3. FYZIOLOGIE VIDĚNÍ. KRITERIA A LIMITY DENNÍ OSVĚTLENOSTI. VÝPOČTY ČINITELE DENNÍ OSVĚTLENOSTI. MĚŘENÍ OSVĚTLENÍ. ZRAK A VIDĚNÍ: Záření je definováno jako šíření energie prostorem. Tato energie je popisována : elektromagnetickou teorií (el.mag.vlnění) teorií kvantové mechaniky OPTICKÉ ZÁŘENÍ obsahuje: složky ultrafialové složky viditelné složky infračervené v rozsahu od 100 do 1400nm. Charakteristickou veličinou pro záření je závislost mezi vlnovou délkou a kmitočtem: c = λ. f (m. s -1 ) c - rychlost světla v daném prostředí (ve vakuu je c = 299 792 458 ms -1 ) λ - vlnová délka (nm) f - frekvence (s -1 ) Vlnová délka URČUJE: barvu světla předměty se jeví v barvě světla Úkolem každého světelného zdroje je, aby pomocí svého světelného toku podával věrně (barva) obraz pozorovaného předmětu. Měřítkem této věrnosti podání barev je INDEX podání barev R a (-). 1
Index podání barev R a = 100 ukazuje na světelný zdroj, který podává věrohodně všechny barvy spektra, je-li R a = 0 některé barvy nejsou podány vůbec, dochází k velkému barevnému zkreslení. K popisu barev nebo výstižněji barevných vlastností světla, které vyzařuje teplotní zdroj, lze též použít TEPLOTU CHROMATIČNOSTI T c (K). Teplota chromatičnosti uvažovaného světelného zdroje se udává absolutní teplotou černého zářiče, jehož záření má tutéž chromatičnost, tzn. Stejnou barevnou jakost světla jako uvažované světlo. 2
FYZIOLOGIE ZRAKOVÉHO SYSTÉMU. Vidění je složitý fyziologický jev, na kterém se podílí: 3
čípky - 3 pigmenty červená, zelená, modrá, tyčinky - 1 pigment, které jsou součástí SÍTNICE OKA. Na sítnici dochází k zachycení zrakového vjemu. Zde je podnět zpracován a předán nervovým vláknem do mozku, kde se informace vyhodnocuje. VIDĚNÍ FOTOPICKÉ: jde o vidění barevné ostré jsou v činnosti čípky (jas > 30 cd.m -2 ) VIDĚNÍ SKOTOPICKÉ: tyčinky jsou v činnosti při jasech < 0,003 cd.m -2 jsme barvoslepí, vidění je neostré VIDĚNÍ MEZOPICKÉ: v rozmezí jasu 30 0,003 cd.m -2 vidění je neostré, ale částečně barevné AKOMODACE OKA: Je schopnost oka zaostřit předměty v různé vzdálenosti od oka. ADAPTACE OKA: Je schpnost oka přizpůsobit se různým hladinám jasu (osvětlenosti) od asi 0,25 lx až do 100 000 lx. To je způsobeno změnou průměru otvoru zornice, citlivosti fotoreceptorů a změnou velikostí vjemových polí sítnice. Rychlé změny světelných podmínek dočasně nevidíme nebo vidíme špatně. ZRAKOVÁ OSTROST: Schopnost oka zřetelně rozlišovat předměty, jejíž vzdálenost je velmi malá; v noci je 10x menší než ve dne. VJEMOVÉ POLE: Základní funkční jednotkou není jeden FOTORECEPTOR (tyčinka nebo čípek), ale tzv. vjemové pole, což je část plochy sítnice, z níž lze podráždit jedno vlákno zrakového nervu. ZORNÉ POLE: Je část prostoru, kterou může pozorovatel postřehnout pohledem bez pohybu OKA a HLAVY.Největší ostrost vidění je asi v rozsahu 1,5 0. Člověk vidí v úhlovém rozsahu asi: 8 0 ve vodorovné rovině 4
