Jak vybrat správný světelný zdroj do domácnosti? – Část 1

Vážený čtenáři, když mne redakce časopisu oslovila s tím, abych napsal článek o tom, jak postupovat při výběru světelného zdroje do domácnosti, dlouhou dobu jsem přemýšlel, z jakého konce začnu. Nalézt totiž striktní pravidlo, jaký zvolit postup při výběru světelného zdroje, je velmi složité a obávám se, že i nemožné. Příčina spočívá v tom, že každá aplikace v sobě nese určitá specifika, která je třeba hodnotit nejlépe s individuálním přístupem. 

Z pravidla je ale možné na tento problém nahlížet z různých úhlů pohledu, a proto lze nalézt alespoň obecnou kostru toho, čeho bychom si měli při výběru světelného zdroje všímat a čeho se vyvarovat. Konečné rozhodnutí je ovšem na každém jedinci a záleží do jisté míry především na jeho osobním vkusu a plnosti peněženky, pro co se rozhodne. Společným jmenovatelem ve všech případech však zůstává, že by si každý nakonec při rozhodování, jaký světelný zdroj použije, měl položit otázky: Co chci osvětlovat, jakého efektu docílím, kolik mě to bude stát a jakou svým počinem zanechám stopu na životním prostředí. Rozeberme si tedy různá hlediska pro odpovědi na položené otázky. 

Ekonomické hledisko

Začít přímo hovořit o finanční stránce věci může být pro mnohé překvapující, ale bohužel u peněz to vždy skončí, tak proč s tím zrovna nezačít. Věřím, že si v dnešní době, kdy vstupuje v platnost evropská směrnice 2009/125/ES, o ekodesignu, spousta čtenářů klade otázku: Kolik mě to moje svícení nakonec bude stát? Na základě této směrnice je ve státech EU v domácnostech od roku 2016 omezováno používání světelných zdrojů, které nespadají do energetické třídy A nebo B.

Uživatel, kterého zajímá maximální úspora peněz či elektrické energie, jistě přijde na to, že nejúspornější umělý světelný zdroj je ten, který je vypnutý. S tím souvisí i skutečnost, že nejekonomičtější pro účely osvětlování je přizpůsobit svůj životní rytmus tak, aby bylo v maximální možné míře využíváno denní světlo. Toto světlo je zdarma, ve dne má dostatečnou intenzitu, projevuje se vynikajícím podáním barev a také řídí biologické pochody člověka, zvířat a rostlin. Jeho dlouhodobý nedostatek se může podepsat na zdravotním stavu každého jedince, proto není důvod se dennímu světlu vyhýbat. Jak se říká: „Tam, kde nechodí slunce, chodí lékař.“. Naproti tomu, zejména v letních měsících, jsou okamžiky, kdy je třeba se před přímým slunečním zářením chránit, aby nedošlo k poškození kůže nebo zraku.

Faktem ale zůstává, že denní světlo je pro člověka nejpřirozenějším zdrojem a po dlouhá tisíciletí se lidský zrak na toto světlo přizpůsoboval. Jsou však situace, kdy využití denního světla není možné, ať už z hlediska fyzického (např. doly, vnitřní prostory budov) nebo časového (v noci). Pak se otevírá prostor pro umělé světelné zdroje.

Od takového světelného zdroje proto uživatel očekává, že v co nejlepší míře nahradí denní světlo, nejlépe za co nejnižší pořizovací a provozní cenu. Pro zákazníka, který zvažuje pořízení nového světelného zdroje, jsou mnohdy dostupné pouze informace uvedené na jeho obalu. Proto je vhodné těmto údajům rozumět a na základě nich si udělat rámcovou představu o tom, k jakým účelům lze světelný zdroj použít.

Co všechno najdeme na obalu?

Na obalu od světelného zdroje lze kromě loga výrobce, názvu a druhu výrobku v národním a cizím jazyce, čárového kódu a jiných doprovodných textů nalézt také další údaje, které jsou z pohledu uživatele podstatnější (obr. 1).

