Optimalizace mřížky svítidla

 

Optická mřížka je jeden z druhů optických částí, které mění rozložení světelného toku použitých zdrojů ve svítidle. Po dlouhou dobu je optická mřížka charakteristickým znakem osvětlovacích soustav kancelářských prostorů.

 

V současnosti neustále rostou požadavky na kvalitu osvětlení s přihlédnutím ke snižování spotřeby elektrické energie a k designu svítidel. V souvislosti s těmito požadavky a novými světelnými zdroji je nutné pracovat i s optickou částí svítidla. Optickou část svítidla je nutné přizpůsobovat novým trendům ve světelné technice při splnění kvalitativních požadavků na osvětlení. V současné době je optická mřížka stále nejúčinnějším nástrojem osvětlování, byť současný trend nekoresponduje s touto skutečností.

 

Požadavky na optickou mřížku závisejí na prostorech, kde jsou svítidla umístěna. Mřížku je třeba optimalizovat především s ohledem na prostory s vyšší zrakovou náročností, kde je důležitý požadavek na vysoký zrakový výkon a na dobu výkonu delší než čtyři hodiny. V souvislosti s tímto požadavkem je kladen důraz na kvalitu osvětlení a jasové poměry ve směru převážného pohledu pozorovatele.

 

Mezi tyto prostory patří:

V případě, že jde např. o pracoviště určené pro práci s počítači, jsou mnohem přísnější požadavky na zábranu oslnění. Účinné zábrany oslnění u přímého osvětlení lze zatím dosáhnout pouze použitím optických mřížek.

 

Vydání nové normy s energetickými požadavky na osvětlení ČSN EN 15193 ovlivní i vlastní návrh umělého osvětlení, a to především z hlediska elektrického příkonu na plochu (W/m²). Nejrozšířenějším typem osvětlení, který se masově používá, je přímé osvětlení.

 

K návrhu optické mřížky lze přistupovat různě. Důležité je uvědomit si, jak se přerozděluje světelný tok zdrojů optikou svítidla. Světelný tok lze rozdělit na tři části, charakterizované na obr. 1 v příčném řezu úhly α₁, α₂, α₃, a následně řešit jednotlivé dílčí části a toky samostatně, a to pro příčné i podélné vyzařování svítidla [1]. Část I. je vymezena úhlem α₁ a reprezentuje přímou složku. Část III. je vymezena úhlem α₃ a reprezentuje odraženou složku z horní části svítidla. Část II., charakterizovaná úhlem α₂/2, reprezentuje odraženou složku od bočních reflektorů a lamel. Tato složka má největší vliv na tvar křivky svítivosti.

 

Úhel clonění je doplňkovým úhlem k vyzařovacímu úhlu symetrického svítidla. Úhel vyzařování je úhel od svislice po bod, kdy světelný zdroj přestává přímo vyzařovat světlo ze svítidla (přestává být viditelný).

 

Mezní jasy jsou největší přípustné jasy při použití zobrazovacích jednotek, což jsou především monitory počítačů. Tento parametr norma ČSN EN 12464-1 předepisuje pro dva typy podle kvality stínítka určené ISO 9241-7:

Tyto parametry závisejí na poloze zářivek a počtu lamel, které určují úhel clonění. Zpravidla platí, že čím je větší úhel clonění, tím více se snižuje účinnost svítidla.

 

Křivka svítivosti nejlépe popisuje vlastnosti svítidla a představuje distribuci světelného toku vyzářeného svítidlem. Na základě křivek svítivosti je možné navrhnout osvětlovací soustavu podle požadavků předepsaných v platných normách.

 

Při vypracovávání návrhu optimálního tvaru křivky svítivosti je nejdůležitější tvar reflektorů a lamel mřížky v souvislosti s jejich počtem a poloze vzhledem k světelným zdrojům. Vychází se zde z principu zrcadlového odrazu na ploše parabol, kde se hledá jejich správná ohnisková vzdálenost k světelnému zdroji. K návrhu mřížky se používají speciální programy, které umějí podle polohy zdrojů vypočítat křivku svítivosti nebo opačně – podle křivky svítivosti namodelovat parabolickou mřížku a určit polohu zářivek. Dalším vstupem jsou materiálové vlastnosti plechů použitých na výrobu mřížky.

 

Účinnost svítidla charakterizuje jeho efektivitu. Účinnost je velmi závislá na tvaru křivky svítivosti a zároveň na optických vlastnostech povrchu použitého materiálu.

 

Pro dosažení dobrého výsledku je nutné tyto parametry optimalizovat.

Přímé osvětlení je základním typem osvětlování většiny velkoprostorových kanceláří či administrativních budov. Nejčastějším provedením svítidel pro tyto prostory jsou svítidla vestavná s daným rastrem o modulech 600 nebo 625 mm (viz obr. 2).

 

Právě pro tento případ je vhodné zaměřit se na optimalizaci optických částí svítidel. Čím jsou lepší optické vlastnosti svítidla, tím je možné s prostorem lépe pracovat. S vhodnou křivkou svítivosti a vysokou účinností lze značně ovlivnit počty svítidel, a tudíž i celkovou energetickou bilanci budovy.

 

Je dán prostor o rozměru 10 × 10 × 3 m, požadavek je Ē_m = 500 lx na srovnávací rovině. Okrajová zóna pro výpočet je 0,5 m.

 

1. varianta – použití standardního rastrového svítidla Serie 40 (40-001A-4014E) s účinností 58,8 % (obr. 3), 2. varianta – použití rastrového svítidla s optimalizovanou optickou mřížkou Serie 40 (40-003A-4014EE) s účinností 90,8 % (obr. 4).

 

Ve výpočetním programu byly provedeny vlastní výpočty obou variant a následně porovnány v tab. 1.

 

Z tabulky vyplývá, že použitím svítidla s optimalizovanou mřížkou se dosáhne stejných osvětleností a rovnoměrností, ale s menším počtem svítidel. Díky tomu se uspoří velká část nákladů na elektrickou energii. Konkrétně v tomto případě při provozování osvětlovací soustavy 1 800 h/rok je roční úspora 1 000 kW·h.

 

Ve společnosti Halla, a. s., byla optická mřížka optimalizována podle zmíněných přístupů ve spolupráci s ČSO – Regionální skupinou Ostrava a doc. Plchem. Vestavné svítidlo s optimalizovanou parabolickou mřížkou a s požadovanou křivkou svítivosti má vysokou účinnost: 90,8 %. Vzhledem k tomu, že při vývoji se vycházelo ze svítidla s účinnosti 58,8 %, lze hovořit o velmi dobrém výsledku.

 

Energetické požadavky se časem budou velmi zpřísňovat, proto je nutné jim „jít naproti“ nejen používáním nízkoztrátových předřadníků nebo inteligentního řízení budov, ale i vlastním návrhem svítidel a jejich optických částí.

 

[1] SOKANSKÝ, K. a kol.: Studie proveditelnosti optimalizace provozních účinností zářivkových svítidel s mřížkami. Vypracováno pro Halla, a. s., HS 451715, VŠB-TU Ostrava, 2008.