6 0 ve svislé rovině SPEKTRÁLNÍ CITLIVOST ZRAKU: Zrakový orgán není stejně citlivý na záření různých vlnových délek. Největší citlivost se pohybuje okolo 555 nm. OČI A SVĚTLO. OČI - představují BRÁNU, jíž světlo vstupuje do našeho těla - nejsou jen proto abychom viděli, ale světlo je vysíláno dále do jedné z nejdůležějších částí našeho mozku HYPOTALAMU HYPOTALAM je zodpovědný: a) na zařízení nervové soustavy, b) rovnováhu energie, c) hospodaření s tekutinami, d) regulaci teploty, e) aktivity a spánku, f) krevního oběhu, g) dýchání, h) růst, i) rozmnožování, j) citové rovnováhy. Vystavení organizmu slunečnímu světlu vede: a) ke snížení tepové frekvence, b) ke snížení krevního tlaku, c) ke snížení dechové frekvence či krevního cukru, d) zvyšuje se příliv energie, e) zvyšuje se vytrvalost, f) odolnost vůči stresu, g) schopnost krve vázat kyslík. Barva světla má vliv: ČERVENÉ SVĚTLO a) zvyšuje krevní tlak, b) zrachluje se tep, c) stoupá agresivita, napětí a vzrušení, d) přináší úlevu při migréně. MODRÉ SVĚTLO a) tlak i tepová frekvence klesají b) dostavuje se uvolnění a snížení úzkosti c) zmírňuje potíže u lidí trpící revmatizmem 5
NEDOKONALÉ OSVĚTLENÍ má vliv na zdraví negativně: a) zvyšuje stres, agresivitu a zhoršuje schopnost soustředění, b) snižuje obranyschopnost, zvyšuje hladinu cholesterolu, c) snižuje tvorbu vitamínů A a D, zhoršuje se zraková funkce, snižuje se absorbce vápníku v kostech a zubech, d) vznik zhoubných nádorů, poruch plodnosti, urychlení stárnutí organizmu, e) podporuje vznik SAD (poruchy duševního zdraví), vykyvy málad, deprese, f) u žen se zhoršuje průběh premenstruačního syndromu. Cílem návrhu denního osvětlení je: OSVĚTLENÍ BUDOV. vytvořit zrakovou pohodu pro uživatele interiéru pro posouzení denního osvětlení se využívá model zatažené oblohy v zimě není to záležitostí jen volby velikosti okenních otvorů jde o proporce navrhované místnosti dále jde o vzájemné odstupy mezi budovami a výškovou úrovní zástavby V nově navrhovaných budovách musí mít vyhovující denní osvětlení tyto prostory: a) obytné místnosti bytů b) ložnice a pokoje zařízení pro dlouhodobé ubytování a dlohodobou rekreaci c) denní místnosti zařízení pro předškolní výchovu d) učebny škol e) vyšetřovny a lůžkové místnosti zdravotnických zařízení f) místnosti pro oddech a jídelny OSVĚTLOVACÍ SYSTÉMY: Návrh denního osvětlení vnitřních prostorů budov vede k dimenzování osvětlovacích otvorů: oken světlíků Vazba osvětlovacích otvorů jen na obvodové konstrukce budovy je NEŽÁDOUCÍ! Vyskytovaly by se místa a prostory s různou úrovní denního osvětlení!! Umístění osvětlovacích otvorů ve vztahu k prostoru, tvoří osvětlovací systém: boční, 6
horní, 7
kombinovaný, 8
