Hodnotenie kvality osvetlenia v budovách

Osvetlenie v budovách sa hodnotí pomocou kvantitatívnych parametrov, ktoré určujú jeho kvalitu. Medzi základné parametre patria: osvetlenosť, rovnomernosť osvetlenia, rozdelenie jasov, oslnenie, farba svetla, farebné podanie, denné svetlo, blikanie (flicker) a pod. Článok sa zaoberá stanovením týchto parametrov a stručne aj ich meraním a hodnotením.

Svetlo patrí spolu s vodou, pôdou a vzduchom k dôležitým činiteľom životného prostredia. Jeho vplyv sa nevyužíva iba na sprostredkovanie videnia, je výrazný aj pri ďalšej fyziologickej činnosti väčšiny organizmov. Je známe, že pomocou zraku získava človek počas svojho života asi 80 % podnetov. Zároveň však svetlo patrí medzi tie faktory životného prostredia, ktoré často spontánne neregistrujeme.

Vďaka mimoriadnym schopnostiam ľudského oka dokáže človek pracovať aj pri svetelných podmienkach, ktoré sú mnohonásobne horšie než optimálne. Cenou za to však býva znížený zrakový, resp. pracovný výkon, únava, zvýšená úrazovosť a často aj trvalé poškodenie zraku.

V súčasnosti, keď je elektrické svetlo neodmysliteľnou súčasťou nášho životného prostredia, si vôbec neuvedomujeme, že uspokojuje životné potreby ľudí iba jedno storočie a že prechod od najjednoduchších svetelných zdrojov k elektrickým zdrojom svetla, ktoré sa umiestňujú v svietidlách, trval niekoľko tisíc rokov.
Návrh osvetlenia sa v súčasnosti vykonáva pomocou výpočtových programov. Najpoužívanejšie z nich sú uvedené na obr. 1.

Kvantitatívne a kvalitatívne parametre osvetlenia

Pri vytvorení kvalitného osvetlenia musíme brať do úvahy zásady, ktoré súhrnne vytvárajú dobré osvetlenie (obr. 2). Pri návrhu osvetľovacej sústavy v konkrétnom priestore tak musíme brať do úvahy súbor kvantitatívnych a kvalitatívnych parametrov osvetlenia, z ktorých najdôležitejšie sú:

• osvetlenosť,
• rozdelenie jasov,
• oslnenie,
• smerovanie svetla, 
• tienivosť,
• farba svetla, farebné podanie,
• bezpečnosť, hospodárnosť a údržba osvetľovacej sústavy,
• súlad, pohoda a estetika osvetľovacej sústavy a interiéru.

V reálnych priestoroch však nie sú všetky parametre osvetlenia rovnako dôležité. Niekedy potrebujeme vysoký zrakový výkon (napríklad pri práci s počítačom), niekedy je zase dôležitá dostatočná zraková pohoda a estetika (napríklad pri prijímaní návštev). Typické priestory a požiadavky na ne sú zobrazené na obr. 3 a v tab. 1.

Obr. 2 Požiadavky na dobré osvetlenie + Obr. 3 Typické priestory a požiadavky na ne

Osvetlenosť

Ľudské oko sa za dlhé roky existencie človeka vyvíjalo a adaptovalo na dve hodnoty osvetlenosti: denné svetlo a svetlo ohňa v jaskyni. Umelým osvetlením sa snažíme priblížiť svetelnotechnické podmienky práve tým podmienkam, na ktoré je oko zvyknuté. Osvetlenosť interiérov sa pohybuje v strede medzi týmito hodnotami. Typické osvetlenosti exteriérov a interiérov sú uvedené v tab. 2.

Rovnomernosť osvetlenia
Určuje sa na porovnávacej rovine v mieste úlohy ako pomer najmenšej a miestnej priemernej osvetlenosti. Platí, že:

r = E_min : E_p

Pri celkovom osvetlení sa stanoví priemerná hodnota osvetlenosti v celom pôdoryse miestnosti, najmenšia hodnota sa stanoví v mieste, kde sa nachádzajú najmenej osvetlené predmety hlavnej zrakovej činnosti. Pomer celkových osvetleností pri celkovom alebo odstupňovanom osvetlení medzi susednými prepojenými miestnosťami nesmie byť horší ako 0,2 (1 : 5).

Meranie fotometrických parametrov osvetlenia
Osvetlenosť a jej rovnomernosť sa meria a hodnotí pomocou luxmetrov (obr. 4). Niektoré najpoužívanejšie prístroje na hodnotenie osvetlenia sú uvedené na obr. 5.

