125 TVNP Teorie vnitřního prostředí budov SVĚTELNÉ MIKROKLIMA

Transkript

1 ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov 125 TVNP Teorie vnitřního prostředí budov SVĚTELNÉ MIKROKLIMA Ing. Pavla Dvořáková, Ph.D. A226 pavla.dvorakova@fsv.cvut.cz

2 Světlo Elektromagnetické záření, které je viditelné zhodnoceno zrakovým systémem nm

3 ZRAKOVÝ SYSTÉM Soubor orgánů příjem, přenos, zpracování informace v komplex nervových podráždění = ZRAKOVÝ VJEM Oči, zrakové nervy, mozek (podkorové a korové části)

4 Lidské oko

5 Lidské oko Funkcí oka je převést světlo do vzorců nervových impulsů, které jsou přenášeny do mozku. Dva systémy: OPTICKÝ (rohovka, přední komora, duhovka, zornička, čočka, sklivec) převrácený obraz NERVOVÝ (nervové zásobení +sítnice) první zpracování a třídění informace Konečný proces vidění probíhá v mozku.

6 Lidské oko - sítnice Fotoreceptorické buňky Tyčinky černobílé mlhavé vidění při nízkém osvětlení Čípky barevné vidění hodně světla Cirkadiánní čidla Vidění Skotopické = noční vidění (tyčinky) nejvyšší citlivost oka 507 nm Fotopické = denní vidění (čípky) nejvyšší citlivost oka 555 nm Skotopické Fotopické čípek tyčinky

7 Vidění barev - čípky 3 typy čípků s různou spektrální citlivostí: přibližně odpovídají modré, zelené a červené S M L

8 ADAPTACE Schopnost přizpůsobit se různým osvětlenostem 0, lx Při rychlých změnách světelných podmínek dočasně nevidíme nebo vidíme špatně Adaptace: na světlo několik sekund až minuta na tmu několik minut až hodina

9 AKOMODACE je proces, při němž se mění optická mohutnost oka, a tak se oko zaostřuje na různě vzdálené předměty. Zdravé lidské oko : změna mohutnosti o dioptrií Akomodace od nekonečna až na vzdálenost 7 cm. 9

10 Akomodace v závislosti na věku Rozsah akomodace v dioptriích Minimální vzdálenost pro ostré vidění v cm.

11 Poruchy vidění Krátkozrakost (myopie) Dalekozrakost (hypermetropie)

12 Poruchy vidění Barvoslepost (daltonismus) = porucha barevného vidění. Barvoslepost má několik typů podle toho, jakou barvu člověk nevnímá. Zřídka se vyskytuje barvoslepost na všechny barvy (černobílé vidění). Normální barevné vidění ISHIHARŮV TEST Chybí červené čípky Chybí zelené čípky Chybí modré čípky

13 Poruchy vidění Normální pohled Šedý zákal Makulární degenerace Diabetická Retinopatie Zelený zákal Zdroj: National Eye Institute, USA

14 Co vlastně vidíme? výsledný obraz = obraz na sítnici + úprava obrazu mozkem na základě předchozích zkušeností Vidíme to, co chceme vidět. OPTICKÉ ILUZE A KLAMY

15 Kvantitativní charakteristiky osvětlení Světelný tok Symbol: F, Ø jednotka: lm SOX 70 W 6000 lm Nízkotlaká sodíková výbojka 100 W žárovka 1400 lm Udává kolik světla vyzáří zdroj do všech směrů.

16 Kvantitativní charakteristiky osvětlení Svítivost Symbol: I Jednotka: cd Udává kolik světelného toku vyzáří zdroj nebo svítidlo do prostorového úhlu v určitém směru. svíčka - 1 cd 100 W žárovka 110 cd Slunce 3 x cd Svítidlo a jeho příslušná křivka svítivosti

17 Kvantitativní charakteristiky osvětlení Osvětlenost Symbol: E Jednotka: lx Kancelář 500lx Chodba 100lx Sluneční světlo lx Soumrak 50lx Udává, jak velký světelný tok dopadá na osvětlovanou plochu Měsíc 0.5lx

18 Kvantitativní charakteristiky osvětlení monitor Jas Symbol: L Unit: cd/m 2 Je měřítkem pro vjem světlosti svítícího nebo osvětlovaného tělesa, jak je vnímá lidské oko. svíčka zářivka Slunce 1,6 x

19 Vnímaná světlost Fyzikální veličina, která popisuje světlost předmětu je jas. Ale neexistuje lineární vztah mezi jasem a vnímanou světlostí Vnímání světlosti závisí na jasu a stavu adaptace očí.

