ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta elektrotechnická. Diplomová práce. 2012 Bc. Tomáš Markovič

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta elektrotechnická Diplomová práce 2012 Bc. Tomáš Markovič

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta elektrotechnická Katedra měření Energetická náročnost osvětlovací soustavy laboratoře VVN Energy efficiency of lighting system in HV laboratory Vedoucí práce Ing. Marek Bálský Autor Bc. Tomáš Markovič Praha 2012

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta elektrotechnická Katedra měření Akademický rok 2011-2012 ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE Student: Program: Název tématu česky: Název tématu anglicky: Bc. Tomáš Markovič Inteligentní budovy Energetická náročnost osvětlovací soustavy laboratoře VVN Energy efficiency of lighting system in HV laboratory Pokyny pro vypracování: 1. Specifikujte technické požadavky na osvětlovací soustavy v průmyslu. 2. Analyzujte světelně-technické a elektrické parametry stávající osvětlovací soustavy laboratoře a vyhodnoťte její energetickou náročnost. 3. Navrhněte moderní osvětlovací soustavu podle platných technických norem a posuďte možné energetické úspory. Seznam odborné literatury: [1] ČSN EN 12464: Světlo a osvětlení: Osvětlení pracovních prostorů. [2] ČSN 360011: Měření osvětlení vnitřních prostorů. [3] HABEL, Jíří, et al. Světelná technika a osvětlování. 1. Praha : FCC Public, 1995. 438 s. ISBN 80-901985-0-3. Vedoucí diplomové práce: Ing. Marek Bálský Datum zadání diplomové práce: 1. listopadu 2011 Platnost zadání do 1 : 7. června 2013 L.S. Prof. Ing. Vladimír Haasz, CSc. vedoucí katedry Prof. Ing. Pavel Ripka, CSc. děkan V Praze dne 1. 11. 2011 1 Platnost zadání je omezena na dobu tří následujících semestrů

Čestné prohlášení autora práce Prohlašuji, že jsem předloženou práci vypracoval samostatně a že jsem uvedl veškeré použité informační zdroje v souladu s Metodickým pokynem o dodržování etických principů při přípravě vysokoškolských závěrečných prací. V Praze dne... Podpis autora práce I

II

Anotace Tato práce se zabývá analýzou osvětlovací soustavy v laboratoři velmi vysokého napětí. Ta je porovnána s návrhem nové, moderní osvětlovací soustavy, který respektuje platné legislativní a jiné specifické požadavky. Tyto požadavky jsou v práci podrobně popsány. Při návrhu byl kladen důraz na energetickou náročnost osvětlovací soustavy a minimalizaci nákladů, spojených s údržbou. Annotation This thesis is focused on a lighting system of a high-voltage laboratory which is analysed and compared with a proposal of a new, modern lighting system that respects the valid legislative and other specific requirements. These requirements are thoroughly described here. When designing this lighting system, emphasis was placed on its energy efficiency and minimization of costs associated with its maintenance. III

IV

Obsah Seznam obrázků... VII Seznam tabulek... VIII Seznam příloh... IX 1 Úvod... 1 2 Technické požadavky na osvětlovací soustavy v průmyslu... 2 2.1 Legislativa... 2 2.1.1 Denní osvětlení... 3 2.1.2 Umělé osvětlení... 4 2.1.3 Údržba osvětlovacích soustav... 9 2.2 Optimalizace energetické náročnosti... 11 2.2.1 Řídicí systémy... 12 2.3 Svítidla... 13 2.4 Světelné zdroje... 15 2.4.1 Výbojové... 17 2.4.2 Polovodičové (LED)... 19 3 Analýza stávajícího stavu osvětlovací soustavy... 20 3.1 Malá hala... 20 3.1.1 Klasifikace prostoru a prováděných činností... 21 3.1.2 Denní osvětlení... 23 3.1.3 Umělé osvětlení... 23 3.1.4 Provozní režim... 24 3.1.5 Kvalita údržby... 24 3.2 Velká hala... 25 3.2.1 Klasifikace prostoru a prováděných činností... 26 3.2.2 Denní osvětlení... 26 3.2.3 Umělé osvětlení... 26 3.2.4 Provozní režim... 27 V

3.2.5 Kvalita údržby... 27 3.3 Měření světelně technických parametrů... 27 3.3.1 Příprava... 30 3.3.2 Naměřené hodnoty... 31 3.4 Vyhodnocení stávajícího stavu... 36 4 Návrh nové osvětlovací soustavy... 38 4.1 Malá hala... 38 4.1.1 Požadavky a volba typu osvětlovací soustavy... 38 4.1.2 Svítidla a světelné zdroje... 40 4.1.3 Udržovací činitel a plán údržby... 41 4.1.4 Dimenzování a kontrola návrhu... 43 4.1.5 Řídicí systém... 46 4.2 Velká hala... 48 4.2.1 Požadavky a volba typu osvětlovací soustavy... 48 4.2.2 Svítidla a světelné zdroje... 49 4.2.3 Udržovací činitel a plán údržby... 50 4.2.4 Dimenzování a kontrola návrhu... 52 4.2.5 Řídicí systém... 56 5 Závěr... 58 6 Literatura... 61 Příloha A... 63 Příloha B... 65 Příloha C... 67 Příloha D... 69 VI

Seznam obrázků Obr. 2.1 - Vliv údržby OS na osvětlenost prostoru podle [9]... 11 Obr. 2.2 - Třídy svítidel podle rozložení světelného toku do poloprostorů podle [10].. 14 Obr. 2.3 Trend vývoje světelných zdrojů [11]... 16 Obr. 3.1 - Boční řez malé a velké haly... 20 Obr. 3.2 - Půdorys malé haly... 21 Obr. 3.3 - Půdorys velké haly... 25 Obr. 3.4 - Grafické vyhodnocení měření - malá hala... 33 Obr. 3.5 - Rozmístění měřicích bodů - velká hala... 34 Obr. 3.6 - Grafické vyhodnocení měření - velká hala, velín... 35 Obr. 4.1 - Rozložení udržovaných osvětleností v prostoru malá hala... 39 Obr. 4.2 Svítidlo Philips GentleSpace (292 W)... 40 Obr. 4.3 Pokles světelného toku u svítidla Philips GentleSpace... 41 Obr. 4.4 Svítidla (situační plán) malá hala... 44 Obr. 4.5 Vizualizace malé haly pohled shora... 45 Obr. 4.6 Vizualizace malé haly boční pohled... 46 Obr. 4.7 Rozdělení svítidel do funkčních bloků malá hala... 47 Obr. 4.8 - Rozložení udržovaných osvětleností v prostoru velká hala... 49 Obr. 4.9 Svítidla (situační plán) velká hala... 53 Obr. 4.10 Svítidla (situační plán) velká hala, velín... 53 Obr. 4.11 - Vizualizace velké haly velín... 55 Obr. 4.12 Vizualizace velké haly pohled shora... 55 Obr. 4.13 Vizualizace velké haly boční pohled... 56 Obr. 4.14 Rozdělení svítidel do funkčních bloků velká hala... 57 VII

