Využití a regulace denního světla k osvětlení kanceláře

Článek se zabývá kompletní analýzou osvětlení skutečné místnosti s venkovními žaluziemi, tj. měřením osvětlení umělého, denního při zatažené obloze a denního při jasné obloze, kde je navíc analyzován vliv různého nastavení venkovních žaluzií. Současně s tímto měřením je vytvořen model místnosti v programu Dialux a porovnány naměřené a vypočtené hodnoty světelnětechnických veličin s cílem vyhodnotit přesnost výpočtu pro různé stavy denního osvětlení.

Úvod

Pro zajištění odpovídajících světelných podmínek v interiéru je nutné docílit požadované hladiny osvětlenosti současně při zajištění dostatečné kvality osvětlení spočívající v udržení dostatečné rovnoměrnosti a především v dostatečném omezení oslnění. Pro snížení nákladů a vytvoření odpovídající světelné pohody je vhodné v co největší možné míře využít denní světlo. V současné době se u rekonstruovaných nebo nově stavěných staveb dbá na dostatek denního světla, což je spojené s nutností vypracovat návrh regulace denního osvětlení. Vliv denního světla je obvykle regulován za pomoci žaluzií. Základním principem je omezit oslnění denním světlem a zároveň zachovat maximální možný přírůstek denní osvětlenosti. Tento příspěvek popisuje analýzu kombinovaného osvětlení ve zkušební místnosti za různých atmosférických podmínek, především za stavu zatažené oblohy a za stavu jasné či polojasné oblohy s přítomností přímého slunečního svitu.

Zkušební místnost

Za zkušební místnost byla vybrána zasedací a konzultační místnost T2:B3-355 katedry elektroenergetiky FEL ČVUT v Praze. Tato místnost byla zvolena z několika důvodů – především s ohledem na přítomnost relativně moderní osvětlovací i stínicí soustavy tvořené vnějšími žaluziemi, které mají dostatečnou regulační schopnost, snadnou přístupnost pro měření a dále z hlediska orientace okenních otvorů a jejich minimálního zastínění okolními objekty. Orientace normály roviny okna vzhledem k severu je AV = 129° (při uvažování rozsahu azimutů 0° až 360°, A_SEVER = 0°). Tento azimut míří přibližně jihovýchodním směrem, tudíž vliv přímého slunečního světla lze ve zkušební místnosti pozorovat hlavně v dopoledních hodinách [1].

Místnost je osvětlena čtyřmi svítidly s bílou plastovou mřížkou (referenční typ Trevos MO 258) spojenými do tvaru čtverce a zavěšenými ve výšce 2,9 m. Každé svítidlo je osazeno dvěma zářivkami T8 (840, výrobce Philips) o příkonu 58 W. Před měřením byly ve svítidlech vyměněny všechny zářivky za nové, které byly náležitě zahořeny. Lepší představu o podobě a rozměrech místnosti lze získat z nákresu na obr. 1 a fotografie na obr. 2.

Obr. 1. Zkušební místnost - půdorys (modře vyznačeno okno, červeně osvětlovací soustava)

Analýza umělého osvětlení místnosti 

Analýza umělého osvětlení byla provedena měřením osvětlenosti na pracovišti (na pracovním stole) a jeho okolí digitálním luxmetrem Krochmann Radiolux 111 [1]. Naměřené hodnoty osvětlenosti E_m a rovnoměrnosti U₀ v síti kontrolních bodů jsou vyhodnoceny v tab. 1 a po vynásobení vypočteným udržovacím činitelem z = 0,66 [1] porovnány s hodnotami vypočtenými pro model zkušební místnosti v programu Dialux 4.12. Dále jsou ještě porovnány naměřené a vypočtené hodnoty pro kontrolní plochy za různých výpočtových předpokladů (index B – hodnoty na základě devatenácti výpočtových bodů totožných s body měření, index R – hodnoty na základě rastru Dialuxu):

Největší shoda panuje mezi naměřenými hodnotami (bez násobení udržovacím činitelem – v místnosti byla provedena údržba osvětlovací soustavy těsně před měřením) a hodnotami vypočtenými v Dialuxu ve shodně umístěných bodech.