20 Vnímaná světlost (percieved brightness)

21 Vnímaná světlost (percieved brightness)

22

23

24

25

26 Kvalita osvětlení Prostředí modelování, teplota chromatičnosti, směrovost Komfort podání barev, kontrast Výkon oslnění, uniformita podle:

27 PROSTŘEDÍ - Směr osvětlení Přímé, nepřímé a smíšené svítidlo

28 PROSTŘEDÍ - Směr osvětlení Difúzně a přímo osvětlená stěna

29 PROSTŘEDÍ -Modelování, směrovost, kontrast Úzké úhly osvětlení vytváří vysoké kontrasty ve vizuálním prostředí. Pokud strop a stěny nejsou vůbec osvětleny, může vzniknout efekt jeskyně, který vytvoří nepříjemný pocit. Širší distribuce vytvoří vizuálně zajímavý vzor na stěnách se současnou tvorbou stínů a dobrým výsledným kontrastem Převážně difúzní světlo vytváří jednotně osvětlené povrchy. Protože nevznikají stíny, může být těžké rozeznat objekty.

30 PROSTŘEDÍ - Modelovací schopnost Směr + rovnoměrnost = Schopnost rozeznat 3D objekty Pozadí s podobným jasem rozeznatelnost pouze díky světlým a tmavým místům, které světlo vytváří na jeho povrchu Příliš difúzní světlo žádné stíny objekt rozmazaný Příliš přímé světlo extrémní kontrasty nepříjemné pro oko (mohou nastat optické iluze) Sportovní areály (míčové hry), Veřejné prostory rozlišení tváří

31 PROSTŘEDÍ - Teplota chromatičnosti vyjádření spektrálního složení světla, charakterizuje barvu světla, ekvivalentní teplota černého zářiče, při které je spektrální složení záření těchto dvou zdrojů blízké Žárovka 2800K - teplota odpovídá teplotě vlákna, zářivka náhradní teplota chromatičnosti 1200 K: svíčka 2800 K: žárovka, slunce při východu a západu 3000 K: studiové osvětlení 5000 K: obvyklé denní světlo, zářivky 6000 K: jasné polední světlo 7000 K: lehce zamračená obloha 8000 K: oblačno, mlhavo (mraky zabarvují světlo do modra) K: silně zamračená obloha nebo jen modré nebe bez slunce

32 PROSTŘEDÍ - Teplota chromatičnosti Osvětlenost [lx] Barva světelného zdroje teplá neutrální studená Pocitová reakce Pod 500 příjemné neutrální studené stimulující příjemné neutrální Nad 3000 nepřirozené stimulující příjemné Způsob, jak se cítíme v prostředí s dominantní třídou náhradní teploty chromatičnosti, závisí na osvětlenosti v místnosti. Čím vyšší osvětlenost, tím příjemnější jsou studené barvy světla. Náhradní teplota chromatičnosti pod 3300 K Třída Teplý K Střední (neutrální) nad 5300 K studený Adaptováno podle: Adaptováno podle: hof_curve

33 KOMFORT - Index podání barev /mulcom/ Index podání barev Ra (CRI)= 100 všechny barvy jsou podány věrně Porovnání barev osvětlených různými zdroji světla Efekt úrovně podání barev žárovka zářivka níztkotl. sodíková výbojka Světelné zdroje používané v kancelářích: Žárovka Ra 100, Halogenová žárovka Ra 100, Zářivky Ra 70 90, Kompaktní zářivka..ra 82 85

34 KOMFORT - Index podání barev Skupina Index podání barev Barevné podání Typická aplikace 1A Velmi dobré Galerie, lékařská vyšetření, míchání barev 1B Velmi dobré Byty, hotely, kanceláře, školy Dobré Průmysl, kanceláře, školy Vyhovující Průmysl, sportovní haly Nevyhovující Dopravní osvětlení Světelný zdroj Halogenová žárovka Zářivka (denní) Skupina podání barev Zářivka, směsová výbojka 2 1A 1B Hg- výbojka 3 Na - výbojka 4

