Hodnocení denního osvětlení vnitřních prostorů světlovody

Při rekonstrukcích stávajících budov, ale i při návrhu nových projektů se mohou vyskytnout problematické prostory, ve kterých z různých důvodů nelze použít klasické pasivní osvětlovací systémy a musí se hledat jiná řešení pro přívod denního světla – jako jsou např. anglické dvorky nebo tubusové světlovody. 

Jako konkrétní příklad pro výpočet denního osvětlení místnosti byla vybrána místnost recepce osvětlená 2 světlovody. Pro výpočet denního osvětlení vnitřního prostoru byly použity a porovnány 3 různé výpočtové metody.

Místnost recepce se nachází ve vnitřní dispozici 1. nadzemního podlaží sportovní haly a nemá přímé denní osvětlení okny, pouze sekundární osvětlení přes pásové světlíky umístěné v prostoru nade dveřmi vedoucími do kanceláří okolních místností (viz Obr. 1).

Obr. 1 Simulační výpočtový model a schéma umístění světlovodů v místnosti recepce

Místnost recepce je zařazena jako pracoviště, na kterém bude vykonávána trvalá práce. Hlavní zrakové činnosti recepční budou omezeny jen na funkčně vymezenou část vnitřního prostoru, kde se nachází pracovní plocha. Rozměry funkčně vymezené části zahrnují pracovní plochu psacího stolu určenou pro trvalou práci (1,6 x 0,8 m) a dále jsou v souladu s [1] rozšířeny na každou stranu (mimo zvýšený pult) o 1 m (Obr. 2).

Obr. 2 Schéma pracovní a funkčně vymezené plochy vnitřního prostoru

Nad pracovním stolem jsou umístěny 2 tubusové světlovody, které mají tubus o průměru 0,80 m a délku 2,85 m (Obr. 1). Světlá výška místnosti je 3,00 m. Předpokládá se, že židle recepční bude umístěna uprostřed mezi dvěma světlovody.

Požadavky na osvětlení místností

V souladu s Nařízením vlády č. 361/2007 Sb. [1], §45, ods. 3, na pracovišti, na němž je vykonávána trvalá práce, osvětlovaném denním osvětlením, musí být minimální hodnota činitele denní osvětlenosti rovna nejméně D_min = 1,5 % a hodnota průměrného činitele denní osvětlenosti (při horním nebo kombinovaném osvětlení) rovna nejméně D_m = 3 %, i když pro danou zrakovou činnost stačí nižší hodnoty.

Na pracovišti, na němž je vykonávána trvalá práce, osvětlovaném sdruženým osvětlením, musí být dodrženy tyto minimální hodnoty:
– denní složka sdruženého osvětlení vyjádřená činitelem denní osvětlenosti D_min  = 0,5 % a průměrná D_m = 1,5 % musí být splněna ve všech případech, tedy i při bočním a kombinovaném osvětlení.
– doplňující umělé osvětlení vyjádřené udržovanou osvětleností E_m = 200 lx.

Metody výpočtu denního osvětlení tubusovými světlovody

Výpočtové metody pro stanovení osvětlenosti se v zásadě rozlišují na tokové, které poskytují průměrné hodnoty veličin, a bodové, kterými se naopak získají hodnoty veličin v konkrétních výpočetních bodech. V tomto příspěvku jsou uvedeny a porovnány tři metody výpočtu činitele denní osvětlenosti vnitřních prostorů osvětlených tubusovými světlovody:

A. Výpočet činitele denní osvětlenosti na vodorovné pracovní rovině pod difuzorem jednoho světlovodu metodou dle doc. Kaňky [2].

B. Výpočet osvětlenosti na vodorovné pracovní rovině pod difuzorem jednoho světlovodu programem HOLIGILM verze 4.4.1 [5].

C. Simulační výpočet činitele denní osvětlenosti v kontrolních bodech programem WDLS verze 5.0., ASTRA MS Software, s.r.o. [7].