Obr. 1. Příklad obalu světelného zdroje (podkladové foto: OSRAM)

Patice (objímka)

V českých domácnostech byla a zatím ještě je nejrozšířenějším světelným zdrojem klasická žárovka. Tento světelný zdroj je určen do objímky se závitem označovaným písmenem E (Edisonův) ve svítidle, za nímž následuje číslovka 27, označující průměr v milimetrech, tedy E27. Při hledání náhrady za klasickou žárovku by měl uživatel zcela určitě vyhledat světelný zdroj určený pro tento typ objímky (závitu).

Obr. 2. Příklady patic světelných zdrojů používaných v domácnostech

Na převážné většině obalů je informace o předurčené patici označena právě znaky E27 nebo méně často „standard“. Mimo tento průměr závitu se lze v domácnostech, zejména ve stolních svítidlech nebo víceramenných lustrech, setkat se závitem E14, nazývaným též miňon. Mezi další patice patří např. typy GU10 nebo GU5,3, kterými jsou opatřeny reflektorové halogenové žárovky, nebo G13, určené pro lineární zářivky typu T8 s průměrem 26 mm (obr. 2). Fyzické rozměry světelného zdroje

Mezi další údaje, které je v některých případech dobré hledat, jsou fyzické rozměry samostatného světelného zdroje. V současné době, kdy se na trhu objevuje bezpočet náhrad za žárovku, je vhodné zkontrolovat, zda lze alternativní světelný zdroj umístit do uvažovaného svítidla. Rozměry klasické žárovky se pohybují, co se týče průměru, mezi 55 a 60 mm, co se týče délky, mezi 95 a 105 mm.

U tzv. LED náhrad se lze často setkat s tím, že tento zdroj je vzhledem k přítomnosti chladiče mohutnější a delší. Stejný problém je třeba zvážit i při nákupu kompaktní zářivky. Vyčnívá-li zdroj ze svítidla, je tento pohled přinejmenším neestetický.

Jmenovité napětí, proud a příkon

Před tím, než zde budou představeny světelné parametry, zbývá ještě upozornit na parametry elektrické. Při výběru světelného zdroje je více než žádoucí ověřit, na jaké elektrické napětí bude světelný zdroj provozován. Světelný zdroj se špatně zvoleným jmenovitým napětím buď bude svítit velmi málo, nebo bude svítit velmi intenzivně, ale zato velmi krátce. Na některých obalech od světelných zdrojů lze mimo jmenovité napětí rovněž nalézt elektrický proud nebo častěji činný příkon ve wattech. 

Obr. 3. Měrné výkony světelných zdrojů 

Světelný tok, měrný výkon a energetický štítek

Pro každého je při hledání světelného zdroje patrně nejdůležitějším parametrem to, kolik světla dokáže „vyrobit“. V dřívějších dobách, kdy byly k osvětlování domácností v drtivé většině používány žárovky, byl mezi lidmi rozšířený příměr, že více wattů rovná se více světla. Toto tvrzení je v současné době, kdy jsou na trhu světelné zdroje pracující na jiném principu než žárovka, velmi ošidné.

Informaci o množství světla vyrobeného světelným zdrojem udává veličina s názvem světelný tok s jednotkou jeden lumen. Tato informace dnes bývá na obalu rovněž přítomna a uživatel by se podle ní měl řídit, chce-li si udělat představu o tom, kolik světla světelný zdroj vyprodukuje.

