklé materiály a nátěry, pro strop s činitelem odrazu 0,7, pro stěny s činitelem odrazu 0,5 a pro podlahy s činitelem odrazu 0,3. Rozloţení jasů znázorňuje obrázek 2-3.[14,3].

Obrázek 2-3 Rozložení jasů v zorném poli[14]

2.3 Denní osvětlení obytných, průmyslových budov a škol 2.3.1 Denní osvětlení obytných budov Norma[4] doporučuje pouţití denního osvětlení v obytných místnostech v co největší míře, a to i v těch prostorách, které nejsou opticky spojeny s okolím. V tomto případě je doporučováno pouţití nepřímého osvětlení. Podle normy, v obytných místnostech s horním denním světlem, má být činitel Dm roven nejméně 2%. V obytných místnostech, kde převládá denní osvětlení boční, stačí, aby ve dvou kontrolních bodech v polovině hloubky místnosti (ale nejdále 3m vzdálené od okna) a vzdálenosti 1m od bočných stěn byl činitel denní osvětlenosti 0,7% a průměrný činitel denní osvětlenosti těchto bodů 0,9%. Tuto situaci znázorňuje obrázek 2-4.[4,14]


20

Obrázek 2-4 Požadavky na denní osvětlení obytných místností [14]

2.3.2 Denní osvětlení škol Touto tematikou se zabývá [5] a popisuje v ní základní poţadavky na denní osvětlení škol. Tato norma se týká škol na všech úrovních a předškolních zařízení. Denní osvětlení se má navrhovat tak, aby bylo postačující pro zabezpečení zrakové pohody. Pouţití doplňujícího umělého osvětlení má být jenom krátkodobé, kromě speciálních učeben, kde je poţadováno osvětlení z více směrů. Norma obsahuje tabulky, kde jsou konkrétně popsány jednotlivé školní prostory a poţadavky na ně. Obecně lze říci, ţe prostory s trvalým pobytem ve školách patří do třídy zrakové činnosti IV a poţadují se u nich činitele denní osvětlenosti podle Tab. 2-1. Prostory bez trvalého pobytu lidí podle [5] patří do třídy III, IV a V. Rovnoměrnost bočního osvětlení se vyţaduje u tříd III a IV v hodnotě 0,2 a u třídy V 0,15. [5]

2.3.3 Denní osvětlení průmyslových budov Problematikou denního osvětlování průmyslových budov se zabývá čtvrtá část Normy ČSN 73 0580. Tato norma definuje závazné hladiny činitelů denní osvětlenosti pro různé vnitřní prostory anebo činnosti, které se vyskytují v průmyslu. Norma [6] pouţívá stejné zrakové třídy jako [3] a hodnoty činitelů Dmin a Dm odpovídají hodnotám uvedeným v Tabulce 2-1. Norma se dále zabývá návrhem osvětlovacích otvorů a nařizuje pouţití takové varianty, která zabraňuje oslnění pracovníků, zajišťuje uspokojivé jasové a kontrastní poměry. V normě je uvedena tabulka, která navrhuje řešení osvětlovacích otvorů (orientace, provedení, sklon) v závislosti na druhu vnitřního prostotu a činnosti. Při navrhování denního osvětlení s boční orientací se má brát zřetel na technologické zařízení budov, aby nedocházelo k stínění osvětlovacích otvorů. [6]

2.4 Sdruţené osvětlení Sdruţené osvětlení je kombinací umělého a denního osvětlení. Podle [7] sdruţené osvětlení nemůţe nahradit osvětlení denní. Z hlediska vlivu na člověka, při dlouhodobém pouţití není rovnocenné s denním osvětlením, ale je mnohem příznivější neţ osvětlení umělé. Sdruţené osvětlení má všechny pozitivní atributy denního světla. Umělé sloţka osvětlení se


21

pouţívá jenom jako doplnění, pro zvýšení hladiny osvětlenosti, nebo pro změnu dominantního směru osvětlení. Podle [7,17] se denní osvětlené rozděluje z hlediska doby trvání na: trvalé – umělé světlo se vyuţívá po celý den přechodné – umělé osvětlení se pouţívá jenom v určitou dobu na kratší čas. Podle rozsahu vyuţití se dělí na: celkové – umělým osvětlením se přisvětluje celý vnitřní prostor, nebo jeho větší část. místní sdruţené osvětlení – umělé osvětlení se pouţívá na přisvětlování zastíněných částí prostoru. Při návrhu a hodnocení sdruţeného osvětlení se má vycházet z norem pro denní osvětlení[3] a z normy pro umělé osvětlování pracovních prostorů [8]. Poţadavky na sdruţené osvětlení jsou obdobné jako poţadavky na denní osvětlení. (viz. kap. 2.2) Důleţité je si uvědomit, ţe sdruţené osvětlení by se mělo pouţívat jenom jako doplňkové. Kaţdá stavba, nebo prostor by měl být navrţen tak, aby vnitřní hladiny osvětlení byly splněny denním světlem, bez vyuţití umělé sloţky. Pouţití sdruţeného osvětlení musí být vţdy odůvodněno. Sdruţené osvětlení se má pouţít tam, kde se nemůţe docílit vyhovující denní osvětlení, aniţ by nebyla způsobena újma na jiných důleţitých společenských činitelích stavby. Sdruţené osvětlení se pouţívá pro dosvěcování šaten, koupelen, chodeb, schodišť a pro jiné prostory, které jsou pro denní světlo těţce přístupné. Pouţití sdruţeného osvětlení je dovoleno při rekonstrukci starších budov, které nebyly navrţeny podle dnešních standardů.[7] Sdruţené osvětlení se má navrhovat tak, aby se muselo co nejméně doplňovat umělým osvětlením. Při návrhu se má dbát na oslňování přímým denním světlem. Jasové poměry se shodují s poměry uvedenými na Obrázku 2-3. Pro osvětlovací otvory se doporučuje vyuţití průhledných materiálů, které zabezpečují nezkreslený pohled na vnější prostředí a nezvyšují jas při osvětlení přímým denním světlem. Pro horní osvětlovací otvory se doporučují výplně se smíšeným prostupem světla. [7] Pro doplňující umělé osvětlení se mají pouţívat zdroje, které mají spektrální sloţení blízké k dennímu světlu. Často se pouţívají výbojové zdroje s teplotou chromatičnosti 4000K aţ 5000K s indexem podání barev 80. [7]

2.4.1 Úroveň denní a umělé sloţky sdruţeného osvětlení Při sdruţeném osvětlení musí být dodrţen určitý poměr denní sloţky osvětlení. Tento poměr se liší v závislosti na zrakových činnostech, které se v sledovaném prostoru provozují. Zrakové činnosti se dělí do stejných kategorií jako v[3]. Hodnoty činitele denní osvětlenosti pro sdruţené osvětlení a jednotlivé třídy obsahuje Tabulka 2.2. Minimální hodnoty činitele denní osvětlenosti se musí dodrţovat při bočním denním osvětlení. Při horním nebo převáţně horním denním osvětlení se musí dodrţovat průměrné hodnoty činitele denní osvětlenosti.


22

Platí však, ţe při jakékoli situaci (boční, horní, kombinované denní osvětlení) nesmí být hodnota průměrného činitele denní osvětlenosti menší jak 1%.[7] Tabulka 2-2 Hodnoty činitele denní osvětlenosti pro zrakové třídy při sdruženém osvětlení [7]

Třída zrakové činnosti

Hodnota D [%] minimální průměrná Dmin Dm

I, II

1,0

2,5

III

0,7

2,0

IV

0,5

1,5

V až VII

0,5

1,0

Sloţka umělého osvětlení se má navrhovat tak, aby poţadavky na sdruţené osvětlení byly splněny. Hodnoty osvětlenosti při sdruţeném osvětlení jsou součtem denní a umělé sloţky a vyjadřují se v luxech. Jednotlivé hodnoty osvětlenosti pro určité prostory z pohledu umělého osvětlení obsahuje [8]. Při návrhu sdruţeného osvětlení se vychází i z těchto hodnot. V prostorách se sdruţeným osvětlením, kde jsou pro denní sloţku pouţity boční osvětlovací otvory, se podle [7] poţaduje rovnoměrnost celkového sdruţeného osvětlení, při zataţené venkovní obloze s osvětleností 20 000 lx nejméně 0,2. Rovnoměrnost se vypočte jako podíl největší a nejmenší osvětlenosti v kontrolních bodech na základní srovnávací rovině. [7]

Osvětlovací systémy s denním světlem

23

3 OSVĚTLOVACÍ SYSTÉMY S DENNÍM SVĚTLEM 3.1 Úvod Tato kapitola obsahuje popis jednotlivých osvětlovacích systémů s denním osvětlením. Existuje mnoho moţností, jak efektivně dopravit denní světlo do interiéru budov. Kaţdá varianta má své výhody a pole vyuţití. Tato kapitola se dále bude zabývat podrobnějším popisem dutých světlovodů. Podkapitola 3.3 byla převzatá z mé bakalářské práce [24]. Jelikoţ se jedná o teoretickou rešerši uţ známých faktů, ponechal jsem citace, které jsem uvedl v [24] i v této podkapitole.

3.2 Rozdělení systémů denního osvětlení Existuje mnoho způsobů a hledisek, podle kterých se dají klasifikovat různé zařízení pro vedení a směrování denního osvětlení. Zde bylo zvoleno rozdělení podle[9]. Popisované systémy jsou rozděleny na tři části: systémy usměrnění difúzního světla, systémy na usměrňování přímého slunečního záření a optické systémy pro vedení světla. Princip kaţdé varianty je znázorněn na obrázcích. Většina těchto systémů je pasivních. Kaţdý z těchto systémů vyuţívá optické komponenty pro redistribuci dopadajícího záření.

3.2.1 Systémy usměrnění difúzního světla Světelné police – Tyto zařízení se montují přímo na okna. Jsou to většinou vodorovné desky, zrcadla, které mají vysokou odraznost a odráţejí denní světlo na strop pokoje. Tímto způsobem se dá osvětlit i ta část pokoje, kam by světlo, pouze z okna, uţ nedopadlo. Pokud se toto zařízení nastaví pod správným úhlem, zabrání se tím oslnění přímým denním světlem.[9] Anidolické integrované systémy – Anidolické zrcadla jsou zrcadlové zakřivené plochy, které koncentrují zenitní difuzní světlo oblohy. Tato zařízení se mohou kombinovat s horizontálními světlovody.[12,9]

a) Světelné police b) Anidolické systémy Obrázek 3-1 Systémy usměrnění digúzniho světla[9]

3.2.2 Systémy na usměrňování přímého slunečního záření Přímé sluneční světlo se dá pouţít na osvětlování vnitřních prostor, pokud zabráníme oslnění. Při správné redistribuci se dají vytvořit přijatelné světelné podmínky v celé místnosti. LCP panely (Laser Cut Panels) – Tyto panely jsou skleněné plochy, které obsahují velké mnoţství miniaturních zrcadel, které přesměrují sluneční paprsky.


24

Instaluje se většinou na horní část okna. Pokud se tyto panely instalují do světlíků, je moţné docílit směrovou selektivnost dopadajícího záření[9] Prizmatické panely - Tento systém vyuţívá průsvitných ploch s prizmatickou úpravou. Tato varianta se pouţívá u světlíků a střešních oken.[9] Světlovodná skla – Speciální skla s skelnou vloţkou, která láme sluneční záření do poţadovaného úhlu.[9] c) LCP panely d) Prizmatické panely e) Světlovodná skla Obrázek 3-2 Systémy na usměrňování přímého slunečního záření[9]

3.2.3 Systémy pro vedení denního světla Pomocí těchto systémů, se dá denní světlo převést do místností, které nemají přímý optický kontakt s nebem, anebo vůbec nemají osvětlovací otvory. Je moţné je provozovat, jako pasivní systémy, ale světelná účinnost se dá zvyšovat pomocí aktivních komponent, které koncentrují, regulují a usměrňují mnoţství dopadajícího světla v závislosti na hladině interiérové osvětlenosti a na poloze slunce. Kombinací následujících systémů se dá docílit vysoká účinnost a variabilita řešení. Heliostaty – Heliostaty jsou systémy více nastavitelných zrcadel, které směrují světlo na ţádané místo. Existuje mnoho provedení heliostatů od statických aţ po různě polohovací. Pouţívají se i jako zařízení pro koncentraci světla pro světlovody nebo světlovodné optické vlákna.[9] Vertikální duté světlovody – Jsou to duté hliníkové trubice, s průměrem v řádech stovek milimetrů, které vyuţívají mnohonásobé odrazy pro distribuci světla ze začátku na konec světlovodu. Podrobněji se s těmito zařízení zabývá následující kapitola. Horizontální světlovody – Horizontální světlovody jsou obdobné systémy jako vertikální, rozdíl je v uţití a v technických parametrech. Tyto systémy se pouţívají pro osvětlování zadních částí místností. Kombinace těchto systémů s anidolickými koncentrátory je velmi účinná. Horizontální světlovody nejsou vhodné pro transport denního světla na větší vzdálenost.[9,15] Optická vlákna – Tyto systémy se pouţívají pro přenos dat anebo jako světelné vodiče. Jsou to vlákna malého průřezu z transparentních materiálů. Oproti dutým světlovodů mají tu přednost, ţe jsou ohebnější, a v ohybech se nezhoršuje účinnost vlákna. [2]


25

Obrázek 3-3 Systémy pro vedení denního světla[9] a) heliostaty, b) vertikální světlovod, c) horizontální světlovod, d) Optická vlákna

3.3 Vertikální duté světlovody Tyto světlovody jsou optické systémy, které se pro osvětlování vnitřních prostor dnes pouţívají nejčastěji. Přepravují světlo na velkou vzdálenost pomocí mnohonásobných odrazů od vysocereflexních materiálů. Vývoj těchto zařízení gradoval hlavně v 70-80. letech 20. století. Pouţití světlovodů má více předností, které se dají uplatnit hlavně pro úsporu elektrické energie a v nových architektonických a stavebních řešeních. Mezi hlavní přednosti světlovodů patří [13]: studený kanál, na kterém není elektrický potenciál, moţnost vyuţití svítících ploch a tyčí namísto bodových zdrojů, nastavení rovnoměrného rozloţení svítivosti, moţnost změny barvy pomocí barevných filtrů, bezproblémový provoz, pomocí absolutní hermetizace světlovodného kanálu, moţnost vyuţití kombinovaného osvětlení (sluneční a umělé světlo), energetické a ekonomické úspory. Mezi nevýhody patří poměrně vysoká instalační cena, dále proměnlivá intenzita osvětlení způsobena dynamickými změnami denní oblohy. Části světlovodu [1]: 1. nástřešní kopule, 2. světlovodný tubus, 3. stropní kryt (nejčastěji difuzor) 4. doplňkové prvky – těsnění a popř. přídavné elektrické osvětlení


