MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Fakulta regionálního rozvoje a mezinárodních studií Společensko-ekonomické přínosy využití LED technologií ve veřejném osvětlení Bakalářská práce Autor: Dana Nedvědová Vedoucí práce: Ing. Simona Miškolci, Ph.D. Brno 2010

Prohlašuji, že jsem tuto bakalářskou práci Společensko-ekonomické přínosy využití LED technologií ve veřejném osvětlení vytvořila samostatně s použitím literatury, kterou uvádím v seznamu. V Brně dne 18. 5. 2011... Podpis

Poděkování Na tomto místě bych ráda poděkovala své vedoucí bakalářské práce Ing. Simoně Miškolci, PhD. za odborné vedení a cenné rady při zpracování mé bakalářské práce. Také bych chtěla poděkovat panu Miroslavu Majerovi za poskytnutí informací a materiálů, bez nichž by tato práce nevznikla, a mé trpělivé rodině, která mne během práce podporovala.

Abstrakt Bakalářská práce je vyhotovena na téma Společensko-ekonomické přínosy využití LED technologií ve veřejném osvětlení. V literární rešerši jsou vymezeny základní pojmy problematiky, zejména rozdělení vzniku světelných zdrojů se zaměřením na umělé zdroje světla využívané ve veřejném osvětlení. Vlastní práce se zabývá problematikou výpočtu doby svícení, minimálního počátečního kapitálu investice, spotřeby elektrické energie, režijních nákladů na období jednoho roku v navrhovaných soustavách, s následným výpočtem dopadu na životní prostředí. Na základě výsledků je srovnána LED technologie s ostatními navrhovanými zdroji osvětlení, včetně výpočtu doby návratnosti investice. Klíčová slova: světlo emitující dioda (LED), veřejné osvětlení, LED technologie, světelné zdroje, provozní náklady, cena investice, elektrická energie. Abstract This Bachelor s dissertation analyzes the Socio-economic benefits of the application of LED lighting technology in street lighting. The literature research defines the essential terms of the issue, especially the division of light sources by origin, with a specific focus on artificial light sources used in street lighting. The dissertation itself focuses on the issues of calculation of the necessary lighting time, the required cost of the initial investment, the consumption of electrical energy, operating costs per annum under several schemes, as well as an analysis of the imact on the environment. LED technology is then compared to other possible sources of lighting, including a comparison of the break-even point under each investment. Key Words: Light emitting diode (LED), public lighting, LED technologies, light sources, operating costs, cost of investment, electric energy.

OBSAH 1. ÚVOD... 9 2. CÍL PRÁCE... 10 3. LITERÁRNÍ REŠERŠE... 11 3.1. Světlo a světelné zdroje... 11 3.2. Přírodní světelné zdroje... 11 3.3. Umělé světelné zdroje... 12 3.3.1. Teplotní světelné zdroje... 13 3.3.2. Výbojové světelné zdroje... 13 3.4. Svítidla... 13 3.5. Veřejné osvětlení... 14 3.5.1. Definice veřejného osvětlení... 14 3.5.2. Funkce veřejného osvětlení... 14 3.5.3. Základní prvky veřejného osvětlení... 14 3.5.4. Historie veřejného osvětlení... 15 3.5.5. Legislativa ve veřejném osvětlení... 16 3.5.6. Možnosti úspor ve veřejném osvětlení... 17 3.5.7. Vztah veřejného osvětlení k životnímu prostředí... 17 3.5.8. Nežádoucí účinky veřejného osvětlení... 18 3.5.9. Světelné zdroje používané ve veřejném osvětlení... 18 3.6. Historie světelných zdrojů... 19 3.6.1. Oheň... 19 3.6.2. Lampa... 19 3.6.3. Svíčka... 20 3.6.4. Oblouková lampa... 20 3.7. Světelné zdroje současnosti... 20 3.8. Žárovka... 21 3.8.1. Klasická žárovka... 21 3.8.2. Halogenová žárovka... 22 3.9. Zářivka... 23 3.9.1. Lineární zářivka... 23 3.9.2. Kompaktní zářivka... 24 6

3.10. Vysokotlaké světelné zdroje... 24 3.10.1. Vysokotlaké rtuťové výbojky... 24 3.10.2. Halogenidové výbojky... 25 3.10.3. Vysokotlaké sodíkové výbojky... 25 3.11. LED... 26 3.11.1. Historie LED... 26 3.11.2. Charakteristika a konstrukce LED... 27 3.11.3. Využití LED technologie... 28 4. METODIKA A POSTUP ŘEŠENÍ... 30 4.1. Základní charakteristiky osvětlovacích technologií... 30 4.2. Multikriteriální komparativní analýza parametrů světelných zdrojů... 30 4.3. Hodnocení společensko ekonomické efektivnosti vybraných technologií veřejného osvětlení... 31 4.3.1. Finančně ekonomická oblast... 32 4.3.2. Environmentální oblast... 34 4.3.3. Sociální oblast... 34 4.3.4. Případová studie realizovaného projektu v Písku... 34 5. VLASTNÍ PRÁCE... 35 5.1. Základní charakteristiky světelných zdrojů... 35 5.1.1. Klasická žárovka... 35 5.1.2. Halogenová žárovka... 35 5.1.3. Lineární zářivka... 36 5.1.4. Kompaktní zářivka... 37 5.1.5. Vysokotlaká rtuťová výbojka... 37 5.1.6. Halogenidová výbojka... 38 5.1.7. Vysokotlaká sodíková výbojka... 38 5.1.8. LEdioda... 39 5.2. Bodové porovnání parametrů světelných zdrojů... 40 5.2.1. Finančně ekonomická oblast... 41 5.2.2. Sociální oblast... 42 5.2.3. Environmentální oblast... 43 5.3. Výpočet doby svícení ve VO pro rok 2011... 43 5.4. Návrh soustavy osvětlení... 44 7

5.4.1. Rtuťová výbojka... 45 5.4.2. Sodíková výbojka... 47 5.4.3. LEdioda... 49 5.4.4. Návratnost investice... 50 5.4.5. Dopad na životní prostředí z hlediska vypouštění emisí... 52 5.4.6. Modelová soustava porovnání v oblasti finančně ekonomické a environmentální... 54 5.4.7. Modelová soustava porovnání v oblasti sociální... 55 5.5. Realizovaný projekt s LEdiodami ve veřejném osvětlení... 56 5.5.1. Projekt s LED svítidly v Písku... 56 6. DISKUSE... 58 7. ZÁVĚR... 62 8. SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY... 64 9. SEZNAM TABULEK... 67 10. SEZNAM GRAFŮ... 67 11. SEZNAM OBRÁZKŮ... 68 12. SEZNAM PŘÍLOH... 68 8

