načítání...
menu
nákupní košík
Košík

je prázdný
a
b

E-kniha: Osvětlování světlovody - Stanislav Darula; Richard Kittler; Miroslav Kocifaj; Jiří Plch; Jitka Mohelníková; František Vajkay

Osvětlování světlovody

Elektronická kniha: Osvětlování světlovody
Autor: Stanislav Darula; Richard Kittler; Miroslav Kocifaj; Jiří Plch; Jitka Mohelníková; František Vajkay

Kniha zaměřená na problematiku osvětlování interiérů denním světlem dopravovaným světlovody. Podává přehled vývoje tubusových světlovodů, vysvětluje jejich optické vlastnosti, ... (celý popis)
Titul je skladem - ke stažení ihned
Médium: e-kniha
Vaše cena s DPH:  254
+
-
8,5
bo za nákup

hodnoceni - 0%hodnoceni - 0%hodnoceni - 0%hodnoceni - 0%hodnoceni - 0%   celkové hodnocení
0 hodnocení + 0 recenzí

Specifikace
Nakladatelství: » Grada
Dostupné formáty
ke stažení:
PDF, PDF
Zabezpečení proti tisku a kopírování: ano
Médium: e-book
Rok vydání: 2009
Počet stran: 160
Rozměr: 24 cm
Úprava: ilustrace (některé barevné)
Vydání: 1. vyd.
Skupina třídění: Sanitární technika. Vodárenství. Odpadové hospodářství. Světelná technika
Jazyk: česky
ADOBE DRM: bez
Nakladatelské údaje: Praha, Grada, 2009
ISBN: 978-80-247-2459-1
Ukázka: » zobrazit ukázku
Popis / resumé

Kniha zaměřená na problematiku osvětlování interiérů denním světlem dopravovaným světlovody. Podává přehled vývoje tubusových světlovodů, vysvětluje jejich optické vlastnosti, metody posuzování a analytické řešení návrhu. Kniha je určena pro stavební inženýry, architekty, investory, stavební firmy, učitele a studenty vysokých odborných škol. Autoři jsou členy SAV v Bratislavě, VUT Brno, národního komitétu mezinárodní společnosti pro osvětlování CIE.

Popis nakladatele

Autoři publikace se zaměřují na problematiku osvětlování interiérů denním světlem dopravovaným světlovody. Nabízejí přehled vývoje tubusových světlovodů, vysvětlují jejich optické vlastnosti, metody posuzování a analytické řešení návrhu. Náročnější čtenář může získat teoretické základy z řešení úloh přenosu světla tubusovými světlovody při různých světelných exteriérových podmínkách a méně náročný čtenář má možnost obeznámit se s jednoduššími postupy hodnocení osvětlení interiérů světlovody. Kniha je určena pro stavební inženýry, architekty, investory, stavební firmy, učitele a studenty vysokých odborných škol. Autoři jsou členy SAV v Bratislavě, VUT Brno, národního komitétu mezinárodní společnosti pro osvětlování CIE.

Předmětná hesla
Zařazeno v kategoriích
Recenze a komentáře k titulu
Zatím žádné recenze.


Ukázka / obsah
Přepis ukázky

stavitel

Grada Publishing

OsvětlováníOsvětlování

světlovodysvětlovody

Ing. Stanislav Darula, CSc.

Doc. Ing. Richard Kittler, DrSc.

Mgr. Miroslav Kocifaj, PhD.

Doc. Jiří Plch, CSc.

Ing. Jitka Mohelníková, PhD.

Ing. František Vajkay


OSVĚTLOVÁNÍ SVĚTLOVODY

Stanislav Darula, Richard Kittler, Miroslav Kocifaj, Jiří Plch,

Jitka Mohelníková, František Vajkay

Vydala Grada Publishing, a.s.

U Průhonu 22, Praha 7

obchod@grada.cz, www.grada.cz

tel.: +420 220 386 401, fax: +420 220 386 400

jako svou 3612. publikaci

Odpovědná redaktorka Věra Slavíková

Sazba Jan Šístek

Fotografi e na obálce Lightway, s.r.o.

Obrázky v kapitolách 1–7 z archivu autorů

Fotografi e v kapitole 8 Lightway, s.r.o.

Počet stran 160

První vydání, Praha 2009

Vytiskly Tiskárny Havlíčkův Brod, a. s.

Husova ulice 1881, Havlíčkův Brod

© Grada Publishing, a.s., 2009

Cover Design © Eva Hradiláková 2009

Názvy produktů, fi rem apod. použité v knize mohou být ochrannými známkami

nebo registrovanými ochrannými známkami příslušných vlastníků.

ISBN 978 - 80 -247-2459 -1 Poděkování Tato práce byla podporovaná v Slovenské republice Agentúrou na podporu výskumu a vývoja a v České republice Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy v rámci projektu Kontakt. Velké poděkování patří panu Doc. Ing. Janu Kaňkovi, PhD., který pečlivě provedl lektorský posudek knihy.