Obr. 4 Luxmetre používané na hodnotenie osvetlenosti a jej rovnomernosti

Obr. 5 Najdôležitejšie prístroje na hodnotenie a overenie kvality osvetlenia v budovách (zľava – luxmeter, jasomer, laserové meradlo vzdialenosti)

Osvetľovacia sústava realizácií podlieha overeniu fotometrických parametrov, čo je jednou z požiadaviek kolaudácie priestorov do užívania, ktoré kontroluje Úrad verejného zdravotníctva a jemu podriadené regionálne úrady verejného zdravotníctva. Verifikácia osvetľovacej sústavy vyplýva zo zákona MZ SR č. 355/2007 Z. z. v znení neskorších predpisov a jeho vykonávacej vyhlášky MZ SR č. 541/2007 Z. z. v znení neskorších predpisov, ktorá predpisuje požiadavky pre jednotlivé pracovné priestory. Hodnotenými parametrami, ktoré sa pri verifikácii osvetľovacej sústavy vyhodnocujú, sú úroveň udržiavanej osvetlenosti a rovnomernosť, ktoré musia spĺňať minimálne hodnoty predpísané vo vyhláške aj po zohľadnení neistoty merania.   

Stálosť osvetlenia (flicker)
Rýchle časové zmeny sú spôsobované elektrickými alebo mechanickými príčinami. Na ich obmedzenie sa používajú rôzne prostriedky, ktoré zabránia vzniku stroboskopického javu či mechanickému kývaniu svietidiel.

Denné osvetlenie
Je dôležitou súčasťou osvetlenia budov. Bez dobrého denného osvetlenia si možno iba ťažko predstaviť kvalitné osvetlenie.

Rozdelenie jasov

Ľudské oko vníma práve jasy, preto je pre správne vnímanie dôležité správne rozloženie jasov v zornom poli. Predmety vnímame iba na základe toho, že ich jas je iný ako jas pozadia. Rozdielu jasov hovoríme kontrast. Môže byť čiernobiely alebo farebný.

Pre zrakový výkon, zrakovú pohodu a zabránenie únave sú rozhodujúce práve jasy a ich rozloženie v zornom poli, ktoré sa zistí správnou voľbou rozloženia osvetlenosti a odraznosti povrchov (tab. 3).

Rozloženie jasov v priestore vytvára kontrasty. Rozdiel dvoch susedných jasov udáva absolútny kontrast (L1 – L2), ktorý však nemusí byť dostačujúci na posúdenie možnosti dobrého vnímania. Posudzuje sa preto relatívna hodnota kontrastu

kde    La    je    jas pozadia, na ktoré je oko adaptované.

Posudzovaním jasov osôb a predmetov nachádzajúcich sa v priestore sa stanovili tri jasové úrovne rozoznávania ľudskej tváre:
I. optimálna L = 240 cd/m²
II. uspokojivá L = 17 cd/m²
III. rozoznávajúca L = 1 cd/m²

Rozoznávajúca jasová úroveň zodpovedá v podstate potrebám osvetľovania komunikácií. Pri pracovných priestoroch možno za minimálnu jasovú hodnotu pokladať 17 cd/m².

Oslnenie

Oslnením sa nazýva nepriaznivý stav zraku, ktorý zhoršuje zrakovú pohodu alebo znemožňuje videnie. Oslnenie je spôsobené veľkým jasom, náhlou zmenou adaptačného jasu, nevhodným rozložením jasu v zornom poli, čiže vysokým kontrastom, alebo vyšším jasom prostredia pred pozorovaným pozadím.

Delenie oslnenia
Podľa veľkosti sa oslnenie delí na:

• psychologické – spôsobuje nepríjemný pocit bez nevyhnutného poškodenia zraku;
• fyziologické – môže spôsobiť trvalé poškodenie zraku (tento stav je neprípustný).

Podľa druhu sa oslnenie delí na:

• absolútne – spôsobené veľkým jasom. Za denného svetla spôsobuje takéto oslnenie jas väčší než asi 200 000 cd/m², pri umelom osvetlení to býva jas väčší ako 3 000 cd/m². Veľká svietiaca plocha, ktorej jas je väčší ako 7 500 cd/m², pôsobí aj za dňa oslnivo (napr. slnkom osvetlená biela stena, zasnežené pole a pod.). Svietiaci strop nemá mať väčší jas ako 1 000 cd/m²;
• adaptačné (prechodové) – spôsobené náhlou zmenou adaptačného jasu, ktorej sa zrak nestačí tak rýchlo prispôsobiť. Stáva sa to pri náhlom prechode pohľadu z tmavšieho prostredia do svetlého. Náhla zmena jasu nemá byť väčšia ako 1/10. Ak je väčšia ako 1/100, nastáva silné prechodové oslnenie (spôsobí oslepenie);
• relatívne – spôsobené presvetlením sietnice. Obyčajne vzniká od svetelných zdrojov alebo svietidiel, ktorých jas je k adaptačnému jasu príliš veľký. Môže však vzniknúť aj nevhodným rozložením jasu v zornom poli;
• závojové – spôsobené väčším jasom prostredia pred pozorovaným pozadím. Závojové oslnenie je spôsobené napríklad osvetlenou záclonou, hmlou pred svetlometmi, zrkadlením oblohy v skle a pod.

