ZÁKLADNÍ VELIINY A POJMY - vsb.cz

Světlo a osvětlování

Ing. Tomáš Mlčák, Ph.D.

Fakulta elektrotechniky a

informatiky VŠB – TUO

Katedra elektrotechniky

http://fei1.vsb.cz/kat420

Technická zařízení budov III – Fakulta stavební

http://fei1.vsb.cz/kat420

ZÁKLADNÍ VELIČINY A POJMY

VŠB – TU Ostrava, FEI, Katedra elektrotechniky

Světlo je tedy periodicky opakovaný stav kmitání a je

charakterizováno buď světelnou délkou nebo kmitočtem f, mezi

kterými platí vztah

f

c

Podle Maxwellovy elektromagnetické teorie má světlo charakter

elektromagnetického vlnění. V elektromagnetickém spektru patří

světlo do oblasti optického záření, které zahrnuje záření viditelné,

které je na jedné straně ohraničeno zářením ultrafialovým (UV) a

na druhé straně zářením infračerveným (IR).

Kde je vlnová délka (m)

f je kmitočet (Hz)

c je rychlost šíření světla ve vakuu (m.s-1) (299 792 458 m/s)



Elektromagnetické spektrum zahrnuje elektromagnetické záření

všech možných vlnových délek. Quantum elektromagnetického

záření o konkrétní vlnové délce (frekvenci) nazýváme foton. Foton

je elementární částice, kterou popisujeme kvantum

elektromagnetické energie. Foton má energii E

Tři základní vlastnosti světla (a elektromagnetického vlnění vůbec)

jsou svítivost (amplituda), barva (frekvence) a polarizace (úhel

vlnění).

Kde E je energie fotonu (J)

f je kmitočet (Hz)

h = 6.6252 × 10−34 J·s = 4.1 μeV/GHz je Planckova konstanta

fhE


Druh záření Označení Vlnová délka Kmitočet

(nm) f (Hz)

UV – C 100 280 (30 10,7).1014

Ultrafialové UV – B 280 315 (10,7 9,5).1014

UV – A 315 380 (9,5 7,89).1014

fialová 380 430 (7,89 6,98).1014

modrá 430 490 (6,98 6,12).1014

Viditelné zelená 490 570 (6,02 5,26).1014

žlutá 570 600 (5,26 5,0).1014

oranžová 600 630 (5,0 4,76).1014

červená 630 780 (4,76 3,84).1014

IR – A 780 1 400 (3,84 2,14).1014

Infračervené IR – B 1 400 3 . 103 (2,14 1,0).1014

IR – C 3 . 103 104 (1,0 0,3).1014

ZÁKLADNÍ

VELIČINY

A POJMY



• Světelný tok Světelný tok udává, kolik světla vyzáří světelný zdroj do všech směrů a

vyjadřuje schopnost zářivého toku způsobit zrakový vjem. Jednotka je

lumen (lm) a značka .

• Prostorový úhel Prostorový úhel je úhel při vrcholu kužele a má hodnotu 1 steradián,

když vyřízne z kulové plochy koule o poloměru 1 m plochu 1 m2.

Jednotka je steradián (sr) a značka .

• Svítivost, křivky svítivosti Svítivost udává, kolik světelného toku vyzáří světelný zdroj nebo

svítidlo do prostorového úhlu v určitém směru. Vystihuje rozložení

světelného toku zdroje nebo svítidla v prostoru. Jednotka je kandela

(cd) a značka I.

Křivky svítivosti jsou řezy plochy svítivosti, které procházejí světelným

středem svítidla a v polárních souřadnicích zobrazují vyzařování

svítivosti svítidla.

ΦI

(cd; lm, sr)



SE

Φ

pS

IL

• Osvětlenost, intenzita osvětlení Osvětlenost udává kolik světelného toku dopadá na plochu 1 m2, to znamená,

jak je určitá plocha osvětlována. Jednotka je lux (lx) a značka E.

• Světlení Světlení stanovuje velikost světelného toku vycházejícího z plochy. Jednotka je

lumen na metr čtvereční (lm.m-2) a značka H.

• Jas Jas je měřítkem pro vjem světlosti svítícího nebo osvětlovaného tělesa, jak je

vnímá lidské oko. Jednotka je kandela na metr čtvereční (cd.m-2) a značka L.

kde Sp je viditelná svítící plocha v m2.