Seznam tabulek Tab. 2.1 - Kategorie osvětlení podle druhu vykonávané práce... 4 Tab. 2.2 - Řada osvětleností v luxech podle [5]... 6 Tab. 2.3 - Přibližné intervaly čištění svítidel v různých prostředích podle [9]... 10 Tab. 2.4 - Třídy svítidel podle rozložení světelného toku do poloprostorů... 14 Tab. 3.1 - Klasifikace prováděných činností podle [5]... 22 Tab. 3.2 - Seznam instalovaných svítidel - malá hala... 24 Tab. 3.3 - Seznam instalovaných svítidel - velká hala... 26 Tab. 3.4 - Seznam instalovaných svítidel - velká hala, velín... 27 Tab. 3.5 - Požadavky na měřicí přístroje... 29 Tab. 3.6 - Činitele odrazu vybraných povrchů... 31 Tab. 3.7 - Naměřené osvětlenosti v měřicích bodech (lx) malá hala, velín... 32 Tab. 3.8 - Naměřené osvětlenosti v měřicích bodech (lx) malá hala... 33 Tab. 3.9 - Naměřené osvětlenosti v měřicích bodech (lx) velká hala... 35 Tab. 3.10 - Naměřené osvětlenosti v měřicích bodech (lx) velká hala, velín... 35 Tab. 3.11 - Porovnání naměřených a normových hodnot... 36 Tab. 4.1 Požadavky na osvětlenost malá hala... 39 Tab. 4.2 Počáteční průměrné osvětlenosti pro návrh malá hala... 43 Tab. 4.3 Navržené počty svítidel malá hala... 44 Tab. 4.4 Parametry navržené osvětlovací soustavy malá hala... 45 Tab. 4.5 Požadavky na osvětlenost velká hala... 48 Tab. 4.6 Počáteční průměrné osvětlenosti pro návrh velká hala... 52 Tab. 4.7 Navržené počty svítidel velká hala... 54 Tab. 4.8 Parametry navržené osvětlovací soustavy velká hala... 54 Tab. 5.1 Průměrná osvětlenost staré a nové OS... 58 Tab. 5.2 Instalovaný příkon staré a nové OS... 58 Tab. 5.3 Porovnání energetické náročnosti OS - malá hala... 59 Tab. 5.4 Porovnání energetické náročnosti OS - velká hala... 59 VIII

Seznam příloh Příloha A - Přehled vybraných prostorů, úkolů a činností podle ČSN EN 12464-1 Příloha B Náležitosti zprávy o měření Příloha C Projekt malé haly - DIALux Příloha D Projekt malé haly DIALux IX

KAPITOLA 1. ÚVOD 1 Úvod Současné vývojové tendence podpořené rostoucími cenami energií směřují k dosažení výrazných úspor elektrické energie. Pokud se zaměříme na průmyslové odvětví, které se podílí velkou měrou na celosvětové spotřebě energie, není zde vždy snadné nalézt ekonomicky výhodné opatření pro snížení nákladů. Jedním zdrojem možných úspor mohou být osvětlovací soustavy, protože podíl spotřeby elektrické energie pro umělé osvětlení je v ČR přibližně 11 %[1]. Pokud se jedná o objekt ve fázi projektové přípravy, řeší se jako jeho nutná součást denní osvětlení vnitřních prostorů. Optimálním řešením v této fázi je možné docílit zvýšení podílu denního osvětlení a tedy snížení nákladů na provoz osvětlovací soustavy. V případě již existujícího objektu mohou být energetické úspory řešeny optimalizací provozu (automatická regulace hladiny osvětlenosti podle aktuálních stavů a požadavků) nebo, v případě zastaralé osvětlovací soustavy, její renovací. Snížení energetické náročnosti a tedy zvýšení efektivity provozu však závisí na možnostech a požadavcích pro daný objekt. Tato práce je zaměřena na konkrétní prostory, které jsou součástí objektu EGU-HV Laboratory a.s., Podnikatelská 267, Praha 9 - Běchovice, 19011. Jedná se o zkušební laboratoř akreditovanou podle normy ČSN EN ISO/IEC 17025 [2], která provádí: zkoušky vysokým napětím, měření radiového rušení, měření elektrického a magnetického pole, napěťové a dielektrické zkoušky elektrických předmětů a zařízení a mechanické zkoušky izolátorů. 1

2 Technické požadavky na osvětlovací soustavy v průmyslu V průmyslových, ale i jiných, prostorech se často setkáváme s prostředím, na které jsou kladeny zvláštní požadavky. Těmto požadavkům se musí kromě jiných systémů přizpůsobit i soustava umělého osvětlení, jakožto součást všech vnitřních prostorů, ve kterých je vykonávána trvalá práce. Základní i některé speciální technické požadavky na osvětlovací soustavu jsou dány platnou legislativou a jsou závazné. Ostatní mohou být specifické pro konkrétní prostor. Pod pojmem specifické požadavky si lze představit například: tepelné zisky od osvětlovací soustavy, které ovlivňují návrh klimatizace a vytápění; zvýšená tepelná odolnost svítidel a světelných zdrojů; zvýšené krytí svítidel; životnost světelných zdrojů obzvláště ve špatně přístupných místech; požadavky na regulaci světelného toku; a mnoho dalších. V následujících podkapitolách budou shrnuty legislativní požadavky na osvětlovací soustavy s důrazem na průmyslové prostory. Dále obecné požadavky na provoz, údržbu a energetickou náročnost včetně rozboru vhodných svítidel a světelných zdrojů pro průmysl. 2.1 Legislativa Osvětlení pracoviště je součástí hygienických požadavků na ochranu zdraví při práci. Minimální požadavky jsou stanoveny nařízením vlády č. 361/2007 Sb. [3], které se dále odkazuje na technické normy. Ty se tím pádem stávají závaznými. Podstatou hygienických požadavků je, aby bylo zajištěno dostatečné osvětlení pracoviště, odpovídající náročnosti vykonávané práce na zrakovou činnost. K osvětlení vnitřních pracovních prostorů se používá denní, umělé nebo sdružené (kombinace denního a umělého) osvětlení. Podle zvoleného typu jsou kladeny požadavky na dílčí složky. Následující podkapitoly obsahují informace, převzaté z platných technických norem [4],[5],[6] a [7] nebo založené na jejich obsahu. 2

KAPITOLA 2. TECHNICKÉ POŽADAVKY NA OSVĚTLOVACÍ SOUSTAVY V PRŮMYSLU 2.1.1 Denní osvětlení Denní světlo může poskytnout úplné nebo částečné osvětlení pro zrakový úkol. Ve vnitřních prostorech s trvalým pobytem osob 1 se musí v souladu s funkcí prostoru co nejvíce využívat, protože je pro člověka nenahraditelné. Úroveň denního osvětlení (také jako součást sdruženého osvětlení) je jedním z přísně sledovaných hygienických parametrů a specifikují ji normy ČSN 730580 [4] [6], případně ČSN 360020 [8]. Úroveň denního osvětlení se stanovuje poměrnou veličinou, činitelem denní osvětlenosti = 100 % (2.1) kde lx je osvětlenost v kontrolním bodě uvnitř měřeného prostoru a lx je osvětlenost venkovní vodorovné nezacloněné roviny. Minimální hodnoty a při horním nebo kombinovaném osvětlení i průměrné hodnoty pro pracoviště, kde je vykonávána trvalá práce, stanovuje nařízení vlády [3]. Pro denní osvětlení musí být splněno =1,5 % a =3 %. Pro sdružené osvětlení musí být splněno =0,5 % a =1 %. Tyto hodnoty dále upravuje norma [6] podle druhu vnitřního prostoru nebo vykonávané činnosti. Pokud není možné tyto minimální hodnoty dodržet, lze takové pracoviště zřizovat podle [3] pouze jde-li o pracoviště: pouze s nočním provozem; které musí být z technologických důvodů umístěno pod úrovní terénu; jehož účel nebo konstrukční požadavky neumožňují zřídit dostatečný počet nebo velikost osvětlovacích otvorů; na němž z technologických důvodů musí být vyloučen vliv denního světla, nebo musejí být použity jiné vlnové délky spektrálního složení světla; kde je nutné zajištění ochrany zdraví zaměstnance před pronikáním chemické látky, aerosolu nebo prachu z výrobní činnosti, jehož zdrojem je technologie. 1 Jako trvalý pobyt lidí se podle [4] považuje takový pobyt, který trvá v průběhu jednoho dne více než 4 hodiny a opakuje se více než jednou týdně. 3