druhotný. Obr.: Boční a horní osvětlovací systém Pro stanovení typu osvětlovacího systému: je důležitý směr světelného toku boční osvětlovací systém (jednostranný, dvoustranný nebo vícestranný) horní osvětlovací systém (světlíky různých typů, patří sem i Bazilikální osvětlení-s vysokým parape-tem) kombinovaný osvětlovací systém (tam, kde předmět zrakové práce má velké rozměry) druhotné osvětlení (účinnost je nízká, podřadné prostory bez trvalého pobytu) sdružený osvětlovací systém (jde o denní osvětlení kombinované s umělým světlem) KRITÉRIA A LIMITY DENNÍHO OSVĚTLENÍ: KRITERIA KVALITATIVNÍ: ovnoměrnost denního osvětlení, rozložení světelného toku, rozložení jasu ploch v zorném poli, zábrana oslnění, barevné řešení interiéru. Rovnoměrnost denního osvětlení: Je to podíl nejmenší a největší hodnoty činitele denní osvětlenosti zjištěné na vodorovné pracovní rovině v interiéru. 9
(viz. ČSN 730580-1) Pracovní rovina je ve výšce 850 mm. Nebo ÚROVEŇ PODLAHY. Hodnota rovnoměrnosti při třídách zrakových činností: I až IV - < 0,2 V - < 0,15 I až III - nejméně 0,3 Tab.: Požadované hodnoty činitele denní osvětlenosti podle ČSN 730580-1 ROZLOŽENÍ SVĚTELNÉHO TOKU Rozumíme tím: směr světelného toku difuze světelného toku (směrnost) Zajištění požadavku: nesmí docházet ke stínění osobou pozorovatele, nebo zařízením interiéru dává se přednost osvětlení zleva nebo zleva a zpředu směr osvětlení by měl být doplněn přímým nebo odraženým světlem pro rozlišení detailů je výhodnější osvětlení rozptýlené (difuzní) ROZLOŽENÍ JASU PLOCH V ZORNÉM POLI 10
Jde o vyloučení OSLNĚNÍ!!! Pro vytvoření podmínek zrakové pohody se doporučuje akceptovat ČSN 730580-1, dodržet tyto hranice poměrů průměrných jasů v zorném poli pozorovatele: a) mezi pozorovaným předmětem a jeho pozadím 1:1 až 3:1 b) mezi pozorovaným předmětem a vzdálenými tmavými plochami 1:1 až 10:1 c) mezi pozorovaným předmětem a vzdálenými světlými plochami 1:1 až 1:10 d) mezi pozorovaným předmětem a oblohou 1:200 e) světelný jas osvětlovacího otvoru nesmí překročit hodnotu 4000 cd.m 2 f) světlé nátěry konstrukce okna a nátěr okenní stěny s činitelem odrazu nejméně 0,75 ZÁBRANA OSLNĚNÍ Rozeznáváme oslnění: rušivé (neuvědomujeme si její příčinu) omezující (vidění se stává namáhavé) oslepující (znemožňuje vidění) OSLNĚNÍ JE: 11
Vykytují-li se v zorném poli oka velké rozdíly, nebo vzniknou prostorové či časové kontrasty jasu, které překročují meze adaptability zraku. Je to nepříznivý stav zraku, k němuž dochází, je-li sítnice nebo její část vystavena JASU vyššímu, než na který je oko adaptováno. Zdroj oslnění se nesmí nacházet v ZORNÉM KUŽELI pozorovatele. Osa zorného kužele je totožná se spojnicí pozorovaného místa a oka. Úhel mezi osou a pláštěm kužele je 30 0 BAREVNÉ ŘEŠENÍ PLOCH V INTERIÉRU S tím souvisí jejich ODRAZIVOST, která má vliv na množství světla v uzavřeném prostoru. Obytné a občanské stavby: Činitel odrazu: světlý strop č - min. 0,75 stěny - min. 0,5 sousední plochy s osvětlovacími otvory- min. 0,75 KRITERIA KVANTITATIVNÍ: činitel denní osvětlenosti D (%) D = (E / E H ). 100% E - osvětlenost dané roviny osvětlenosti denním světlem E H - horizontální exteriérová osvětlenost Každý takový návrh musí zachovat zrakovou pohodu: při zatažené obloze, při jasné obloze, polojasné obloze, a při přímém slunečním světle. Vnitřní prostory budov slouží pro různé lidské činnosti a ty jsou závislé na ZRAKOVOU náročnost. Tyto činnosti se pak dělí do 7-mi tříd. KRITERIA ZRAKOVÉ OBTÍŽNOST 12