26

Obrázek 3-4 Části světlovodu

3.3.1 Nástřešní kopule Tato část světlovodu je zcela průhledná (transparentí) a umoţňuje vstup slunečního světla do světlovodu. Nástřešní kupole často bývá buď ze skla, anebo z plastu (PMMA). Tyto materiály mají vysokou světelnou propustnost, mnohdy aţ 95%. Můţou být tvarovány různě: obloukově, segmentovaně, kónicky. Existují dokonce provedení, kde nástřešní kupole je nahrazena jenom plochým sklem, ale zde se sniţuje účinnost celého systému. Kupole je většinou čirá, ale pro větší koncentraci slunečních paprsků se dá kupole vybavit i optickou čočkou. Účinnost se dá zvyšovat i pomocí parabolických zrcadel, které se natočí na jih. Tyto zrcadla jsou buď v kupoli, anebo v její bezprostřední blízkosti. Pokud se toto zrcadlo automaticky natáčí směrem k slunci, tak se hovoří uţ o aktivním světlovodném systému. Existuje i varianta, kdy na jedné straně kupole je povrh prizmaticky upraven. Nástřešní kupole musí být odolná vůči povětrnostním podmínkám, stárnutí, mechanickému namáhání a musí být vzduchotěsná. Kupole se umísťují na místa, kde je největší intenzita osvětlení, na střechu a na fasádu. Fasádní provedení u nás není tak časté [1,2]. Na obrázku 3-5 [1,2] jsou uvedeny různé provedení nástřešních kupolí.

f) oblouková g) tvarovaná h) jehlanová

Obrázek 3-5 Provedení nástřešních kopulí [2]


27

3.3.2 Světlovodný tubus Tato část světlovodu má za úlohu dopravit denní, nebo umělé světlo na poţadované místo v místnosti. Vyrábí se v různých průměrech a tvarech. Průměry se pohybují mezi 50 – 1000 mm. Pro běţné domovní instalace se ale většinou pouţívají průměry kolem 500 mm. Tubusy s velkým a malým průměrem se řadí spíše do aktivních osvětlovacích systémů. Průřez světlovodného tubusu se nejčastěji volí kruhový, ale existují i čtvercové a obdélníkové provedení, které však mají menší účinnost, protoţe mají kouty. Pro vedení denního světla je důleţité i umístění světlovodu. Vertikálně uloţené světlovody jsou určeny hlavně pro vedení denního světla. Mohou být sestaveny i pro vedení umělého světla, ale to je spíš jenom jako doplněk při nízké intenzitě slunečního záření. Horizontální světlovody jsou určeny hlavně pro vedení umělého světla, protoţe denní světlo se ve vodorovných systémech síří s menší účinností, neţ ve svislých. [1,2] Materiál tubusu můţe být různorodý. Podle materiálu a povrchu můţeme rozdělit tubusové světlovody na [1,2]: Neprůhledné tubusy se zrcadlovou úpravou – tyto světlovody jsou pouţívány nejčastěji. Jsou vyrobeny z anodizovaného hliníku a z vnitřku jsou opatřeny speciálními filmy, s kterými se dá dosáhnout odrazivost aţ 96%. Pro snadnější a univerzální instalaci se vyrábí jako pevné a ohybné. Pevné části mohou být rovné, ohýbané anebo sestaveny z teleskopických částí. Ohybné části umoţňují světlovod zalomit. Uhel zalomení se dá plynule nastavit. Kaţdé zalomení však znamená světelné ztráty a tím zmenšení světelné účinnosti. Jednotlivé články světlovodů se do sebe zasunují a spoje se přelepí páskou s aluminiovým povrchem, která zabraňuje vniknutí vlhkosti a prachu do tubusu světlovodu. Štěrbinové tubusy – tento typ světlovodů umoţňuje vyzařování světla po celé své délce. Světlo vychází z povrchu světlovodu přes optickou štěrbinu, přičemţ povrch světlovodu je neprůhledný. Vnitřní povrchová úprava je stejná jako u předchozího. Transparentní tubusy – tyto světlovody se pouţívají při aplikacích, kde se musí osvítit více podlaţí z jednoho světlovodu. Povrch tubusu je z termoplastických hmot (PMMA) a vnitřní plocha je pokryta tenkým mikro-prizmatickým filmem, který umoţňuje vysoký odraz vedeného světla. V určitých částech světlovodu jsou nainstalovány prvky, které rozptylují světlo ven. Na spodní části světlovodu se umísťuje zrcadlová plocha, která odráţí světelné paprsky zpět do světlovodu. Pomocí vnitřní povrchové úpravy se docílí toho, ţe tubus po celé své délce tvoří souvislý svítící sloup. Transparentní tubus bez vnitřní povrchové úpravy se pouţívá spíš jako dekorace a není vhodný pro vedení denního světla na větší vzdálenosti. Intenzita osvětlení je na vstupu denního světla největší a pak se postupně sniţuje. Na obrázku 3-6 [1] jsou znázorněny jednotlivé druhy světlovodů.


28

Obrázek 3-6 Druhy svělovodů[1] a) zrcadlový, b) transparentní s mikroprizmatickou povrchovou úpravou, c) štěrbinový, d) transparentní bez jakékoli úpravy. 1 - zrcadlový povrch, 1´- optická štěrbina, 2 - stropní difuzor, 3 - polopropustný tubus, 4 – zrcadlový kryt, 5 – transparentní tubus, 6 – prvek rozptylující světlo

3.3.3 Stropní kryt Stropní kryt světlovodu je zakončovací část. Většinou se zakončuje difuzorem, který rozptyluje světlo po místnosti popř. podhledový kryt s reflexní mříţkou. Existuje mnoho provedení difuzoru. Na obrázku 3-7 [2] jsou znázorněny různé provedení difuzorů. [2]

a)

segmentový

b) plochý c)

válcový

d) vypuklý e)

kuţelový

Obrázek 3-7 Různé provedení difuzorů[2]

3.4 Horizontální duté světlovody Horizontální světlovod má tři části stejně jako vertikální. Jako vstupní část se dají pouţít anidolické koncentrátory, které pomocí parabolických koncentrátorů soustřeďují přímé světelné záření a difuzní záření určité části oblohy do tubusu světlovodu. Zmíněné parabolické koncentrátory jsou ze stejného materiálu jako světlovod a mají stejnou vnitřní povrchovou úpravu, včetně vysocereflexních vrstev. Záběr anidolického koncentrátoru se volí podle oblačnosti lokality. Větší záběr parabolického zrcadla se volí v krajinách s převáţně oblačnou oblohou, aby se vyuţilo difúzní světlo ve větší míře.[11]


29

Obrázek 3-8 Horizontální světlovod a příklad detailu anidolického koncentrátoru[12] a) anidolický koncentrátor, b) ţaluzie, c) horizontální světlovod, d) okno, e) difuzor, f) parabolické zrcadlo

Světlo se dál šíří světlovodem a pomocí dalších parabolických zrcadel se nasměruje na difuzor, kde se rozptýlí do vnitřního prostoru. Otvorů můţe být i více. Celý systém se instaluje nad strop a jeho výhodou je, ţe dokáţe transportovat denní světlo hlouběji do místnosti. Pomocí těchto systémů se dá docílit rovnoměrnější rozloţení denního světla v místnosti. Je důleţité mít na paměti, ţe horizontální světlovody v kombinaci s anidolickými koncentrátory pouze doplňují funkci oken a nenahrazují umělé osvětlení. Obrázek 3–8 znázorňuje provedení tohoto systému a Obrázek 3–9 ukazuje osvětlenost v místnosti na základní srovnávací rovině s a bez horizontálního světlovodu.[11]

Obrázek 3-9 Osvětlenost srovnávací roviny s bočním osvětlením a s horizontálním světlovodem[11]

Simulační programy pro duté světlovody

30

4 SIMULAČNÍ PROGRAMY PRO DUTÉ SVĚTLOVODY 4.1 Úvod Tato kapitola se bude zabývat výpočtovým programem HOLIGILM 4.2, který je určen pro simulaci průchodu světla tubusovým světlovodem. Jelikoţ tubusové světlovody jsou, spolu s instalací, dosti nákladné zařízení, je nutné, aby se technik při návrhu nemusel spoléhat pouze na své zkušenosti. Výpočtové programy umoţňují namodelovat ţádaný prostor a pomáhají při výběru počtu a umístnění světlovodů. Dále se v této kapitole budou popisovat různé výpočtové metody pro světlovody a na závěr bude uveden příklad výpočtu v programu HOLIGILM.

4.2 Výpočtové metody prostupu světla dutým světlovodem. 4.2.1 Analytické řešení Analytické řešení prostupu světelného paprsku dutým světlovodem se dělí na dvě části. Nejdřív se vypočítá šíření individuálních paprsků tubusem světlovodu a pak se vypočítá osvětlení difuzoru po mnohonásobných odrazech v tubusu světlovodu. Tyto řešení nejsou jednoduché. Zde bude pouze vysvětlena jejich základní myšlenka a postup. Podrobné řešení je uvedeno v [1,23][1] Pro zjištění osvětlenosti pod difuzorem světlovodu je třeba znát charakteristiky jednotlivých paprsků, které dopadají na difuzor. Pro zjištěný této závislosti se pouţívá obrácený postup. Z váţeného středu libovolné plošky difuzoru se bude sledovat paprsek, který vychází z plošky v libovolném směru. Úlohou je najít výstup paprsku z tubusového světlovodu. Tento paprsek se sleduje a postupně se vyjadřují vazby mezi jednotlivými odrazy od stěny světlovodu. Všechny průsečíky paprsku se stěnou vyjadřují jednoduché lineární rovnice, které popisují přímku v prostoru. Po rekurentním řešení těchto soustav se dopracujeme k nalezení výstupu paprsku ze světlovodu. [1] Pokud předcházejícím způsobem najdeme počet odrazů N lze dále odvodit[1]: Azimut výstupního paprsku Pokles intenzity paprsků Příspěvky přímé a difuzní sloţky paprsků. Osvětlení difuzoru se potom určí jako integrace jasů jednotlivých paprsků dopadajících na elementární plošku difuzoru. Při určování jasů se bere v úvahu pokles intenzity jednotlivých paprsků vlivem prostupu přes nástřešní kopuly světlovodu a pokles intenzity vlivem mnohonásobných odrazů na stěně světlovodu.[1]

4.2.2 Empirické metody Tyto metody jsou zaloţené na teoretických úvahách a na hodnotách z praktických měření na světlovodech. Motivace k formulování empirických metod vzniká z důvodu, ţe


31

v některých případech je velmi obtíţné popsat pouze analytickým způsobem děje ve světlovodech např. směrové odrazy v tubusu při různém jasu na obloze. Při výběru metody je brána zřetel na mnoţství dostupných klimatických informací a na ţádané přesnosti výpočtu. Touto problematikou se zabývalo mnoho vědců např. Allen (1997), Oakley a kol.(2000), Carter (2002), Zhang a Muneer (2002), Jenkins a Muneer (2003). Z prácí těchto pánů vznikly následující metody[1]: Jenkins – Muneerova metoda a Zhang – Muneerova metoda Tsandrassoulisova metoda, CIE metoda V této práci budou popsány dvě následující metody

4.2.2.1 Luxplot package model (Jenkins – Muneerova metoda) Tento model je vhodný pro určení osvětlenosti pod světlovodem libovolného průřezu. Tato hodnota se určuje na základě toku, který ze světlovodu vychází. Vstupní parametry jsou vnější osvětlenost, délka a ohyby světlovodu, velikost plochy, na které se osvětlenost vyhodnocuje a pozice světlovodu. Výpočet nezohledňuje oblačnost a polohu Slunce.[1] V prvním kroku se stanoví světelný tok na venkovním povrchu světlovodu[1]: ext

r 2 [lm]

Eext

(4.1)

Kde : Φext

je světelný tok vstupující do světlovodu [lm];

Eext

je celková exteriérová osvětlenost [lx];

r

je poloměr tubusu [m]; Dále se musí zohlednit ztráty na optických částech světlovodu: [1] i

Eext

r 2 [lm]

T

(4.2)

Kde : Φi

je světelný tok vycházející ze světlovodu [lm];

τT

je činitel světelné propusti tubusem [lx];

Z měření, které autoři metody provedli ve Velké Británii, byla zjištěna hodnota 0,494. S pouţití této konstanty lze napsat výsledný vztah pro osvětlenost pod světlovodem[1]: E

0,494

Eext

r 2 cos 4

T

V2

[lx]

Kde : E

je osvětlenost od světlovodu [lx];

θ

je úhel mezi svislou osou difuzoru a spojnicí osy difuzoru [°];

V

je vzdálenost bodu od difuzoru [m];

(4.3)


32

4.2.2.2 Tsangrassoulisova metoda (Jenkins a Muner) V této metodě se stanový jas difuzoru pomocí činitele propustnosti světlovodem a dál se pomocí dokonalého rozptylu určuje osvětlenost v libovolném bodě [1]. Pro jas difuzoru platí[1]: Eext

L

T

[cd.m-2]

(4.4)

Osvětlenost v libovolném bodě přímo pod světlovodem se určí z následujícího vztahu[1]: L r2 (4.5) [lx] V 2 r2 Pokud posuzovaný bod není přímo v ose světlovodu, ale je posunut o vzdálenost x[1]: E

EX

0,5

F1 F2

L 1

[lx]

(4.6)

Kde koeficienty F1 a F2 jsou definovány následovně[1]: F1 F2

V2 x2

1 Z

2

4

r2 [-] x2

(4.7)

r2 x2

(4.8)

[-]

A konečně koeficient Z [1]: Z

1

V2

r2 x2

[-]

(4.9)

4.3 Program HOLIGILM 4.2 HOLIGILM 4.2 je program, který umoţňuje výpočet osvětlenosti na srovnávací rovině pod světlovodem a umoţňuje stanovit rozloţení světla na spodním rozhraní světlovodu. Pro řešení prostupu světla světlovodem pouţívá analytické řešení, které je implementováno do funkčních numerických schémat. Podrobný popis metodiky výpočtu obsahuje [23]. Toto řešení není vůbec jednoduché, ale jeho existence umoţňuje velmi rychlý výpočet. Podle [15,10] je tento program řádově rychlejší neţ jiné ray-traycing metody. Výhodou analytického řešení je, ţe výsledky jsou dokonale reprodukovatelné. Pokud zadáme ty stejné parametry, dopracujeme se k shodnému výsledku.[15,10] Program umoţňuje vypočítat osvětlenost na srovnávací ploše v místnosti obdélníkového tvaru s různým počtem světlovodů. Funkce programu se dá shrnout následovně [15,10]: a) Interfejs pro zadávání vstupních veličin. Program umoţňuje zadat rozměry (délku a šířku) místnosti obdélníkového tvaru a jeho azimutální orientaci k severu. Dále se dá zadat hustota sítě pro výpočet. Pomocí hustoty sítě se dá zadat počet kontrolních bodů, pro které bude osvětlenost počítána. V následujícím okně