V takovém případě je umělé osvětlení bráno jako jediný zdroj světla a jsou na něj kladeny zvýšené požadavky popsané dále v textu. 2.1.2 Umělé osvětlení Na pracovištích, kde je použito denní nebo sdružené osvětlení musí být podle [3] zajištěna udržovaná osvětlenost minimálně =200 lx za předpokladu, že norma [5] nestanoví jinak. Pro zajištění dobré součinnosti denního a umělého osvětlení je vhodné použít manuální nebo automatickou regulaci umělého osvětlení. Pokud se jedná o pracoviště, kde nelze dodržet požadavky na denní nebo sdružené osvětlení (viz. kapitola 2.1.1), musí být zajištěna udržovaná osvětlenost =300 lx za předpokladu, že norma [5] nestanoví jinak. Důležitá je také věta, obsažená v [3], týkající se těch pracovišť, kde norma stanovuje udržovanou osvětlenost: U udržovaných osvětleností 300 až 500 luxů včetně se však navýší osvětlenost o 1 stupeň řady osvětlenosti., viz. tabulka 2.2. Při návrhu umělého osvětlení je důležité splnit, kromě požadované osvětlenosti, další kvalitativní a kvantitativní požadavky. Ty jsou určeny třemi základními lidskými potřebami: zraková pohoda - když se pracovníci velmi dobře cítí; zrakový výkon - když jsou pracovníci schopni vykonávat zrakové úkoly i při obtížných podmínkách a během dlouhé doby; bezpečnost. Podle požadavků na zrakovou činnost lze osvětlení kategorizovat podle tabulky 2.1. Kategorie osvětlení Činnost A B C D s velkými požadavky na zrakový výkon s průměrnými požadavky na zrakový výkon s malými požadavky na zrakový výkon s přednostními požadavky na vnímání prostoru, tvaru a barev Pořadí důležitosti rozhodujících kritérií 1. zrakový výkon 2. zraková pohoda 1. zraková pohoda 2. zrakový výkon Tab. 2.1 - Kategorie osvětlení podle druhu vykonávané práce 4

KAPITOLA 2. TECHNICKÉ POŽADAVKY NA OSVĚTLOVACÍ SOUSTAVY V PRŮMYSLU Hlavní parametry určující světelné prostředí podle [5]: rozložení jasu; osvětlenost; oslnění; směrovost světla; variabilita světla; podání barev a barevný tón světla; míhání světla; denní světlo. Rozložení jasu Rozložení jasu v zorném poli ovlivňuje adaptaci zraku. Má vliv na psychickou a také zrakovou pohodu pozorovatele. Příliš velké jasy nebo kontrasty jasů ztěžují viditelnost prováděných úkolů. Je proto důležité vyloučit: příliš velké jasy (hrozí riziko oslnění); příliš velké kontrasty jasů (způsobují únavu v důsledku trvalé readaptace zraku); příliš malé jasy a kontrasty jasů (vedou k monotónnímu nestimulujícímu pracovnímu prostředí). Kontrast jasů je většinou problém při práci se zobrazovacími jednotkami (displeje počítačů, ovládací panely). Jas displeje je obvykle mnohem vyšší než jas okolních ploch a tím dochází k rychlejší únavě očí při dlouhodobé práci. Částečně to lze eliminovat snížením jasu displeje nebo vhodným umístěním svítidla, které zvýší jas okolních ploch (pozadí displeje). Doporučený rozsah činitelů odrazu hlavních povrchů místnosti je podle [5]: strop 0,7 až 0,9; stěny 0,5 až 0,8; podlaha 0,2 až 0,4; nábytek, strojní vybavení atp. 0,2 až 0,7. 5

Osvětlenost plochu. Osvětlenost lx vyjadřuje plošnou hustotu světelného toku dopadlého na určitou = ;, (2.2) Rozložení osvětlenosti v místě zrakového úkolu a v jeho bezprostředním okolí má velký vliv na to, jak rychle, bezpečně a pohodlně osoba vnímá a vykonává zrakový úkol. Měří se na srovnávací rovině, která může být horizontální (podlaha, pracovní stůl), vertikální (školní tabule) nebo šikmá (rýsovací stůl). Norma stanovuje osvětlenost jako tzv. udržovanou osvětlenost 2 lx a závisí na kategorii pracovního prostoru a typu zrakové činnosti. Dělí se na: osvětlenost v místě zrakového úkolu; osvětlenost bezprostředního okolí úkolu. Pokud není místo zrakového úkolu známé, musí se odhadnout nebo se celý prostor považuje za místo zrakového úkolu. Řada osvětleností, která se standardně používá, je uvedena v tabulce 2.2. 20 30 50 75 100 150 200 300 500 750 1000 1500 2000 3000 5000 Tab. 2.2 - Řada osvětleností v luxech podle [5] Oslnění Oslnění vzniká kvůli povrchům s velkým jasem v zorném poli. Je důležité jeho vzniku zabránit nebo ho omezit, protože zvyšuje náročnost zrakového úkolu a narušuje zrakovou pohodu. Ve vnitřních pracovních prostorech může být oslnění způsobeno přímo svítidly, okny s velkým jasem nebo předměty odrážejícími světlo. V praxi také nastávají situace, kde není možné oslnění odstranit - například práce s leštěnými kovovými předměty. 2 Hodnota průměrné osvětlenosti, pod kterou nesmí klesnout osvětlenost daného povrchu, bez ohledu na stáří a stav osvětlovací soustavy. 6

KAPITOLA 2. TECHNICKÉ POŽADAVKY NA OSVĚTLOVACÍ SOUSTAVY V PRŮMYSLU V ojedinělých případech ho lze eliminovat použitím speciálních svítidel, která mají jako čočku polarizační filtr. Díky tomu dochází k minimálním odleskům i na lesklém povrchu. V zásadě ho lze rozdělit na rušivé, omezující a oslepující oslnění (případně i absolutní). Rušivé oslnění neomezuje vidění, ale narušuje zrakovou pohodu. Oslňující zdroj se nachází v zorném poli osoby a poutá jeho pozornost, soustředěnost na zrakový úkol. Omezující oslnění zhoršuje funkce zraku a vidění se stává namáhavé. Oslepující oslnění je již tak intenzivní, že znemožňuje funkce zraku. Podle délky trvání se odvíjí i readaptace, takže při silném oslnění trvá několik vteřin, než začne oko znovu rozpoznávat okolí. Lze ho dělit podle vzniku na: přímé (velký jas v zorném poli); odrazem (odrazy světla od stěn, stropů či od různých předmětů); závojové (odrazy na zrcadlovém povrchu); přechodové (náhlá změna jasu v zorném poli); kontrastem (různé plochy s různým jasem v zorném poli). Oslepující a omezující oslnění by v osvětlovacích soustavách nemělo vůbec nastávat. Musí se však bránit i vzniku rušivého oslnění. Index oslnění přímo od svítidel osvětlovací soustavy vnitřního prostoru je stanovený jednotným systémem hodnocení oslnění tabulkovou metodou CIE (UGR) podle vzorce: =8log 0,25 (2.3) kde je jas pozadí v vypočítaný jako, svislá nepřímá osvětlenost očí pozorovatele, jas svíticí části každého svítidla ve směru očí pozorovatele v, prostorový úhel (ve steradiánech) svíticí části každého svítidla vzhledem k očím pozorovatele, činitel polohy podle Gutha pro každé svítidlo podle jeho odklonu od směru pohledu. 7