JE POMĚRNÁ POZOROVACÍ VZDÁLENOST P = D / d Př.: a) při čtení tištěného textu P = 250/0,3 = 833 b) pro sledování písma na tabuli P = 8000/5=1600 D - (mm) d - (mm) D - pozorovací vzdálenost (m) d - velikost kritického detailu (m) KRITICKY DETAIL je nejmenší podrobnost, kterou je třeba rozlišit při dané zrakové činnosti. Př.: Při čtení textu může být kritickým detailem rozměr mezery v písmeni c, kterou se toto písmeno liší od o. VÝPOČET ČINITELE DENNÍ OSVĚTLENOSTI. Provádí se: a) měřením na hotové stavbě b) měřením na modelu c) výpočtem Ve fázi projektové přípravy se požaduje: PŘDPOVĚĎ HODNOT ČINITELE DENNÍ OSVĚTLENOSTI VÝPOČTEM Pro výpočet denní osvětlenosti se používají různé metody!!! Společné pro všechny metody je stnovení těchto složek: a) oblohové, 13
b) vnější odražené, c) vnitřní odražené. Posuzované místo v interiéru (např. bod M ) na pracovním stole může být osvětleno kombinací: přímého oblohového světla D S (%) světla odraženého od vnitřních povrchů D i (%) světla odraženého vnějších stínících překážek D e (%) Každá složka se stanoví odděleně a výsledná hodnota je rovna: D = D S + D e + D i Poznámka: V konkretních případech může být i jeden z prvních dvou sčítanců NULOVÝ. Oblíbené jsou grafické metody, nejrozšířenější je metoda DANILJUKOVA. Každý výpočet musí respektovat tyto skutečnosti: a) vlastnost zdroje světla tj. způsob rozložení jasu po obloze, který je dán výpočtovým modelem oblohy b) vnější podmínky tj. tj. existence, tvar, velikost a jas stínících překážek c) vlastnosti osvětlovacích otvorů tj. zejména jejich velikost, umístění a propustnost světla d) vlastnosti osvětlovacího vnitřního prostoru tj. zejména jeho rozměrové parametry a odrazivost světla vnitřních povrchů D S = (n 1 n 2 / 100) q.τ 0ψ 14
q = 3/7 (1 + 2sinε) τ 0ψ = τ s,ψ τ k τ r τ z τ b S s - průsvitná plocha (m 2 ) S c - osvětlovací otvor ( m 2 ) τ k = S s /S c τ r = ( S s S r ) / S s τ z = τ ze. Τ zi Stanovení D S (%) 15
Stanovení De (%) D e = [(n 1e. n 2e )100 ]k. τ 0,nor k - stínící překážka τ 0,nor = τ 0,ψ /τ ψ τ ψ = cosψ(1+1/2sin 2 ψ) MĚŘENÍ OSVĚTLENÍ Pro měření denního osvětlení platí normy ČSN 36 0011 část 1 a 2. Na ni navazuje ČSN 73 0580-2. Měření parametru osvětlení slouží k objektivnímu vyhodnocení jeho kvality. 16
Měřením denního osvětlení se ověřují počáteční podmínky před rekonstrukcí UMĚLÉ OSVĚTLOVACÍ SOUSTAVY. MĚŘÍCÍ PŘÍSTROJE: 1. Luxmetr Je to přístroj pro měření INTENZITY OSVĚTLENÍ (lx). Doporučuje se používat digitální (číslicový) přístroj. Je přesnější a snadnější odečítání. 2. Jasoměr Přístroj pro měření JASU. Přístroj je doplněn optikou se zaostřováním, která vymezuje zorný úhel (zorné pole) ze kterého dopadá na fotonku světelný tok a optikou hledáčku na sledování místa měření s vyznačrným zorným polem. 17