33

nám program umoţní nastavit pozici slunce. Pozice slunce lze nastavit dvěma způsoby[15,10]: Zadáním výškové polohy Slunce ve stupních a jeho azimut. Podle data a času, pro který chceme výpočet provézt. Zde se musí ještě zadat zeměpisná šířka místa, kde je světlovod posuzován. Program automaticky dopočítá výškovou polohu a azimut Slunce. Při zadání exteriérových světelných podmínek lze vybrat z dvou typů oblohy, CIE rovnoměrně zataţenou, nebo CIE jasnou oblohu.[15] Po nastavení parametrů místnosti a exteriérových podmínek, lze nastavovat počet a různé parametry světlovodů. Program umoţňuje nastavit aţ 10 různých světlovodů. Nastavitelná je propustnost kopule světlovodu, jeho délka, vnitřní činitel odrazu světla a poloha v místnosti. Je důleţité, abychom nastavily výšku optického rozhraní světlovodu od podlahy, protoţe tím zadáváme výšku místnosti. Pro výstupní optické rozhraní lze nastavit zakončení buď Lambertův difuzor, čiré sklo, anebo jejich vzájemná kombinace v podobě mezikruţí, anebo vrstveného difuzoru. Propustnost optického rozhraní lze také libovolně nastavit. [15,10] Před zahájením výpočtu je důleţité nastavit grafickou úroveň zobrazení. Zde si můţeme vybrat mezi třemi úrovněmi low/medium/high. Jelikoţ tato volba přímo souvisí s počtem bodů, na které se bude výpočet realizovat, závisí na tomto nastavení i rychlost výpočtu. Přesnost výpočtu pro daný bod se však nezmění, protoţe výpočet probíhá, podle analytických vzorců. Rozdíl je vtom, ţe pro body, kde se výpočet neprovádí (protoţe jsme volili niţší grafickou úroveň) se hodnota průměruje z okolních bodů. Nastavením grafické úrovně měníme velikost pixelu. Proto se v konečném důsledku hodnoty v rozlišení low a high liší. Tato odchylka není však větší neţ 5%. Nicméně, tyto odchylky nezávisí na metodice výpočtu, pouze na metodě zobrazování. Vetší rozdíly mohou být v okolí takzvaných hot-spotů. To jsou body s vysokou úrovní osvětlení. Poměr rychlosti výpočtu mezi low a high přesností je zhruba 1:12. [15,10] b) Řešení zadaného modelu Projekt se před výpočtem uloţí a zkontrolují se všechny zadané parametry. Pokud se vyskytne chyba, uţivatel obdrţí chybovou hlášku s odůvodněním a moţností řešení problému. Pokud v zadaných parametrech není ţádná chyba, data se přesunou do jádra programu, kde proběhne výpočet.[15,10] c) Grafická prezentace výsledků Výstupní hodnoty si je moţné prohlédnout jak v grafické podobě, tak i v podobě textové, která je přístupná ve formátu .dat v adresáři projektu. Před prohlédnutím výsledků, lze nastavit libovolnou velikost srovnávací roviny pod difuzorem. Program dále umoţňuje nastavit hodnoty izočar, jejich rozpětí, barevné nastavení, maximální zobrazenou hodnotu a vlastní parametry pro vykreslování. Jako výsledek výpočtu nám program vykreslí osvětlenost na srovnávací rovině a osvětlenost na dolní straně difuzoru světlovodu. Oba tyto výsledky obsahují hodnotné informace pro návrh dutých světlovodů.


34

4.4 Příklad simulace v programu HOLIGILM 4.2 4.4.1 Zadání Jako příklad pro výpočet byla vybrána koupelna na internátě na Purkyňových kolejí v Králově Poli v Brně. Tato koupelna nemá okna a je v ní pouze umělé osvětlení. Otázkou příkladu je, jaká by byla osvětlenost na základní srovnávací rovině, pokud by byly pro osvětlování pouţity pouze duté světlovody? Příklad byl počítán pro čtyři varianty. Dvě varianty v zimě (14.1), pro jasnou a rovnoměrně zataţenou oblohu. Další dvě varianty v létě (o půl roku později 14.7) se stejnými exteriérovými podmínkami. Ve všech čtyřech případech se výpočet provedl ve 12:00. Rozměry místnosti byly změřeny. Nastavené byli tyto hodnoty: Rozměry místnosti: šířka – 2,9m, délka – 6,2m, výška – 2,65m Hustota sítě pro vyhodnocování osvětlenosti: x – 0,1m, y – 0,1m Zeměpisná poloha: zeměpisná šířka: 49,223078°, azimut – 337° Poloha Slunce: 14.1 – výška – 19,4°, azimut – 180°; 14.7 – výška – 62,4°; azimut – 180°; Počet světlovodů: 2 Vlastnosti světlovodů: činitel prostupu kopule světlovodu – 0,920 délka světlovodu – 3m činitel odrazu vnitřního povrchu – 0,934 průměr – 520mm propustnost difuzoru – 0,750 tip difuzoru – Labmertův Poloha prvního světlovodu (x, y, z; š, d, v) – 1,45m, 1,60m, 2,65m Poloha druhého světlovodu (x, y, z; š, d, v) – 1,45m, 4,60m, 2,65m Grafická náročnost – medium Obrázek 4.1 znázorňuje prostředí pro nastavování programu Holigilm.


35

Obrázek 4-1 Prostředí programu HOLIGILM

4.4.2 Výpočet a vyhodnocení výsledků Po nastavení parametrů, byl projekt uloţen, zkontrolován a vypočten. Výsledky a doby výpočtu znázorňuje tabulka 4.1. Tabulka 4-1 Výsledky řešeného ukázkového příkladu.

zima

léto

oblačno

jasná obloha

oblačno

jasná obloha

čas výpočtu *s+

47,0

58,0

22,5

29,0

exteriérová osvětlenost *klux+ světelný tok jednoho světlovodu [lm] maximální osvětlenost v místnosti [lux]

8,89

27,46

23,72

95,87

920

1440

2400

10420

50,2

58,0

131,0

571,0

Následující obrázky znázorňují osvětlenosti na srovnávací rovině pod světlovodem. Zde jsou uvedeny pouze dva případy. Ostatní zobrazení jsou uvedeny v příloze.


36

Obrázek 4-2 Osvětlenosti pod světlovodem při zatažené obloze v zimě a v létě.

Cílem této úlohy bylo ukázat moţnosti programu HOLIGILM. Po vyzkoušení čtyř variant se dá konstatovat, ţe práce s programem je jednoduchá, ovládání je srozumitelné a výsledky jsou snadno čitelné a mají vysokou vypovídající hodnotu. Výpočet trval pro kaţdou variantu méně neţ 1 minutu. Podle mého názoru jsou výsledky (viz tab. 4.1) věrohodné a podporují teorii, ţe osvětlení pomocí světlovodů je spíš doplňkové a je silně závislé na exteriérových světelných podmínkách. Světelný tok vycházející ze světlovodů během zimy zhruba odpovídá světelnému toku dvou 60W a 100W ţárovkám. Grafické zobrazení spodní strany difuzoru (viz. Příloha A) dobře znázorňuje rozdíl mezi jasnou a oblačnou oblohou. V létě je na difuzoru znát polohu Slunce, v zimě kvůli nízké výškové poloze Slunce je rozloţení osvětlenosti na difuzoru rovnoměrnější a při oblačné obloze je rozloţení osvětlenosti téměř homogenní. Moţný vývoj programu vidím v naprogramování moţnosti zadání ohybu světlovodu. Dále je moţnost vyřešit propojení výsledků výpočtu v programu HOLIGILM se simulačním programem RELUX, a tím počítat celkové sdruţené osvětlení v určité místnosti. Podle mého názoru je program HOLIGILM 4.2 spolehlivý výpočtový program s velkou přidanou hodnotou a můţe být vhodným pomocníkem při návrhu osvětlovacích systémů se světlovody.

Měření osvětlenosti na modelu rodinného domu se světlovody

37

5 MĚŘENÍ OSVĚTLENOSTI NA MODELU RODINNÉHO DOMU SE SVĚTLOVODY 5.1 Úvod Tato kapitola popisuje měření a vyhodnocení výsledků, které byly změřeny na modelu rodinného domu se světlovody. Cílem kapitoly je popsat model a jeho vlastnosti. Dále se kapitola zabývá měřící metodou a vyhodnocením výsledků. V poslední části je proveden výpočet osvětleností v programu HOLIGILM a porovnání výsledků s reálním měřením. V závěru je provedeno ekonomické zhodnocení systémů s dutými světlovody a jejich celkové vyhodnocení. Cílem měření je určit příspěvek světlovodů k osvětlení interiéru denním světlem. Dalším cílem je vyhodnocení výsledků z hlediska přesnosti měření a pouţití této měřící metody.

5.2 Popis pouţitého modelu Model, který byl postaven pro měření, je zmenšenina přízemního rodinného domu se sedlovou střechou v měřítku 1:10. Měřítko bylo zvoleno s ohledem na moţnost zmenšení světlovodů, a aby umoţnilo pouţití měřicí sondy luxmetru. Obrázek 5-1 znázorňuje půdorys a nárys modelu.

Obrázek 5-1 Půdorys a nárys sestaveného modelu

Model obsahoval čtyři prostory: tři pokoje s okny a jednu chodbu s otevřenými dveřmi mimo objekt. Velikost oken a dveří odpovídá rozměrům pouţívaným při reálných stavbách po přepočtu daným měřítkem. V modelu byly rozmístněny světlovody tak, aby osvětlovaly střední aţ zadní část pokojů a tak přispívaly k rovnoměrnosti denního osvětlení. Střecha má úhel sklonu 30°. Světlovody byly instalovány do střechy bez zalomení a kolen, protoţe vyrobit koleno světlovodu v měřítku 1:10 je obtíţné a světelné ztráty by byly větší, neţ v reálném světlovodu. Stěny a strop modelu byly vyhotoveny z překliţky. Modelový domek má místo podlahy fólii, která je pevně přilepena k podloţce, na které se měření provádí. Prostým


38

nadzvednutím modelu je umoţněna jednoduchá manipulace s luxmetrem, který byl pouţit pro měření vnitřních osvětleností. Na vnitřní stěny byl nanesen bílý nátěr SLOVAKRYL s odrazivostí 0,89. Tubus světlovodu byl ohnut z plechu pro tubusový světlovod od firmy VELUX s odrazivostí aţ 0,992. Střešní kopule světlovodu je plastová polokoule s propustností 0,889. Difuzor byl vyroben z plexiskla. Jedna strana byla „poškrábána“ jemným šmirglovým papírem s hrubostí 400 tak, aby bylo dosaţeno poţadovaného difuzního jevu. Propustnost difuzoru je 0,675. Na obrázku 5-2 jsou znázorněny spektrální odrazivosti tubusu světlovodu a bílého nátěru, který byl pouţit v modelovém domečku. Obrázek 5-3 ukazuje spektrální propustnost difuzoru a nástřešní kopule světlovodu. Propustnost difuzoru byla měřena dvojím způsobem. Modrá charakteristika popisuje stav, kdy světlo vstupuje na hladkou stranu difuzoru. Zelená charakteristika popisuje situaci, kdy světlo vstupuje na difuzní stranu. V tomto případě je integrální hodnota propustnosti 0,742. V modelu je pouţita instalace odpovídající modré charakteristice. Tyto charakteristiky byly naměřeny ve světelné laboratoři ústavu elektroenergetiky na VUT. Výše uvedené integrální hodnoty byly vypočteny z charakteristik normalizovaných světel B a D65. 120

odraznost ρ [%]

100 80 60 40 20 0 360

410

460

510

560

610

660

710

760

vlnová delka λ [nm] bílý nátěr

světlovod

Obrázek 5-2 Spektrální odrazivost bílého nátěru a světlovodu


39

propustnost τ [%]

100 80 60 40 20 0 360

410

460

510

560

610

660

710

760

vlnová delka λ [nm] difuzor, vstup na hladkou stranu

difuzor, vstup na difuzní stranu

kupole, plexisklo Obrázek 5-3 Spektrální propustnost difuzoru a nástřešní kopule

5.2.1 Základní informace o modelu a pouţitých světlovodech Následující tabulka obsahuje informace o jednotlivých místnostech v modelovém domku. Celková plocha domku je 80 dm2. Výška pokojů je 280mm a nejvyšší bod domku je 511mm. V tabulce je údaj i o rozměrech rastru, tj. o bodech, kde se měřila osvětlenost. Tento rastr je sestaven podle úvah uvedeních v kapitole 2. Veličiny a, b vysvětluje obrázek 2-2. Rozdíl je pouze v tom, ţe vzdálenost rohu rastru od stěny pokoje není 100mm ale 50mm. Tato změna byla provedena proto, aby výsledky lépe vypovídaly o rozloţení osvětlenosti v místnostech. Obrázky modelu jsou v příloze B. Tabulka 5-1 Tabulka základních informací pokojů v modelovém domku

Velká Menší Malá místnost místnost místnost (A) (B) (C)

Chodba (D)

Velikost [dm2]

40

13,75

11,25

15

Počet oken

3

2

1

1

Počet světlovodů Délka světlovodu v místnosti [mm]

3

2

1

2

165

107

107

210

100,100

50,100

50,100

50,100

Rozměry rastru (a,b) *mm+

5.3 Popis měření 5.3.1 Vstupní parametry a postup měření Měření bylo prováděno na parkovišti areálu VUT technická 8 na rovné ploše a nezastíněném místě. Přesná poloha měření: zeměpisná šířka 49.2254189N, zeměpisná výška 16.5751567E. Orientace domečku byla nastavena pomocí kompasu tak, ţe normála zadní strany modelu směrovala 10° od severu na východ (azimutální orientace 10°). Celkem byly


40

provedeny tři série měření. Následující tabulka popisuje jednotlivá měření, čas měření a další informace. Tabulka 5-2 Informace o jednotlivých sérií měření

číslo měření

1

2

3

datum měření

11.4.2012

13.4.2012

16.4.2012

čas měření výška srovnávací roviny

11:10-12:27

9:30-10:52

11:25-12:44

25mm

85mm

85mm

zatažená obloha s pronikající přímou složkou osvětlení

jasná obloha

rovnoměrně zatažená obloha

Obloha

První série měření měla zkušební charakter, nicméně výsledky mají svou vypovídací hodnotu. V druhé a třetí sérii bylo měření provedeno ve srovnávací rovině vyhovující [3]. Postup měření byl následovný: Na místo měření byla přilepena fólie, na které byly vyznačeny měřící body. Model rodinného domu byl poloţen na místo a byly připraveny měřicí přístroje. Pro měřeni osvětlenosti v modelu byl pouţit luxmetr Krochmann Radiolux 111 a vnější osvětlenost byla měřena luxmetrem od firmy Konica Minolta CL-200. Podrobný popis pouţitých přístrojů je v příloze C. Postupně se proměřovaly jednotlivé prostory v následujícím pořadí: B, C, A, D. Kaţdá místnost či chodba byla změřena ve třech stavech. Poprvé se změřila osvětlenost v místnosti při nezacloněných oknech a s pouţitím světlovodů. Po druhé se zakryly kupole světlovodů, aby se eliminoval jejich příspěvek, a změřila se osvětlenost v místnosti. Při poslední variaci se zalepily okna, odkryly se světlovody a změřily se hodnoty osvětlení pouze od světlovodů. Po změření těchto variací v jedné místnosti, se pokračovalo v místnosti další podle stejného postupu. Měření osvětleností v místnosti vţdy začínalo v levém spodním bodu rastru měřících bodů. Odečetla se hodnota osvětlenosti, posunul se luxmetr v řadě a byla odečtena následující hodnota. Po kaţdé čtvrté hodnotě (za kaţdou řadou bodů) interní osvětlenosti se odečetla a zapsala hodnota vnější osvětlenosti. Tato vnější osvětlenost se měřila v bezprostřední blízkosti modelu. Při měření chodby se hodnota vnější osvětlenosti zapisovala po kaţdé druhé hodnotě vnitřní osvětlenosti. Na začátku kaţdého měření se změřila teplota chromatičnosti denního osvětlení. Měřící metoda je časově náročná. Osvědčilo se, kdyţ měření provádí dva lidé. Jeden výzkumník polohuje sondu luxmetru a provádí změny na domečku. Druhý výzkumník zapisuje naměřené hodnoty.