1. ÚVOD V současnosti je na osvětlení a jeho vývoj kladen obrovský důraz. Z prvních světelných zdrojů, kterými byl oheň, svíčka, pochodeň a lampa, se svítidla vyvinula až do podoby žárovky a zářivky, v jaké je známe dnes. Samotný proces vývoje trval mnohá staletí, a účastnilo se jej mnoho vědců z celého světa. Díky jejich objevům můžeme dnes využívat osvětlení v mnoha sférách působení. Samotné rozsvícení žárovky již bereme jako samozřejmost, a představa složitého rozdělávání ohně a výroba olejových lamp je pro nás nepřijatelná. Často diskutovaným tématem poslední doby je využití takového osvětlení, které by mělo minimální spotřebu energie, a tím i nejnižší negativní dopad na životní prostředí. V rámci dosažení těchto cílů, pracují vědci z celého světa na vývoji nové technologie, která by tyto i ostatní požadované parametry splňovala. Ze stávajících světelných zdrojů se jako nejlepší varianta jeví osvětlení využívající LED technologii. Tato technologie je šetrná k životnímu prostředí, jednak z důvodu nulového obsahu toxických látek a minimální spotřeby elektrické energie. Její další výhodou je široké spektrum využití, bezúdržbovost, dlouhá životnost a vysoká účinnost. V současné době je využití LED svítidel v České republice teprve na počátku. Většina obyvatel i měst používá ve svém osvětlení stále zastaralé typy světelných zdrojů. Nahrazení těchto svítidel se mnozí občané i obce brání, zejména díky jejich vysoké pořizovací ceně a nedůvěře v novou, ne příliš otestovanou technologii. Na základě analýzy faktorů, jenž ovlivňují poptávku domácností a obcí po LED svítidlech, byly vypracovány jednotlivé kroky, kterými lze lépe propagovat technologii mezi spotřebiteli. Tím je napomáháno k dlouhodobému snižování spotřeby elektrické energie a následnému snižování emisí oxidu uhličitého do ovzduší. Samotný výběr tématu bakalářské práce byl ovlivněn neefektivním využitím elektrické energie v interiérovém i exteriérovém osvětlování. Další motivační faktor lze spatřovat v neinformovanosti veřejnosti o možnostech využití a výhodách zavedení LED technologie. 9

2. CÍL PRÁCE Cílem této práce je analýza společensko ekonomické efektivnosti využití LED technologie ve veřejném osvětlení v České republice. Vzhledem k velikosti a různorodosti způsobů osvětlování, byla pro ekonomickou analýzu zvolena modelová soustava svítidel, do níž byly zakomponovány nejčastěji využívané zdroje ve veřejném osvětlení. Při řešení byly stanoveny tyto dílčí cíle práce: vymezení základních charakteristik osvětlovacích technologií, identifikace významných faktorů společensko ekonomické efektivnosti, multikriteriální komparativní analýza parametrů světelných zdrojů, hodnocení společensko ekonomické efektivnosti vybraných technologií veřejného osvětlení, vyhodnocení eko efektivnosti využití LED technologie ve veřejném osvětlení. 10

3. LITERÁRNÍ REŠERŠE 3.1. Světlo a světelné zdroje Světelné zdroje jsou popisovány jako zařízení, která vysílají optické, zpravidla viditelné záření. Za světlo viditelné lidským okem považujeme elektromagnetické záření v rozsahu vlnových délek 380 750 nm. Z hlediska vzniku záření rozlišujeme dva typy světelných zdrojů přírodní a umělé (vytvořené člověkem), které se dále dělí podle zdroje vysílaného záření. Předmět, či jeho povrch vyzařující světlo, jež vzniklo v něm samém přeměnou energie, je prvotní (primární) světelný zdroj. Druhotný (sekundární) zdroj je pak předmět nebo povrch, který světlo vysílá tím, že světelné paprsky alespoň zčásti odráží nebo propouští (HABEL, 1995, str. 108). Světelné zdroje jsou považovány za základní prvek osvětlovací soustavy. 3.2. Přírodní světelné zdroje Přírodní zdroje osvětlení vznikly bez zásahu člověka. Nejdůležitějším zástupcem je Slunce, s jehož zářením je spjat veškerý pozemský život. Sluneční záření má v porovnání s ostatními konvenčními energetickými zdroji výhodu v tom, že je všeobecně k dispozici, prakticky nevyčerpatelné a jeho využívání neznečišťuje životní prostředí (PLCH, MOHELNÍKOVÁ, SUCHÁNEK, 2004, str. 10). Sluneční spektrum se podle WEIGLOVÉ, BEDLOHOVIČOVÉ, KAŇKY (2006) dělí na tři hlavní části, podle kterých rozlišujeme typy záření: ultrafialové sluneční záření s vlnovými délkami menšími než 380 nm viditelné sluneční záření s vlnovými délkami 380 780 nm infračervené sluneční záření s vlnovou délkou větší než 780 nm Dalšími přírodními světelnými zdroji jsou kosmická tělesa (hvězdy, Měsíc odraz slunečního záření), chemická reakce (oheň), biologické zdroje (mořští živočichové, světlušky), elektrické výboje (blesk), tektonické jevy (žhnoucí láva). 11

Obr. č. 1 Světelné spektrum zdroj: http://www.netcam.cz/encyklopedie-ip-zabezpeceni/denni-a-nocni-videni.php 3.3. Umělé světelné zdroje Umělý světelný zdroj je zařízení určené k přeměně některého druhu energie na světlo. Mezi nejvýznamnější patří v dnešní době elektrické světelné zdroje, které můžeme podle vzniku světla rozdělit na teplotní a výbojové. Podrobnější rozdělení těchto zdrojů je patrné na obrázku č.2. Obr. č. 2 Základní rozdělení elektrických světelných zdrojů zdroj: HABEL, J. a kol.:světelná technika a osvětlování. FCC Public, spol, s.r.o., 1995, str. 109 12

3.3.1. Teplotní světelné zdroje Základní funkcí teplotních světelných zdrojů je nahřívání těles. Do této kategorie zařazujeme především žárovky a dále všechny druhy plamene (oheň, svíčka, louče, olejové lampy, ). Ve všech případech je zdrojem záření rozžhavené tuhé těleso. U plamenových zdrojů jsou to rozžhavené drobné částice uhlíku, které vznikají a rozžhavují se v důsledku chemických reakcí probíhajících v plameni, u moderních žárovek je to wolframové vlákno rozžhavené na vysokou teplotu procházejícím elektrickým proudem (HABEL, 1995, str. 113). 3.3.2. Výbojové světelné zdroje Výbojové světelné zdroje (výbojky) jsou založeny na principu elektrických výbojů v plynech a parách různých kovů, a využívají přeměnu elektrické energie na kinetickou energii elektronů, pohybujících se ve výbojovém prostoru. Při srážkách elektronů s atomy plynů a kovových par se jejich energie mění na optické záření (HABEL,1995, str. 108). HABEL (1995) dělí výbojové elektrické zdroje podle několika hledisek: podle typu výboje (obloukový, doutnavý, impulsní), podle místa vzniku záření (výbojky plynové, s parami kovů, luminiscenční), podle tlaku pracovní náplně (nízkotlaké a vysokotlaké): nízkotlaké: zářivky, sodíkové výbojky, kompaktní zářivky a indukční výbojky, vysokotlaké: rtuťové, sodíkové, halogenidové a xenonové. 3.4. Svítidla Většina světelných zdrojů je sama o sobě nevhodná pro osvětlovací účely. Jedná se zejména o nedokonalé rozdělení světelného toku do prostoru, příliš vysoký jas a neodolnost vůči vlivům prostředí. Proto se světelné zdroje umísťují do svítidel. Předmět, který nese a chrání světelný zdroj (žárovku, zářivku, svíčku) a potřebné technické prvky (objímku, svorku, vodiče) a dále případně omezuje (cloní) či usměrňuje světelný tok (reflektorem, refraktorem, stínidlem) žádoucím způsobem, nese normalizovaný název svítidlo (MONZAR, 1998, str. 96). K dalším požadavkům, které musí svítidla splňovat, patří jednoduchá montáž a údržba, funkční spolehlivost a odolnost vůči vnějšímu prostředí. 13