Podľa stupňa pôsobenia sa oslnenie delí na:

• pozorovateľné – je najnižším stupňom oslnenia, vyvoláva mierne nepríjemný pocit;
• rušivé – vyvoláva nepríjemný pocit, pričom sa nemusí zhoršovať činnosť zraku, vzniká tým, že oslňujúci zdroj upútava na seba pozornosť na úkor miesta, na ktoré by sa mal zrak sústrediť;
• obmedzujúce – zhoršuje činnosť zraku, nastáva pocit neistoty, únavy, klesá pracovný výkon;
• oslepujúce – je také intenzívne, že znemožňuje videnie aj určitý čas po zániku príčiny oslnenia, tento stav je veľmi nebezpečný.

Smerovosť a tienivosť

Na dosiahnutie požadovaného zrakového výkonu a pohody sa musí vytvoriť v mieste úlohy čo najväčší kontrast medzi kritickým detailom a jeho bezprostredným okolím a v celej miestnosti správne vnímanie trojrozmerných predmetov. To sa dosiahne aj vhodnou smerovosťou svetla. Veľmi dôležitý je podiel difúzneho (nesmerového) a smerového svetla. Napríklad v spálni sa uprednostňuje difúzne osvetlenie, v chodbe smerované.

Svetlo má dopadať na miesto úlohy prevažne zľava a zhora, ak je to možné, cez ľavé rameno pozorovateľa.

Farba svetla

Farba svetla a farebnosť povrchov sú rovnako dôležité na vytvorenie vhodných zrakových výkonov ako kvantitatívne parametre osvetlenia. Na vytvorenie farebného vnemu je potrebná nielen farebnosť daného predmetu, ale zároveň musí svetlo, ktorým tento predmet osvetľujeme, obsahovať danú farbu. Modrý vzor na cibuľovom porceláne by sme vnímali vo svetle sodíkovej výbojky, ktorej svetlo modrú farbu neobsahuje, ako čierny. Ani najkrajší červený sveter by sme nevnímali ako červený vo svetle, v ktorom by sa červená farba nevyskytovala.

Z hľadiska farby svetla sa svetelné zdroje rozdeľujú na denné (majú vysoký podiel modrej farby – pôsobia chladne), biele (sú neutrálne) a teplobiele (majú vysoký podiel červených farieb v spektre – pôsobia povzbudzujúco).

Na presné porovnávanie farieb volíme zdroje s T_c = 6 500 K s R_a väčším ako 90 a osvetlenosťou väčšou ako 1 000 lx. Z hľadiska zrakovej pohody sa majú v jednej miestnosti používať zdroje s rovnakou farbou svetla. To neplatí vtedy, ak chceme pomocou farby svetla rozdeliť priestor na určité časti.

Farebné podanie

Farebné podanie vyjadruje percentuálne zastúpenie všetkých farieb v spektre daného svetelného zdroja. Najlepšie farebné podanie majú halogénové žiarovky a žiarovky, nasledujú kvalitné žiarivky, LED, kompaktné žiarivky a halogenidové výbojky.

Bezpečnosť, hospodárnosť a údržba osvetľovacích zariadení

Osvetľovacie zariadenia musia spĺňať ustanovenie STN najmä na úsekoch ochrany pred nebezpečným dotykovým napätím, krytia, ochranných vzdialeností, odolnosti proti poškodeniu a pod. Musia spĺňať aj podmienky protipožiarnych predpisov.

Hospodárnosť sa posudzuje v súvislosti s minimalizáciou celkových nákladov (investičných aj prevádzkových). V súčasnosti podliehajú budovy energetickej certifikácii, ktorej súčasťou je aj hodnotenie hospodárnosti osvetlenia.

Jednou zo základných požiadaviek, ktorú treba rešpektovať pri projektovaní osvetľovacích sústav a voľbe rozmiestnenia svietidiel, je dobrý prístup k svietidlám na účely výmeny svetelných zdrojov, pravidelného čistenia a priebežných opráv. Údržba musí byť plánovaná (čistenie svietidiel), ale aj operatívna (výmena svetelných zdrojov a pod.).

Súlad, pohoda, estetika

V danom priestore je dôležité zvoliť správnu proporcionalitu medzi požiadavkami na zrakový výkon, zrakovú pohodu a estetickú úroveň. Do úvahy treba zobrať aj súlad vzhľadu svietidla a architektúry osvetľovaného priestoru.

Príspevok vznikol s podporou Vedeckej grantovej agentúry Ministerstva školstva Slovenskej republiky na základe zmluvy VEGA 1/0988/12 „Energetická hospodárnosť osvetlenia v budovách“.

Literatúra
1.    CEN 2012, STN EN 12464-1. Osvetlenie pracovísk. Časť 1: Vnútorné pracoviská. Brusel: CEN TC 169 Svetlo a Osvetlenie.
2.    CIE 2012. CIE DS 023/E:2012. Characterization of the Performance of Illuminance Meters and Luminance Meters. Vienna: CIE.
3.    OSA/AIP, Handbook of Photometry, Edited by Casimer DeCusatis, Chapter 1 (1997).

prof. Ing. Alfonz Smola, PhD., Mgr. Roman Dubnička

Foto a obrázky: archív autorov

Autori pracujú v Ústave elektroenergetiky a aplikovanej elektrotechniky Fakulty elektrotechniky a informatiky STU v Bratislave.

Článok bol uverejnený v časopise TZB HAUSTECHNIK.