Světelný tok klasické 100 W žárovky se pohybuje okolo 1 350 lm, tzn. že na 13,5 lm světla ze žárovky připadá 1 W elektrického příkonu. S uvedeným textem úzce souvisí veličina měrný výkon. Tato veličina je jakýmsi ekvivalentem účinnosti přeměny elektřiny na světlo. Její jednotkou je lm/W a udává, kolik světla se „vyrobí“ z jednoho wattu. Z obr. 3 plyne, že různé světelné zdroje mají různou účinnost, a proto nelze akceptovat příměr více wattů rovná se více světla. Na jeden watt potřebovaný v kompaktní zářivce připadá více lumenů než na jeden watt v žárovce. Proto při zjišťování, kolik světla vyrobí ten či onen zdroj, by měla být tato informace vždy vyjadřována v lumenech. U běžných světelných diod LED se měrný výkon pohybuje v rozmezí od 60 do 110 lm/W. Objevují se však  vítidla, jichž jsou LED přímo uživatelsky neoddělitelnou součástí a ve kterých lze nalézt diody o měrném výkonu 150 lm/W. V současné době jsou již známy případy, kdy se laboratorně podařilo dosáhnout u bílých LED měrného výkonu 303 lm/W. Závěrem zbývá podotknout, že maximální teoretický měrný výkon je 683 lm/W [1].

Této hodnoty však nebude nikdy dosaženo, neboť by to znamenalo přeměnit veškerou elektrickou energii bezeztrátově na světlo. S předchozím výkladem úzce souvisí i tzv. energetický štítek (obr. 4), který na základě tzv. indexu energetické účinnosti vyobrazuje zatřídění světelného zdroje do jednotlivých energetických tříd (A znamená vyšší hodnocení, E nízké hodnocení). Obecně lze říci, že čím účinnější zdroj, tím vyšší hodnocení. Součástí štítku je i informace o spotřebované energii za jednotku času. V poslední době je součástí grafického motivu obalu i vyobrazení ekvivalentu příkonu pro klasickou žárovku, např. 6 W LED = 40 W žárovky. V podstatě říká, že na stejné množství světelného toku vyrobené světelnou diodou LED s příkonem 6 W by byla zapotřebí žárovka o příkonu 40 W. Výpočet tohoto ekvivalentu není však v žádném předpisu popsán a vychází zřejmě z interních podkladů výrobce. Teplota chromatičnosti Po vizuální stránce světla světelného zdroje je také dobré prověřit teplotu chromatičnosti. Ta, jednoduše řečeno, udává barevný odstín bílého světla.

Obr. 4. Příklad energetického štítku světelného zdroje [5]

Udávána je v kelvinech a vyjadřuje, jakou teplotu by mělo absolutně černé těleso, kdyby bylo zahřáto natolik, že by mělo vizuálně stejný barevný odstín s porovnávaným světelným zdrojem. Čím nižší hodnoty teploty chromatičnosti, tím teplejší odstín (více do červena) a naopak čím vyšší hodnota, tím studenější světlo (více do modra).

U jiných než teplotních zdrojů se hovoří o ekvivalentní teplotě chromatičnosti a u výbojových zdrojů o náhradní teplotě chromatičnosti. V podstatě ale všechny pojmy vyjadřují totéž. Na obalech lze tuto veličinu nalézt také pod pojmy „barevná teplota“ (colour temperature) nebo pod označením Tc či CCT. Pro představu zbývá uvést, že teplota chromatičnosti klasické žárovky se pohybuje kolem hodnoty 2 700 K.

Chce-li tedy uživatel vybrat náhradu za žárovku, měl by hledat zdroj právě v okolí této hodnoty. Index podání barev Indexem podání barev je vyjadřována schopnost bílého světla věrně podávat barvy okolních předmětů. Tato bezrozměrná veličina je na obalu pod označením R_a nebo též CRI (z angl. Colour Rendering Index). Velikostně nabývá hodnot 100 (věrný vjem barev) až 0 (bez rozpoznání rozdílů mezi barvami).

Ve všeobecném osvětlování je pro interiéry doporučováno používat světelné zdroje s indexem podání  barev alespoň 80. K tomu, aby světelný zdroj mohl být ohodnocen maximální možnou známkou, musí být v jeho spektru zastoupeny všechny barvy (bílá barva denního světla je směsicí všech barev) a musí být mezi sebou v určitém poměru (nejlépe v poměru odpovídajícím referenčnímu zdroji).