3.5. Veřejné osvětlení 3.5.1. Definice veřejného osvětlení HABEL (1995) definuje veřejné osvětlení (dále jen VO) jako osvětlení veřejných komunikací a prostranství, významných objektů, veřejných hodin a slavnostní osvětlení, které se nacházejí ve městech, obcích i mimo ně. Osvětlení veřejných komunikací a prostranství zahrnuje: místní komunikace, silnice, dálnice, komunikace pro pěší a cyklistickou dopravu, tunely, podjezdy, podchody, mosty, lávky, křižovatky, přechody, náměstí, parky, pěší a obytné zóny, zastávky městské hromadné dopravy, apod. Osvětlení významných objektů zahrnuje fasády budov, architektonické památky, výtvarná díla, přírodní útvary, apod. Slavnostní osvětlení je používáno za zvláštních okolností (např. vánoční výzdoba). 3.5.2. Funkce veřejného osvětlení VO je v dnešní době nedílnou součástí všech měst i obcí. Málokdo si dokáže představit noční ulici bez lamp, které osvětlují chodníky, pozemní komunikace, apod. Funkcí VO najdeme hned několik. Mezi nejvýznamnější patří: zajištění dostatečného množství a kvality světla, zajištění bezpečnosti obyvatel je hlavní prioritou, kvůli které bylo VO vytvořeno. Základním požadavkem je zejména bezpečný pohyb osob, snížení počtů trestných a kriminálních činů, omezení vandalismu. zajištění bezpečnosti účastníků silničního provozu jedná se o bezpečnost řidičů i chodců (ti se stávají účastníky silničního provozu, např. když v danou chvíli přecházejí komunikaci). Bezpečnost na pozemních komunikacích se snižuje s úbytkem světelného toku. Největší nebezpečí hrozí za snížené viditelnosti (šero, tma). zatraktivnění prostředí měst a obcí, s tím související zvýšení pohody obyvatel. 3.5.3. Základní prvky veřejného osvětlení Veřejné osvětlení dělíme podle SKOKANSKÉHO (2007) do tří základních oblastí: osvětlovací systém zahrnuje světelné zdroje, svítidla, nosné a podpěrné prvky (stožáry, výložníky, převěsy), 14

napájecí systém tvořen elektrickým rozvodem z napájecích rozvaděčů, stabilizátory a napěťovými regulátory, ovládací systém zajišťuje zapínání a vypínání podle spínacího kalendáře VO a regulaci spínání podle normy ČSN EN 13 201 2 Osvětlení pozemních komunikací, část 2: Výkonnostní požadavky. Ovládací systém Doba osvětlení pozemních komunikací má vycházet z požadavku zajistit uživatelům pozemních komunikací dostatečnou viditelnost i v době od soumraku do svítání. Kratší doba provozu zvyšuje nebezpečí vzniku nehod a úrazů, delší doba provozu zvyšuje provozní náklady na osvětlení (ČSN EN 13 201 2 Osvětlení pozemních komunikací, část 2: Výkonnostní požadavky, str. 3). V ČSN EN 13201 není přesně stanoveno, jakým způsobem má být světlo zapínáno. Norma doporučuje řídit zapínání světla pomocí fotobuňky. V našich zeměpisných šířkách je vhodné použít zapínání podle východu slunce, které se liší v letním a zimním období. Dalším typem v ovládacím systému VO je jeho řízení pomocí internetu. Přes něj může být osvětlení libovolně spínáno, vypínáno a lze i regulovat intenzitu světelného toku (možnost lidské chyby). Nově je možno řídit osvětlení pomocí ovladače s GPS, čímž je umožněno použít přístroj prakticky kdekoliv na Zemi. 3.5.4. Historie veřejného osvětlení Veřejné osvětlení se začalo objevovat na místech s vyšší koncentrací obyvatelstva. Hlavním účelem osvětlení sídel a shromažďovacích prostorů byla bezpečnost lidí. Historicky první VO se objevuje ve starověkém Řecku a Římě, kde ulice osvětlovaly pochodně, louče, ohně v železných koších nebo olejové lampy. Z Antiky převzaly veřejné osvětlení islámská i evropská města. Podle publikace SKOKANSKÉHO (2007) se v České republice první písemná zmínka objevuje roku 1329, kdy byla vyhlášena povinnost chodců, či jezdců nosit ve významných královských městech vlastní světlo. Osvětlování olejovými lampami se objevuje poprvé v Praze roku 1723. Technologickým pokrokem bylo vynalezení plynové lampy, které byly pořízeny v roce 1847 při příležitosti oslavy narozenin panovníka Ferdinanda I. Dobrotivého. Jejich rozsvěcování a zhasínání zajišťoval lampář pomocí dlouhé tyče. Plynové osvětlení vrcholí v roce 1940, kdy bylo dosaženo nejvyššího počtu těchto lamp. V 90. letech 19. 15

století je osvětlení svítiplynem nahrazeno obloukovými lampami (Jindřichův Hradec a Písek) a žárovkami. Roku 1938 byly v Praze použity nízkotlaké sodíkové výbojky, které však měly vysoké náklady na údržbu a konstrukci a nevhodné barevné podání. V 50. letech 20. století se ve VO začínají používat zářivky (20 40 W) a rtuťové výbojky, jejichž hlavní výhodou byla delší životnost a vyšší světelný tok. Vysokotlakové výbojky byly poprvé instalovány roku 1973 a dodnes tvoří nejrozšířenější zdroj veřejného osvětlení. Z hlediska osvětlení architektonických památek se dodnes uplatňují halogenidové výbojky, které byly poprvé spuštěny roku 1978. Osvětlení komunikací se ve VO uplatňuje od počátku 21. století. LEdiody byly poprvé uvedeny na trh roku 1962 a v dnešní době si je do veřejného osvětlení pořizuje stále více měst. Česká republika zaujímala ve výzkumu a vývoji světelných zdrojů v Evropě vysokou pozici. Z významných podniků můžeme jmenovat Tesla Holešovice a Elektropodnik Praha, kde byly soustředěni vysoce kvalifikovaní pracovníci. Na území České republiky je v současné době v soustavě VO instalováno kolem 1 100 000 světelných míst. Do roku 1989 se o veřejné osvětlení ve městech staraly většinou Technické služby ve formě rozpočtových nebo příspěvkových organizací (SKOKANSKÝ, 2007, str. 20). Správa, provoz a údržba VO je v dnešní době přenesena na obce a města, kterým významně pomáhají společnosti a odborná sdružení, soustřeďující odborníky a provozovatele této odbornosti (Společnost pro rozvoj veřejného osvětlení, Česká společnost pro osvětlení, vysokoškolská pracoviště). Ekonomické provozování VO však není jednoduché a obce musejí ze svých rozpočtů vynakládat nemalé částky na provoz a údržbu (SKOKANSKÝ, 2007). 3.5.5. Legislativa ve veřejném osvětlení Vlastníci VO mají povinnost starat se o zařízení a hospodárně ho provozovat, na základě platných zákonů a norem. Mezi nejvýznamnější právní předpisy a normy patří: Zákon č. 128/2000 Sb., O obcích (obecní zřízení) Zákon č. 13/1997 Sb., O pozemních komunikacích Zákon č. 183/2006 Sb., O územním plánování a stavebním řádu (stavební zákon) Zákon č. 40/1964 Sb., Občanský zákoník Zákon č. 86/2002 Sb., O ochraně ovzduší Zákon č. 185/2001 Sb., O odpadech Zákon č. 22/1997 Sb., O technických požadavcích na výrobky ČSN EN 13 201 1 Osvětlení pozemních komunikací 16