Podání barev Index podání barev 3 udává kvalitu podání barev světelných zdrojů. Je to bezrozměrná veličina s rozsahem hodnot 0 až 100, přičemž hodnota =0 znamená neschopnost rozpoznávat barvy (monochromatické vidění) a naopak hodnota =100 vyjadřuje maximální schopnost rozeznávání barev bez zkreslení. Této hodnoty dosahují např. standardní žárovky. Ve vnitřních prostorech, kde osoby pracují nebo pobývají dlouhodobě, musí být použity světelné zdroje s 80. Výjimku lze udělit u vysokých hal, kde může být obtížné této hodnoty dosáhnout. Musí se však zajistit lepší podání barev v místech s náročnější zrakovou činností a schopnost rozpoznávat bezpečnostní barvy. Teplota chromatičnosti Teplota chromatičnosti K (náhradní teplota chromatičnosti u výbojových zdrojů) je rovna teplotě černého zářiče, jehož záření má tutéž chromatičnost jako uvažované záření. Podle ní lze rozdělit vyzařované světlo na: teplé (do 3 300 K); neutrální (3 300 K až 5 300 K); studené/denní (nad 5 300 K). Teplota chromatičnosti také ovlivňuje psychologickou pohodu. Teplé odstíny působí uklidňujícím dojmem a navozují příjemnou atmosféru. Chladnější odstíny naopak snižují únavu a zvyšují schopnost koncentrace. Velmi chladné odstíny se používají také v lékařství. Některá moderní svítidla dokáží regulovat teplotu chromatičnosti vyzařovaného světla a díky tomu lze vytvořit tzv. biodynamické osvětlení, které se snaží napodobit denní osvětlení. Požadavek na teplotu chromatičnosti není stanoven. V průmyslu se většinou používají chladnější odstíny, jelikož je zrakový výkon upřednostňován před zrakovou pohodou. 3 V zahraničí označován jako CRI Color Rendering Index 8

KAPITOLA 2. TECHNICKÉ POŽADAVKY NA OSVĚTLOVACÍ SOUSTAVY V PRŮMYSLU 2.1.3 Údržba osvětlovacích soustav Osvětlovací soustava vyžaduje v průběhu svého života údržbu, aby mohla zajišťovat dostatečné množství světla. Průměrná osvětlenost lx totiž nesmí klesnout pod udržovanou osvětlenost lx, bez ohledu na stav a stáří osvětlovací soustavy. Vzhledem k usazování nečistot na povrchu svítidel a stárnutí světelných zdrojů, spočívá údržba zejména v čištění světelných zdrojů a svítidel, výměně světelných zdrojů při poruše nebo po uplynutí jejich životnosti, obnově povrchů místností a čištění osvětlovacích otvorů (okna, světlíky, světlovody). Plán a interval údržby závisí na několika faktorech a shrnuje ho celkový udržovací činitel 4, který musí být součástí projektu osvětlení včetně seznamu všech předpokladů k jeho odvození. Minimální hodnota činitele údržby a postup jeho odvození je uveden v návrhu standardu CIE, ze kterého vychází také dokument TNI 36 0451 [9]. Vypočítá se jako součin dílčích činitelů = (2.4) kde dílčí složky vyjadřují: LLMF LSF LMF RSMF činitel stárnutí světelných zdrojů Podíl světelného toku světelného zdroje v dané době jeho života a počátečního světelného toku. činitel funkční spolehlivosti světelných zdrojů Pravděpodobnost toho, že světelné zdroje budou po určitou dobu v provozu. Charakterizuje část reprezentativní skupiny daného typu světelných zdrojů, které po určité době zůstávají v provozu. Při využití individuální výměny světelných zdrojů pokud dojde k poruše, může být tento činitel roven 1. udržovací činitel svítidla Snížení účinnosti svítidla způsobené nečistotami usazenými na světelných zdrojích a na svítidle anebo uvnitř svítidla za dané období. udržovací činitel povrchů místnosti Podíl činitele odrazu povrchu místnosti v dané době a počátečního činitele odrazu. 4 MF - Maintenance Factor 9

Činitele LMF a RSMF závisí na typu prostoru, vzhledem k množství nečistot a prachu. Proto je nutné rozdělení alespoň do čtyř kategorií na prostory: velmi čisté (VČ); čisté (Č); normální (N); špinavé (Š). Výběr vhodného typu svítidla a intervalu údržby závisí na čistotě prostoru. V tabulce 2.3 jsou uvedeny různé varianty. Počáteční průměrná osvětlenost, na kterou musí být soustava navržena, se vypočítá jako podíl udržované osvětlenosti (stanovené normou) a udržovacího činitele = lx (2.5) Typ svítidla Intervaly čištění 3 roky 2 roky 1 rok Prostředí A. S necloněným světelným zdrojem VČ Č N Š VČ Č N Š VČ Č X X X N Š B. Bez horního krytu (přirozené větrání) C. S horním krytem (nevětrané) D. Uzavřené IP2X E. Chráněné proti prachu IP5X X X X X (X) X X (X) X X X X F. Uzavřené nepřímé (uplight) X (X) X G. S řízenou klimatizací X X X Tab. 2.3 - Přibližné intervaly čištění svítidel v různých prostředích podle [9] 10

KAPITOLA 2. TECHNICKÉ POŽADAVKY NA OSVĚTLOVACÍ SOUSTAVY V PRŮMYSLU Na obrázku 2.1 je znázorněn vliv udržování osvětlovací soustavy na celkovou osvětlenost prostoru a také velký pokles osvětlenosti u neudržované soustavy. Interval čištění svítidel se standardně se pohybuje v rozmezí 0,5 až 3 roky. Údržba povrchů místnosti (malování) se standardně provádí v rozmezí 0,5 až 6 let. Některé degradativní změny, jako třeba koroze funkčních povrchů svítidla, jsou nevratné. S poklesem světelného toku světelného zdroje se musí počítat již během návrhu osvětlovací soustavy (viz. činitel LLMF) a po překročení mezní hodnoty je nutné světelný zdroj vyměnit 5. Obr. 2.1 - Vliv údržby OS na osvětlenost prostoru podle [9] 2.2 Optimalizace energetické náročnosti Požadované světelně technické parametry by měly být dosaženy energeticky co nejúčinnějším způsobem. Zároveň se ale nesmí energetické požadavky nadřazovat nad světelně technické. Toho lze docílit v první řadě maximálním využitím denního světla. V průmyslu je často kvůli velkým prostorům zajištěn přísun denního světla otvory ve střeše 5 Pokud světelný zdroj potřebuje předřadné zařízení, je nutné zkontrolovat vzájemnou kompatibilitu. 11

(okna, světlíky). Nově se také více využívají duté světlovody, protože technologie umožňuje vyrábět vysoce kvalitní odrazné materiály. Pro maximalizaci energetických úspor by měly být splněny následující body s přihlédnutím k ekonomické výhodnosti jednotlivých částí: maximální využití denního osvětlení; použití inteligentního řídicího systému pro zajištění takové osvětlenosti, jaká je v daný okamžik nutná; volba vhodného typu svítidel pro daný prostor a zrakovou činnost; použití účinných předřadníků a světelných zdrojů. 2.2.1 Řídicí systémy Řízením osvětlovacích soustav je možné ušetřit 50 až 70 % elektrické energie. Lze toho dosáhnout s využitím následujících postupů. Využití denního osvětlení V součinnosti s denním osvětlením by mělo fungovat také umělé, doplňkové, osvětlení. S vývojem elektronických technologií se proto stále častěji používají různé řídicí systémy, které upravují intenzitu osvětlení tak, aby byla v prostoru zrakového úkolu požadovaná konstantní hladina osvětlenosti. Je to výhodné hlavně z ekonomických důvodů, ale také pro zjednodušení a zvýšení komfortu ovládání nebo zvýšení provozní bezpečnosti. Tyto systémy regulují intenzitu osvětlení na základě měření osvětlenosti pracovní roviny nebo intenzity denního osvětlení. V místech s nepravidelným pohybem osob lze podle informace ze senzoru pohybu snížit osvětlenost nebo soustavu zcela vypnout. Řídicí systém často ovládá i stínicí prvky, které jsou součástí osvětlovacích otvorů a zabraňují oslnění nebo nadměrné tepelné zátěži vnitřního prostoru solárními zisky. Předimenzování osvětlovací soustavy Při pohledu na obrázek 2.1 může být patrné místo potenciálních úspor. Vzhledem k legislativnímu požadavku na udržovanou osvětlenost, musí být osvětlovací soustava lehce předimenzovaná, aby bylo zaručeno, že v průběhu udržovacího cyklu (a celkového života 12