Do výpočtu denního osvětlení světlovody byly zahrnuty následující vlivy:
Rozložení jasu oblohy pro zimní období s malým množstvím denního světla (venkovní horizontální osvětlenost oblohy E_H = 5000 lx), za předpokladu tmavého terénu s činitelem odrazu světla v mezích 0,05 až 0,2 a rovnoměrně zatažené zimní oblohy. Pro činitele prostupu světla světlovodem byly zvoleny standardní hodnoty: činitel prostupu světla zasklením kopule τ_s.nor = 0,90, činitel pro vnější znečištění – znečištění střední ρ_z,i = 0,70, průměrná odraznost vnitřního povrchu tubusu světlovodu τ_s= 0,95, prostup světla difuzorem τ_s = 0,80, činitel pro vnitřní znečištění – znečištění malé τ_z,i = 0,95.

Výpočet činitele denní osvětlenosti na vodorovné pracovní rovině pod difuzorem

Autorem výpočtové metody je doc. Ing. Jan Kaňka, Ph.D. Analytický výpočet umožňuje stanovit přímou složku činitele denní osvětlenosti na vodorovné pracovní rovině pod difuzorem jednoho světlovodu při stále zatažené zimní obloze při tmavém terénu (obloze CIE) a ČSN 73 0580-1:2007 [4]. Do výpočtu není zahrnuta vnitřní odražená složka činitele denní osvětlenosti, která zahrnuje odrazy světla od podlahy, stěn a stropu posuzované místnosti.

Výpočet osvětlenosti na vodorovné pracovní rovině pod difuzorem 1 světlovodu

K výpočtu byl použit program HOLIGILM verze 4.4.1 [5]. Název HOLIGILM je zkratka pro HOllow LIght Guide Indoor iLlumination Method. Program umožňuje výpočet osvětlenosti místnosti s obdélníkovým půdorysem osvětlované jedním až 10 světlovody zapuštěnými ve stropě a ukončenými různými typy optických prvků (např. difuzory).

Výpočet umožňuje stanovit osvětlenost na vodorovné pracovní rovině pod difuzorem světlovodu nebo na jeho vnějším povrchu [6]. Výpočtový model oblohy byl zvolen z nabídky 16 modelů, v souladu s ISO 15469:2004 (CIE) pro rovnoměrně zataženou zimní oblohu. Při zadávání vstupních parametrů zahrnujících světelnou propustnost kupole a difuzoru (Obr. 2) byly hodnoty přenásobeny korekčními činiteli znečištění na vnější a vnitřní straně.

Na Obr. 3 je znázorněn grafický výsledek výpočtu osvětlenosti E [lx] na vodorovné pracovní rovině pod difuzorem jednoho světlovodu.

Obr. 3 Grafický výstup výpočtu osvětlenosti na vodorovné pracovní rovině pod difuzorem jednoho světlovodu programem HOLIGILM [5]

Simulační výpočet činitele denní osvětlenosti v kontrolních bodech

Na základě analytického výpočtu (metoda A), byl proveden simulační výpočet úrovně denního osvětlení pomocí programu WDLS [7] na funkčně vymezené části pracovní plochy, která bude určena pro zrakovou práci odpovídající zrakové třídě IV. Rozměry funkčně vymezené plochy zahrnují pracovní plochu psacího stolu určenou pro trvalou práci (1,6 x 0,8 m) a dále na každou stranu rozšiřují tento prostor o 1 m.

Obr. 4 Grafický výstup výpočtu denního osvětlení recepce osvětlené světlovody [7]

Simulační výpočet byl proveden nejdříve pro 1 světlovod a dále pro 2 stejné světlovody (ø 800 mm), umístěné podle Obr. 4. Do výpočtu je již zahrnuta vnitřní odražená složka činitele denní osvětlenosti, která zahrnuje odrazy světla od podlahy, stěn a stropu posuzované místnosti. Na Obr. 1 je vidět grafický výstup modelu hodnocené místnosti recepce osvětlené světlovody.