Část 1: Výběr třídy osvětlení ČSN EN 13 201 2 Osvětlení pozemních komunikací Část 2: Výkonnostní požadavky ČSN EN 13 201 3 Osvětlení pozemních komunikací Část 3: Výpočet výkonnostních parametrů ČSN EN 13 201 4 Osvětlení pozemních komunikací Část 4: Metody měření výkonnostních parametrů ČSN EN 12464 2 Světlo a osvětlení Osvětlení pracovních prostorů Část 2: Venkovní pracovní prostory 3.5.6. Možnosti úspor ve veřejném osvětlení V rámci snižování nákladů na VO dochází ve středních a větších městech České republiky k využívání racionalizačních opatření. K těmto opatřením podle SKOKANSKÉHO (2007) patří: používání kvalitních světelných zdrojů, výměna starých svítidel za moderní s vyšší účinností, optimální prostorové uspořádání a využití světelných bodů, skupinová výměna světelných zdrojů, omezení svícení na dobu, jenž je nezbytně nutná, dimenzování osvětlení podle aktuálního zatřídění komunikace, regulace napětí, světelného toku, monitorování provozu osvětlovacích soustav. Výše zmíněná opatření mají vliv na snížení spotřeby elektrické energie, tedy i snížení provozních nákladů. Snížit náklady na údržbu a zvýšit spolehlivost provozu můžeme díky monitorování a řízení provozního stavu osvětlovací soustavy. 3.5.7. Vztah veřejného osvětlení k životnímu prostředí SKOKANSKÝ (2007) rozlišuje dva typy vlivu osvětlování na životní prostředí přímé a nepřímé. Do přímého působení řadíme provoz a likvidaci světelného zdroje po ukončení jeho života. Nepřímým zdrojem je spotřeba elektrické energie při osvětlování. 17

V posledních letech se stává diskutovaným tématem tzv. světelné znečištění. Rozptýlené světlo v ovzduší může v noci obtěžovat spící, znesnadňovat práci hvězdářům při pozorování noční oblohy, rušit obyvatele, flóru i faunu, a v neposlední řadě narušovat vidění. Samotné světlo tedy neznečišťuje, ale ruší. Proto je také někdy označováno za tzv. rušivé světlo. 3.5.8. Nežádoucí účinky veřejného osvětlení poruchy biorytmů rostlin a živočichů narušení biorytmů je způsobeno dlouhým časovým intervalem, po který dochází k venkovnímu osvětlování. Problémem je však i nízká osvětlenost. Všichni tvorové mají vyvinutý rytmus svých základních tělesných funkcí, které souvisí s dostupností světla. V případě jeho nedostatku dochází k narušení denního časového rytmu, které vede u člověka k narušení fyziologických a biologických tělesných procesů a psychického ladění (PLCH, MOHELNÍKOVÁ, SUCHÁNEK, 2004). negativní působení na živočichy pro některé druhy živočichů je světlo lákadlem a vydávají se za ním (např. hmyz, nebo mořské želvy, které se pak již nedokážou vrátit do moře a uhynou), pro další je světlo hrozbou a naopak se před ním schovávají. vznik odpadu v případě přítomnosti rtuti se jedná o odpad nebezpečný, znečišťování ovzduší při výrobě elektrické energie v (uhelných nebo plynových elektrárnách), rušivé světlo. Návrh opatření omezit světlo, nebo světelný tok situovat do míst, kde je to nezbytné, nakládání s odpady podle zákona č. 185/2001 Sb., O odpadech, zpětný odběr výrobků, snížení spotřeby elektrické energie při provozu osvětlení, využívání moderních zdrojů osvětlení, které neobsahují nebezpečné látky. 3.5.9. Světelné zdroje používané ve veřejném osvětlení Nejčastěji používaným zdrojem ve veřejném osvětlení je vysokotlaká sodíková výbojka. Spolu s ní se ve VO také objevuje vysokotlaká halogenidová výbojka, kompaktní zářivka, vysokotlaká rtuťová výbojka a LEdiody. Výhodnost či nevýhodnost použití světelných zdrojů udává 18

porovnání charakteristik, kterými jsou: měrný výkon, pokles světelného toku, délka života a pořizovací cena. 3.6. Historie světelných zdrojů 3.6.1. Oheň Objevení ohně a jeho využití patří mezi největší události v historii rodu Homo sapiens. Zpočátku jeho plameny lidem usnadňovaly každodenní život: poskytovaly jim teplo, chránily je před divokou zvěří a pomáhaly jim při přípravě jídla. Postupem času však oheň začal sloužit také k výrobě předmětů denní potřeby (MEIDENBAUER, ASENBAUM, 2009). Oheň byl nejprve získáván díky úderům blesků a lesním požárům. Postupem času se člověk naučil oheň udržovat a sám rozdělávat. Potřeba jeho uchování dala za vznik prvním ohništím a vynálezům jako byly pryskyřičné pochodně a louče. 3.6.2. Lampa Olejová lampa První lampy měly velmi jednoduchou konstrukci. Skládaly se z misky a knotu. Zhruba od roku 20 000 př. n. l. se jako palivo do lampy začal používat zvířecí tuk a olej, zatímco plovoucí knot se vyráběl z rostlinných vláken. Kamenné lampy se staly předchůdkyněmi lamp vyráběných z hlíny (MEIDENBAUER, ASENBAUM, 2009). V lampách byly postupně používány další hořlaviny (včelí vosk, líh, petrolej, plyn). Petrolejová lampa Petrolejová lampa je zdroj světla, který osvětluje plamenem hořícího petroleje. Skládá se z plochého a širokého knotu, nádržky na petrolej, skleněného cylindru a dalších pomocných, upevňovacích a okrasných částí. S petrolejovými lampami se dodnes můžeme setkat v místech, kde není zavedeno elektrické osvětlení. Plynová lampa Prvním způsobem využití plynu bylo osvětlení. Za vynálezce plynového světla se považuje Angličan William Murdoch, který r. 1792 zavedl plynové osvětlení ve svém domě (ŽÁKOVEC, 19

2006, str. 182). Začátkem 19. století se plynové lampy objevují ve veřejném osvětlení evropských měst (Londýn, Paříž, Berlín a Vídeň). Koncem 19. století bylo plynové osvětlení postupně nahrazováno elektrickou energií. V posledních letech se plynové lampy navracejí do měst, zejména jako repliky historických luceren. 3.6.3. Svíčka Podle LNĚNIČKOVÉ (2006, str. 56 59) nejstarší kamenná miska na ztuhlý tuk (lůj) pochází z doby před 17 000 lety a byla nalezena ve Francii v jeskyni La Mouthe. Svíčky znaly i starověké kultury Předního východu a Mezopotámie, kde jsou doloženy první bronzové svícny z doby okolo poloviny 3. tisíciletí př. n. l. Stavba svíčky se dělí na dvě části tělo a knot. Tělo svíčky obsahuje hořlavý materiál, jako je včelí vosk, parafín, svíčkový gel, lůj. Knot, který se vkládá doprostřed těla svíčky, se vyrábí z rostlinného textilního materiálu. Podle svíčky se také jmenuje jednotka svítivosti kandela (cd). 3.6.4. Oblouková lampa Obloukové lampy jsou historicky nejstarším elektrickým zdrojem světla. To je produkováno elektrickým obloukem vytvořeným mezi dvěma jiskřícími elektrodami nacházejícími se ve vodivém (ionizovaném) plynu. Poprvé vědecky předvedl elektrický oblouk roku 1810 anglický fyzik Humphry Davy před Royal Institution v Londýně, kdy za použití dvou tisíc článků zinku a mědi vytvořil mezi dvěma dřevěnými uhlíky oblouk délky 8 cm (www.odbornecasopisy.cz). O další zdokonalení se postaral František Křižík. Své využití našly lampy v osvětlování budov, majáků, světlometech, apod. 3.7. Světelné zdroje současnosti Po vynalezení elektrického zdroje světla v podobě obloukové lampy došlo k vývoji světelných zdrojů v podobě žárovky, zářivky, výbojky a LEdiody. Tyto jmenované zdroje mají v dnešní době nejvyšší využití a nalezneme je v osvětlování interiérů i exteriérů. 20