(lx; lm, m2)



P

Φη v

• Měrný výkon Měrný výkon světelného zdroje je podíl vyzařovaného světelného toku a

příkonu světelného zdroje, a vyjadřuje kolik lumen světelného toku se získá z

1 W elektrického příkonu svítidla. Jednotka je lumen na watt (lm.W-1) a

značka v.

(lm.W-1; lm, W),

kde P je elektrický příkon svítidla.

• Akomodace, adaptace, zraková ostrost Akomodace oka je jeho přizpůsobení vzdálenostem pozorovaných předmětů

změnou zakřivení oční čočky. Akomodační schopnost s věkem pozorovatele

klesá.

Adaptace je přizpůsobení se oka různým osvětlenostem. Rozeznáváme adaptaci

na světlo, která může trvat sekundy a minuty a na tmu, která může trvat minuty.

Zraková ostrost je schopnost oka rozlišovat zřetelně předměty, jejichž vzájemná

vzdálenost je malá. Zraková ostrost vzrůstá s přibývajícím jasem a s věkem

pozorovatele ubývá.



• Oslnění – jednotné hodnocení oslnění UGR

Je to nepříznivý stav zraku, který ruší zrakovou pohodu a zhoršuje nebo i

znemožňuje vidění. Jeho příčinou je přílišný jas vzhledem k adaptaci oka.

Rozlišujeme oslnění:

A) Psychologické, kde se jedná o oslnění rušivé, které vzniká tím, že zdroj

vyššího jasu v pohledovém poli vzbuzuje nepříjemný pocit, odpoutává pozornost

od pozorovaného předmětu

B) Fyziologické rozeznáváme

- omezující, které se projevuje snížením zrakové schopnosti,

rozlišitelnosti a ostrosti vidění

- oslepující, které znemožňuje vidění po nějakou dobu i po

zániku příčiny

• Odraz, prostup, pohlcení Světelně technické vlastnosti látek jsou charakterizovány činiteli odrazu ,

činitelem prostupu a činitelem pohltivosti . Pro činitele platí

+ + = 1

Světelný tok dopadající na plochu se dělí na 3 části a to na světelný tok

který se odrazí , který látkou prostoupí a který látka pohltí .



• Chromatičnost světla

Pro účely osvětlování se světelné zdroje dělí podle chromatičnosti světla, která

je charakterizována:

- teplotou chromatičnosti Tc, která má jednotku Kelvin (K) a

vyjadřuje barevnou jakost světla

- indexem podání barev Ra, který je vyjádřen číslem od 0 do 100. Index

podání barev Ra = 100 ukazuje na světelný zdroj, který podává

věrohodně všechny barvy ve spektru.

•

NORMY


Základní normy vztahující se k osvětlení:

• ČSN EN 12 665 - Světlo a osvětlení - Základní termíny a kritéria pro

stanovení požadavků na osvětlení

• ČSN EN 12464-1 - Světlo a osvětlení - Osvětlení pracovních prostorů

- Část 1: Vnitřní pracovní prostory

• ČSN EN 12464-2 - Světlo a osvětlení - Osvětlení pracovních prostorů

- Část 2: Venkovní pracovní prostory

• ČSN EN 1838 - Světlo a osvětlení - Nouzové osvětlení

• ČSN 36 0020 - Sdružené osvětlení

•

ELEKTRICKÉ SVĚTELNÉ ZDROJE


Na světelné mikroklima a tím i na světelnou pohodu mají vliv vlastnosti

světelného zdroje, který je charakterizován těmito parametry:

- teplota chromatičnosti (teplota barvy) vyzařovaného světla Tc (K), která je základním

ukazatelem světelného spektra

- index barevného podání Ra, který udává srovnatelnost barevného podání při osvětlení

zvoleným světelným zdrojem s barevným podáním při osvětlení denním světlem

- stupeň jakosti podání barev, který je srovnatelný s indexem barevného podání

- světelný tok vyjadřuje schopnost zářivého toku způsobit zrakový vjem. Jednotkou je

lumen (lm)

- svítivost charakterizuje bodový zdroj a vystihuje rozložení světelného toku zdroje

v prostoru. Jednotkou je kandela (cd)