Tab.1. Umělé osvětlení místnosti – porovnání vypočtených a naměřených hodnot

Analýza denního osvětlení

Analýza denního osvětlení je rozdělena do dvou částí, a to měření při zatažené obloze s azimutálně rovnoměrným rozložením jasu a gradací směrem k zenitu (typ oblohy číslo 1 podle CIE, viz [2]) a poté při jasné obloze se slabým zákalem (typ 12 podle CIE, viz [2]). Již z tohoto vyplývá komplikovanost měření, které je náročné na vhodnost a stálost atmosférických podmínek. V souvislosti s měřením za jasné oblohy s přímým slunečním světlem byla také provedena analýza prostupu světla do místnosti při různém nastavení stínicí soustavy [1].

Obr. 2. Zkušební místnost - fotografie skutečného stavu při měření

Měření a výpočet denního osvětlení – zatažená obloha

Denní osvětlení bylo měřeno stejnými přístroji jako osvětlení umělé, pro záznam horizontální osvětlenosti byl navíc použit luxmetr Extech. Měřilo se při zatažené obloze, 31. března 2016 v dopoledních hodinách ve stejných výpočtových bodech jako při měření osvětlení umělého. Do výpočtu denního osvětlení nezasahuje udržovací činitel, naopak je pro posouzení nutné vypočítat z naměřených hodnot činitel denní osvětlenosti D_m. Pro vyhodnocení požadavků normy [3] je třeba zatřídit místnost do příslušné třídy zrakové činnosti. V případě zasedací místnosti jde o středně přesnou zrakovou činnost, tedy třídu IV zrakové činnosti. Pro ni je vyhodnoceno denní osvětlení (jde o boční denní osvětlení – rozhodující je pouze minimální hodnota D_min činitele denní osvětlenosti) – tab. 2.

Tab. 2. Zatažená obloha – vyhodnocení měření

Z tab. 2 je patrné, že ve chvíli měření byl splněn požadavek na denní osvětlení daný normou [3], ale osvětlení pracoviště je nutné řešit dodatečným příspěvkem umělého osvětlení.

Výpočet denního osvětlení je proveden na stejném modelu jako výpočet osvětlení umělého [1]. Horizontální osvětlenost byla naměřena E_H = 3 200 lx a vypočtena v programu Dialux E_HV = 3 017 lx. Rozdíl v naměřené a vypočtené horizontální osvětlenosti je asi 6 %, což je v případě měření denního osvětlení hodnota velmi přesná. Nejdůležitější naměřené i vypočtené hodnoty denního osvětlení při zatažené obloze (po korekci, tj. po vynásobení vypočtených hodnot koeficientem 1,06 – poměrem mezi E_H/E_HV), včetně výpočtu činitele denní osvětlenosti na ploše pracoviště a jeho okolí v rastru 16 × 16 bodů, jsou shrnuty v tab. 3.

Naměřené hodnoty denního osvětlení uvedené v tab. 3 vycházejí mírně lépe než hodnoty vypočtené, což může být dáno nedokonalou shodou stavu oblohy nebo parametrů okenního otvoru s modelem. Také nelze vyloučit možnost, že výpočet v Dialuxu počítá blíže k méně „optimistické” variantě, čímž vzniká určitá rezerva, aby byly požadavky dané normou [3] splněny vždy i reálně.

Tab. 3. Vypočtené a naměřené hodnoty činitele denní osvětlenosti při zatažené obloze

Měření a výpočet denního osvětlení – jasná obloha

Analýza denního osvětlení při jasné obloze není na rozdíl od údajů z měření při zatažené obloze součástí dokumentace nutné ke kolaudaci budovy (vyžaduje se pouze posouzení činitele denní osvětlenosti při zatažené obloze). Hlavním cílem měření je tedy získat podklady popisující prostup světla do místnosti při různém nastavení stínicí soustavy venkovních žaluzií.

Měření bylo provedeno 18. února 2016 mezi 9:30 a 10:30 SEČ. Stav oblohy byl pro měření ideální, bylo jasno s jasným slunečním zářením a minimálním rozptylem v atmosféře. Výsledky měření osvětlenosti, činitele denní osvětlenosti a teploty chromatičnosti světla vstupujícího do místnosti okenním otvorem pro různé stavy natočení venkovních horizontálních žaluzií (lamely vodorovně odpovídají 90°) jsou shrnuty v tab. 4. V případě měření s vytaženými žaluziemi lze naměřené hodnoty porovnat s hodnotami vypočtenými v Dialuxu (po nastavení jasné oblohy s přímým slunečním světlem – viz poslední dva sloupce v tab. 4).