3.8. Žárovka 3.8.1. Klasická žárovka Historický vývoj Velkým krokem ve vývoji osvětlení bylo vynalezení žárovky, která byla představena světu v roce 1879. Za jejího vynálezce je považován Thomas Alva Edison, který měl však mnoho předchůdců, na jejichž práce při sestrojování žárovky navazoval. Mezi ně patří například Heinrich Göbel, Humbry Davy a Alexander Lodygin. Na trh byly první žárovky uvedeny v roce 1881. Při výrobě byla použita uhlíková vlákna (zuhelnatělý bambus) a standardní šroubovací patice E27 (MEIDENBAUER, ASENBAUM, 2009). Aby vlákno neshořelo, umístilo se do skleněné baňky, ze které byl vyčerpán vzduch. Dnes se k výrobě obvykle používá wolfram, který lépe odolává vysoké teplotě. Samotný tvar žárovky se od počátku vývoje příliš nezměnil. I přes mnoho novějších typů osvětlení je žárovka v domácnostech stále nejvíce využívaným světelným zdrojem. Charakteristika a konstrukce Žárovka funguje na principu zahřívání vodiče protékajícím proudem. Ve skleněné baňce se žhaví wolframové vlákno, jehož rychlému vypařování zabraňuje plnění baňky směsí plynů. Tím se zvyšuje teplota vlákna, což má za následek zvýšení světelného výkonu žárovky. Usazování vypařeného wolframu na stěnách baňky způsobuje její postupné tmavnutí a snížení světelného toku (HABEL, 1995). Konstrukce žárovky je naznačena na obr. č. 3. Na výrobu baňky se používá měkké sodno-vápenaté sklo, které bývá čiré, zrcadlové, chemicky matované i barevné. Přívody, které vytvářejí elektrický obvod Obr. č. 3 Konstrukce klasické žárovky 1-baňka, 2-wolframové vlákno, 3-přívody, 4-tyčinka, 5-čočka, 6-čerpací trubička, 7-talířek, 8-patice, 9-háčky, 10-plynná náplň, 11-tmel, 12-pájka, 13-getr, 14 izolace patice zdroj: HABEL (1995, str. 113) se žhavícím vláknem, jsou třídílné. První částí je pojistka o malém průměru (160 až 180 µm), zhotovená z monelu (slitina mědi a niklu). Druhou část tvoří plášťový drát, který zajišťuje vakuové těsný a elektricky vodivý průchod sklem. Třetí díl přívodu upevňuje vlákno a je vyroben z niklu. Prostor baňky je vyčerpán a zbylé plyny pohlcuje gentrum. Žárovky plněné 21

plynem obsahují argon nebo krypton, které jsou doplněny o příměs dusíku. Zdrojem záření je vlákno svinuté do šroubovice, které se u moderních žárovek vyrábí z wolframu. Vlákno se fixuje přívody a podpěrnými molybdenovými háčky, které jsou zapíchnuté do čočky (HABEL, 1995). 3.8.2. Halogenová žárovka Historický vývoj Snaha potlačit usazování wolframu na baňce klasické žárovky dala za vznik žárovkám halogenovým, které byly na trh uvedeny v roce 1959. Jednalo se o žárovky plněné plynem, do kterého byly přimíchány halogenové prvky. Nejprve se jako příměs využíval jód, který byl postupně nahrazován bromem (zejména díky jeho šetrnosti k životnímu prostředí). Samotná myšlenka využití halových prvků v žárovkách je mnohem starší. Původní experimenty ale nebyly úspěšné, protože přidání halogenu do běžných žárovek urychlilo reakci s materiálem přívodů a následnou kondenzaci na chladných místech baňky. K vyřešení problému bylo nutné změnit konstrukci žárovek, použít odolnější materiály, zajistit minimální teplotu baňky (250 C) a vyloučit materiály reagující s halogeny (HABEL, 1995). Charakteristika a konstrukce Konstrukce halogenové žárovky je znázorněna na obrázku č. 4. Podle HABELA (1995) se k výrobě vnější baňky používá křemenné sklo, sklovina nebo tvrdé sklo. Vlákno je podobně jako u klasické žárovky tvořeno spirálou z wolframu, avšak poupravenou pro využití v halogenových žárovkách. V ose žárovky je vlákno fixováno wolframovými podpěrkami. Vakuový zátav je drátový nebo fóliový. Podmínkou dosažení stanoveného života žárovky je zajištění maximální teploty 350 C v místě spojení vnějšího přívodu s molybdenovou fólií (v opačném případě dochází k prasknutí stisku). Plynná náplň je tvořena kryptonem nebo xenonem v kombinaci se sloučeninou halogenu. K procesu usazování wolframu se u halogenových žárovek přidává působení termochemické transportní reakce wolframu s halogenem. V této reakci se vypařující wolfram slučuje s bromem na bromid wolframu. Ten difunduje zpět k vláknu, kde se rozpadá na wolfram a halogen. Uvolněné atomy wolframu tak omezují vypařování wolframu z vlákna. Výsledkem je čistá baňka a delší životnost vlákna. Halogenová žárovka má stejný osud jako klasická. Wolfram se usazuje na chladnějších částech a v nejteplejším místě spirály dojde k jeho přepálení. 22

Obr. č. 4 Konstrukce halogenové žárovky a dvoustisková žárovka b jednostisková žárovka 1 baňka, 2 wolframové vlákno, 3 molybdenová fólie, 4 molybdenový přívod, 5 podpěrka, 6 konečky vlákna, 7 plynná náplň, 8 odpalek čerpací trubičky, 9 kolík, 10 stisk, 11 keramická patice zdroj: HABEL, J. a kol.: Světelná technika a osvětlování. FCC Public, spol., s.r.o., strana 117 3.9. Zářivka Historický vývoj V roce 1857, francouzský fyzik Alexandre E. Becquerel zkoumal jev zvaný fluorescence. Teoreticky uvažoval o konstrukci zářivek podobné těm, které se používají dnes. Alexandre Becquerel experimentoval s elektrickou výbojkou a luminiscenčními materiály. Tento princip byl dále rozvíjen a vznikly z něj dnešní zářivky (www.accessexcellence.org). 3.9.1. Lineární zářivka Charakteristika a konstrukce Zářivky jsou nízkotlaké rtuťové výbojky, vyzařující světlo v oblasti UV záření, které v dnešní době vyrábějí okolo 79 % umělého světla na světě. Jejich konstrukce je znázorněn na obr. č. 5. Hlavní částí zářivky je trubice vyrobena z měkkého sodnovápenatého skla, na níž jsou naneseny dvě vrstvy luminoforu (nejčastěji kysličník zinku). Ostatní skleněné polotovary tvoří Obr. č. 5 Konstrukce lineární zářivky zdroj: HABEL (1995, str. 122) 23