ISBN 978-80-247-6348-4

© Grada Publishing, a.s. 2011

(tištěná verze)

(elektronická verze ve formátu PDF)


5



Obsah

1 Úvod (R. Kittler, S. Darula, J. Mohelníková) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2 Fotometrické veličiny (S. Darula, J. Mohelníková) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.1 Základní veličiny a vztahy používané ve fotometrii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.2 Vztahy mezi fotometrickými a energetickými veličinami . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.3 Složky světelného a zářivého toku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 3 Přehled vývoje tubusových světlovodů (J. Mohelníková) . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.1 Vývoj světlovodů . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.2 Současné světlovodné systémy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

3.3 Pasivní světlovodné systémy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.4 Aktivní světlovodné systémy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 4 Optické vlastnosti světlovodů (J. Mohelníková, J. Plch) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

4.1 Spektrální propustnost transparentních prvků světlovodů . . . . . . . . . . . . . . 31

4.2 Změna optických vlastností materiálů v závislosti na úhlu dopadu světla . . . . . 33

4.3 Materiály pro vysoce refl exní povrchy tubusů světlovodů . . . . . . . . . . . . . . . 38 5 Exteriérové světelné podmínky (R. Kittler, S. Darula) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

5.1 Dostupnost slunečního světla pro tubusové světlovody . . . . . . . . . . . . . . . . 41

5.2 Směrování slunečních paprsků do světlovodu podle ročních a denních drah

Slunce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

5.3 Sbírání oblohového světla do světlovodu podle rozložení jasů na obloze . . . . . 47

5.4 Pravděpodobné roční změny typických denních osvětleností ve střední Evropě . . 58

5.5 Modelování průběhů denních osvětleností . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

5.6 Osvětlení kopule světlovodu v šikmé rovině . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 6 Modelování šíření světla světlovody . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

6.1 Analytické řešení (M. Kocifaj) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

6.1.1 Šíření individuálních světelných paprsků tubusovým světlovodem . . . . . 81

6.1.2 Osvětlení difuzoru po mnohonásobných odrazech v tubusu světlovodu . . 87

6.1.3 Využití světlovodů k osvětlení vnitřních prostor . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

6.2 Empirické metody (J. Mohelníková) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

6.3 Simulační metody pro osvětlování (J. Mohelníková, F. Vajkay) . . . . . . . . . . . . . 101

6.3.1 Radiační metoda (Radiosity) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

6.3.2 Metody sledování paprsku (Ray-Tracing) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

6.3.3 Metoda pro zobrazení globální osvětlenosti (Global Illumination) . . . . . 106

6.3.4 Fotonová mapa (Photon Mapping) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

6.4 Ukázka výsledků modelování světlovodů (F. Vajkay, J. Mohelníková). . . . . . . . 107 7 Návrh a hodnocení tubusových světlovodů (J. Mohelníkova, J. Plch, S. Darula). . . 115

7.1 Hodnocení světelné účinnosti světlovodů podle metody CIE . . . . . . . . . . . . . 115

7.2 Hodnocení osvětlenosti pod světlovodem pomocí jasu difuzoru . . . . . . . . . . 118

7.3 Ukázka vyhodnocení osvětlenosti od světlovodu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121


6 Osvětlování světlovody

8 Ukázky praktických realizací světlovodů . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

Závěr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

Seznam symbolů . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144

Literatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

Věcný rejstřík . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

Jmenný rejstřík . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159


7

 Předmluva

Autoři se při psáni knihy snažili čtenáři přiblížit problematiku vedení světla světlovody a jejich

posuzování ze světelně -technického hlediska. Náročnější č tenář může získat teoretické základy

z řešení úloh přenosu světla tubusovými světlovody při různých světelných exteriérových

podmínkách a méně náročný čtenář má možnost obeznámit se s jednoduššími postupy

hodnocení osvětlení interiérů světlovody.



9Úvod



1 Úvod

Všechno rostlinstvo, zvířena i člověk se ve svém fylogenetickém vývoji přizpůsobili sluneč

nímu záření a světlu oblohy. Dlouhá staletí oči lidí svou citlivostí využívají sluneční spektrum

v  jeho nejintenzivnější části záření, která vzhledem na povrchovou teplotu Slunce kolem

6000 K  září jako absolutní černé těleso právě nejvíc světla s  vlnovou délkou mezi 380 až

780 nm. V  této oblasti využívá lidský zrak jednotlivé monochromatické záření podle tzv.

křivky poměrné světelné účinnosti viditelného záření, známé jako V(λ) s maximem na vlnové

délce 555 nm (CIE, 1924, 1990), pro denní vidění. Je zajímavé, že tyto žlutozelené paprsky

jsou právě ty, které zeleň listů odráží, kdežto rostliny fotosyntézou zužitkují nejvíce modré

světlo s maximem 430 nm a červené při 660 nm (obr. 1.1). Už tato vzájemně výhodná dělba

využívání slunečního světla ukazuje, že život na Zemi by nebyl možný bez celého řetězce

procesů, které nepředurčují jen fotosyntézu, ale umožňují také vizuální orientaci, informace

ze životního prostředí a také mimozrakovou pohotovost mozku. V posledních letech se za

bývalo několik biolékařských studií vlivy světla na lidské zdraví, pozornost a práceschopnost,

každodenní i sezónní rytmus práce a též vlivy na spánek (např. Piazena a kol., 2005). Zjistilo

se, že v oblasti fyziologie, pracovní hygieny a ergonomiky, resp. psychologie práce i životní

pohody světelné podmínky v budovách významně ovlivňuje pravidelné střídání dne a noci,

vzrůst a  pokles intenzit venkovního denního světla v  závislosti od změn výšky a  azimutu

Slunce i jeho zastínění oblaky.