Jako referenční zdroj se do teploty chromatičnosti 5 000 K užívá srovnání se světlem teplotního zářiče a nad tuto hodnotu srovnání se světlem denním. Samotné zjištění indexu podání barev probíhá porovnáním barevného vzhledu srovnávacích vzorků osvětlovaných referenčním a hodnoceným světlem. Jelikož je žárovka ve své podstatě teplotní zdroj, charakterizuje její světlo index podání barev R_a = 100. U lineárních nebo kompaktních zářivek lze index podání barev většinou vyčíst z kódového značení. Jestliže je na zářivce např. 36 W/840, znamená to, že má příkon 36 W, index podání barev v intervalu od 80 do 89 (číslice 8 za lomítkem) a teplotu chromatičnosti 4 000 K, přičemž číslo 40 značí teplotu chromatičnosti ve stovkách kelvinů.

Doba života světelného zdroje

Další podstatnou veličinou, kterou lze nalézt na obalu, je tzv. doba života světelného zdroje. Udávána je v hodinách a vyjadřuje dobu, po kterou světelný zdroj splňuje stanovené požadavky. Tyto požadavky se vážou buď na pokles světelného toku během života (většinou je uváděna doba, po kterou světelný tok neklesne pod 70 %), v tom případě se hovoří o tzv. efektivní době života, nebo na podíl výpadku světelných zdrojů ze zkoušeného souboru (tj. tehdy, kdy z celého zkoušeného souboru zůstává v činnosti 50 % zdrojů), pak se hovoří o střední době života. Tato doba je většinou uváděna s podmínkou, že jde o údaj, kdy byl světelný zdroj užíván 2,7 h denně. Pro srovnání: délka života obyčejné žárovky je dnes navrhována na hodnotu 1 000 h. U dnešních moderních zdrojů je možné se setkat se zdroji, u kterých je předpokládána doba v řádu desetitisíců hodin. Je dobré si uvědomit, že např. moderní LED náhrady předchozích světelných zdrojů potřebují pro své dlouhodobé spolehlivé svícení dobré chlazení. Jsou-li tyto zdroje použity v uzavřeném svítidle, je chlazení světelného zdroje ztíženo, což se většinou negativně odrazí na délce jeho života. Uživatel se většinou z obalu nedozví, za jakých konkrétních tepelných podmínek zdroj provozovat.

U renomovaných výrobců však bývá tato informace uvedena na jeho webových stránkách. Také je dobré prověřit, zda výrobce dobu života vztahuje na celý světelný zdroj včetně podpůrné elektroniky, a ne jenom na samostatnou LED. 

Tab. 1. Tabulka fotometrických ploch svítivosti nejpoužívanějších světelných zdrojů v domácnosti 

Další informace z obalu

Mezi další informace, které by se měl zákazník z obalu dozvědět, je počet spínacích cyklů, zda lze světelný zdroj stmívat fázovým regulátorem nebo zda výrobek obsahuje rtuť. Někdy lze též na krabičce nalézt údaj, za jak dlouho světelný zdroj naběhne na své nominální světelné hodnoty.

Co se z obalu většinou nedozvíme?

Mimo výše zmiňované parametry jsou další, které se zákazník z obalu nedozví a musí je hledat na webu výrobce, popř. se je nedozví vůbec. Pokles světelného toku po zapnutí V návaznosti na předchozí odstavec, kdy některý výrobce udává na krabičce údaj o náběhu světelného toku, jsou i případy, kdy je děj přesně opačný. To se projevuje zejména u světelných zdrojů s LED. Samotná dioda má největší světelný tok při nízkých teplotách (tj. ihned po startu), a proto, jestliže má konstrukčně nevhodně vyřešené chlazení, zahřívá se a logicky klesá světelný tok. U žárovky tento jev v podstatě neexistoval, u kompaktních zářivek se spíše projevuje dlouhý náběh světelného toku. Obecně by měl mít světelný zdroj s LED slibující velký světelný tok dobře vyřešené chlazení, takový zdroj je pak na první dojem citelně těžší, neboť obsahuje kovový chladič. Je-li tomu jinak, je to podezřelé, nebo výrobce musel použít diodu s velkým měrným výkonem. Ty jsou v současné době ale velmi drahé a používají se v případech, kdy je dioda většinou pevnou součástí svítidla. Není ovšem vyloučeno, že v dohledné době nastoupí účinnější LED právě u zdrojů opatřených klasickou Edisonovou závitovou paticí pro žárovku.