převážně olovnaté sklo. Na obou koncích zářivky jsou elektrody, tvořené wolframovými spirálami. Kolem elektrody se nachází clonka, zabraňující usazování emisní hmoty na luminoforu. Tím přispívá ke stabilizaci světelného toku a zpomalení tmavnutí zářivky. Ve skleněné trubici jsou vlivem elektrického pole mezi elektrodami vybuzeny páry rtuti, ve kterých dochází k emisi neviditelného UV záření. Speciální látka luminofor na vnitřním povrchu skleněné trubice přeměňuje neviditelné UV záření na viditelné světlo. Volbou luminoforu je možné ovlivnit barvu světla zářivky. (SKOKANSKÝ, 2007, str. 42). V průběhu svícení dochází k úbytkům rtuti, proto je do zářivky dávkována v přebývajícím množství. Samotná přítomnost toxického prvku přináší problémy při výrobě i likvidaci zářivky. 3.9.2. Kompaktní zářivka Charakteristika a konstrukce Světelným tokem, geometrickými parametry a podáním barev se blíží obyčejným žárovkám. Výroba světla je obdobná jako u lineárních zářivek. Hlavní konstrukční odlišení od lineární zářivky je nepřítomnost startéru. Existují tři typy kompaktních zářivek: s implementovaným předřadníkem jako úsporná alternativa žárovek (oproti klasickým kompaktním zářivkám mají okamžitý start a odolnost proti častému spínání), pro zvlášť malá svítidla, jako zmenšená alternativa lineárních zářivek. 3.10. Vysokotlaké světelné zdroje 3.10.1. Vysokotlaké rtuťové výbojky Charakteristika a konstrukce Podle SKOKANSKÉHO (2005, str. 31) vzniká viditelné záření u těchto zdrojů obloukovým výbojem v parách rtuti při tlaku 0,1 MPa ve výbojové trubici z křemenného skla. Toto záření se transformuje pomocí luminoforu do viditelné oblasti. Hlavní elektrody tvoří wolframový drát pokrytý emisní vrstvou kysličníku barya, stroncia a vápníku. Do výbojové trubice se dávkuje rtuť a argon (usnadňuje zapálení výboje, zabraňuje odpařování emisní hmoty). K zapálení 24

výboje není potřeba používat přídavná zapalovací zařízení. Výboj je umístěn v baňce z měkkého sodno vápenatého, nebo tvrdého borito křemičitého skla (výbojky s příkonem do 125 W). Do baňky je přidána směs dusíku a argonu, a na vnitřní straně je nanesena vrstva luminoforu. Obr. č. 6 Konstrukce vysokotlaké rtuťové výbojky 1 nosný rámeček, 2 výboj, 3 wolframové vlákno, 4 molybdenové háčky, 5 vnější baňka, 6 vrstva luminoforu, 7 patice zdroj: DVOŘÁČEK (2008, str. 57) 3.10.2. Halogenidové výbojky Charakteristika a konstrukce Viditelné záření vzniká u halogenidových výbojek v parách rtuti a zářením produktů halogenidů (sloučeniny halových prvků s thaliem, sodíkem, apod.). V křemenném hořáku vzniká cyklus obdobný regeneračnímu cyklu jako u halogenových žárovek, ale opačný. Vnější baňka je z borosilikátového skla a hořák z křemenného nebo jiného speciálního skla (SKOKANSKÝ, 2007, str. 44). U halogenidových výbojek je potřeba zapalovače, který k výboji využívá vysokonapěťový impuls. V dnešní době jsou baňky i patice vyráběny v mnoha konstrukčních provedeních. 3.10.3. Vysokotlaké sodíkové výbojky Charakteristika a konstrukce Podle DVOŘÁČKA (2009) vzniká světlo v těchto světelných zdrojích zářením sodíkových par. Hořák (výbojový prostor) je vyroben z průsvitného korundu, který odolává vysokým teplotám sodíku. Mezi korundem a kovem jsou umístěna pájky (skelné, kovové, keramické). Z vnější baňky je vyčerpán vzduch a je vyrobena z borosilikátového skla. Jako startovací plyn se ve výbojové trubici používá xenon s příměsí sodíko-rtuťového amalgámu. 25

Obr. č. 7 Konstrukce vysokotlaké sodíkové výbojky. 1 korundová trubička, 2 elektroda, 3 niobová průchodka, 4 pájecí kroužek, 5 nosný rámeček, 6 vnější baňka, 7 patice, 8 amalgám sodíku, 9 getr, 10 plynná náplň Zdroj: DVOŘÁČEK (2009, str. 40) 3.11. LED Název LED pochází z anglického Light Emitting Diode, což můžeme přeložit jako dioda vyzařující světlo. Jedná se o moderní zdroj světla, založený na principu elektroluminiscence (vyzařování světla z látky, jíž prochází elektrický proud). Speciální polovodičová dioda dokáže vyzařovat ultrafialové, světelné i infračervené záření. LEdiody se vyrábí jednobarevné (červená, oranžová, žlutá, zelená, modrá a bílá) i vícebarevné, blikající, infračervené a ultrafialové. 3.11.1. Historie LED V roce 1907 Henry Joseph Round popsal fyzikální princip procesu elektroluminescence. O několik desítek let později se začaly objevovat první LEDky. V roce 1962 vznikla komerční LED v červené barvě, jejímž výrobcem byla firma General Electric. Z počátku byla jejich svítivost (účinnost přeměny elektrické energie na světlo) nízká. Proto se nejprve využívaly jako signální diody v televizorech, nebo v kalkulačkách. První červená radiální LED byla vyrobena v roce 1972 v divizi Siemens Semiconductor. V 80. letech 20. století probíhaly pokusy o zlepšení účinnosti červené diody a došlo k vývoji zelené, žluté a později i modré a bílé barvy. Zvýšit jejich svítivost dokázal japonský vědec Shuji Nakamura v roce 1993. Podařilo se mu to díky použití modré nebo ultrafialové LEdiody, která byla pokryta vrstvou fosforu. Po tomto zdokonalení došlo k velkému rozvoji ve výrobě a LEdiody se začaly objevovat po celém světě (HEJDUK, 2005). 26

3.11.2. Charakteristika a konstrukce LED Světelná dioda používá jiného fyzikálního principu než žárovky či výbojky. Svými vlastnostmi se od ostatních světelných zdrojů odlišuje. Jedná Obr. č. 8 Konstrukce LEdiody se o elektronickou polovodičovou součástku, obsahující přechod P N. Pokud tímto přechodem prochází elektrický proud v propustném směru, přechod emituje (vyzařuje) světlo s úzkým spektrem. Tento jev se nazývá elektroluminiscence. JÁCHYM (2007, str. 28) popisuje konstrukci LED jako součástku, v níž je kontaktovaný čip (nebo kombinace čipů) zastříknut materiálem s požadovanými optickými vlastnostmi (LED se vyrábějí zdroj: www.offroadlights.com v bodovém či rozptylném provedení, s různým vyzařovacím úhlem). Monokrystaly diod jsou pokryty kulovými vrchlíky z epoxidové pryskyřice nebo akrylového polyesteru. Oproti jiným světelným zdrojům mají LEdiody výhodu v tom, že pracují s poměrně malým proudem a napětím. Jejich velikost umožňuje použití i v malých zdrojích osvětlení. Spektrum barev LEdiody Pásmo spektra ovlivňuje chemické složení polovodiče. Polovodičový přechod vyzařuje velmi úzké spektrum, záření je v podstatě monochromatické. V současnosti jsou však na trhu prvky všech potřebných barev, se třemi čipy v jednom pouzdru, i světelné diody v jednotlivých barvách vhodných pro skládání bílé. (SKOKANSKÝ, 2007, str. 50). Samotný princip LEdiody nedokáže emitovat bílé světlo. U starších diod byly využívány tři čipy, z nichž bylo aditivním míšením dosaženo vjemu bílého světla. V dnešní době se pro vjem bílé barvy využívá luminoforu. Z diody, která vyzařuje modré světlo, je část světla luminoforem transformována na žluté světlo. Mísením těchto dvou barev vznikne bílá. Další typy bílých LEdiod emitují ultrafialové záření, které je na čipu luminoforem transformované na bílé světlo (JÁCHYM, 2007). Pro osvětlení domácností se používá teplá bílá (3 000 K). Studená bílá je využívána pro venkovní osvětlení, při němž lépe vystoupí kontrasty (6 000 7 000 K). 27