41

5.3.2 Naměřené a vypočtené hodnoty, grafická interpretace výsledků Tato podkapitola obsahuje tabulky naměřených osvětleností pro vybrané situace. Kaţdou situaci popisují dvě tabulky. V jedné jsou osvětlenosti, jak vnější, tak vnitřní a druhá tabulka obsahuje vypočtené hodnoty činitelů denní osvětlenosti. První sloupec a poslední řádek tabulek jsou souřadnice, které určují polohu daného měřeného bodu v místnosti. Tabulka 5-3 uvádí naměřené hodnoty v místnosti A, pro dva stavy oblohy (rovnoměrně zataţená a jasná obloha), a pro variantu měření pouze se světlovody. Tyto hodnoty byly vybrány, aby bylo moţné je porovnat se simulací provedenou programem Holigilm. Další vybrané naměřené hodnoty jsou v příloze E. Tabulka 5-3 Naměřené hodnoty osvětleností a činitele denní osvětlenosti

0,95 0,85 0,75 0,65 0,55 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

Místnost A, Světlovod, 16.4.2012 D [%] 0,4 0,5 0,4 0,3 0,7 0,9 0,5 0,3 0,8 1,0 0,6 0,3 0,6 0,7 0,5 0,3 0,8 1,0 0,6 0,3 0,8 1,1 0,6 0,4 0,5 0,6 0,4 0,3 0,6 0,9 0,6 0,3 0,7 1,1 0,7 0,3 0,4 0,5 0,4 0,3 0,05 0,15 0,25 0,35

0,95 0,85 0,75 0,65 0,55 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

Místnost A, Světlovod, 13.4.2012 D [%] 0,4 0,4 0,3 0,3 0,7 0,8 0,6 0,3 0,7 0,8 0,6 0,4 0,7 0,8 0,6 0,4 0,7 0,8 0,6 0,4 0,7 0,7 0,6 0,4 0,6 0,7 0,5 0,4 0,7 0,7 0,6 0,3 0,6 0,7 0,5 0,3 0,4 0,5 0,4 0,3 0,05 0,15 0,25 0,35

Místnost A, Světlovod , 16.4.2012 0,95 0,85 0,75 0,65 0,55 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

32,1 54,3 58,7 47 68,7 67,8 40,7 47,1 50,5 34,6 0,05

E [lx] 39,6 33,3 74,1 43,7 76,4 43,1 53,9 36,7 83,3 52,3 103,6 57,8 50,6 36,2 74,6 48,3 81 51,1 41,8 31,8 0,15 0,25

22,5 25,7 22 24,8 29 32,3 27,8 24,5 26,4 23,5 0,35

Ek [lx] 8531 7955 7528 7712 8590 9026 8950 8232 7654 8303

Místnost A, Světlovod , 13.4.2012 0,95 0,85 0,75 0,65 0,55 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

171 285 332 306 335 337 297 332 307 219 0,05

195 330 345 340 360 339 329 350 317 240 0,15

E [lx] 150 259 277 252 260 259 256 294 248 191 0,25

121 150 173 159 174 177 169 163 162 150 0,35

Ek [lx] 43620 43300 44290 43370 45960 46390 47260 49010 48270 48860

Další tabulka obsahuje souhrn vypočtených významných hodnot ze všech sérií měření a všech kombinací osvětlení. Zkratky S+O, O, S (S – světlovod, O - okno) určují situaci měření. Zde jsou uvedeny vypočtené hodnoty pro místnost A. Celková tabulka se nachází v příloze D.


42

Tabulka 5-4 Vypočtené hodnoty průměrných osvětleností a činitelů denní osvětlenosti

11.4.2012 Obloha s přímou i s difuzní složkou

Místnost A

13.4.2012

16.4.2012 Rovnoměrně zatažená obloha

Jasná obloha

S+O

O

S

S+O

O

S

S+O

O

S

Em [lx]

3300,9

3329,2

212,3

6550,8

4613,5

252,8

425,6

437,7

46,8

Emin [lx]

1082,0

990,1

132,4

1560,0

1150,0

121,0

175,0

142,0

22,0

Emax [lx]

11620,0 16470,0 301,2 40150,0 30410,0 360,0 1385,0 1770,0 103,6

Dm [%]

8,9

7,9

0,6

13,4

10,7

0,5

5,4

5,2

0,6

RD [-]

0,1

0,1

0,4

0,0

0,0

0,4

0,1

0,1

0,3

Dmin [%]

2,8

2,4

0,3

3,2

2,4

0,3

2,0

1,6

0,3

Dmax [%]

29,6

38,5

0,8

84,2

72,6

0,8

17,6

22,0

1,1

Kde: Em, Dm

průměrná hodnota osvětlenosti a průměrná hodnota činitele denní osvětlenosti v místnosti [lx]. Vypočítaná jako aritmetický průměr všech hodnot.[3]

RD

rovnoměrnost činitele denní osvětlenosti. [-]

Emin,Dmin minimální hodnota osvětlenosti a činitele denní osvětlenosti v místnosti při dané situaci. [lx] Emax,Dmax maximální hodnota osvětlenosti a činitele denní osvětlenosti v místnosti při dané situaci. [lx] Příklad výpočtu Příklad výpočtu je uveden pro rovnoměrně zataţenou oblohu, v místnosti A se zakrytými okny. Výpočet činitele denní osvětlenosti je proveden pro měřící bod (0,15m; 0,45m) podle rovnice 3.1

D

E 100% Ek

103,6lx 100% 1,14% 1,1% 9026lx

Rovnoměrnost denního osvětlení je definovaná podle [2] následujícím vztahem. RD

Dmin Dmax

0,3% 1,1%

0,3

(5,1)

Na následujících grafech lze vidět rozloţení osvětlenosti v místnosti. Důleţitá je jak hodnota v luxech, tak i poměrná hodnota činitele denní osvětlenosti, jelikoţ, v kaţdé měřící řadě se měnily vnější světelné podmínky. Kvůli malému mnoţství měřících bodů, je rozlišení grafů poměrně nízké, avšak průběh osvětleností je i tak zřejmý. Další vybrané grafy (ostatní situace pro místnost A pro srovnávací rovinu 85mm) jsou v příloze F.


43

Obrázek 5-4 Rozložení osvětlenosti a činitele denní osvětlenosti pro místnost A, světlovod, 16.4.2012

Obrázek 5-5 Rozložení osvětlenosti a činitele denní osvětlenosti pro místnost A, světlovod, 13.4.2012

5.3.3 Simulace problému v programu HOLIGILM Pomocí programu Holigilm byl proveden výpočet přímé sloţky osvětlení od světlovodů pro výše popsané situace. Velikosti pokojů a světlovodů byly zadány v měřítku 1:1 tedy bez zmenšení a proto je potřebné velikosti zadané na obrázku 5-1 násobit deseti kvůli respektování měřítka modelu. Optické vlastnosti světlovodů byly nastaveny podle hodnot v kapitole 5.2. Tip difuzoru byl nastaven difuzor Lambertův. Poloha slunce byla vypočtena ze zeměpisné šířky polohy měření, data a času měření. Výpočet byl proveden pro místnost A a


44

B. Zde jsou uvedeny výsledky simulace pro místnost A, hodnoty pro místnost B jsou uvedeny v příloze G. Výsledky simulace jsou vypočítány na vodorovné srovnávací rovině 0,85m nad podlahou. Výpočet byl proveden pro měření v 13.4.2012 a 16.4.2012. V tabulce 5-5 jsou uvedeny vypočtené osvětlenosti v bodech, kde se prováděla měření i na modelu. Program vypočte i exteriérovou osvětlenost nezastíněné vodorovné plochy, která je po dobu měření (cca 4 minuty) prakticky neměnná. Pomocí této hodnoty se dají vypočítat činitele denní osvětlenosti. Při zkoumání vypočtených hodnot je třeba brát zřetel na to, ţe výpočet zahrnuje pouze přímou sloţku osvětlenosti světlovodů. Vnitřní odraţená sloţka od zdí, stropu a podlahy není v simulaci zohledněna. Tabulka 5-5 Vypočtené hodnoty osvětleností, činitelů denní osvětlenosti a ostatních významných hodnot v programu Holigilm

9,5 8,5 7,5 6,5 5,5 4,5 3,5 2,5 1,5 0,5 x,y [m]

9,5 8,5 7,5 6,5 5,5 4,5 3,5 2,5 1,5 0,5 x,y [m]

Místnost A, Světlovod , 16.4.2012 E [lx] Ek [lx] 39,6 52,4 39,6 20,9 20540,0 79,0 119,0 79,0 34,0 Em [lx] 91,5 136,0 91,5 40,1 75,3 80,2 108,0 80,2 40,2 Emin[lx] 96,0 140,0 96,0 43,6 20,9 96,0 140,0 96,0 43,6 Emax[lx] 80,2 108,0 80,2 40,2 140,0 91,5 136,0 91,5 40,1 Φs[lm] 79,0 119,0 79,0 34,0 1550 39,6 52,4 39,6 20,9 0,5 1,5 2,5 3,5 Místnost A, Světlovod , 13.4.2012 E [lx] Ek [lx] 127,0 166,0 125,0 65,9 70550,0 256,0 378,0 250,0 108,0 Em [lx] 299,0 441,0 293,0 128,0 242,8 261,0 349,0 256,0 128,0 Emin[lx] 312,0 450,0 305,0 139,0 65,9 314,0 455,0 308,0 139,0 Emax[lx] 261,0 349,0 257,0 128,0 455,0 298,0 437,0 291,0 128,0 Φs[lm] 260,0 386,0 255,0 109,0 4990 131,0 172,0 129,0 67,5 0,5 1,5 2,5 3,5

9,5 8,5 7,5 6,5 5,5 4,5 3,5 2,5 1,5 0,5 x,y [m]

9,5 8,5 7,5 6,5 5,5 4,5 3,5 2,5 1,5 0,5 x,y [m]

Místnost A, Světlovod , 16.4.2012 D [%] 0,2 0,3 0,2 0,1 0,4 0,6 0,4 0,2 0,4 0,7 0,4 0,2 0,4 0,5 0,4 0,2 0,5 0,7 0,5 0,2 0,5 0,7 0,5 0,2 0,4 0,5 0,4 0,2 0,4 0,7 0,4 0,2 0,4 0,6 0,4 0,2 0,2 0,3 0,2 0,1 0,5 1,5 2,5 3,5 Místnost A, Světlovod , 13.4.2012 D [%] 0,2 0,2 0,2 0,1 0,4 0,5 0,4 0,2 0,4 0,6 0,4 0,2 0,4 0,5 0,4 0,2 0,4 0,6 0,4 0,2 0,4 0,6 0,4 0,2 0,4 0,5 0,4 0,2 0,4 0,6 0,4 0,2 0,4 0,5 0,4 0,2 0,2 0,2 0,2 0,1 0,5 1,5 2,5 3,5

Ek [lx] 20540,00 Dm [%] 0,4 Rd[-] 0,1 Dmin[%] 0,1 Dmax[%] 0,7

Ek [lx] 70550,0 Dm [%] 0,3 Rd[-] 0,1 Dmin[%] 0,1 Dmax[%] 0,6


45

Obrázek 5-6 představuje průběh osvětlenosti v místnosti na srovnávací rovině 0,85m nad podlahou. Program dále vypočetl světelný tok vycházející z difuzoru. Tato hodnota bude pouţita při ekonomickém zhodnocení světlovodů.