Pracovní poloha

U většiny světelných zdrojů určených pro domácnost je pracovní poloha libo volná. Nicméně je třeba   mít na paměti, že poloha chladiče vzhledem ke zdroji tepla bude mít zásadní vliv na vlastnost popsanou v předchozím odstavci. Před samotnou koupí světelného zdroje je dobré zvážit, zda pracovní poloha negativně neovlivní jeho další parametry.

Křivka (čára svítivosti)

Křivka svítivosti popisuje v podstatě směrové šíření světla ze světelných zdrojů. Ty většinou mají samy o sobě nevhodnou směrovou charakteristiku, a proto je tato upravována pomocí odrazných nebo propustných částí svítidla. Z tohoto důvodu se např. instaluje žárovka do stolního svítidla – aby byl pomocí odrazných ploch směrován světelný tok na stůl, ne na zeď. Dalším důvodem instalace světelného zdroje do svítidel může být zábrana oslnění uživatele nebo estetické důvody. Každý druh světelného zdroje má specifickou křivku svítivosti a je velmi důležité zvážit dopady na výsledný světelný efekt, který způsobí náhrada původního světelného zdroje za alternativní. Výrazně jiný tvar křivky svítivosti způsobí zásadní změnu v křivce svítivosti samotného svítidla. To může vést až k situaci, že v místech, kde byl dostatek světla, ho může být méně, nebo naopak tam, kde světlo není zapotřebí, ho bude hodně.

Výsledná scéna bude poté mít jiné rozložení jasů a vizuální dojem bude odlišný. Příklad křivek svítivosti, resp. celých fotometrických ploch svítivosti, typických světelných zdrojů se závitem E27 je možné porovnat v tab. 1.

Tab. 2. Příklady barevných spekter nejčastěji používaných světelných zdrojů v domácnosti

Spektrum světla

Vůbec nejobtížnější pro běžného uživatele je dopátrat se, jaké spektrální složení světla má ten či onen světelný zdroj. Někteří výrobci ho u vybraných světelných zdrojů uvádějí na svých webových stránkách. Na obalech se téměř nevyskytuje. Světlo je chápáno jako elektromagnetické záření v pásmu vlnových délek přibližně od 380 do 780 nm, přičemž každá vlnová délka vyvolá určitý barevný počitek.

U vlnové délky asi 400 nm je to oblast fialové až modré barvy a od 700 nm oblast červené. Barevným spektrem světla je nazýván soubor všech vlnových délek (všech spektrálních barev) vyskytující se ve zmiňovaném pásmu. Rozložení barev v barevném spektru má přímý vliv na teplotu chromatičnosti (více modré odpovídá studenému světlu, více červené odpovídá teplejšímu světlu) a na všeobecný index podání barev (jestliže ve spektru některá barva chybí, nemůže ji světlo odrazem od barevných předmětů ani zprostředkovat). Každý druh světelného zdroje má své specifické barevné spektrum, které vychází z principu samotného vzniku světla uvnitř světelného zdroje. To, jak světlo ve zdrojích vzniká, není předmětem tohoto článku. Na zmíněné téma byl v časopisu Světlo publikován velmi důkladný seriál napsaný Ing. Dvořáčkem, který případným zájemcům o tuto problematiku autor vřele doporučuje [3]. V tab. 2 je uveden názorný přehled barevných spekter světelných zdrojů používaných v domácnosti.

Pokračování v časopise Světlo 3/2015