3.11.3. Využití LED technologie V počátcích vývoje se LED technologie pro svoji nízkou účinnost využívala pouze v signálních diodách. S vývojovým postupem se její působení rozrostlo do nejrůznějších oblastí a její využití stále stoupá. Osvětlení vnitřních prostor Z hlediska vnitřního osvětlení využíváme LED technologii pro osvětlení pracovišť, exponátů v muzeích, výstav a galerií. Také veřejné budovy, restaurace a prodejní místa obsahují svítidla s LEdiodami. Zde se objevují i barevné diody, zvýrazňující určité objekty (například bary, výlohy). Venkovní osvětlení V této oblasti se technologie LED užívá pro osvětlování mostů, pěších zón, architektonických památek, tunelů a mnoha jiných objektů. LEdiody se umísťují do svítidel instalovaných na stožárech pouličního osvětlení. Umístění v osvětlovací soustavě nízko nad vozovkou navíc spoří elektrickou energii a omezuje rušivé světlo. Dále vyznačují okraje vozovky, jízdní pruhy (použití i různých barev), chodníky. Pro snadnější orientaci na silnici jsou malá svítidla zapouštěna do povrchu silnice. V České republice najdeme několik projektů na osvětlování ulic či komunikací, kde byly LEdiody použity. Mezi nejvýznamnější patří projekty Praha, Písek, Havířov a Pardubice. Vzhledem k současné vysoké pořizovací ceně těchto světelných zdrojů se LEdiody nedají zatím hromadně aplikovat do všeobecného osvětlení. Signalizace LEdiody nahrazují trpasličí žárovky ve vypínačích a kontrolních svítilnách. Nalezneme je také v dopravních značkách silniční, železniční i říční dopravy. Čím dál častěji nahrazují žárovky v semaforech. V automobilech podsvěcují palubní desku a používají se i pro další osvětlovací komponenty a vnější osvětlení. Důležitou funkci plní především v brzdových světlech. Jejich okamžité rozsvícení umožňuje řidičům jedoucím za automobilem rychlejší reakci. LEdiody se dále nachází v ukazatelích a prvcích, které vyznačují únikové cesty v budovách (DVOŘÁČEK, 2009). 28

Zobrazovací technika a reklamní osvětlení Další využití se nachází v soustavách dynamického řízení počítačem, kde je možnost změn barev i jasu, vytváření běžících řádků a vln. Do této kategorie spadají také velkoplošné obrazovky. Zdravotnictví Zvláštní využití této technologie je ve zdravotnictví. Jednak se používá pro terapie kožních a vnitřních nemocí. Dále je využita pro desinfekci vzduchu za pomocí UV záření. Posledním použitím je zubní technika, kde slouží k vytvrzování hmot (DVOŘÁČEK, 2009). Další využití: podsvícení LCD televizorů a obrazovek počítačů, prosvícení klávesnic a displejů (mobilní telefony), senzor pohybu (optické myši), baterky, tlačítka ve výtahu, čtečky čárových kódů. 29

4. METODIKA A POSTUP ŘEŠENÍ Pro dosažení cíle bakalářské práce, byly stanoveny jednotlivé kroky metodického postupu. Prvním krokem bylo vymezení základních charakteristik osvětlovacích technologií. Dále byla provedena multikriteriální komparativní analýza parametrů světelných zdrojů. Třetí etapa zahrnuje hodnocení společensko ekonomické efektivnosti vybraných technologií veřejného osvětlení. 4.1. Základní charakteristiky osvětlovacích technologií Při řešení této části byla využita metoda analýzy a syntézy informací z odborné literatury, na základě které byl stanoven metodický postup hodnocení společensko-ekonomické efektivnosti a vymezeny technologie a faktory pro komparativní analýzu parametrů dostupných světlených zdrojů. Informace byly čerpány z publikací Dvořáček (2008), Habel (1995), Hejduk (2005), Dvořáček (2009), Skokanský (2007) a Skokanský (2005). 4.2. Multikriteriální komparativní analýza parametrů světelných zdrojů Na základě analýzy a syntézy informací z odborné literatury byla stanovena multikriteriální komparativní analýza parametrů světelných zdrojů. Pro tuto analýzu byly vybrány světelné zdroje z předcházející kapitoly, které se svými požadavky nejvíce hodily pro veřejné osvětlování. Do těchto zdrojů řadíme klasickou žárovku, kompaktní zářivku, halogenovou žárovku, rtuťovou a sodíkovou výbojku a LEdiody. V rámci srovnání parametrů těchto světelných zdrojů, byla vytvořena tabulka s bodováním. Každý prvek je zvlášť hodnocen číslicí od 0 do 10, přičemž platí, čím vyšší číslo daný zdroj získá, tím lépe si stojí. Jednotlivé body byly přidělovány autorkou této práce na základě získaných informací z publikací Dvořáček (2008), Habel (1995), Hejduk (2005), Dvořáček (2009), Skokanský (2007) a Skokanský (2005). Světelný zdroj s nejvyšším součtem dosažených bodů byl vybrán jako nejvhodnější pro venkovní osvětlování. Parametry světelných zdrojů byly rozčleněny do tří oblastí: sociální, environmentální a finančně ekonomické. 30

Fotometrické veličiny využité v komparativní analýze světelných zdrojů: Teplota chromatičnosti (teplota barvy neboli barevný dojem) charakterizuje spektrum bílého světla. Světlo určité teploty chromatičnosti má barvu tepelného záření vydávaného černým tělesem zahřátým na tuto teplotu. Teplota chromatičnosti se měří v Kelvinech (MELČ, 2009) Příklady teploty chromatičnosti (MELČ, 2009): 1 200 K svíčka, 2 700 K teplota chromatičnosti žárovky, slunce při východu a západu, 3 000 K teple bílá, 4 000 K neutrálně bílá, 6 500 K chladně bílá standardizované denní světlo, 7 000 K lehce zamračená obloha, 8 000 K oblačno, mlhavo, 10 000 K silně zamračená obloha. Obr. č. 9 Znázornění spektra s teplotou chromatičnosti zdroj: www.hvezdarna.plzen.eu Světelný tok na rozsah viditelného světla připadá po přehodnocení zrakovým orgánem tok, závislý na fyzikálních podmínkách zdroje (např. teplota vlákna žárovky), který se nazývá světelným tokem. Jednotkou světelného toku jsou lumeny (lm) (MIHÁLKA, 2009). Účinnost záření je podíl světelného toku k rozsahu záření. Jednotka: lm/w. 4.3. Hodnocení společensko ekonomické efektivnosti vybraných technologií veřejného osvětlení Na základě multikriteriální analýzy byly vymezeny tři technologie, které se jeví jako nejvhodnější pro použití ve veřejném osvětlení. Podle norem ČSN EN 13 201 Osvětlení 31