KAPITOLA 2. TECHNICKÉ POŽADAVKY NA OSVĚTLOVACÍ SOUSTAVY V PRŮMYSLU osvětlovací soustavy) neklesne průměrná osvětlenost právě pod tuto hodnotu. Počáteční hodnota osvětlenosti tedy zbytečně převyšuje požadovanou hodnotu. Některá moderní svítidla s integrovanými světelnými zdroji na bázi LED zaručují konstantní světelný tok svítidla po dobu jeho života. Docílí se toho postupným zvyšováním příkonu svítidla, které mělo jako nové výkonnostní rezervu. Díky tomu lze vynechat dílčí činitel LLMF z výpočtu udržovacího činitele, který jeho hodnotu výrazně ovlivňuje. S použitím řídicího systému osvětlení je možné dosáhnout podobného efektu, pokud je světelný tok regulován pro dosažení konstantní hladiny osvětlenosti. Když je osvětlovací soustava nová, její příkon je snížený a v průběhu života, kdy klesá světelný tok, se pozvolna zvyšuje. V tomto případě se ale musí uvažovat pokles světelného toku instalovaných světelných zdrojů při výpočtu udržovacího činitele. Kontrola přítomnosti osob Tyto systémy nejsou většinou jednoúčelové a umožňují kromě osvětlení řídit další technologie v budovách, jako například vytápění, chlazení, zabezpečení a požární zabezpečení. S tím souvisí i možnost propojení s nadřazeným systémem pro správu budovy nebo celého komplexu, tzv. Building Management System (BMS). Ten hraje důležitou roli v optimalizaci energetické náročnosti. Při zaměření na řízení osvětlení ho lze využít pro monitoring stavu osvětlovací soustavy a spotřeby elektrické energie. V případě poruchy světelného zdroje může být obsluha informována a lze tak rychle provést výměnu. Vyžaduje to ovšem použití elektronických předřadníků, které dokáží obousměrně komunikovat s řídicím systémem. To umožňují například digitálně řízené elektronické předřadníky s rozhraním DALI 6. 2.3 Svítidla Při návrhu osvětlovací soustavy je důležité promyslet, co, jakým směrem, a s jakou intenzitou chceme osvětlovat. Z těchto znalostí vycházíme při volbě určitého základního typu svítidla. Svítidla se rozdělují podle: druhu světelného zdroje, rozložení světelného toku, stupně clonění, stupně krytí a ochrany svítidel, upevnění a podle účelu použití. 6 DALI (Digital Addressable Lighting Interface) je standardizované rozhraní pro řízení osvětlení. 13

Výběrem světelného zdroje o určitém světelném toku nemáme zaručeno, že bude svítidlo tento světelný tok opravdu vyzařovat. Účinnost svítidla totiž není stoprocentní a je ovlivněna světelně činnou částí svítidla. Pro hodnocení účinnosti svítidla se zavádí pojem Provozní účinnost svítidla, což vyjadřuje poměr světelného toku svítidla ke světelnému toku samotných světelných zdrojů mimo svítidlo: = (2.6) Svítidla lze rozdělit podle rozložení světelného toku do následujících tříd: Třída rozložení světelného toku Svítidlo Dolní poloprostor Horní poloprostor I Přímé nad 80 % do 20 % II Převážně přímé 60 až 80 % 40 až 20 % III Smíšené 40 až 60 % 60 až 40 % IV Převážně nepřímé 20 až 40 % 80 až 60 % V Nepřímé do 20 % nad 80 % Tab. 2.4 - Třídy svítidel podle rozložení světelného toku do poloprostorů Obr. 2.2 - Třídy svítidel podle rozložení světelného toku do poloprostorů podle [10] Pro další úpravu rozložení světelného toku se používají následující světelně činné části svítidla: stínidla - zaclonění světelného zdroje; reflektory - zrcadlový odraz; refraktory - prostup a lom; 14

KAPITOLA 2. TECHNICKÉ POŽADAVKY NA OSVĚTLOVACÍ SOUSTAVY V PRŮMYSLU čočky - prostup a lom; difuzory - prostup a rozptyl; filtry - změna spektra i toku. V průmyslových objektech se používají převážně svítidla přímá (podle tabulky 2.4), jelikož se osvětluje horizontální nebo vertikální pracovní rovina. Při osvětlování průmyslových hal z větších výšek jsou použity reflektory k účinnému nasměrování světelného toku do jednoho poloprostoru. Reflektory využívají zrcadlový odraz, a proto se u těch kvalitních dnes využívá vysoce čistý hliník (99,7 až 99,9 %) a povrchová úprava zaručující odraznost až 98 %. Při zvýšeném stupni krytí svítidla je důležitý materiál, ze kterého je zhotoven kryt svítidla přes který prochází všechen světelný tok. U polovodičových světelných zdrojů (LED, OLED) není standardně světelný tok vyzařován do celého prostoru, ale převážně jen do jednoho poloprostoru. To vyžaduje jiné techniky při směrování světelného toku svítidla, než u konvenčních světelných zdrojů. Typ světelných zdrojů je tak nutné zohlednit při výběru svítidel. 2.4 Světelné zdroje Použité světelné zdroje přímo souvisejí s ekonomikou provozu celé osvětlovací soustavy. Jejich životnost a měrný výkon, spolu s investičními náklady, jsou proto v dnešní době brány jako nejdůležitější parametry. Měrný výkon světelného zdroje udává poměr vyzařovaného světelného toku a příkonu. Používá se pro stanovení účinnosti přeměny elektrické energie na světlo. = lm W (2.7) Přibližné porovnání standardně dosahovaných měrných výkonů světelných zdrojů je v grafu na obrázku 2.3. Zajímavý je zde i trend vývoje a pokrok v oblasti polovodičových světelných zdrojů. 15

Obr. 2.3 Trend vývoje světelných zdrojů [11] Parametry světelných zdrojů lze obecně rozdělit do tří kategorií: Elektrické velikost napájecího napětí připojení na napájecí soustavu jmenovitý příkon Světelně technické světelný tok index podání barev teplota chromatičnosti spektrální složení světla měrný výkon 7 čáry svítivosti v základních C rovinách, úhel poloviční svítivosti 7 Podíl světelného toku zdroje v lumenech k elektrickému příkonu ve wattech. 16