Obrázek 5-6 Simulace průběhu osvětleností na srovnávací rovině pod rovnoměrně zataženou a pod jasnou oblohou

5.4 Ekonomické hodnocení pouţití světlovodů Tato podkapitola se zabývá ekonomickým hodnocením vyuţití světlovodů. Postup výpočtu je podle [2] s určitými změnami. Nejprve je třeba vypočítat světelný tok, který vystupuje z difuzorů. Jelikoţ změření této hodnoty z modelu by bylo velmi obtíţné, bude se počítat s hodnotami ze simulace programem Holigilm. Simulace byla provedena pro všechny délky modelovaných světlovodů v časech měření při rovnoměrně zataţené obloze a při jasné obloze. Simulace byla rozšířena i na různé průměry světlovodů. Tyto velikosti byly vybrány z katalogu firmy SOLATUBE [21]. Tabulka 5-6 obsahuje výsledky simulací. Tabulka 5-6 Hodnoty světelných toků jednotlivých světlovodů pro různé rozměry

dS [mm] 350 400 520

EK = 20770lx

EK = 79310 lx

lS [m]

1,07

1,65

2,1

1,07

1,65

2,1

ΦS[lm]

1200

1180

1170

4510

4350

4320

lS [m]

1,07

1,65

2,1

1,07

1,65

2,1

ΦS[lm]

1570

1550

1530

5830

5690

5760

lS [m]

1,07

1,65

2,1

1,07

1,65

2,1

ΦS[lm]

2670

2640

2620

9940

9780

9650


46

Kde: dS

průměr světlovodů [m]

lS

délka světlovodů [m]

ΦS


Pro zjednodušení výpočtu byly vypočteny průměrné hodnoty světelných toků pro jednotlivé průměry. Tyto hodnoty budou pouţity v dalším výpočtu. Obrázek 5-7 znázorňuje průměrné hodnoty světelných toků světlovodů pro různé vnější osvětlenosti. 12 9,79

10

Φs [klm]

8 5,76

6

350

4,39

400

4 2

ds [mm]

2,64

520

1,18 1,55

0 21

80 Ek [klx]

Obrázek 5-7 Průměrné hodnoty světelného toku světlovodů pro různé průměry

Aby se dala spočítat úspora elektrické energie a moţná finanční úspora, musí se světlovod nahradit umělým osvětlením. Z katalogu firmy OSRAM [19,20] byly vybrány následující světelné zdroje: Ţárovka CLASIC A Halogenová ţárovka HALOGEN CLASSIC A ECO Kompaktní zářivka OSRAM DULUX T/E PLUS pro EP – s indexem podání barev 80-89 Lineární zářivka LUMILUX T5 HEHIGH EFFICIENCY – s indexem podání barev 80-89 Tabulka 5-7 obsahuje hodnoty světelných toků a příkonů jednotlivých vybraných světelných zdrojů. Podrobné informace o ostatních parametrech světelných zdrojů obsahuje [19,20]


47

Tabulka 5-7 Výkonová řada a světelný tok vybraných světelných zdrojů [19,20]

žárovka halogenové žárovky kompaktní zářivky lineární zářivky

výkon [W] světelný tok *lm+ výkon [W] světelný tok *lm+ výkon [W] světelný tok *lm+ výkon [W]

15

25

40

60

75

100

220

415

710

935

18

28

42

52

70

170

345

630

13

18

26

820 1200 1900

900 1200 1800 14

světelný tok *lm+

105

21

28

1350 2100 2900

Tabulka 5-8 obsahuje počet a výkon světelných zdrojů, kterými se dá teoreticky nahradit mnoţství světelného toku vyzářeného světlovody. Tabulka 5-8 Počet a výkon náhradních světelných zdrojů

průměr světlovodu *mm+ typ svět. zdroje

350

400

520

žárovka

1x60W+1x40w

2x60W

3x60W+40W

halogenové žárovky

1x52W+1x28W

1x52W+1x42W

2x70W+1x18W

kompaktní zářivky

1x13W

1x18W

1x18W+1x13W

lineární zářivky

-

1x14W

1x21W

Po nahrazení světlovodů odpovídajícími umělými světelnými zdroji se dá vypočítat úspora elektrické energie a úspora finančních prostředků. Předpokládá se vyuţití světlovodu po dobu 8 hodin denně, coţ představuje střední dobu vyuţití světlovodu pro různé instalace. Na obrázku 5-8 je uvedena roční úspora energie v kWh pro jednotlivé varianty světlovodů. Obrázek 5-9 znázorňuje roční finanční úsporu. Cena elektrické energie je uvaţována ve výši 4,63 Kč/kWh.[22] Posouzení bylo provedeno pro exteriérovou osvětlenost EK=20 000lx coţ odpovídá hodnotě celoroční průměrné osvětlenosti pro Českou republiku. Tato hodnota je o 0,7 klx menší neţ hodnota, pro kterou byla simulace provedena, nicméně sníţení světelného toku bylo kompenzováno volbou menších hodnot náhradních světelných toků umělých osvětlení.


úspora el. energie [kwh]

700,0

48

642,4

600,0 461,4

500,0 400,0 300,0

350,4 274,5

292,0 233,6

200,0 100,0

38,0

93,4

52,6 40,9

0,0

61,3

0,0 350

400

520

průměr světlovodu[mm] žárovka




Obrázek 5-8 Celoroční úspora elektrické energie pro různé průměry

finanční úspora za rok [kč]

3500,0

2974,3

3000,0 2500,0

2136,1

2000,0 1500,0

1622,4 1270,8

1352,0 1081,6

1000,0 500,0

175,8

243,4189,3

0,0

432,6 283,9

0,0 350

400

520

průměr světlovodu [mm] žárovka




Obrázek 5-9 Finanční úspora za rok

V dalším kroku je vypočtena doba návratnosti moţné instalace světlovodů oproti pouţití umělého osvětlení s přibliţně stejným světelným tokem. Posuzovat se budou dvě varianty. První varianta má za cíl hodnotit konfiguraci světlovodů v modelovém domečku. Zhodnocení bude tedy provedeno pro průměr světlovodu 350mm. Druhá varianta je pro instalaci 10 světlovodů o délce 1,5m s průměrem 520mm ve skladové hale. Ceny komponentů a montáţních prací jsou vypočteny podle katalogu firmy SOLATUBE [21]. Ceny jsou uvedeny včetně DPH. Ve výpočtech bylo pouţito hodnot finančních úspor z obrázku 5-9. Doba návratnosti se počítá jako podíl investičních nákladů k roční finanční úspoře. [2] Tabulka 5-9 obsahuje hodnoty dob návratnosti pro jednotlivé varianty náhradních světelných zdrojů. Varianta A Investiční náklady:


49

3x světlovod o průměru 350mm a délce 1,67m = 46 938 Kč 2x světlovod o průměru 350mm a délce 2,1m = 34 884 Kč 3x světlovod o průměru 350mm a délce 1,07m = 39 229 Kč Celkové montáţní náklady (pokud je světlovod instalován uţivatelem jsou montáţní náklady nulové) = 35 364 Kč Celkové investiční náklady = 156 415 Kč Varianta B Investiční náklady: 10x světlovod o průměru 520mm a délce 1,5m = 166 176 Kč Celkové montáţní náklady = 67 920 Kč Celkové investiční náklady = 234 096 Kč Tabulka 5-9 Vypočtené hodnoty dob návratnosti obou variant

Varianta A Typ náhradního světelného zdroje bez montážních nákladů

s montážními náklady

Varianta B

Doba návratnosti [rok]

žárovka

9,0

5,6


11,2

7,8


68,9

38,4


-

58,5

žárovka

11,6

7,9


14,5

11,0


89,0

54,1


-

82,5

5.5 Závěr a zhodnocení praktické části diplomové práce Praktická část diplomové práce byla zaměřena na měření osvětleností v modelu rodinného domu vybaveném dutými světlovody. Smyslem měření bylo vyzkoušet měření na modelu nerealizované stavby a pomocí výsledků rozhodnout o přínosu instalace světlovodů. Norma [3] dovoluje měření na modelu realizované stavby, nicméně nedefinuje míru shody modelu s reálnou stavbou. Vytvořený model je popsán v kapitole 5.2. Nebylo cílem zhotovit dokonalou zmenšeninu rodinného domku, ale vytvořit maketu, která umoţní měření dostupnými přístroji a dovolí nám tak zjistit příspěvek světlovodů k celkové osvětlenosti interiéru. Podle mého názoru jsou na modelu naměřené závislosti průběhu a charakteru osvětlení (dominantní směr, rozloţení) věrohodné. Absolutní velikosti osvětleností jsou podle mého názoru více méně orientační a představují dobrý odhad reálné situace. Z třech variant měření povaţuji za nejvěrohodnější situaci se světlovody bez oken. Světlovody byly sestaveny z materiálů, které mají podobné optické vlastnosti jako optické části reálných


50

světlovodů. Případné odchylky mohou být způsobeny geometrickou nepřesností nástřešní kupole, a optickými vlastnostmi difuzoru (směrové charakteristiky distribuce světla). Při poţití oken se pro měření jevilo jako největší problém přímé světelné záření. Jelikoţ model neobsahoval výplň oken, nebylo toto světlo ničím stíněno. Výsledkem byly vysoké hodnoty osvětleností u oken na východní straně domku. Pokud bychom se chtěli více přiblíţit reálnému provedení, měl by se do měření zahrnout i vliv stínění okolních budov. Tato skutečnost by se dala modelovat různými předměty podle osazení stavby ve skutečnosti. S pouţitím přístrojů s přesností ±5% si myslím, bychom dokázali tyto vlivy naměřit. Podle mého názoru je model vhodný pro další měření. Například s různými variacemi okolního prostředí (stínění okolních budov, různorodost terénu), anebo se změnou optických vlastností domku (barevní nátěr, nátěr s různou odraností, okna, okenice) či změnou tvaru modelu (prosvětlení půdy, přístavba poschodí). Naměřené a vypočtené hodnoty jsou uvedeny v kapitole 5.3 a příloze D, E, F. Z časových důvodů nebylo moţné vykonat měření v zimě, jak poţaduje [3]. Vyhodnocení výsledků podle normy není z toho důvodu úplné. Vyhodnocení budu popisovat pro měření při rovnoměrně taţené obloze (16.4.2012). Průměrná hodnota vnější osvětlenosti byla 8,8 klx Obecně lze říci, ţe světlovody zvyšovaly hodnoty průměrného činitele denní osvětlenosti v místnostech v rozmezí 0,2-1%. Největší nárůst byl zaznamenán v místnosti C, kde se jedná o hodnotu 1,0%. Minimální hodnoty denní osvětlenosti byly zvyšovány příspěvky světlovodů v rozmezí 0,4 – 0,6%. Rovnoměrnost denního osvětlení byla nejvyšší u varianty bez oken. Výrazná změna při variantách bez a se světlovody ohledně rovnoměrnosti denního osvětlení, nebyla patrná. Celkově se dá říci, ţe místnost D můţe patřit do zrakové třídy V, místnosti A a C do zrakové třídy IV a místnost B do zrakové třídy III. Tyto místnosti splňují průměrné a minimální hodnoty činitelů denní osvětlenosti podle tabulky 2-1. Nesplňují však podmínku rovnoměrnosti denního osvětlení. Z naměřených a vypočtených hodnot lze vidět, ţe všechny místnosti mají určitou část (většinou při oknech a pod světlovody), která splňuje i kritérium rovnoměrnosti denního osvětlení. Pokud posuzujeme variantu osvětlování se světlovody bez oken, lze říct, ţe místnosti splňují kritérium pro zrakovou třídu VII, tedy pro celkovou orientaci (chůze, doprava materiálu, celkový pohled). Pro lepší představu příspěvků světlovodů je důleţité sledovat i hodnoty osvětlenosti. Průměrná osvětlenost v místnostech se pohybovala mezi 50lx aţ 90lx. Měření ukázalo, ţe přisvětlení světlovody se dá pouţít i při sdruţeném osvětlení. Takto získané denní světlo postačuje poţadavkům tříd zrakové činnosti V aţ VII (podle tabulky 2-2). Pokud budeme hodnotit místnosti podle kritérií pro obytné prostory (kromě D - chodba) lze konstatovat, ţe místnost A, B, C poţadavek Dm=2% pro horní denní osvětlení nesplňují. Při osvětlení smíšeném (horní a boční) jsou poţadavky splněny. Pokud analyzujeme výsledky měření při jasné obloze (13.4.2012) lze konstatovat, ţe světlovody přispívaly k celkové osvětlenosti i k rovnoměrnosti denního osvětlení v značné míře. Na západní straně domku, kam nedopadala přímá, nezacloněná sluneční zář, byla rovnoměrnost největší a průměrná hodnota osvětleností byla 900lx a 2000lx. Průměrné příspěvky světlovodů k vnitřní osvětlenosti pokojů se pohybovaly mezi 250-300lx. Příspěvek


51

na chodbě činil 500lx. Necloněná přímá sloţka slunečního záření, procházející východní stranou při jasné obloze, způsobovala velké rozdíly mezi minimální a maximální hodnotou osvětleností. Způsobovala také velké rozdíly jasů. Podle mého názoru jsou světlovody při jasné obloze dostačující náhradou umělého osvětlení jak na chodbách, tak i v odbytných místnostech a podzemních garáţích. Z výše uvedených úvah lze konstatovat, ţe duté světlovody samy o sobě přenesou takové mnoţství denního světla, které stačí na orientační osvětlení místností. Nenahrazují boční denní osvětlení a pro vykonávání náročnějších zrakových činností je nutné je doplnit umělým osvětlením. Další kapitola praktické části diplomové páce se zabýval simulací v programu Holigilm. Výsledky jsou popsány v kapitole 5.3.3 a v příloze G. Obecně lze říci, ţe hodnoty osvětlenosti jsou v modelu niţší, neţ v simulaci, ale poměrné hodnoty činitele osvětlenosti jsou naopak vyšší neţ v simulaci. Důvodem této nesrovnalosti je skutečnost, ţe program počítal s větší exteriérovou osvětleností, neţ byla při měření a počítá pouze s přímou sloţkou (neodrazenou) vnitřní osvětlenosti. Jelikoţ zdi měly poměrně vysokou odrazivost, odrazená sloţka přispívala k vnitřním světelným podmínkám. Simulovaný charakter rozloţení osvětleností v místnosti byl totoţný s naměřenými hodnotami. Velkou výhodou simulace je, moţnost vypočtu světelného toku vycházejícího z difuzoru. V poslední části kapitoly 5 bylo provedeno ekonomické zhodnocení světlovodů. Z vypočtených závislostí je zřejmé, ţe světlovody přinášejí úsporu elektrické energie. Pokud se podíváme na dobu návratnosti investičních nákladů světlovodů oproti umělým světelným zdrojům, je zřejmé, ţe z pohledu pouze finančního se vyplatí nahrazovat světlovody ţárovkami a halogenovými ţárovkami. Při tomto výpočtu byla předpokládána osmihodinová vyuţitelnost světlovodů. Tuto podmínku splňují a mnohdy i převyšují aplikace světlovodů ve výrobních halách, nákupních střediscích, skladových prostorech, podzemních garáţích atd. Zde můţe být návratnost niţší. Naopak instalace v rodinných domech mají tuto dobu niţší, jelikoţ na místech, kam se světlovod většinou instaluje (chodba, záchod, koupelna), není třeba svítit osm hodin denně umělým osvětlením. Nicméně i v rodinném domu si lze představit vyuţití světlovodu v obytných prostorech, kde je vyuţití značně vyšší. Světlovody však nemůţeme posuzovat pouze po finanční stránce. Jednoznačný přínos světlovodů je denní světlo, jeho barevné podání a dynamika. Pokud se světlovody instalují na místa, kam by se denní světlo jiným způsobem nedostalo, je světlovod velkou výhodou a mnohdy jediným řešením pro zajištění zrakové pohody. Světlovody se samozřejmě nemohou povaţovat za náhradu oken, nebo umělého osvětlení. Jejich cílem je doplnit funkci ostatních světelných systémů. Podle mého názoru není účelné instalovat větší mnoţství světlovodů do rodinných domů, protoţe jejich účinky se nevyuţijí v plné míře. Nicméně instalace světlovodů na tmavé chodby se setkává s pozitivním ohlasem spotřebitelů. Zdrojem této informace jsou jak stránky výrobce [21] tak i osobní konzultace s uţivateli. Podle mého názoru daleko přínosnější jsou aplikace v komerčních prostorech s těţkou přístupností denního světla, určených pro výrobu, výuku, prodej, skladování s celodenním pohybem lidí


52

(podzemní prostory). Denní světlo pozitivně ovlivňuje výkonnost, psychické rozpoloţení, zdraví a tvořivost [1,2] jednice. Pokud však chceme, aby světlovod plnil svou funkci měli bychom věnovat výzkumu a analýze provozních parametrů a podmínek patřičnou pozornost. Je nevyhnutně nutné zajistit správnou izolaci světlovodného tubusu, za účelem zamezení tepelných ztrát z interiéru. Bezchybná montáţ je podmínkou pro spokojenost uţivatele a pro návratnost vloţených nákladů. Vyuţívání uţ stávajících instalací přináší mnoho otázek, které je třeba ještě analyzovat a vyřešit (moţná kondenzace uvnitř tubusu, velké teplotní rozdíly mezi kupolí a difuzorem v zimě).