pozemních komunikací (části 1 4) byla vytvořena modelová soustava veřejného osvětlení. V rámci této soustavy byly porovnány tři technologie v oblasti finančně ekonomické, environmentální a sociální. 4.3.1. Finančně ekonomická oblast Výpočty finančně ekonomické oblasti jsou rozčleněny do několika etap: 1. stanovení počtu prosvícených hodin za rok 2011 2. charakteristika modelové soustavy 3. hodnocení doby návratnosti zvýšených investičních výdajů LED technologií První etapa zahrnuje výpočet doby svícení ve VO pro rok 2011. Z údajů pražské hvězdárny byly použity časy východů a západů slunce pro všechny dny v roce 2011. Z těchto údajů byly dále určeny časy zapnutí a vypnutí VO, z nichž se posléze vypočítala délka svícení pro jednotlivé dny. Součtem všech dní je získán počet prosvícených hodin za celý rok. Čas zapnutí (t z ) a vypnutí (t v ) veřejného osvětlení t z = Z + 0,5 t v = V 0,5 kde: Z doba západu slunce V doba východu slunce Nutný převod jednotek na desetinná čísla Délka svícení (t s ) t s = 24 t z + t v kde: t z čas zapnutí veřejného osvětlení t v čas vypnutí veřejného osvětlení V druhé etapě byla nejprve navržena soustava veřejného osvětlení, do které byly osazeny tři typy světelných zdrojů. Aby se tato soustava co nejvíce podobala skutečnosti, byly do výpočtů zahrnuty i náklady na likvidaci stávajícího osvětlení. Součtem jednotlivých položek, kterými jsou demontáže kabelu AYKY, stožáru, patky, svítidla, a dále likvidace starých světelných zdrojů se svítidly, byla získána výsledná hodnota nákladů na odstranění stávající soustavy 32

osvětlení. Cena nově navržené soustavy je součtem nákladů na osvětlovací stožár, svítidla se světelným zdrojem, montáže stožáru, svítidla, patky a kabelu. Celková investice zahrnuje náklady na demontáž a likvidaci stávajícího zdroje osvětlení a cenu navržené soustavy. Celkový příkon soustavy (P) [kwh] P = kde: p příkon jednoho svítidla n počet svítidel v soustavě Roční spotřeba elektrické energie (E) E = T R P kde: T počet hodin v provozu za 1 rok R regulace osvětlení P celkový příkon soustavy Cena elektrické energie za 1 rok (P e ) P e = E P kwh kde: E roční spotřeba elektrické energie P kwh cena elektrické energie za 1 kwh Celkový provoz soustavy je roven součtu ceny elektrické energie za 1 rok, výměny světelných zdrojů a jejich likvidace, nákladů na čištění a nákladů na opravu. Třetí etapa zahrnuje výpočet doby návratnosti zvýšených investičních výdajů při zavádění LED technologie ve srovnání s alternativními technologiemi. Vyhodnocení bylo vytvořeno ve dvou variantách potenciálních přínosů: snížení nákladů na spotřebu energie, snížení celkových provozních nákladů. Návratnost investice (t n ) Jedná se o dobu (počet let), za kterou peněžní příjmy z investice vyrovnají počáteční kapitálový výdaj na investici. 33

t n = kde: I A celková investice soustavy A I B celková investice soustavy B N A provozní náklady soustavy A N B provozní náklady soustavy B 4.3.2. Environmentální oblast Tato oblast navazuje z hlediska úspory zdrojů na finančně ekonomická kritéria, rozšířená o vyhodnocení podílu na produkci CO 2. Zde sledujeme počet spotřebované energie ve vztahu k emisím, které jsou při tvorbě energie vytvořeny. Při získání 1 kwh elektrické energie je do ovzduší emitováno 420 g CO 2 (VESPALCOVÁ, 2009). Produkce gramů CO 2 za 1 hodinu provozu veřejného osvětlení (x) x = P R 420 kde: P celkový příkon soustavy R regulace osvětlení 4.3.3. Sociální oblast V této oblasti je vyhodnocena především teplota chromatičnosti a změna barvy světelného zdroje. 4.3.4. Případová studie realizovaného projektu v Písku V této části je shrnut popis realizovaného projektu s LED svítidly v České republice. Dále jsou zde uvedeny základní informace o projektu, typy jednotlivých svítidel a finanční porovnání dvou navrhovaných typů osvětlení. 34

5. VLASTNÍ PRÁCE 5.1. Základní charakteristiky světelných zdrojů 5.1.1. Klasická žárovka Přednosti a nedostatky + jednoduchá konstrukce, malá hmotnost, malé rozměry a vhodný tvar, + výroba ve velkém podmiňující nízkou cenu žárovek, + okamžitý start bez blikání, stabilní svícení bez míhání, + spojité spektrum vyzařovaného světla s teplým odstínem, + napájení z elektrorozvodné sítě bez nutnosti předřadných obvodů, + konstrukce žárovek pro široký rozsah napájení i příkonů, + neobsahují škodlivé látky, likvidace nepoškozuje životní prostředí, + snadný provoz i výměna (HABEL 1995), malý měrný světelný výkon, krátká životnost (přibližně 1 000 hodin), v průběhu života klesá světelný tok, parametry žárovek a délka života závislé na napájecím zařízení (HABEL, 1995). Použití ve veřejném osvětlení Pro své technické parametry se klasické žárovky objevují ve veřejném osvětlení jen zřídka. Díky možnosti častého rozsvěcování se spíše objevují ve spojitosti s pohybovými čidly v osvětlení zahrad, příjezdových cest domů, apod. 5.1.2. Halogenová žárovka Přednosti a nedostatky + spojité spektrum vyzařovaného světla s teplým odstínem, + okamžitý start bez blikání, + úbytek světelného toku do 5% původního stavu, + delší životnost, 35

+ vyšší účinnost přeměny elektrické energie na světlo, + možnost konstrukce žárovek malých rozměrů, kratší životnost při častém zapínání světla, náročná technologie výroby, vyšší cena. Použití ve veřejném osvětlení Jejich použití ve VO je omezené. Hlavní uplatnění mají ve spojitosti s pohybovými čidly, kde plní funkci bezpečnostního osvětlení. Dále slouží jako dočasné osvětlování prostranství, nebo architektonické osvětlování historických objektů a památek. 5.1.3. Lineární zářivka Přednosti a nedostatky + výroba ve velkém podmiňující nízkou cenu zářivek, + dlouhá životnost, + možnost konstruovat malá svítidla, + vysoká účinnost přeměny elektrické energie na světelnou, + široký sortiment barev, vliv častého zapínání na život zářivky, pomalejší dosažení stanovené hodnoty světelného toku po zapnutí, obsah toxické látky, závislost světelného toku na okolní teplotě prostředí, míhání světla (vyvolané střídavým proudem), nutnost předřadných a startovacích obvodů (HABEL, 1995). Použití ve veřejném osvětlení Objevují se spíše sporadicky, a to v menších městech a na podřadných komunikacích. Díky jejich závislosti na okolní teplotě je jejich použití v zimě nevýhodné (snižuje se světelný tok). Existují i zářivky odolné proti chladu, které se využívají v osvětlení nástupišť, zastávek apod. 36