KAPITOLA 2. TECHNICKÉ POŽADAVKY NA OSVĚTLOVACÍ SOUSTAVY V PRŮMYSLU Ostatní cena světelného zdroje životnost (průměrná 8, užitečná 9 ) počet spínacích cyklů pracovní teplota provozní poloha použitá patice Samotné světelné zdroje můžeme rozdělit podle principu vzniku světla na teplotní, výbojové a polovodičové. Používání teplotních zdrojů je neekonomické vzhledem k tomu, že účinnost přeměny energie na světlo mají přibližně 5 až 10 %. Pro průmyslové budovy se nejvíce hodí výbojové světelné zdroje a snaha je používat nejnovější polovodičové zdroje. 2.4.1 Výbojové U výbojových zdrojů světlo vzniká vybuzením atomů plynů nebo par kovů v elektrickém výboji. Ke své funkci potřebují vhodným způsobem regulovat (omezit) velikost proudu pro vznik výboje, např. tlumivkou nebo elektronickým předřadníkem. Výbojové zdroje neposkytují maximální úroveň světelného toku ihned po zapnutí. Pro dosažení maxima potřebují většinou 2 až 10 minut. U bezelektrodových výbojek je tato doba v řádu desítek sekund. Lze je rozdělit na: nízkotlaké (např. nízkotlaké rtuťové, sodíkové či indukční výbojky); vysokotlaké (např. vysokotlaké rtuťové, halogenidové, sodíkové či plazmové výbojky). Lineární zářivky jsou nízkotlaké rtuťové výbojky ve formě trubice. Hlavní část vyzařovaného spektra je ultrafialové záření, které je nutné převést do viditelné části spektra. K tomu slouží několik vrstev luminoforu na vnitřní části trubice, který transformuje část ultrafialové záření do viditelného spektra. Kvalita luminoforu proto ovlivňuje spektrální složení záření a tím i výslednou kvalitu vyzařovaného světla (kvalitní zářivky využívají tzv. 8 Doba, za kterou je nejméně 50 % všech zdrojů provozuschopných při normovaných podmínkách. 9 Doba, za kterou poklesne světelný tok zdroje na určitou hodnotu při normovaných podmínkách. 17

třípásmový luminofor). Náhradní teplota chromatičnosti se pohybuje v širokém rozmezí 2700 až 8000 K. Lineární zářivky se prodávají v různých provedeních a příkonových řadách. Předřadník není součástí zdroje, ale součástí svítidla. Životnost těchto světelných zdrojů je přibližně 6000 až 20000 h. Nejmodernější zářivky T5 dosahují výborného měrného výkonu okolo 100 lm W. Halogenidové výbojky jsou vysokotlaké rtuťové výbojky, u nichž vzniká viditelné záření zářením par rtuti a produktů štěpení halogenidů. Mají vysoký měrný výkon a dobré podání barev. Prodávají se převážně ve vyšších příkonových řadách, ale své zastoupení mají i v řadách pod 100 W. Používají se pro osvětlování v interiéru i exteriéru a tam, kde jsou velmi vysoké nároky na barevné podání. Indukční výbojky jsou bezelektrodové nízkotlaké výbojky, u kterých je výboj buzen vnějším vysokofrekvenčním polem. Proto nemusí mít indukční výbojka uvnitř trubice žádnou elektrodu nebo jiný žhavicí element. Uvnitř se nachází pouze plyn a vrstva luminoforu na vnitřním povrchu. Tím je významně zjednodušena technologie výroby a umožňuje to zlepšit parametry samotné výbojky. Životnost těchto světelných zdrojů je vysoká a pohybuje se až okolo 100000 h při poklesu světelného toku na 70 % jmenovité hodnoty. Je to proto vhodný světelný zdroj především do míst s obtížným přístupen kvůli údržbě. Vzhledem k jejich vlastnostem jsou také vhodné pro časté spínání a poskytují téměř okamžitě po zapnutí plný světelný výkon. Nevýhodou je, že současně prodávané předřadníky zatím neumožňují regulaci světelného toku. Tyto výbojky se v současnosti začínají používat jako náhrada halogenidových výbojek s polovičním příkonem. Plazmové výbojky jsou bezelektrodové vysokotlaké výbojky s charakterem bodového světelného zdroje. Základem je malý křemenný hořák zatmelený v dielektriku válcového tvaru, jež slouží jako vlnovod vysokofrekvenční energie a její koncentrátor do hořáku. Tím se ionizuje náplň hořáku a vzniká světlo. Energii potřebnou pro ionizaci směsi v hořáku dodává elektronicky ovládaný vysokofrekvenční mikrovlnný zdroj. Světelný tok lze plynule regulovat v rozsahu 20 až 100 %. Ostatní vlastnosti jsou podobné jako u indukčních výbojek. Životnost těchto světelných zdrojů je okolo 50000 h. [12] 18

KAPITOLA 2. TECHNICKÉ POŽADAVKY NA OSVĚTLOVACÍ SOUSTAVY V PRŮMYSLU 2.4.2 Polovodičové (LED) Jedná se o elektroluminiscenční diody známé pod označením LED (Light Emitting Diode) nebo světelné diody dříve používané jen v elektronice. Je to polovodičová součástka, u které na P-N přechodu při průchodu elektrického proudu vzniká záření. Spektrální složení tohoto záření závisí na chemickém složení polovodičů. Sama LED neemituje bílé světlo, toho je dosaženo kombinací záření více vlnových délek nebo ozářením vrstvy luminoforu ultrafialovým zářením. V posledních letech, kdy technologie dovolila ve větším měřítku vyrábět LED s vyšším měrným výkonem a za přijatelnější cenu, se začínají objevovat osvětlovací soustavy využívající právě těchto světelných zdrojů. V současné době se vyrábějí nejkvalitnější svítidla osazená světelnými diodami s měrným výkonem okolo 100 lm W, což předčí mnohé konvenční světelné zdroje. Očekává se, že v následujících letech bude měrný výkon komerčně dostupných světelných zdrojů dvojnásobný. Jako důkaz lze považovat fakt, že společnost Cree Inc. dne 12.4.2012 jako první překročila hranici měrného výkonu v bílé barvě [13]. Světelné LED zdroje jsou energeticky efektivní, odolné proti mechanickým vlivům a častému spínání, mají okamžitý náběh do plného výkonu, neobsahují UV záření a mají dlouhou životnost v řádu desetitisíců hodin. Díky tomu jsou v současné době jedním z nejperspektivnějších světelných zdrojů. Prodávají se v různých provedeních jako náhrada za standardní žárovky, kompaktní zářivky (kompaktní LED zdroj), lineární zářivky (lineární LED zdroj) nebo jsou integrovány jako moduly přímo do svítidel. Nevýhodou je nutnost chlazení (u vyšších příkonů osazení chladičem) a zatím stále vyšší pořizovací cena oproti konvenčním světelným zdrojům. 19

3 Analýza stávajícího stavu osvětlovací soustavy Analyzovaná zkušební laboratoř se skládá ze dvou hal, které na sebe stavebně navazují. Konstrukčně i prostorově jsou ale odlišné. Malá hala; 29 x 18 m, výška 12 m Velká hala; 54 x 30 m, výška 25 m Obě haly slouží k provádění různých druhů zkoušek, v závislosti na umístěném zkušebním vybavení. Obr. 3.1 - Boční řez malé a velké haly 3.1 Malá hala Malá hala má rozlohu přibližně 400 m 2 a lze jí rozdělit na tři části, přičemž se jedná o jeden velký prostor (viz. obrázek 3.2). Hlavní část má mírně se svažující strop s výškou 12 m 20