Závěr

53

6 ZÁVĚR Dnešní osvětlovací technika se snaţí vyuţít denního světla v osvětlování co v největší míře. Výhody osvětlení denním světlem nejsou jenom úspory elektrické energie a financí, ale také pozitivní vliv na člověka. Existuje uţ mnoho osvětlovacích soustav, které umoţňují distribuci a redistribuci denního světla. Jako příklady můţeme uvézt heliostaty, světlíky, anglické dvorky, duté světlovody, prizmatické panely a mnohé další. Třetí kapitola této diplomové práce se zaměřuje na klasifikaci a popis těchto systémů. Jako při kaţdém návrhu, tak i při návrhu osvětlení denním světlem je třeba brát ohled na technické a hygienické poţadavky, které jsou na navrhovaný prostor kladeny. Tyto poţadavky často ovlivňují výběr budoucího světelného zařízení. Ze studie těchto norem, které jsou popsány v kapitole 2, je zřejmé, ţe duté světlovody jsou určeny spíš pro smíšené osvětlení. Tento fakt však neznehodnocuje jejich význam a nutnost vyuţití. Pozitivní vliv denního světla na lidský organizmus se uplatňuje i při sdruţeným osvětlení. Proto je vyuţití dutých světlovodů doporučováno na chodbách, v podzemních garáţích, ve výrobních halách a v nákupních střediscích. Čtvrtá kapitola práce je zaměřena na výpočtové programy a modely, které umoţňují odhad a vizualizaci světelných podmínek při vyuţití dutých světlovodů. V 4. kapitole byl popsán program HOLIGILM, který byl dále pouţit pro řešení modelového příkladu. Program HOLIGILM se ukázal být velice uţitečný pro návrh osvětlovacích systémů s dutými světlovody. Pátá kapitola popisuje praktickou část diplomové práce, která se zaměřila na měření světelných podmínek v modelu rodinného domku se světlovody. Popis měření a naměřené hodnoty jsou uvedeny v kapitole 5.2 a v přílohách B-F. Součástí praktické části byla také simulace daného měření v programu HOLIGILM. Naměřené hodnoty byly vyhodnoceny s ohledem na poţadavky technických norem popsaných v kapitole 2. Výsledky měření potvrzují teorii o vyuţití světlovodů pro osvětlování prostor s nenáročnou zrakovou činností, anebo jako doplňující osvětlení pro boční denní osvětlení, případně pro osvětlení umělé. Ekonomické zhodnocení světlovodů je popsáno v kapitole 5.4. Z ekonomického hlediska představují světlovody moţnost úspory elektrické energie. Finanční úspora je však zatíţena vysokými pořizovacími a investičními náklady, avšak jejích návratnost je v přijatelném časovém horizontu. Posuzování světlovodů však nemůţe být jenom v ekonomické rovině. Závěrečná část 5. kapitoly obsahuje komplexní zhodnocení jak provedeného měření, tak i světlovodných systémů. Jedním z výsledků práce je model rodinného domku, který byl sestaven na katedře elektroenergetiky na FEKT – VUT, na kterém byla vykonávána série měření. Tento model obsahuje funkční instalaci miniatur dutých světlovodů a je vhodný pro další práci při zkoumání denní osvětlenosti obytných budov.

Pouţitá literatura

54

POUŢITÁ LITERATURA Knihy [1]

DARULA, Stanislav, et al. Osvětlování světlovody. 1. vyd. Praha : Grada Publishing, a.s., 2009. 160 s. ISBN 978-80-247-2459-1.

[2]

PLCH, Jiří, MOHELNÍKOVÁ, Jitka, SUCHÁNEK, Petr. Osvětlení neosvětlitelných prostor. 1. vyd. Brno : ERA group spol. s r.o., 2004. 130 s. ISBN 80-86517-82-9.

Normy [3]

ČSN 730580 - 1. Denní osvětlení budov : Část 1 - Základní požadavky. Praha : ČESKÝ NORMALIZAČNÍ INSTITUT, 2007. 24 s.

[4]

ČSN 73 0580 - 2. Denní osvětlení budov: část 2: Denní osvětlení obytných budov. Praha : ČESKÝ NORMALIZAČNÍ INSTITUT, 2007.

[5]

ČSN 73 0580 - 3. Denní osvětlení budov: část 3: Denní osvětlení škol.. Praha : ČESKÝ NORMALIZAČNÍ INSTITUT, 1994.

[6]

ČSN 73 0580 - 4. Denní osvětlení budov: část 4: Denní osvětlení průmyslových budov.. Praha : ČESKÝ NORMALIZAČNÍ INSTITUT, 1994.

[7]

ČSN 36 0020. Sdružené osvětlení.. Praha : ČESKÝ NORMALIZAČNÍ INSTITUT, 2007.

[8]

ČSN EN 12467 - 1. Světlo a osvětlení – Osvětlení pracovních prostorů: část 1: Vnitřní pracovní prostory.. ČESKÝ NORMALIZAČNÍ INSTITUT, 2004.

Přednášky a sborníky z konferencí [9]

KISCHKOWEIT-LOPIN. An overview of daylighting systems. Solar Energi vol.73. Elsevier Science Ltd., 2002, 6s. PII: S0038 - 092X(02)00036 - 1.

[10]

KOCIFAJ, Miroslav. Osvetľovanie svetlovodmi: od modelu k návrhu realizácie. In: Kurz osvětlovací techniky XVII. VŠB – Technická univerzita Ostrava: Ediční středisko VŠB -, 2009, 114 118. Dostupné z: http://www.csorsostrava.cz/sborniky/Kurz_osvetlovaci_techniky_XXVII.pdf

[11]

KRASŇAN, Marek. Možnosti úspor elektrickej energie použitím svetlovodov. In: Kurz osvětlovací techniky XVII. VŠB – Technická univerzita Ostrava: Ediční středisko VŠB -, 2009, 114 118. Dostupné z: http://www.csorsostrava.cz/sborniky/Kurz_osvetlovaci_techniky_XXVII.pdf

[12]

KRUPA, Marek, Róbert FRIMER a Ladislav BARTKO. Systémy redistribúcie denného svetla. In: NOVUS SCIENTA 2007., ISBN: 978-80-8073-922-5 Slovenská republika: UVZ Herĺany, 2007, 304 -308. Dostupné z: http://www.sjf.tuke.sk/novus/papers/304-308.pdf

Pouţitá literatura

55

Časopisy – seriálové publikace (články) [13]

AJZENBERG, J.B. Historie vývoje a užití dutých světlovodů - 2. část . Světlo : Časopis pro světelnou techniku a osvětlování [online]. 2001, č. 2. Dostupný z WWW: .

[14]

KAŇKA, Jan. Denní osvětlení obytných místností. SVĚTLO. 2010, 1, s. 30-33. Dostupný také z WWW: .

[15]

KOCIFAJ, Miroslav, Stanislav DARULA a František KUNDRACIK. Tubusové svetlovody: modelovanie interiérových osvetleností pri štandardných svetelných podmienkach. Světlo: časopis pro světelnou techniku. 2010/2, 52-54. Dostupné z: http://www.odbornecasopisy.cz/index.php?id_document=41239

Elektronické texty [16]

DARULA, Stanislav; KITTLER, Richard. CIE GENERAL SKY STANDARD DEFINING LUMINANCE DISTRIBUTIONS [online]. [s.l.] : [s.n.], 2002. Dostupné z WWW: .

[17]

VAŠINA, Martin. Denní a sdružené osvětlení. Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, Fakulta technologická, 2009, s. 9. Dostupné z WWW : http://ufmi.ft.utb.cz/texty/env_fyzika/EF_08.pdf

[18]

KIM, Jeong Tai ; KIM, Gon. Overview and dewelopments in optical daylighting systems for building a healthy indoor enviroment. Building and Enviroment. 2010, 256-269,

Katalogy [19]

OSRAM. Světelné zdroje a systémy: od roku 2010 [online]. Dostupné z: http://www.osram.cz/osram_cz/KATALOG/Katalog_2010_komplet.pdf

[20]

OSRAM. Lineární zářivky [online]. Dostupné http://www.osram.cz/osram_cz/KATALOG/05_zarivky_15-06-43.pdf

z:

Internetové odkazy [21]

SALATUBE: ...světlovody, http://www.solatube.cz/node/4

které

svítí.

[online].

Dostupné

z:

[23]

Přehled cen elektrické energie: ceny platné od 1.1.2012. [online]. Dostupné z: http://www.tzb-info.cz/prehled-cen-elektricke-energie#d02

Doporučená literatura [23]

KOCIFAJ, M. – DARULA, S. – KITTLER, R.: HOLIGILM : Hollow light guide interior illumination method – An analytic calculation approach for cylindrial lightubes. Solar Energy 2008, 82, 247 – 259.

Pouţitá literatura [24 ] ZAJÍČEK, J. Měření účinnosti dutého světlovodu. Bakalářská práce. Brno: Ústav elektroenergetiky FEKT VUT v Brně 2010. 43 stran.

56

Příloha A – Výsledky simulačního příkladu

PŘÍLOHA A – VÝSLEDKY SIMULAČNÍHO PŘÍKLADU

Přiloha A 1 Osvětlenost pod světlovodem v létě při jasné obloze

Přiloha A 2 Osvětlenost pod světlovodem v zimě při jasné obloze

57


Přiloha A 3 Osvětlenost spodní strany difuzoru v zimě při jasné obloze

Přiloha A 4 Osvětlenost spodní strany difuzoru v létě při jasné obloze

58


Přiloha A 5 Osvětlenost na spodní straně difuzoru v zimě při rovnoměrně zatažené obloze

Přiloha A 6 Osvětlenost na spodní straně difuzoru v létě při rovnoměrně zatažené obloze

59

Příloha B – Fotografie modelového domku

PŘÍLOHA B – FOTOGRAFIE MODELOVÉHO DOMKU

Příloha B 1 – Modelový domek na místě měření

Příloha B 2 – Místnost A, a místnost D. Pohled z okna a z dveří

60

Příloha C – Seznam přístrojů

PŘÍLOHA C – SEZNAM PŘÍSTROJŮ Luxmetr č.1 PRC – Krochmann, Radiolux 111 Rozsah: 0,01 lx – 360 klx Kalibrovaný luxmetr třídy A – nejistota 0,6% Evidenční číslo 051113 – 2 Luxmetr č.2 Chroma meter CL -200 – Konica Minolta Rozsah: 0,1 – 99,9 klx Přesnost: ± 2% zobrazované hodnoty Evidenční číslo: 76631127 Spektrofotometr CM – 3600D – Konica Minolta Měřící rozsah: 360 – 740 nm Evidenční číslo: 658 – 659 Podrobnou technickou specifikaci přístrojů lze najít na: http://www.ueen.feec.vutbr.cz/light-laboratory/?section=equipments

61

Příloha D – Celková tabulka významných hodnot

62

PŘÍLOHA D – CELKOVÁ TABULKA VÝZNAMNÝCH HODNOT 11.4.2012 Obloha s přimou i s difuzní složkou

Místnost A

Místnost B

Místnost C

Místnost D

13.4.2012

16.4.2012 Rovnoměrně zatežená obloha

Jasná obloha

S+O

O

S

S+O

O

S

S+O

O

S

Em [lx]

3300,9

3329,2

212,3

6550,8

4613,5

252,8

425,6

437,7

46,8

Emin [lx]

1082,0

990,1

132,4

1560,0

1150,0

121,0

175,0

142,0

22,0

Emax [lx]

11620,0 16470,0 301,2

40150,0

30410,0 360,0

1385,0

1770,0

103,6

Dm [%]

8,9

7,9

0,6

13,4

10,7

0,5

5,4

5,2

0,6

RD [-]

0,1

0,1

0,4

0,0

0,0

0,4

0,1

0,1

0,2

Dmin [%]

2,8

2,4

0,3

3,2

2,4

0,3

2,0

1,6

0,3

Dmax [%]

29,6

38,5

0,8

84,2

72,6

0,8

17,6

22,0

1,1

Em [lx]

3608,9

3361,0

317,8

1934,0

1458,5

300,2

869,5

1055,0

89,3

Emin [lx]

1923,0

1583,0

280,7

980,0

610,0

257,0

379,0

335,0

56,5

Emax [lx]

5646,0

5468,0

351,8

4390,0

3670,0

357,0

2345,0

3025,0

117,9

Dm [%]

11,2

10,1

0,9

5,2

3,8

1,0

8,8

8,1

1,0

RD [-]

0,3

0,3

0,8

0,2

0,2

0,6

0,1

0,1

0,5

Dmin [%]

5,6

4,6

0,8

2,6

1,5

0,8

3,2

2,8

0,7

Dmax [%]

18,6

17,0

1,0

12,0

9,6

1,3

22,9

23,0

1,4

Em [lx]

2332,4

2082,3

274,4

893,1

730,9

285,1

584,9

393,0

55,1

Emin [lx]

1567,0

1451,0

199,7

700,0

460,0

212,0

307,0

207,0

33,8

Emax [lx]

3877,0

3851,0

344,0

1520,0

1520,0

384,0

1515,0

955,0

88,3

Dm [%]

6,3

5,3

0,6

0,2

1,7

0,6

6,8

5,8

0,8

RD [-]

0,4

0,4

0,6

0,4

0,3

0,6

0,2

0,2

0,4

Dmin [%]

4,0

3,7

0,5

0,2

1,1

0,4

3,5

3,1

0,5

Dmax [%]

