Světeln telná technika Literatura: Habel +kol.: Světelná technika a osvětlování - FCC Public Praha 1995 Ing. Jana Lepší Sokanský + kol.: ČSO Ostrava: http://www.csorsostrava.cz/index_publikace.htm http://www.csorsostrava.cz/index_sborniky.htm Linda: Elektrické světlo I, II, III - ZČU Plzeň 1993, 1995 Přednášky: http://webs.zcu.cz/fel/kee/st/st.pdf Základní pojmy umělého osvětlen tlení,, vlastnosti oka, prostorový úhel Světlo ovlivňuje lidskou psychiku, nálady a chování. Světlo je jeden ze základních činitelů tvorby zdravého životního prostředí vzduch + voda + půda + světlo Nedostatek světla degraduje životní podmínky Vývoj zraku - přírodní osvětlení člověk - dříve - převážně práce venku (>100 000 lx) - dnes - převážně v interiéru s umělým osvětlením fyziologické optimum UO 2 000-5 000 lx x omezení energetickými hledisky Zvyšování osvětlenosti E x úspora elektrické energie Možnosti úspor el. energie - vývoj a výroba sv. zdrojů s vysokým měrným výkonem - zvyšování účinnosti svítidel - regulace osvětlovacích soustav - správné zpracování projektu OS 1
Spotřeba el. energie na osvětlování - z vyrobené el. energie 15% ve špičce i 20% - osvětlování venkovních prostorů 1,7% Světelná technika - vznik světla a jeho využití pro potřeby společnosti Úkol světelné techniky - zabezpečit optim. podmínky pro práci zraku ve všech prostorech. Podstata světla Světlo je el.mag. záření, které je schopno prostřednictvím zrakového orgánu vzbudit zrakový vjem. Záření lze charakterizovat frekvencí nebo vlnovou délkou. sluneční záření ultrafialové 7% - viditelné 46% - infra 47% nejkratší Důvod - až 85% informací přijímáčlověk zrakem. Podstata světla UV +IČ - vyvolává reakce na kůži, metabolické pochody,reakce vegetativního nervového systému Vlnové délky viditelného záření se nachází v rozmezí 380 780 nm. Zrakový systém, mechanizmy Oko je smyslový orgán - optický aparát a přijímací systém, sloužící k vytváření převráceného obrazu. Cílem vidění je poznávání - rozdílů jasů (kontrastu), barev a tvarů. Obraz se buď okamžitě použije nebo se uloží do paměti. Průběh - změna průměrem zornice (1,8-7,5 mm) 17-20 velikost plochy zornice reagují obě oči (bolest, emoce, prudké světlo) - změna citlivosti fotoreceptorů Stavba oka - optika - světlo tločivná část Sítnice - dva typy fotoreceptorů Čípky - 6,5 milionů - uprostřed sítnice je žlutá skvrna - oblast ostrého vidění Citlivé na barvy -činnost při normálních osvětlenostech E - 10 2 lx - denní vidění - fotopické vidění Tyčinky - 125 milionů - okraje sítnice 1000 citlivější než čípky - nerozlišují barvy - činnost při nízkých intenzitách E - 0,1 lx - noční vidění - skotopické vidění Mezi oběma způsoby vidění - oblast smíšeného - mezopického vidění - pro činnost oka nevhodná. 2
Kdy vidíme barevně? Nejčastější oční vady Krátkozrakost - rozptylné čočky Rozsah vnímání intenzit osvětlení černobílé vidění smíšené vidění barevné vidění tyčinky čípky Dalekozrakost - spojkovéčočky 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000 10000 100000 intenzita osvětlení [lx] většina lidí rozlišuje nad 10 lx při 20 lx začíná rozlišování rysů lidského obličeje barevné vidění od 100 lx Astigmatismus - lomivá síla v různých rovinách oka různá Nejčastější oční vady Vývoj zraku do 18-20 let. Mezi 20-45 léty až 1/4 krátkozrakých, < 1/3 dalekozrakých. S věkem akomodační schopnost klesá. vady - zvýšená únava, pocit nepohody Kvalitní UO snižuje potíže. Barevné vidění - schopnost rozlišovat pestré barvy v sítnici oka jsou 3 různé typy fotoreceptorů, které jsou citlivé na různé vlnové délky (červená - zelená - modrá) poruchy barvocitu muži 7% u žen 20x menší výskyt tupozrakost - pokud jedno oko neostří - vyřadí se Vztah k barvám se mění s pohlavím, věkem, módou. Velké barevné plochy ovlivňují světlo, R a, T c Barvy mají význam - červená - krev, oheň, nehoda - bílá -čistota - černá - smutek, zlo, smrt Rozdíl v potřebě světla při různém osvětlení mezi 20-ti letým a 60-ti letýmčlověkem akomodace - přizpůsobení oka vzdálenosti pozorovaného předmětu - zaostření obrazu na sítnici Blízký bod - nejbližší ostře viditelný bod (u dětí 10 cm, u padesátileté osoby 50 cm) s věkem elasticita čočky akomodace - závislá na E rychlost akomodace tělesná. duševní, zraková únava výhled ven do volné přírody Akomodací do dálky se předejde křeči z akomodace a zrakové únavě. 3