KAPITOLA 3. ANALÝZA STÁVAJÍCÍHO STAVU OSVĚTLOVACÍ SOUSTAVY ve špičce. Ve výšce 9 m je jeřábová dráha zasahující až nad velín. Vnější stěna je z velké části prosklená, takže je možné přes den využít ve velké míře denní osvětlení. Ve všech osvětlovacích otvorech jsou umístěné rolety, aby bylo možné halu zatemnit. Jako podlahová krytina je v této i vedlejší části betonová stěrka. Vedlejší část haly je menší, s výškou ke stropu 8 m a jedním oknem. Je propojena s velkou halou, a proto má ve společné stěně velká vrata (5 x 7 m). Zbytek stěny je vyplněn tmavými luxfery. Velín, jako třetí část, má o 0,75 m zvýšenou podlahu oproti zbytku haly a z třetiny snížený strop na 3,4 m. Podlahová krytina je světle béžová dlažba. Téměř přes celou délku velínu je směrem do haly umístěn ovládací pult s pracovní plochou. Obr. 3.2 - Půdorys malé haly 3.1.1 Klasifikace prostoru a prováděných činností Klasifikace prostoru a prováděných činností je důležitou součástí jak analýzy, tak návrhu osvětlovací soustavy. Druh prostoru má vliv na výběr svítidel, která musí splňovat například požadavky na stupeň krytí IP (norma krytí Ingress Protection), nebo ochranu před 21

nebezpečným dotykovým napětím. Z prováděné činnosti vyplývá normou [5] daný požadavek na světelně technické parametry, jako jsou udržovaná osvětlenost lx, index oslnění, index podání barev a rovnoměrnost osvětlení. Norma ČSN EN 12464-1 [5] rozděluje prostory ve třech úrovních. V tomto případě se jedná o prostory pro Průmyslové a řemeslné činnosti. Tabulka A.1 v příloze uvádí podrobnější rozdělení průmyslových prostorů. Zkušební hala odpovídá elektrotechnickému průmyslu. Jak již bylo napsáno, konkrétní požadavky na osvětlovací soustavu v místě pracovního úkonu se stanovují podle prováděné činnosti. Pracovní činnosti pro elektrotechnický průmysl jsou uvedeny v tabulce A.2. Přesto, že je v tabulce uveden prostor a činnosti Elektrotechnické dílny, zkoušení, justování, hala do této kategorie nespadá. Prováděné činnosti jsou spíše charakteru montážních prací, a to hrubých až středních. Většinou se jedná o přemisťování zkoušeného/zkušebního zařízení a vzhledem k charakteru zkušebny to jsou zařízení větších rozměrů. Vzhledem k tomu, že se jedná o vysokou halu, lze uplatnit některé výjimky, jako třeba index podání barev. V místech pracovního úkonu ovšem musí být index podání barev vyšší, aby byla zaručena schopnost rozeznávání barev. Shrneme-li to, podle normy [5] se jedná o průmyslový prostor typu Elektrotechnický průmysl, ve kterém jsou prováděny hrubé a střední montážní práce. Normové požadavky jsou uvedeny v tabulce 3.1. Celkové osvětlení haly by tedy mělo vyhovovat hrubým montážním pracím. Za střední montážní práce se dají považovat činnosti na několika malých pracovištích rozmístěných podél oken v hale, která jsou doplněna o místní osvětlení. Kombinované osvětlení na těchto pracovištích (součet celkového a místního osvětlení) musí vyhovovat normovým požadavkům. Velín lze zařadit do stejné kategorie, jako jsou velíny v elektrárnách s referenčním číslem 5.20.5. Referenční Druh prostoru, úkolu nebo číslo činnosti 5.11.5 Montážní práce - hrubé 300 25 80 0,6 - střední 500 22 80 0,6 5.20.5 Velíny (dozorny) 500 16 80 0,7 Tab. 3.1 - Klasifikace prováděných činností podle [5] 22

KAPITOLA 3. ANALÝZA STÁVAJÍCÍHO STAVU OSVĚTLOVACÍ SOUSTAVY 3.1.2 Denní osvětlení Jak bylo uvedeno v popisu haly, obvodová konstrukce haly obsahuje velké množství svislých osvětlovacích otvorů (oken). Pronikající světlo vytváří boční denní osvětlení a z části také horní denní osvětlení (vzhledem k výšce osvětlovacích otvorů), dohromady tedy kombinované denní osvětlení. Vzhledem k velikosti a rozmístění osvětlovacích otvorů dokáže denní světlo prosvětlit celou halu. 3.1.3 Umělé osvětlení Stávající soustava umělého osvětlení je rozdělena na tři zóny, takže je možné zapnout pouze určitou část, pokud se v celé hale nepracuje nebo není nutný plný výkon osvětlovací soustavy. První je umístěna nad velínem, přes který se vstupuje do haly a vede tudy také přístupová cesta do vedlejší velké haly. Tato zóna se skládá ze stropních zářivkových svítidel. Instalovány jsou dvě řady po osmi svítidlech, vždy pod vazníky stropu a dvě řady po dvou svítidlech v místě sníženého stropu nad velínem. Druhá zóna pokrývá zbylý prostor haly tak, že pod dalšími vazníky u stropu jsou dvě řady po osmi svítidlech. V těchto svítidlech jsou instalovány trojice lineárních zářivek s příkonem 36 W. Poslední řada po šesti svítidlech je ve snížené části haly se světelnými zdroji 2 x 36 W. První dvě zóny se využívají ke krátkodobému nebo částečnému osvětlení haly. V případě potřeby řádně osvětlit celou halu, nebo dlouhodobého osvětlení, se využívá třetí zóna, která má instalována svítidla s vysokotlakými rtuťovými výbojkami. Tato svítidla jsou instalována na výložnících, upevněných z obou stran vazníků stropu. Místní osvětlení pracovních ploch pro střední montážní práce je řešeno řadou jedenácti zářivkových svítidel ve výšce 2,5 m nad zemí se světelnými zdroji 2 x 36 W. Pracovní plochy, tedy i svítidla, jsou umístěny podél prosklené stěny. V tabulce 3.2 je uveden seznam instalovaných svítidel. Nejsou v ní započítána svítidla pro místní osvětlení, protože nebyla součástí měření. Hodnota v závorce je přibližný příkon svítidla včetně předřadníku. Více informací o svítidlech a světelných zdrojích nebylo zjištěno, vzhledem ke stáří osvětlovací soustavy a nepřístupnosti svítidel. Relativně velké množství 23

nefunkčních svítidel odpovídá dvěma řadám v části haly nad velínem. Přesné umístění svítidel je zakresleno na obrázku 3.4 spolu s naměřenými hodnotami. Svítidlo Zářivkové svítidlo 2 x 36 W Zářivkové svítidlo 3 x 36 W Svítidlo s vysokotlakou rtuťovou výbojkou Příkon svítidla (W) Počet instalovaných svítidel (ks) Počet nefunkčních svítidel (ks) 72 (90) 10 0 108 (135) 32 16 125 (145) 21 3 Tab. 3.2 - Seznam instalovaných svítidel - malá hala 3.1.4 Provozní režim Měřicí zařízení a pracoviště jsou rozmístěná v malé i velké hale. Využití haly tedy závisí na druhu aktuálně vykonávaných zkoušek. Pracovní doba je jednosměnná a v prostoru haly je trvalý pobyt osob. Osvětlovací soustava není zapnuta trvale, protože se využívá převážně denního osvětlení. Velín zde není využíván tak intenzivně, aby se dal označit za pracoviště s trvalým pobytem osob. V jeho prostoru tak není nutné dodržet normové požadavky podle tabulky 3.1, ale vhodné je k nim přihlédnout. 3.1.5 Kvalita údržby Každá osvětlovací soustava má stanovený celkový udržovací činitel soustavy a plán údržby viz. kapitola 2.1.3. Dodržování plánu údržby je důležité pro zajištění správných světelně technických parametrů po celou dobu životnosti osvětlovací soustavy. Ve velkých nebo vysokých halách je taková údržba finančně nákladná buď kvůli rozloze, nebo nepřístupnosti svítidel. To je případ i této haly, takže se kromě výměny přístupných světelných zdrojů údržba neprovádí a tím neplní požadavek normy. Většina svítidel tak má zašpiněné kryty, což omezuje celkový světelný tok svítidla do prostoru. Pokles světelného toku zdrojů během jejich životnosti a překračování jejich životnosti má také negativní vliv na výkon celé osvětlovací soustavy. 24