V Tab. 1. jsou uvedeny výsledky výpočtu osvětlenosti E [lx] a činitele denní osvětlenosti D [%] na funkčně vymezené ploše pod jedním a dvěma světlovody pomocí tří výpočtových metod.

Závěr

Na základě porovnání výsledků výpočtů činitele denní osvětlenosti místnosti recepce osvětlené 2 světlovody pomocí 3 výpočtových metod lze konstatovat:

Metoda A (dle doc. Kaňky) a Metoda B (program Holigilm) umožňují stanovit přímou oblohovou složku činitele denní osvětlenosti na vodorovné pracovní rovině pod difuzorem jednoho (nebo více) světlovodu analytickým výpočtem. Ve výpočtu se uvažuje s mnohonásobným odrazem světla od vnitřní stěny tubusu. Do výpočtu lze zadat světelné propustnosti přes kupoli i difuzor a korekční činitele pro vnitřní a vnější znečištění prostředí. Do výpočtu není zahrnuta vnitřní odražená složka činitele denní osvětlenosti. Obě metody prokázaly shodný výsledek výpočtu činitele denní osvětlenosti pod jedním světlovodem a lze je považovat za vhodné výpočtové metody pro stanovení denního osvětlení vlivem světlovodu.

Metoda C (simulační program WDLS 5.0) – modul programu pracuje v programovém prostředí Building Design, který oproti starší verzi programu umožňuje zadat do výpočtu světlovod, ale je nutné u něho specifikovat redukční faktory kopule, tubusu a difuzéru a korekční činitele pro vnitřní a vnější znečištění prostředí. Především je nutné správně zadat redukční faktor tubusu. Do výpočtu činitele denní osvětlenosti je již zahrnuta kromě přímé oblohové složky také vnitřní (popřípadě i vnější) odražená složka, která zahrnuje odrazy světla od podlahy, stěn a stropu posuzované místnosti. Výsledek výpočtu činitele denní osvětlenosti pod jedním i oběma světlovody tak vykazuje vyšší hodnotu v porovnání s výsledky výpočtu Metodou B.

Závěrem lze konstatovat, že jako vhodná metoda výpočtu denního osvětlení vnitřního prostoru osvětlovaném světlovody vychází kombinace metody A nebo B s metodou C. Pomocí metody A je možné odvodit redukční faktor tubusu světlovodu, který se použije do výpočtu metody C.

Z hodnocení denního osvětlení posuzované místnosti recepce osvětlované dvěma světlovody je zřejmé, že ve funkčně vymezené části recepce nebudou splněny podmínky pro vyhovující denní osvětlení dle požadavků [1], ale budou splněny podmínky
pro osvětlení sdružené.

doc. Ing. Iveta Skotnicová, Ph.D.
Autorka působí na stavební fakultě Technické univerzity v Ostravě, na katedře prostředí staveb a TZB.

Foto: archiv autorky

Poděkování
Příspěvek byl realizován za finanční podpory z prostředků projektu RPP-TO-1/d č. 177/2017 přidělených VŠB-TU Ostrava.

Literatura
[1] Nařízení vlády č. 361/2007 Sb., kterým se stanoví podmínky ochrany zdraví při práci.
[2] Kaňka, J. Vybrané stati ze stavební světelné techniky. ČVUT Praha 2014, ISBN 978-80-01-05468-0.
[3] ISO 15469:2004 Spatial distribution of daylight — CIE standard general sky. 2004
[4] ČSN 73 0580-1 Denní osvětlení budov – Část 1: Základní požadavky. Červen 2007, změna Z1/2011.
[5] http://www.holigilm.info/index.php?selected=downloads
[6] Kocifaj, M.; Darula, S. Tubusové svetlovody – modelovanie interiérových osvetlenosti při štandardných svetelných podmienkach. Světlo, 2010, 52 – 54.
[7] Program Wdls 5.0. BuildingDesign. ASTRA MS Software, s.r.o.

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB Haustechnik 1/2018.