35

36 ool.eu/portfolio/unders tanding-the-light/

37 KOMFORT - Kontrast Pro jasné vidění je nutné, aby byl dostatečný kontrast na sítnici (v oblasti žluté skvrny) Kontrast jasu k L obj L L back back Text s nízkou úrovní kontrastu není snazší přečíst zvýšením intenzity osvětlení zdroj: Lechner (2001) Heating, Cooling, Lighting, fig. 12.8d, p. 341]

38 Kontrast Simple contrast: Weber contrast: Michelson contrast: [source : Lechner (2001) Heating, Cooling, Lighting, fig. 12.8d, p

39 VÝKON - Oslnění Příliš velké rozdíly jasů Zdroj světla je blízko, nadměrný jas svítidel nebo části osvětlovaného prostoru, častým zdrojem jsou okna Odraz svítících ploch na lesklých površích prostoru Psychologické (discomfort glare): pozorovatelné, rušivé zdroj vyššího jasu v pohledovém poli vzbuzuje nepříznivý pocit, odpoutává pozornost od pozorovaného předmětu zraková nepohoda, únava Fyziologické (disability glare): omezující, oslepující zhoršuje činnost zraku, snižuje se zraková ostrost a kontrastní citlivost

40 VÝKON - Oslnění Přímé oslnění Oslnění ze svítícího předmětu, který se nachází ve stejném nebo blízkém směru jako předmět, na který se díváme. Odražené/nep římé oslnění Oslnění ze svítícího předmětu, který se nenachází ve směru jako sledovaný předmět. [Zdroj: Steven Holl, převzato z materiálu projektu IDES-EDU

41 VÝKON - Oslnění Hodnocení oslnění UGR (unified glare rating) index oslnění Lz - jas oslňujícího světelného zdroje Ώ prostorový úhel, pod nímž je zdroj vidět Lp průměrný jas pozadí (adaptační jas) n - počet oslňujících zdrojů P součinitel charakterizující vliv polohy oslňujícího zdroje Stupeň oslnění je tím vyšší, čím je vyšší jas oslňujícího světelného zdroje L z a čím větší je prostorový úhel, pod nímž je zdroj vidět; a naopak stupeň oslnění klesá s rostoucím průměrným jasem pozadí L p (adaptačním jasem).

42

43 [source : Guy Newsham, National Research Council of Canada, IRC, Cope]

44 VÝKON - Oslnění Lechner N (2001). Heating, cooling, lighting: Design methods for architects. Third Edition. New York: John Wiley & Sons inc.

45 Lechner N (2001). Heating, cooling, lighting: Design methods for architects. Third Edition. New York: John Wiley & Sons inc.

46 Opatření ke snížení rizika oslnění Vnitřní povrchy se světlými barvami EN (2012): odrazy: strop 0,7-0,9 stěny 0,5-0,8 pracovní rovina 0,2-0,7 podlaha 0,2-0,4 Tmavé plochy a těžký nábytek snižují využití denního světla, a to zejména v zadní části místnosti. V hlubokém pokoji je lepší volit světlé barvy a lehčí vybavení. 47

47 Normy týkající se osvětlení ČSN EN Vstupní parametry vnitřního prostředí pro návrh a posouzení energetické náročnosti budov s ohledem na kvalitu vnitřního vzduchu ČSN EN Světlo a osvětlení Osvětlení pracovních prostorů, Část 1: Vnitřní pracovní prostory, ČSN Denní osvětlení budov, ČSN Obytné budovy ČSN EN Světlo a osvětlení Osvětlení pracovních prostorů, Část 2: Venkovní pracovní prostory, ČSN EN Světlo a osvětlení Osvětlení sportovišť ČSN EN 1838 Světlo a osvětlení - Nouzové osvětlení, ČSN EN až 4 Osvětlování pozemních komunikací

48 Normy týkající se osvětlení Požadavky na osvětlení jsou určeny uspokojením tří základních lidských potřeb - Zrakové pohody - Zrakového výkonu - Bezpečnosti