10,5

9,8

0,8

0,4

3,5

0,8

17,6

14,4

1,2

Em [lx]

2410,4

2136,4

294,5

1213,9

704,8

510,1

261,7

325,9

68,7

Emin [lx]

536,0

299,5

108,9

420,1

110,1

194,8

76,0

44,5

21,3

13410,0 15880,0 404,7

4450,0

2830,0

711,7

1329,0

2620,0

121,7

Emax [lx] Dm [%]

5,5

4,8

0,7

2,1

1,1

0,7

3,0

3,1

0,8

RD [-]

0,0

0,0

0,3

0,1

0,0

0,3

0,1

0,0

0,2

Dmin [%]

1,2

0,7

0,3

0,7

0,2

0,3

0,9

0,5

0,3

Dmax [%]

29,9

35,7

1,0

8,0

4,2

1,0

15,3

24,1

1,6

Příloha E –Naměřené hodnoty

63

PŘÍLOHA E –NAMĚŘENÉ HODNOTY Místnost A, den měření – 11.4.2012 Tk [K] 5786 0,95 0,85 0,75 0,65 0,55 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m] Tk [K] 5681 0,95 0,85 0,75 0,65 0,55 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m] Tk [K] 5788 0,95 0,85 0,75 0,65 0,55 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

Místnost A, Světlovod + Okno, 11.4.2012, 11:48-11:56 E [lx] Ek [lx] 1096 1638 1920 1220 36700 1096 1699 5867 2721 34870 1208 1531 7796 4449 35360 1281 1505 2355 1983 37020 1462 1407 1515 1082 38730 1472 1934 2223 1328 35580 1767 1818 10230 3502 39310 2347 2522 11620 6345 39230 3357 4557 5042 3506 38250 7635 8381 5556 2064 36490 0,05 0,15 0,25 0,35

Místnost A, Světlovod + Okno, 11.4.2012 D [%] 0,95 3,0 4,5 5,2 3,3 0,85 3,1 4,9 16,8 7,8 0,75 3,4 4,3 22,0 12,6 0,65 3,5 4,1 6,4 5,4 0,55 3,8 3,6 3,9 2,8 0,45 4,1 5,4 6,2 3,7 0,35 4,5 4,6 26,0 8,9 0,25 6,0 6,4 29,6 16,2 0,15 8,8 11,9 13,2 9,2 0,05 20,9 23,0 15,2 5,7 x,y[m] 0,05 0,15 0,25 0,35

Místnost A, Okno , 11.4.2012, 12:0612:12 E [lx] Ek [lx] 1066 1658 2235 1391 43700 990,1 1100 5268 4862 41430 1142 1391 4085 10040 40620 1185 1405 2330 2087 42590 1218 1480 1395 1197 43270 1419 1897 2729 1407 42780 1736 1789 1336 4081 42540 2412 2535 4904 7733 43240 3679 4827 4561 2933 41790 12310 16470 5020 1865 42800 0,05 0,15 0,25 0,35

D [%] 0,95 2,4 3,8 5,1 0,85 2,4 2,7 12,7 0,75 2,8 3,4 10,1 0,65 2,8 3,3 5,5 0,55 2,8 3,4 3,2 0,45 3,3 4,4 6,4 0,35 4,1 4,2 3,1 0,25 5,6 5,9 11,3 0,15 8,8 11,6 10,9 0,05 28,8 38,5 11,7 x,y[m] 0,05 0,15 0,25

Místnost A, Světlovod , 11.4.2012, 11:56-12:04 E [lx] Ek [lx] 180,6 198,7 164,8 133,4 41700 249,5 274,7 216,3 162,1 41710 289,9 301,2 235,4 176,6 42200 261,8 300 239,5 172,5 40000 238,8 265,9 222,2 168,3 35560 235,5 269,4 203,5 149,5 34180 217,9 238,7 191,3 132,4 35540 221,9 261,9 234,7 143,2 37460 234,8 266,3 220,2 154,5 38260 177 191 161,6 136,2 38960 0,05 0,15 0,25 0,35

Mítnost A, Světlovod, 11.4.2012 D [%] 0,95 0,4 0,5 0,4 0,3 0,85 0,6 0,7 0,5 0,4 0,75 0,7 0,7 0,6 0,4 0,65 0,7 0,8 0,6 0,4 0,55 0,7 0,7 0,6 0,5 0,45 0,7 0,8 0,6 0,4 0,35 0,6 0,7 0,5 0,4 0,25 0,6 0,7 0,6 0,4 0,15 0,6 0,7 0,6 0,4 0,05 0,5 0,5 0,4 0,3 x,y[m] 0,05 0,15 0,25 0,35

Mítnost A, Okno, 11.4.2012 3,2 11,7 24,7 4,9 2,8 3,3 9,6 17,9 7,0 4,4 0,35


64

Místnost A - den měření – 13.4.2012, Tk [K] 5539 0,95 0,85 0,75 0,65 0,55 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m] Tk [K] 5701 0,95 0,85 0,75 0,65 0,55 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

Místnost A, Světlovod + Okno, 13.4.20129, 9:57-10:04 E [lx] Ek [lx] 1560 1820 1960 1630 48820 1760 1940 2870 3930 49040 2040 1930 28400 40150 47670 2350 2010 4500 5400 49360 1900 1920 2270 1730 49580 1980 2190 2360 1880 42480 2140 2270 2820 4180 50110 2620 2560 28290 39730 50240 3350 3170 28080 7070 49210 2820 5620 4640 2190 48980 0,05 0,15 0,25 0,35 Místnost A, Okno , 13.4.2012, 10:1510:23 E [lx] Ek [lx] 1150 1400 1530 1310 47850 1270 1390 2170 3140 47560 1480 1360 21810 30410 46550 1370 1290 3270 5010 45760 1170 1260 1560 1180 40450 1260 1410 1610 1290 39510 1450 1500 1680 3630 41750 1710 1640 13630 29040 40010 2440 2720 14630 6970 41380 2150 5470 4210 1570 41950 0,05 0,15 0,25 0,35

Místnost A, Světlovod + Okno, 13.4.2012 D [%] 0,95 3,2 3,7 4,0 3,3 0,85 3,6 4,0 5,9 8,0 0,75 4,3 4,0 59,6 84,2 0,65 4,8 4,1 9,1 10,9 0,55 3,8 3,9 4,6 3,5 0,45 4,7 5,2 5,6 4,4 0,35 4,3 4,5 5,6 8,3 0,25 5,2 5,1 56,3 79,1 0,15 6,8 6,4 57,1 14,4 0,05 5,8 11,5 9,5 4,5 x,y[m] 0,05 0,15 0,25 0,35 Mítnost A, Okno, 13.4.2012 0,95 0,85 0,75 0,65 0,55 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y[m]

2,4 2,7 3,2 3,0 2,9 3,2 3,5 4,3 5,9 5,1 0,05

D [%] 2,9 3,2 2,9 4,6 2,9 46,9 2,8 7,1 3,1 3,9 3,6 4,1 3,6 4,0 4,1 34,1 6,6 35,4 13,0 10,0 0,15 0,25

2,7 6,6 65,3 10,9 2,9 3,3 8,7 72,6 16,8 3,7 0,35

Místnost A, den měření – 16.4.2012 Tk [K] 6248 0,95 0,85 0,75 0,65 0,55 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

Místnost A, Světlovod + Okno, 16.4.2012, 11:59-12:09 Ek E [lx] [lx] 175 210 281 222 8822 212 234 347 682 7835 223 273 374 1228 8318 223 252 393 624 8690 224 267 294 253 9210 228 269 276 224 8430 232 258 348 569 8173 252 270 400 1385 7857 363 498 535 884 7302 391 1251 1075 325 7204 0,05 0,15 0,25 0,35

Místnost A, Světlovod + Okno, 16.4.2012 D [%] 0,95 2,0 0,85 2,7 0,75 2,7 0,65 2,6 0,55 2,4 0,45 2,7 0,35 2,8 0,25 3,2 0,15 5,0 0,05 5,4 x,y[m] 0,05

2,4 3,0 3,3 2,9 2,9 3,2 3,2 3,4 6,8 17,4 0,15

3,2 4,4 4,5 4,5 3,2 3,3 4,3 5,1 7,3 14,9 0,25

2,5 8,7 14,8 7,2 2,7 2,7 7,0 17,6 12,1 4,5 0,35


Tk [K] 6271 0,95 0,85 0,75 0,65 0,55 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

Místnost A, Okno , 16.4.2012, 12:09-12:17 Ek E [lx] [lx] 142 172 221 177 8991 157 166 285 544 9012 160 181 380 1501 8970 162 181 303 756 8401 165 189 175 161 9039 171 199 237 184 8693 193 205 322 585 8442 272 262 447 1770 8050 407 633 569 913 8357 350 1564 1613 435 8153 0,05 0,15 0,25 0,35

65

Mítnost A, Okno, 16.4.2012 D [%] 0,95 0,85 0,75 0,65 0,55 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y[m]

1,6 1,7 1,8 1,9 1,8 2,0 2,3 3,4 4,9 4,3 0,05

1,9 1,8 2,0 2,2 2,1 2,3 2,4 3,3 7,6 19,2 0,15

2,5 3,2 4,2 3,6 1,9 2,7 3,8 5,6 6,8 19,8 0,25

2,0 6,0 16,7 9,0 1,8 2,1 6,9 22,0 10,9 5,3 0,35

Místnost B – den měření 11.4.2012 Tk [K] 5345 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m] Tk [K] 5730 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

Místnost B, Světlovod + Okno, 11.4.2012, 11:10-11:14 E [lx] Ek [lx] 2012 2045 1966 1923 34510 3909 3074 2355 2138 33870 4950 4118 3487 3130 32190 4540 4980 4524 3560 32930 5435 5646 5013 3373 30400 0,05 0,1 0,15 0,2 Místnost B, Okno, 11.4.2012, 11:20-11:24 E [lx] Ek [lx] 1614 1647 1583 1691 34360 3266 2779 2131 1904 34970 4490 4151 3177 2864 34520 4330 4811 4392 3486 32480 5090 5468 4918 3428 32160 0,05 0,1 0,15 0,2

Tk [K] 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

320,4 305,4 296,1 301,9 280,7 0,05

Místnost B, Světlovod , 11.4.201211:15-11:19 E [lx] 346,3 351,8 340,2 332,2 342 330,7 316,1 314 303,3 336,9 340,6 322,3 290,7 288,5 294,9 0,1 0,15 0,2

Ek [lx] 35130 35080 35580 33840 34910

0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

Mítnost B, Světlovod + Okno, 11.4.2012 D [%] 5,8 5,9 5,7 5,6 11,5 9,1 7,0 6,3 15,4 12,8 10,8 9,7 13,8 15,1 13,7 10,8 17,9 18,6 16,5 11,1 0,05 0,1 0,15 0,2

0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

Mítnost B, Okno, 11.4.2012 D [%] 4,7 4,8 4,6 4,9 9,3 7,9 6,1 5,4 13,0 12,0 9,2 8,3 13,3 14,8 13,5 10,7 15,8 17,0 15,3 10,7 0,05 0,1 0,15 0,2

0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

Mítnost B, Světlovod, 11.4.2012 D [%] 0,9 1,0 1,0 1,0 0,9 0,9 1,0 0,9 0,8 0,9 0,9 0,9 0,9 1,0 1,0 1,0 0,8 0,8 0,8 0,8 0,05 0,1 0,15 0,2


66

Místnost B, den měření -13.4.2012 Tk [K] 5742 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m] Tk [K] 5671 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m] Tk [K] 5867 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

Místnost B, Světlovod + Okno, 13.4.2012, 9:30-9:35 E [lx] Ek [lx] 1010 1000 1020 980 37840 2610 1320 1180 1130 37910 2560 2010 1600 1400 37580 2280 2210 1820 1530 36330 3890 4390 3020 1720 36620 0,05 0,1 0,15 0,2 Místnost B, Okno, 13.4.20129, 9:3540 E [lx] Ek [lx] 680 660 620 610 39410 1030 960 820 790 39110 2200 1620 1270 1040 38800 1950 1760 1460 1250 38540 3120 3670 2270 1390 38340 0,05 0,1 0,15 0,2 Místnost B, Světlovod , 13.4.2012, 9:40-9:44 E [lx] Ek [lx] 289 324 329 348 33490 257 272 299 312 32030 260 320 357 300 27810 279 327 268 337 31550 260 272 297 296 34060 0,05 0,1 0,15 0,2

0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]


0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

Mítnost B, Okno, 13.4.2012 D [%] 1,7 1,7 1,6 1,5 2,6 2,5 2,1 2,0 5,7 4,2 3,3 2,7 5,1 4,6 3,8 3,2 8,1 9,6 5,9 3,6 0,05 0,1 0,15 0,2

0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]


0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]


Místnost B, den měření -16.4.2012 Tk [K] 6230 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

Místnost B, Světlovod + Okno, 16.4.2012, 11:25-11:31 E [lx] Ek [lx] 379 452 489 473 11760 903 541 519 462 10770 2345 1250 765 497 10250 1057 1051 792 631,2 9460 1012 1332 1460 980 9032 0,05 0,1 0,15 0,2


Tk [K] 6204 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m] Tk [K] 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

Místnost B, Okno, 16.4.201211:3311:39 E [lx] Ek [lx] 351 341 339 335 12010 862 617 500 429 12890 3025 1259 751 559 13140 1258 1356 1055 864 13250 1412 2412 2120 1254 13230 0,05 0,1 0,15 0,2 Místnost B, Světlovod , 16.4.2012, 11:39-11:44 E [lx] Ek [lx] 85,4 108,5 117,9 113,1 9045 68 82,2 94,3 93,5 8845 56,5 67,8 72,3 71 7850 89,5 93,9 107,9 102,6 7986 83,3 92,6 97,6 87,1 9010 0,05 0,1 0,15 0,2

67

0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

Mítnost B, Okno, 16.4.2012 D [%] 2,9 2,8 2,8 2,8 6,7 4,8 3,9 3,3 23,0 9,6 5,7 4,3 9,5 10,2 8,0 6,5 10,7 18,2 16,0 9,5 0,05 0,1 0,15 0,2

0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]


Místnost C, den měření -11.4.2012 Tk [K] 5723 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m] Tk [K] 5711 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

Místnost C, Světlovod + Okno , 11.4.2012, 11:26-11:30 E [lx] Ek [lx] 1567 1851 1798 1657 39130 3176 2688 2128 1788 38030 3877 3412 2612 2346 37070 2002 2293 2170 1953 35160 0,05 0,1 0,15 0,2 Místnost C, Okno , 11.4.2012, 11:35-11:39 E [lx] Ek [lx] 1583 1451 1478 1457 39190 2896 2066 1656 1495 38440 3851 2781 2117 1883 39440 2389 2292 1999 1923 40100 0,05 0,1 0,15 0,2