Tab. 4. Jasná obloha - porovnání vypočtených a naměřených hodnot osvětlenosti a činitele denní osvětlenosti při různém úhlu natočení žaluzií

V tab. 4 je ukázán postupný pokles osvětlenosti, činitele denní osvětlenosti i teploty chromatičnosti světla se současným nárůstem rovnoměrnosti osvětlení při natáčení (uzavírání) žaluzií. Dále je z tab. 4 patrný propastný rozdíl mezi vypočtenými a skutečně naměřenými hodnotami osvětlenosti a rovnoměrnosti pro situaci s vytaženými žaluziemi (poslední dva sloupce). Ukazuje se, že při přítomnosti přímé složky denní osvětlenosti nelze simulovat osvětlení místnosti s přesností dostatečnou pro další úvahy a výpočty. Problémy s přesností výpočtu byly v tomto případě očekávány, ale že odchylka vypočtených hodnot bude tak velká, bylo nepříjemným překvapením. Naproti tomu se tím potvrzuje obtížnost zapracování přímého slunečního světla do světelnětechnických výpočtů a zároveň se ukazuje, že metody hodnocení denního osvětlení předepsané normou [3] (a tedy založené na modelu zatažené oblohy) jsou z hlediska potřeby kontrolního výpočtu s dostatečnou přesností nastaveny vhodně.

Dále je třeba zmínit, že přímé sluneční světlo při otevřených či vytažených žaluziích působilo vysoce oslňujícím dojmem a rovněž vedlo k růstu teploty v místnosti. Kdyby tedy měla být místnost využívána pro dlouhodobější činnost, je užití stínicí soustavy v podstatě nezbytné.

Shrnutí výsledků analýzy denního a umělého osvětlení kanceláře se žaluziemi

Z měření a světelnětechnických výpočtů je patrné, že osvětlovací soustava ve zkušební místnosti splňuje požadavky kladené na umělé osvětlení a denní osvětlení je dostatečné pro třídu IV zrakové činnosti. Měření denního osvětlení zkušební místnosti ukázalo, že při zatažené obloze nelze zajistit denním světlem dostatečné zrakové podmínky v místnosti a musí být využita i umělá osvětlovací soustava. Při jasné obloze je ale možné využít regulaci denního světla vnějšími žaluziemi a při jejich vhodném natočení (v případě zvolených podmínek při naklopení na asi 50°) lze docílit požadované osvětlenosti a rovnoměrnosti osvětlení v místnosti a zároveň zabránit oslnění přímým pohledem do slunce. Model pro simulaci osvětlení v programu Dialux 4.12 je dobře použitelný pro výpočet umělého osvětlení a denního osvětlení při zatažené obloze, ale tentýž model nelze použít pro výpočty za jasné oblohy s příspěvkem přímého slunečního záření, a to z důvodu velké odchylky mezi naměřenými a vypočtenými hodnotami.

Ing. Jiří Pavlousek, Ing. Marek Bálský, Ph.D., Ing. Zuzana Panská, Ing. Jan Zálešák, FEL, ČVUT v Praze

Literatura:

[1] PAVLOUSEK, Jiří. Optimalizace kombinovaného osvětlení denním a umělým světlem. Praha, 2016. Diplomová práce. České vysoké učení technické v Praze, Fakulta
elektrotechnická.

[2] PAVLOUSEK, Jiří. Určení a využití horizontální osvětlenosti v průběhu roku. Praha, 2014. Bakalářská práce. České vysoké učení technické v Praze, Fakulta elektrotechnická.

[3] ČSN 73 0580-1. Denní osvětlení budov – Část 1: Základní požadavky. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2007.

[4] Jiří HABEL – Karel DVOŘÁČEK – Vladimír DVOŘÁČEK – Petr ŽÁK. Světlo a osvětlování 1. Praha:  FCC Public, 2013. 624 s. ISBN 978-80-86534-21-3.

---

Článek v elektronické listovací verzi časopisu Světlo č. 6/2016 naleznete zde.