- měrný výkon (lm.W-1), který je dán vyzařovaným světelným tokem ze zdroje na 1 W

příkonu

- životnost (h), která udává průměrnou dobu svícení světelného zdroje

ELEKTRICKÉ SVĚTELNÉ ZDROJE


Světelný zdroj Index

Ra

Jakost

podání

barev

Měrný

výkon

(lm.W-1)

Teplota

chromatičnosti

(K)

Životnost

(h)

LED 70 - 90 - 150 2 500 – 6 600 100 000

Doutnavka - - 1,0 - 80 000

Žárovka 100 1 10 - 15 2 800 1 000

Žárovka halogenová 100 1 25 3 000 2 000

Zářivka lineární 40 - 95 1 - 4 40- 95 2 900 – 6 500 5 000 – 12 000

Zářivka kompaktní 80 - 95 1 - 2 60- 80 2 700 – 4 000 5 000

Rtuťová výbojka 40 - 70 3 - 4 32 - 60 3 000 – 4 000 8 000 – 2 000

Halogenidová výbojka 65 - 85 2 - 3 70 - 100 3 000 – 5 200 5 000 – 6 000

Sodíková výbojka 23 - 80 2 - 5 60 - 180 2 500 5 000 - 12 000

ZDROJE SVĚTLA

PEVNÉ LÁTKY

LUMINISCENCE

FOTOLUMINISCENCE

LUMINOFORY

RUBÍNOVÝ LASER

ELEKTROLUMINISCENCE

SVÍTÍCÍ DIODY

POLOVODIČOVÝ LASER

INKADESCENCE

ELEKTRICKÁ ENERGIE

ŽÁROVKY

CHEMICKÁ ENERGIE

BLESKOVKY

VAKUOVÉ

PLNĚNÉ PLYNEM

S HALOGENEM

BEZ HALOGENU

PLYNY A PÁRY KOVŮ

SAMOSTATNÝ ELEKTRICKÝ VÝBOJ

OBLOUKOVÝ

VE ZŘEDĚNÉM PLYNU

VYSOKOTLAKÝ

VÝBOJKY

S KRÁTKÝM OBLOUKEM

RTUŤOVÉ, SODÍKOVÉ, HALOGENIDOVÉ

NÍZKOTLAKÝ

ZÁŘIVKY

SODÍKOVÉ VÝBOJKY

ZA ATMOSFÉRICKÉHO TLAKU

OBLOUKOVKY: UHLÍKOVÉ, WOLFRAMOVÉ

DOUTNAVKOVÝ

NÍZKOTLAKÝ

SVÍTÍCÍ TRUBICE

DOUTNAVKY

ELEKTRICKÁ SVÍTIDLA


Kvalitního a energeticky úsporného osvětlení dosáhneme

nejen vhodnou volbou světelných zdrojů, ale také

odpovídajících svítidel. Účelem svítidel je zajistit:

- rozložení a usměrnění světelného toku podle požadavků osvětlovaného

prostoru

- omezení možnosti oslnění od elektrického zdroje

- ochranu osob před úrazem elektrickým proudem při manipulaci se

svítidlem

- vyloučení možnosti vzniku požáru způsobeného od světelného zdroje

- bezpečné upevnění světelného zdroje včetně jeho elektrického napojení

- výtvarné doplnění osvětlovaného prostoru



Svítidlo se skládá z několika funkčně rozdílných částí, které na

sebe navazují a vzájemně se doplňují, aby byly splněny výše

uvedené požadavky. Hlavní části svítidel jsou:

- světelný zdroj

- konstrukční část, která představuje vlastní těleso, objímky, svorkovnice,

průchodky, příruby, závěsná oka, tlumivky, zapalovače, kondenzátory,

transformátory, vypínače

- světelně činné části, které vytváří optický systém svítidla. Mezi tyto části

patří reflektory, které soustřeďují a usměrňují světelný tok zdroje

odrazem, čočky a refraktory, které soustřeďují a usměrňují světelný tok

zdroje pomocí lomu světla, difuzory, které rozptylují světelný tok zdroje

pomocí lomu světla a filtry, které mění spektrální složení světelného

záření.