adaptace - přizpůsobení oka různým hladinám osvětlenosti. Vnímáme od 0,25 lx do 10 5 lx. Adaptace Na tmu - z vyšších E a L na nižší - zvětšení zornice - trvá až 40 minut Na světlo - z nižších E a L na vyšší - zmenšuje se průměr zornice - trvá 5 až 7 minut Oko rozlišuje jasy 10-6 do 10 5 cd/m 2 adaptace probíhá - změnou průměru zorničky - na sítnici - nervová adaptace - fotochemická adaptace (rozpadem a resyntézou pigmentů čípků a tyčinek) Adaptace zraku Přizpůsobení oka různým E (0,1-10 5 ) lx Typický průběh křivky (A), adaptace na tmu (K - Kohlrauschův ohyb) a (B) adaptace na světlo (Maňák, 1977) fotopický čípky Zorné pole Část prostoru - pozorovatel sleduje upřeným pohledem bez pohybu oka a hlavy. Zorné pole - monokulární - pravé, levé - binokulární skotopický tyčinky Zorné pole Přesné vidění - vodorovná rovina 8º - svislá rovina 6º Max. ostrost vidění - rozsah 1,5ºod směru pohledu. Pro přesném vidění - natočení optické osy oka - obraz předmětu na žluté skvrně. Velikost zorného pole se zmenšuje osvětleností nižším průměrným jasem únavou nedostatkem kyslíku Zraková práce Pro posouzení zrakové obtížnosti prováděné práce - kritický detail - oko si umísťuje do centra zorného pole (žák - písmeno v sešitě, hodinář - kolečko, šroubek u hodin). Pro rozlišení je důležité bezprostřední okolí. Část zorného pole mezi vrchol. úhly (20 60)º Kritický detail + bezprostřední okolí pozorovaný předmět Pozadí - navazuje na bezprostřední okolí (nad 60º až k okrajům zorného pole). Zbytek je vzdáleném pozadí. 4
Zraková práce Rozlišování předmětů je založeno na schopnosti oka rozeznat rozdíly jasů rozlišovaných detailů. Kontrast jasů - definován na základě jasu rozlišovaného detailu L a a jasu pozadí L b Práh rozlišitelnosti jasu - nejmenší rozlišitelný rozdíl jasů. S velikostí K roste pravděpodobnost podobnost zpozorování kritického detailu. Rozlišitelnost itelnost - velmi dobrá K 0,8 - velký kontrast - dobrá K = (0,5-0,8) - středn ední kontrast - špatná K < 0,5 - malý kontrast Největší citlivost oka při dobrém osvětlení λ = 555 nm (fotopické vidění pomocí čípků) Při nočním vidění dochází k posunu λ = 507 nm (skotopické vidění pomocí tyčinek) Reakce oka Zraková náročnost Pohledové pole -část prostoru - pozorovatel sleduje při pohybu oka - bez pohybu hlavy a těla Obhledové pole -část prostoru - pozorovatel zachytí při pohybu oka a hlavy Rozlišovac ovací schopnost Pro rozlišení pozorovaných předmětů v zorném poli nutné: - dostatečně rozdílné jasy L - rozdílné barvy - vhodné stíny - rozlišování trojrozměrných předmětů Možnost zpozorování kritického detailu na stejnobarevném pozadí - rozdíl jasů kritického detailu L a a pozadí L b. Stupeň rozeznatelnosti - podle kontrastu jasů. 5
Prostorové vidění - pozorování předmětů pravým a levým okem z jiného úhlu. Kritéria pro hodnocení podmínek pro práci zraku - zrakový výkon - zraková pohoda Informační výkon Množství informace získané zrakem přenášené do mozku. Velikost stoupá se zvyšující se osvětleností (jasy) pozorovaných předmětů. - největší nárůst při nízkých osvětlenostech (50 lx) - nad 500 lx nárůst malý Zrakový výkon - množství informací zpracovávaných zrakem za jednotku času - používá se v pracovních prostorech. Zraková pohoda - příjemný psychosomatický stav organizmu - zrak plní optimálně své funkce - pozorovatel se cítí psychicky dobře - prostředí - působí příjemně. Vlivy - geomet. rozměry prostoru - použité světelné zdroje a svítidla - hodnoty E a L a jejich rovnoměrnost - vybavení prostoru - barevné úpravy Zraková nepohoda - narušuje zrakové funkce, způsobuje únavu, nepříznivě ovlivňuje náladu, výkonnost a celkovou kondici. Oslnění - v zorném poli velké jasy (vyšší než 1:10) nebo časové kontrasty jasů Oslnění ruší zrakovou pohodu, zhoršuje až znemožňuje vidění. Dle příčiny - přímé (nadměrným jasem) - odrazem (lesklé části v zorném poli) - přechodové - náhlou změnou adaptačního jasu (tma - světlo) - závojové - před pozorovaným pozadím vyšší jas (osvětlená záclona, mlha před světlomety, zrcadlení na skle) - kontrastem (relativní oslnění) Oslnění kontrastem - v zorném poli vyšší jasy, než na které je zrak adaptován - necloněné svět. zdroje. 