49 Požadavky na osvětlení ČSN EN 15251, ČSN EN Stanovují požadavky na osvětlenost, oslnění a podání barev.

50 Kritéria dobrého osvětlení Adekvátní úroveň osvětlení v místnosti a na pracovní ploše Rozložení jasu v zorném poli (e.g. kontrast, poměr osvětlenosti horizontálních a vertikálních povrchů) Minimalizace oslnění Rozložení a směrovost světla v místnosti a na pracovní ploše (e.g. přímé/difúzní osvětlení) Barevné vlastnosti světla (barevný tón světla a podání barev) Denní světlo Výhled ven Výhled na nebe

51 Photo Sbi Denmark Photo Jouri Kanters Denní světlo Výhody přirozeného osvětlení 1. Zrakový výkon 2. Vyšší produktivita 3. Redukce stresu 4. Pozitivní dopady na zdraví i psychiku (náladu) 5. Stimulace cirkadiánního rytmu (noc den) 6. Syntéza vitamínu D (kůže) 7. Proměnlivost = pozitivní biologický efekt 8. Světelná účinnost (lm/w) = energeticky efektivní 9. Úspora energie 10. Podání barev Photo Sbi Denmark Photo CLEAR, London Photo Jouri Kanters

52 Denní světlo - Proslunění Insolace = ozáření přímým slunečním zářením, ve kterém se kromě viditelného záření uplatňují i složky, nevnímané lidským zrakem (ultrafialové a infračervené záření). účinky na člověka : zvyšování odolnosti proti nepříznivým vlivům prostředí, podpora zdravého rozvoje organismu, příznivé působení na psychiku člověka, jeho duševní stav a náladu.

53 Non-vizuální vnímání světla Neobrazové vnímání světla Cirkadiánní receptory iprgcs (intrinsically photosensitive Retinal Ganglion Cells), rozptýleny po celé ploše oční sítnice, hlubší vrstvy, menší množství, citlivé na kratší vlnové délky = modré světlo ( nm) Pro aktivaci nutná dostatečná světelná intenzita Den: 1000 lx Noc lx DENNÍ SVĚTLO Příklady spektrálního složení Vyznačena maximální citlivosti iprgcs ŽÁROVKA Melatonin spánkový hormon (epifýza) den/noc; léto/zima (Ve dne hladina v těle nízká/před spaním výrazné zvýšeni) Kortizol hormon aktivity, stresu, pohybu doplňuje glukózu v krvi (zejm. do mozku a ledvin) udržuje organismus bdělý a akceschopný firemní podklady OSRAM (2x24hod) typického denního rytmu tělesné teploty, melatoninu a kortizolu v lidském těle při přirozeném 24 hodinovém cyklu střídání dne a noci van Bommel et al, 2004

54 Non-vizuální vnímání světla Circadiánní rytmus Vnitřní hodiny člověka přibližně 24 hodinový cyklus (spánek, bdění, rozdíly tělesné teploty, tlaku, srdeční frekvence, aktivity trávení, vylučování, změny hormonálních hladin) Různé chronotypy (ranní ptáčata slavíci X sovy) Synchronizace Jet-leg ; práce na noční směny

55 Non-vizuální vnímání světla: SAD LED SAD = Seasonal affective disorder = SEZONNI DEPRESE smutek, podrážděnost, nervozita změna chuti k jídlu, změny váhy snížená aktivita nespavost snížení zájmu o práci Zimní SAD více jak 5% obyv. (ženy:muži - 4:1) Lehčí formy - až 15% osob Terapie světlem: 2h/2.500 lx 30min/ lx Použití LED (470 nm) je efektivní i po kratší dobu expozice.

56 Použitá literatura Bluyssen Philomena M.: The Indoor Environment Handbook, How to Make Buildings Healthy and Comfortable, Earthscan Ltd (United Kingdom), 2009, ISBN-13: Jokl, M. : Zdravé obytné a pracovní prostředí, Academia, Moore Fuller (1985). Concepts and Practice of Architectural Daylighting, Van Nostrand Reinhold, New York, ISBN Lechner N (2001). Heating, cooling, lighting: Design methods for architects. Third Edition. New York: John Wiley & Sons inc. ČSN EN Vstupní parametry vnitřního prostředí pro návrh a posouzení energetické náročnosti budov s ohledem na kvalitu vnitřního vzduchu ČSN EN Světlo a osvětlení Osvětlení pracovních prostorů, Část 1: Vnitřní pracovní prostory, ČSN Denní osvětlení budov, ČSN Obytné budovy Projekt IDES-EDU (