Na základě poměru světelného toku usměrněného do dolního

poloprostoru k celkovému světelnému toku vyzařovaného

svítidlem rozdělujeme svítidla dle následující tabulky:

Třída rozložení

světelného toku

Název třídy rozložení

světelného toku

Poměr světelného toku

usměrněného do dolního

poloprostoru k celkovému

světelnému toku svítidla (%)

I Svítidlo přímé 90 - 100

II Svítidlo převážně přímé 60 - 90

III Svítidlo smíšené 40 - 60

IV Svítidlo převážně nepřímé 10 - 40

V Svítidlo nepřímé 0 - 10



Rozdělení svítidel podle elektrotechnických vlastností odpovídá

elektrotechnickým předpisům. Podle ochrany před úrazem

elektrickým proudem tak lze rozlišit svítidla třídy 0, I, II a III.

Svítidlo třídy 0 má pouze základní izolaci, to znamená, že

nemá prostředky na připojení ochranného vodiče.

Třída I znamená, že svítidlo má prostředek pro připojení

vodivých částí na ochranný vodič.

Svítidlo třídy II obsahuje jako ochranu před nebezpečným

dotykem dvojitou nebo zesílenou izolaci.

Třída III označuje svítidla na bezpečné napětí.

Svítidla musí být konstruována tak, aby jejich živé části nebyly

přístupné, je-li svítidlo instalováno a připojeno pro normální

používání, ani když je svítidlo otevřené za účelem výměny

světelných zdrojů nebo předřadníků. Ochrana před úrazem

elektrickým proudem musí být zachována při všech způsobech

montáže a polohách svítidla.



Krytí svítidel je stanoveno IP-kódem. První číslice (od 0 do 6) vyjadřuje

ochranu před nebezpečným dotykem živých nebo pohybujících se částí a

před vniknutím cizích předmětů, druhá (od 0 do 8) ochranu před vniknutím

vody. Nejmenší krytí svítidel na nízké napětí je IP 20.

Pro venkovní prostředí je třeba krytí před deštěm, tedy alespoň IP 23. Krytí

IP 54 je běžné krytí svítidel proti stříkající vodě. Konstrukčně obdobně jsou

tvořena svítidla s krytím IP 65, která však mají mnohem vyšší užitnou

hodnotu. Vyšší ochrana proti vniknutí prachu a vody znamená prodloužení

života optického systému svítidla a snížení nákladů na jeho údržbu (čištění).

Nejčastěji používané způsoby k zajištění IP 65 nebo IP 66 jsou použitím:

speciálního těsnění, které umožňuje dýchání optické komory bez jejího

znečištění

uhlíkového filtru, který zabraňuje nasávání znečištěného vzduchu okolí.



Podle užití rozdělujeme svítidla na:

- vnitřní, mezi které patří svítidla bytová, pro společenské místnosti,

kancelářská, průmyslová, pro pracovní stroje, důlní, divadelní,

nemocniční, pro letadla, vozidla, plavidla a jiné.

- venkovní, mezi které patří svítidla pro venkovní osvětlení

v průmyslu, osvětlení komunikací, osvětlení železnic, letišť a jiné.

UMĚLÉ OSVĚTLENÍ VNITŘNÍCH PROSTORŮ


Pro osvětlení vnitřních prostorů můžeme použít tři druhy

osvětlení:

• denní osvětlení, které využívá přírodní světlo, které se do prostoru

dostává otvory ve stavební konstrukci, jako jsou okna, světlíky a pod.

Navrhuje se nezávisle na umělém osvětlení.

• umělé osvětlení, které využívá světlo od umělých světelných zdrojů.

Navrhuje se nezávisle na denním osvětlení.

• sdružené osvětlení, které využívá současně jak denní, tak umělé

osvětlení. Umělé osvětlení musí denní vhodně doplňovat.

OSVĚTLOVACÍ SOUSTAVY


Hlavní parametry určující světelné prostředí:

- rozložení jasu,

- osvětlenost,

- směrovost světla,

- podání barev a barevný tón světla,

- míhání světla,

- denní světlo.

Účelný rozsah činitelů odrazu hlavních povrchů místnosti:

- strop 0,6 až 0,9,

- stěny 0,3 až 0,8,

- pracovní roviny 0,2 až 0,6,

- podlaha 0,1 až 0,5.

OSVĚTLOVACÍ SOUSTAVY


Osvětlenost bezprostředního okolí úkolu může být menší než

osvětlenost úkolu, avšak nesmí být menší než hodnoty uvedené

v následující tabulce.