1) psychologické - odpoutává pozornost (únava) - pozorovatelné - rušivé 2) fyziologické - snižuje vidění (únava, nevolnost) Oslnění je silnější čím - vyšší jas zdroje - zdroj blíž směru pohledu - větší plocha zdroje - šero, tma (nižší jas zorného pole) - omezující - oslepující 6
Režim oka souvisí s rychlostí vnímání a setrvačností zrakového vjemu. Rychlost vnímání je ovlivněna: - zrakovou pozorností - kontrastem jasů - fyzickým stavem - psychickým stavem (= převrácená hodnota doby - od podnětu do uvědomění) setrvačností zrakového vjemu Schopnost udržet zrakový vjem po určitou dobu (blesk - µs vjem trvá 0,3 s, splývání obrázků při větší frekvenci) Při nízké frekvenci podnětů - míhání světla - nepříjemný pocit (ovlivněno amplitudou, tvarem a frekvencí světelných podnětů). Nejrušivější frekvence 8-12 Hz (mozková činnost). Při kolísání napětí míhavé světlo žárovky, vysokotlaké výbojky. Zářivky díky luminoforům - nejméně míhavého světla. menší než vzdálenost osvětlované plochy Prostorový úhel - Ω [ sr ] (steradián) Prostorový úhel je úhel při vrcholu kuželu. Jeho velikost je definována jako poměr kulové plochy S, kterou vyřezává úhel Ω v kulové ploše o poloměru r a druhé mocniny tohoto poloměru (Ω = S / r 2 ). Prostorový úhel má hodnotu 1 steradián, když vyřízne z kulové plochy koule o poloměru 1 m plochu 1 m 2. svazek paprsků vycházející ze sv. zdroje A [sr] plocha vrchlíku β normálový průmět 7
Potřebuje člověk světlo? Proččlověk potřebuje střídání intenzivního světla a tmy? světlo - aktivní tma - pasivní Země se otočí kolem Slunce a své osy za 24 hodin. Lidský organizmus a jeho biologické funkce se výrazně mění v rytmu střídání den/noc - cirkadiální rytmus. (ultradiální <20 hod, cir. 20-28 hod, infradiální >28, lunární 4 týdny, cirkanuální, roční 10-14 měsíců) Perioda je přibližně 24,2 hodiny. Z toho důvodu je potřeba vnitřní hodiny neustále nastavovat. Každý den se musí trochu předběhnout. Pokud by k tomu nedošlo, hodiny by se každý den posouvaly, až by došlo k volnému plutíčasem (slepci nepoznají den a noc, směnný provoz, poruchy spánku, sezónní deprese). světlo večer - prodloužení - noční sovy světlo ráno - zkrácení - skřivánci potlačení tvorby melatoninu 1 500-2 000 lx - fáz. posun Největší roli mají změny vylučování hormonu melatoninu ( spánkový hormon ). Ten je vylučován při setmění a připravuje tělo k spánku. (dle laiků - hormon mládí a svěžesti) K narušení cirkadiálních rytmů může docházet pokud nejsou úroveň a trvání denního osvětlení dostatečné. U velkéčásti lidí vznikají obtíže - zvýšená únava - ospalost - snížená aktivita a výkonnost - apatie - růst tělesné hmotnosti - bolest hlavy... Melatonin ovlivňuje nejrůznější fyziologické funkce Melatonin - účinnější než jiné antioxidanty, bez vedlejších reakcí - potenciálně významná úloha melatoninu u Alzheimerovi, Parkinsonovi a Huntingtonovi choroba Byl prokázán onkostatický efekt u různých nádorových buněčných linií: nádory prsu, ovariální karcinom, endometriální karcinom, tumor prostaty - imunomostimulační efekt - vyšší výskyt autoimunitních chorob v zimě (delší noci, vyšší hladiny melatoninu) 8
Problémy Melatonin navozuje spánek u zdravých jedinců užití u poruch cirkadiánního rytmu - směnném pracovním režimu (20%) - přeletech časových pásem - zpožděné spánkové fáze - poruchy rytmu během stárnutí u sezónních depresí - zimním období s krátkým dnem - vysoká zástavba ve městě způsobující vnikání malého množství denního světla Ještě hůře jsou na tom lidé pracující v prostorách s nedostatečným denním osvětlením, neřku-li v bezokenních prostorech. děkuji za pozornost 9