KAPITOLA 3. ANALÝZA STÁVAJÍCÍHO STAVU OSVĚTLOVACÍ SOUSTAVY 3.2 Velká hala Velká hala má rozlohu přibližně 1600 m 2. Delší obvodové stěny jsou šikmé a sbíhají se směrem do špičky. Výška ke stropu je 25 m. Uvnitř haly jsou dva ochozy, jeden ve výšce 9 m a druhý ve výšce 15 m nad podlahou. Pod stropem je také ve výšce 20 m jeřábová dráha s malým ochozem vedoucí přes celou délku haly. Jako podlahová krytina je použita stejně jako u malé haly betonová stěrka. Velín je jako samostatný prostor a částečně zasahuje do prostoru haly. Jeho rozměry jsou 12 x 4 m a podlahová krytina je dlažba, stejná jako v malé hale. Pro denní osvětlení slouží pouze jeden světelný otvor (okno) kruhového tvaru, umístěný ve štítu haly. Před oknem je zevnitř instalovaná roleta, aby bylo možné v případě potřeby halu zatemnit. V létě má hala otevřená velká vstupní vrata, čímž se do haly dostane více denního světla. Obr. 3.3 - Půdorys velké haly 25

3.2.1 Klasifikace prostoru a prováděných činností Klasifikace prostoru je stejná jako u malé haly viz. předchozí kapitola 3.1.1, ale prováděné činnosti lze omezit pouze na hrubé montážní práce (viz. tabulka 3.1). Ve velínu mohou být ještě speciální požadavky, jako třeba stmívání osvětlovací soustavy během provádění zkoušek. 3.2.2 Denní osvětlení Denní osvětlení je v této hale nedostatečné a nesplňuje ani minimální požadavky na sdružené osvětlení (viz. kapitola 2.1.1). Je to dáno tím, že charakter některých pracovních činností v této hale vyžaduje uzavřený odstíněný prostor. 3.2.3 Umělé osvětlení Osvětlovací soustava je rozdělena opět na čtyři zóny. Pod prvním ochozem ve výšce 9 m jsou po celém obvodu haly instalována přisazená stropní zářivková svítidla, která jsou rozdělena do dvou zón. Svítidla jsou osazena dvojicemi lineárních zářivek s příkonem 36 W. Pro celkové osvětlení haly je navíc instalována čtveřice výkonných výbojových svítidel. Ta jsou umístěna po dvojicích na vaznících stropu ve výšce 25 m. Každá dvojice je jako jedna zóna a osvětluje polovinu haly. Jako světelné zdroje jsou použity halogenidové výbojky o příkonu 1500 W. V tabulce 3.3 jsou sepsána instalovaná svítidla. Hodnota v závorce je přibližný příkon svítidla včetně předřadníku. Vysoký počet nefunkčních svítidel velmi ovlivňuje celkovou osvětlenost pracovního prostoru a také rovnoměrnost osvětlení. Nefunkční zářivková svítidla se vyskytují nepravidelně po celém obvodu haly, občas ve shlucích až po třech svítidlech. Ze čtyř instalovaných výbojkových svítidel fungují pouze dvě, každé v jedné polovině haly. Svítidlo Zářivkové svítidlo 2 x 36 W Svítidlo s halogenidovou výbojkou Příkon svítidla (W) Počet instalovaných svítidel (ks) Počet nefunkčních svítidel (ks) 72 (90) 97 38 1500 (1570) 4 2 Tab. 3.3 - Seznam instalovaných svítidel - velká hala 26

KAPITOLA 3. ANALÝZA STÁVAJÍCÍHO STAVU OSVĚTLOVACÍ SOUSTAVY Velín je jako samostatný prostor oddělen od haly prosklenou stěnou. Pracovní rovina se nachází podél prosklení na pracovních stolech ve výšce 0,85 m nad podlahou. Nad pracovní rovinou je instalovaná řada zářivkových svítidel opět s dvojicemi lineárních zářivek 2 x 36 W. Všechna svítidla jsou nakloněna o 90 do vnitřního prostoru, aby přes prosklení minimálně ovlivňovala podmínky v hale při zkouškách. Protože jsou svítidla určená pro montáž na strop a nemají speciálně tvarovaný reflektor, světelný tok není při montáži na svislou rovinu správně nasměrován. To ovlivňuje intenzitu světelného toku, dopadající na pracovní rovinu. Svítidlo Zářivkové svítidlo 2 x 36 W Příkon svítidla (W) Počet instalovaných svítidel (ks) Počet nefunkčních svítidel (ks) 72 (90) 9 4 Tab. 3.4 - Seznam instalovaných svítidel - velká hala, velín 3.2.4 Provozní režim Provozní režim je podobný jako u malé haly (viz. kapitola 3.1.4). Během provádění zkoušek se navíc často zhasíná osvětlení v celé hale, kvůli pozorování elektrických jevů. Soustava se tedy několikrát za den rozsvěcí a zhasíná. Toto není úplně vhodné pro výbojková svítidla, jelikož mají delší dobu náběhu a pro opětovné zapnutí se musí počkat, než vychladnou. 3.2.5 Kvalita údržby Údržba osvětlovací soustavy je stejná jako v případě malé haly (viz. kapitola 3.1.5), tudíž nedostatečná. 3.3 Měření světelně technických parametrů Měřicí postupy a základní ustanovení stanovuje norma ČSN 36 0011 [7]. Je rozdělena na tři části, které obsahují základní ustanovení a postupy pro měření denního a umělého osvětlení včetně vyhodnocení a sepsání závěrečné zprávy. 27

Měření denního osvětlení je velmi náročné na přípravu, závislé na denní době a aktuálním počasí. Není tedy snadné podle předpovědi počasí naplánovat vhodný den s rovnoměrně zataženou oblohou. Z technických a hlavně koordinačních důvodů se měření činitele denní osvětlenosti neprovádělo a udělal se pouze odborný odhad. Měření se týkalo pouze umělého osvětlení a byla snaha postupovat podle uvedené normy [7], i když se nejednalo o certifikované měření. Následující text tedy bude věnován pouze měření umělého osvětlení. Hlavním účelem bylo zjištění podmínek osvětlení a zrakové pohody během užívaní analyzovaných prostorů a ověření, zda jsou tyto podmínky v souladu s platnými normami. Podle požadavků na přesnost výsledků se rozeznávají tři druhy měření: přesné - určené pro posouzení náročných vnitřních prostorů nebo pro výzkumné účely; provozní - určené pro ověřování správnosti navržených a realizovaných podmínek osvětlení a zrakové pohody, jejich dodržování během užívání a pro porovnání řešených osvětlovacích soustav; orientační - určené pro ověřování základních podmínek zrakové pohody, na základě kterého se navrhuje další postup (opatření v údržbě, případně přesnější měření). Osvětlenost ve vnitřních prostorech a její rozložení se měří v síti pravidelně rozmístěných měřicích bodů, které pokryjí celý prostor nebo jeho funkčně vymezené části na vodorovné srovnávací rovině. Výška vodorovné srovnávací roviny pro měření je 0,85 m nad podlahou, není-li stanoveno jinak, podle konkrétní funkce daného prostoru. U komunikačních ploch se měří co nejblíže podlahy, nanejvýš 0,2 m nad podlahou. Podle vybrané přesnosti měření se volí odpovídající hustota sítě měřicích bodů. V menších vnitřních prostorech se volí vzájemná vzdálenost měřicích bodů 0,5 až 2 m, v rozsáhlých halových prostorech s velkou výškou stropu může být až 6 m (výjimečně i větší podle [4] a [7]). Krajní měřicí body se umisťují do vzdálenosti 1 m od vnitřní stěny. Důležité je, aby rozmístění měřicích bodů dostatečně zachytilo prostorový průběh osvětlenosti a pokud možno i místa s minimální a maximální osvětleností. Bere se v úvahu také rozmístění 28