Osvětlenost úkolu (lx) Osvětlenost bezprostředního okolí

úkolu (lx)

≥750 500

500 300

300 200

200 Eúkolu

rovnoměrnost osvětlení: ≥0,7 rovnoměrnost osvětlení: ≥0,5

Referenční

číslo

Druh prostoru, úkolu nebo činnosti Em UGRL Ra

Komunikační zóny a společné prostory uvnitř budov

1.1.1 - komunikační prostory a chodby 100 28 40

1.1.2 - schodiště, eskalátory, pohyblivé chodníky 150 25 40

1.2.1 - kantýny, spíže 200 22 80

1.2.2 - odpočívárny 100 22 80

1.2.4 - šatny, umývárny, koupelny, toalety 200 22 80

1.3.1 - provozní místnosti, rozvodny 200 25 60

1.4.2 - expedice a balírny 300 25 60

1.5.1 - regálové sklady – uličky s obsluhou 150 22 60

1.5.2 – uličky bez obsluhy 20 - 40

Průmyslové činnosti a prostory

2.13.3 - svařování 300 25 60

2.13.4 - hrubé a střední strojní opracování, tolerance ≥ 0,1 mm 300 22 60

2.13.5 - jemné strojní opracování, broušení, tolerance ≤ 0,1 mm 500 19 60

2.13.6 - orýsování, kontrola 750 19 60

2.13.10 - výroba nářadí a řezných nástrojů 750 19 60

2.13.11 - montážní práce - střední 300 25 80

- jemné 500 22 80

ČSN EN 12464-1 - velmi jemné 750 19 80


VÝPOČET UMĚLÉHO OSVĚTLENÍ

Metoda poměrného příkonu

Požadovaný příkon pak vypočteme dle vzorce:

100

pkESpP

kde P je požadovaný příkon osvětlovací soustavy (W)

p je poměrný příkon dle tabulky (W ∙ m-2)

S je plocha místnosti (m-2)

Epk je požadovaná osvětlenost (lx)

K stanovení příkonu osvětlovací soustavy ve fázi projekční přípravy

k územnímu nebo stavebnímu řízení poslouží metoda poměrného

příkonu. Požadovaný poměrný příkon podle druhu a způsobu

osvětlení při průměrné osvětlenosti 100 lx zjistíme z tabulky.



Metoda toková

U tokové metody se určuje světelný tok zdrojů potřebný pro zjištění

požadované osvětlenosti. Světelný tok jednotlivých zdrojů je uveden

v následující tabulce:

výkon světelný světelný

(W) tok (lm) tok (lm)

žárovka 60 730 výbojka 80 3 800

100 1 380 rtuťová 125 6 300

200 3 000 250 12 000

halogenová 60 780 400 22 000

žárovka 75 1 000 výbojka 400 30 000

100 1 350 halogenidová 1000 90 000

150 2 400 2000 200 000

250 4 000 3500 370 000

zářivka 18 1 150 výbojka 50 3 600

liniová 36 2 850 sodíková 70 5 800

58 4 600 150 14 000

světelný zdroj světelný zdroj výkon (W)


Metoda toková

Potřebný počet svítidel se pak určí dle vzorce:

kde ns je počet svítidel osvětlovací soustavy (ks)

s je světelný tok všech zdrojů jednoho svítidla (lm)

Epk je osvětlenost prostoru (lx)

S je plocha prostoru (m2)

os je činitel využití osvětlovací soustavy (%), který je uváděn v katalogových

listech výrobců svítidel v závislosti na činiteli místnosti a odraznosti

povrchů místnosti

z je udržovací činitel, který se stanoví jako součin dílčích činitelů

zz světelných zdrojů,

zs znečištění svítidel,

zp znečištění ploch osvětlovaného prostoru

zfz funkční spolehlivosti svítidel

s

pk

sΦ

1

z

SEn

os

Z tabulky na

základě k

0,45 0,65


Metoda toková

Činitel místnosti se určí:

kde h je závěsná výška (m) a určí se ze vztahu

h = hm – h1 – h3, ve kterém

hm je výška místnosti (m),

h1 je vzdálenost svítidla od stropu (m),

h3 je výška srovnávací roviny (m),

am šířka místnosti (m),

bm délka místnosti (m).

m

m

ba

bahk

m

m )(5

Děkuji za pozornost

Nashledanou


Documents

ZÁKLADNÍ VELIINY A POJMY - vsb.cz