Tk [K] 5705 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

199,7 292,6 308,4 235,7 0,05

Místnost C, Světlovod , 11.4.201211:30-11:34 E [lx] 217 215,5 214,4 306,4 313,6 305,6 329,4 344 335,6 255,3 261,7 255,2 0,1 0,15 0,2

Místnost C, den měření -13.4.2012

Ek [lx] 41820 43000 42560 41640

0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

Mítnost C, Světlovod + Okno, 11.4.2012 D [%] 4,0 4,7 4,6 4,2 8,4 7,1 5,6 4,7 10,5 9,2 7,0 6,3 5,7 6,5 6,2 5,6 0,05 0,1 0,15 0,2

0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

Mítnost C, Okno, 11.4.2012 D [%] 4,0 3,7 3,8 7,5 5,4 4,3 9,8 7,1 5,4 6,0 5,7 5,0 0,05 0,1 0,15

0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

3,7 3,9 4,8 4,8 0,2

Mítnost C, Světlovod, 11.4.2012 D [%] 0,5 0,5 0,5 0,5 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,8 0,8 0,8 0,6 0,6 0,6 0,6 0,05 0,1 0,15 0,2


Tk [K] 5955 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m] Tk [K] 5636 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m] Tk [K] 5666 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

Místnost C, Světlovod + Okno , 13.4.2012, 9:45-9:48 E [lx] Ek [lx] 715 840 765 714 41250 1030 1000 780 760 39020 1520 1320 1040 900 34740 700 750 704 751 39730 0,05 0,1 0,15 0,2 Místnost C, Okno , 13.4.20129, 9:499:52 E [lx] Ek [lx] 600 668 644 590 45940 1210 830 723 630 43580 1520 950 690 600 43330 618 480 482 460 43580 0,05 0,1 0,15 0,2 Místnost C, Světlovod , 13.4.2012, 9:52-9:56 E [lx] Ek [lx] 212 227 228 223 48010 286 302 307 307 47010 299 336 376 384 48490 239 262 282 291 45460 0,05 0,1 0,15 0,2

68

0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]


0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

Mítnost C, Okno, 13.4.2012 D [%] 1,3 1,5 1,4 2,8 1,9 1,7 3,5 2,2 1,6 1,4 1,1 1,1 0,05 0,1 0,15

0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]


0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]


0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

Mítnost C, Okno, 16.4.2012 D [%] 4,0 4,0 3,5 11,0 5,8 3,8 14,4 9,5 6,5 4,7 3,9 4,1 0,05 0,1 0,15

1,3 1,4 1,4 1,1 0,2

Místnost C, den měření -16.4.2012 Tk [K] 6253 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m] Tk [K] 6285 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

Místnost C, Světlovod + Okno , 16.4.2012, 11:45-11:49 E [lx] Ek [lx] 307 424 344 308 8838 1515 784 485 386 8622 1324 932 613 492 8603 420 393 308 323 8285 0,05 0,1 0,15 0,2 Místnost C, Okno , 16.4.201211:5011:54 E [lx] Ek [lx] 266 265 233 207 6656 772 406 263 400 7003 955 628 430 299 6610 315 262 280 307 6765 0,05 0,1 0,15 0,2

3,1 5,7 4,5 4,5 0,2


Tk [K] 6278 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

33,8 55,7 54,1 37,3 0,05

Místnost C, Světlovod , 16.4.201211:54-11:58 E [lx] 36,4 35,7 35,4 67,5 72,9 66,1 74,2 88,3 83,9 47,4 46,5 45,7 0,1 0,15 0,2

Ek [lx] 6866 6777 7540 7503

69

0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]


Místnost D, den měření -11.4.2012 Tk [K] 0,95 0,85 0,75 0,65 0,55 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m] Tk [K]

0,95 0,85 0,75 0,65 0,55 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

Místnost D, Okno , 11.4.2012, 12:18-12:21

0,95 0,85 0,75 0,65 0,55 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m] Tk [K] 0,95 0,85 0,75 0,65 0,55 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

Místnost D, Světlovod + Okno , 11.4.2012, 12:14 -12:17 545,7 536 44600 646,2 635,4 43600 717,5 725,8 44860 776,2 797,1 44240 842 805,1 44000 1107 1086 43730 1640 1413 42720 2438 2170 44050 4666 4069 43270 13410 9182 44780 0,05 0,1 Tk=5702 K

301,2 301,5 330 348 465,3 657,5 1043 1995 4244 15880 0,05

304,4 299,5 325,1 345,7 443,1 676,9 1004 1791 3492 8480 0,1

39950 40470 40980 41290 43230 43340 44140 45260 43910 44520 Tk=5670 K

Místnost D, Světlovod , 11.4.201212:24-12:27 216,5 209,1 39410 219,7 308,4 39790 397,4 386 39760 363,8 361,3 41110 311,4 308,9 40660 356,3 357,4 39020 404,7 396,7 39180 335,3 326,3 38720 207,2 201,3 39290 112,9 108,9 42030 0,05 0,1 Tk=5758 K

Místnost D, Světlovod + Okno, 11.4.2012 1,2 1,2 1,5 1,5 1,6 1,6 1,8 1,8 1,9 1,8 2,5 2,5 3,8 3,3 5,5 4,9 10,8 9,4 29,9 20,5 0,05 0,1 Místnost D, Okno, 11.4.2012

0,95 0,85 0,75 0,65 0,55 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m] 0,95 0,85 0,75 0,65 0,55 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

0,8 0,7 0,8 0,8 1,1 1,5 2,4 4,4 9,7 35,7 0,05

0,8 0,7 0,8 0,8 1,0 1,6 2,3 4,0 8,0 19,0 0,1

Místnost D, Světlovod , 11.4.2012 0,5 0,5 0,6 0,8 1,0 1,0 0,9 0,9 0,8 0,8 0,9 0,9 1,0 1,0 0,9 0,8 0,5 0,5 0,3 0,3 0,05 0,1


70

Místnost D, den měření -13.4.2012 Tk [K] 5677 0,95 0,85 0,75 0,65 0,55 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m] Tk [K] 5700 0,95 0,85 0,75 0,65 0,55 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

Tk [K] 5700 0,95 0,85 0,75 0,65 0,55 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

0,95 0,85 0,75 0,65 0,55 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

Místnost D, Světlovod + Okno, 13.4.2012 D [%] 0,7 0,7 0,9 0,9 1,2 1,1 1,2 1,2 1,1 1,1 1,6 1,6 2,1 2,1 2,4 2,4 2,8 2,8 8,0 5,1 0,05 0,1

0,95 0,85 0,75 0,65 0,55 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

Místnost D, Okno, 13.4.2012 D [%] 0,2 0,2 0,2 0,2 0,4 0,3 0,3 0,2 0,4 0,4 0,2 0,6 1,2 1,1 1,4 1,4 2,7 2,0 4,2 3,8 0,05 0,1

0,95 0,85 0,75 0,65 0,55 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

Místnost D, Světlovod , 13.4.2012 D [%] 0,5 0,5 0,7 0,7 0,9 0,9 0,9 0,9 0,8 0,8 1,0 0,9 1,0 1,0 0,9 0,9 0,6 0,5 0,3 0,3 0,05 0,1

Místnost D, Světlovod + Okno , 13.4.2012, 10:26-10:33 E [lx] 420,1 452,1 577,4 578,5 743 725,1 772,4 747,2 710,4 715,5 1005 975,6 1270 1319 1390 1404 1591 1602 4450 2830 0,05 0,1

Ek [lx] 64550 62680 64000 62980 63200 62130 61500 58570 56490 55420

Místnost D, Okno , 13.4.2012, 10:39-10:44 E [lx] Ek [lx] 110,1 112,2 61670 155,1 153,1 64700 211,1 186 55000 189,1 162,1 66170 251 235,1 67150 112 354,1 64340 793,2 751,8 66940 950,2 951,2 66550 1743 1306 64200 2830 2540 67600 0,05 0,1 Místnost D, Světlovod , 13.4.2012, 10:45-10:52 E [lx] 320,1 322 491 504,1 619,2 626 594,5 583,4 511 504,5 680,2 626,2 704,8 711,7 603 608,2 426 367,2 194,8 203,2 0,05 0,1

Ek [lx] 68970 69010 67870 68170 67070 68050 68050 68150 68880 68500


71

Místnost D, den měření -16.4.2012 Tk [K] 6277 0,95 0,85 0,75 0,65 0,55 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m] Tk [K] 6190 0,95 0,85 0,75 0,65 0,55 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

Tk [K] 6267 0,95 0,85 0,75 0,65 0,55 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

0,95 0,85 0,75 0,65 0,55 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

Místnost D, Světlovod + Okno, 16.4.2012 D [%] 0,9 0,9 1,2 1,2 1,6 1,6 1,5 1,5 1,3 1,2 1,9 1,4 2,8 2,4 2,8 2,7 4,1 3,9 15,3 10,8 0,05 0,1

0,95 0,85 0,75 0,65 0,55 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

Místnost D, Okno, 16.4.2012 D [%] 0,6 0,5 0,5 0,5 0,6 0,6 0,6 0,5 0,8 0,7 0,9 0,9 1,1 1,1 1,8 1,9 3,7 3,8 24,1 16,5 0,05 0,1

0,95 0,85 0,75 0,65 0,55 0,45 0,35 0,25 0,15 0,05 x,y [m]

Místnost D, Světlovod , 16.4.2012 D [%] 0,4 0,5 0,7 0,7 1,3 1,3 1,0 1,1 0,7 0,7 1,0 1,0 1,6 1,5 0,9 0,8 0,5 0,4 0,3 0,3 0,05 0,1

Místnost D, Světlovod + Okno , 16.4.2012, 12:30-12:34 E [lx] 78 102 140 129 108 156 230 243 355 1329 0,05

76 101 138 128 104 113 201 236 335 931 0,1

Ek [lx] 8330 8700 8802 8660 8406 8201 8280 8612 8658 8660

Místnost D, Okno , 16.4.201212:40-12:44 E [lx] Ek [lx] 48,1 46,2 8660 46,3 44,5 9020 49,6 49,4 8730 54,5 46,9 8560 70 66,7 9050 90,1 87,4 9870 112 111 10380 187 198 10220 396 399 10570 2620 1795 10870 0,05 0,1 Místnost D, Světlovod , 16.4.2012, 12:35-12:39 E [lx] 45,1 70,1 106,8 80 58,5 76,1 121,7 73,5 35,6 21,8 0,05

50,5 71,5 104,3 88,3 56,7 78,5 113,8 65,8 33,5 21,3 0,1

Ek [lx] 10170 9542 8047 7890 8006 7950 7765 7876 7740 7821

Příloha F – Grafické vyhodnocení místnosti A

72

PŘÍLOHA F – GRAFICKÉ VYHODNOCENÍ MÍSTNOSTI A 0,95

E [lx] 1750-1800

0,85

0,75

1600-1750

0,75

0,65

1450-1600

0,65

0,55 0,45

y [m]

0,85

1300-1450

0,55

1150-1300

0,45

1000-1150

0,35

850-1000

D[%]

17,0-19,0 y [m]

0,95

15,0-17,0 13,0-15,0

0,35

11,0-13,0

0,25

700-850

0,25

9,0-11,0

0,15

550-700

0,15

7,0-9,0

0,05

400-550

0,05

0,05 0,15 0,25 0,35

250-400

0,05 0,15 0,25 0,35

x [m]

100-250

x [m]

5,0-7,0 3,0-5,0 1,0-3,0

Světlovod + Okno, 16.4.2012 (rovnoměrně zataţená obloha) 0,95

0,95

E [lx]

0,85

1750-1800

0,75

1150-1300

0,45

0,35

1000-1150

0,35

11,0-13,0

0,25

850-1000

0,25

9,0-11,0

0,15

7,0-9,0

0,05

700-850 550-700 400-550 250-400

0,05 0,05 0,15 0,25 0,35 x [m]

100-250

Okno, 16.4.2012(rovnoměrně zataţená obloha)

y [m]

0,55

0,15

x [m]

17,0-19,0

1300-1450

0,45

0,05 0,15 0,25 0,35

19,0-21,0

0,65

1450-1600 y [m]

0,55

21,0-23,0

0,75

1600-1750

0,65

D [%]

0,85

15,0-17,0 13,0-15,0

5,0-7,0 3,0-5,0 1,0-3,0

Příloha G – Výsledky simulace místnosti B

73

PŘÍLOHA G – VÝSLEDKY SIMULACE MÍSTNOSTI B Místnost B, Světlovod , 16.4.2012 4,5 3,5 2,5 1,5 0,5 x,y [m]

E [lx] 89,1 122,0 137,0 85,7 111,0 123,0 81,2 103,0 113,0 92,8 126,0 142,0 64,8 84,8 93,7 0,5 1,0 1,5 Emin[lx] 64,8 Emax[lx]

122,0 111,0 103,0 126,0 84,8 2,0 142,0

Ek [lx] 20560,0 Em [lx] 242,8 Φs[lm] 1550

4,5 3,5 2,5 1,5 0,5 x,y [m]

Místnost B, Světlovod , 13.4.2012 4,5 3,5 2,5 1,5 0,5 x,y [m]

246,0 234,0 224,0 254,0 174,0 0,5 Emin[lx]

E [lx] 338,0 383,0 304,0 337,0 287,0 315,0 348,0 394,0 228,0 253,0 1,0 1,5 174,0 Emax[lx]

Ek [lx] 343,0 60820,0 308,0 Em [lx] 290,0 292,0 353,0 Φs[lm] 231,0 4310 2,0 394,0

Rovnoměrně zataţená obloha

4,5 3,5 2,5 1,5 0,5 x,y [m]

Místnost B, Světlovod , 16.4.2012 D [%] 0,4 0,6 0,7 0,4 0,5 0,6 0,4 0,5 0,5 0,5 0,6 0,7 0,3 0,4 0,5 0,5 1,0 1,5 Dmin[lx] 0,3 Dmax[lx]

0,6 0,5 0,5 0,6 0,4 2,0 0,7

Místnost B, Světlovod , 13.4.2012 D [%] 0,4 0,6 0,6 0,4 0,5 0,6 0,4 0,5 0,5 0,4 0,6 0,6 0,3 0,4 0,4 0,5 1,0 1,5 Dmin[lx] 0,3 Dmax[lx]

Ek [lx] 0,6 60820,0 0,5 Dm [%] 0,5 0,5 0,6 Rd[-] 0,4 0,4 2,0 Φs[lm] 0,6 4310

Jasná obloha

Ek [lx] 20560,0 Dm [%] 0,5 Rd[-] 0,5 Φs[lm] 1550

Vyuţití dutých světlovodů pro osvětlování

Recommend Documents