Slunce je jediný primární zdroj přírodního světla, které dopadá na Zemi. V důsledku čtyřia

dvacetihodinové rotace zeměkoule kolem její osy se neustále mění jeho poloha v jakékoliv

lokalitě, přičemž extraterestriální sluneční světlo (Darula a kol., 2005) proniká atmosférou Země,

Obr 1.1 Porovnání poměrné světelné účinnosti monochromatického záření pro lidské oko a rostliny


10 Osvětlování světlovody

kde se rozptyluje, pohlcuje a odráží na hmotných částečkách aerosolů, vodních par a plynů. V případě, když je Slunce stíněno oblaky, vzniká také velkoplošný zdroj oblohového světla, který svým difuzním světlem od rozednění až po západ Slunce je zdarma k dispozici. Podle denních drah Slunce v určité lokalitě a podle jejich ročních změn si zvykl člověk na cyklus dne a noci, který vyvolává biologický rytmus (Stoer a kol., 2005): • návyku bdění a spánku, • produkci melatoninu, melatoninem ovlivněná tvorba serotoninu a kortizolu (obr. 1.2), • koncentraci kortizonu a adrenalinu, • produkci růstového hormonu, • změny teploty těla a elektroencefalogramu, • ovlivňuje aktivitu a pozornost při práci, • pohodu nebo únavu a ospalost, • potřebu pití a jídla. Často si lidé neuvědomují, že právě různé změny a  rozsah úrovní denního osvětlení byly prvotní příčinou tak značné schopnosti adaptace zraku od nočního minima až po polední maxima v rovníkových oblastech. Současně se může též oko akomodační schopností zaostřit na přesné vidění velmi blízkých předmětů anebo v tmavém interiéru až k vzdálenému horizontu při výhledu z okna. Zrakové vnímání, kontrastní citlivost, ostrost a rychlost rozlišování detailů závisí především na jasových poměrech v  místě zrakové práce. Podstatný vliv na světelnou pohodu má stimulační účinek časové a prostorové proměnlivosti denního světla. Stručně se dají tyto dynamické účinky v daném prostředí shrnout následovně: • podle změn počasí a stavu atmosféry se dají očekávat různé exteriérové světelné pod

mínky od slunečných jasných dnů až po různé oblačné dny, kdy se střídají periody se

slunečním svitem a bez něho, s obdobími se zcela zataženou oblohou, Obr 1.2 Cirkadiánní rytmy pozornosti a spánkového hormonu melatoninu


11Úvod

• vlivem zákalu nebo znečištění atmosféry a též podle typu a pokrytí oblohy oblaky nastává

různé rozložení jasů na obloze, které vytváří specifi cké podmínky pro osvětlení interiérů

okny, světlíky nebo světlovody, • v důsledku pohybu oblaků na obloze se pozvolna nebo náhle mění celková osvětlenost

na površích v exteriéru, • podle směrování slunečních paprsků i převládajících jasů oblohy se dají očekávat časové

i prostorotvorné změny ve sledu:

– pozvolných změn směrování slunečního světla podle denní dráhy Slunce s postupu

jícími stíny předmětů v době úplně jasných dnů,

– nepravidelných střídání slunečních stínů ve dne s dynamicky se střídající oblačností,

kdy podle typu a propustnosti oblaků se stíny redukují na jemnější při polodifuzním

osvětlení nebo žádné při absenci slunečního světla,

– v  případě hustě zatažené oblohy, také často s  mlhou, je směrové sluneční světlo

úplně vyloučeno a předměty na zemském povrchu jsou osvětlovány ze všech stran

rovnoměrně zcela difuzním světlem, které nevytváří stíny,

• podle momentální barvy oblohy a oblačnosti se mění i spektrální složení denního světla,

přičemž:

– v zatažených dnech je obloha šedá až bílá,

– v  oblačných dynamických dnech se střídají často bílé a  modré vzorky s  přídavnou

nažloutlou plochou v místě Slunce,

– v  jasných dnech je podle zákalu atmosféry, jejího znečištění nebo zvýšení obsahu

vodních par barva oblohy od sytě modré a bledě modré až po bílou s dodatečnou

příměsí barvy slunečního světla v závislosti na postavení Slunce na obloze.

Nutno konstatovat, že všechny tyto rozdíly a  variace časových a  prostorových proměn i mnohotvárnost denního světla byly a jsou významným stimulátorem adaptačních a aktivačních refl exů člověka, přičemž podmiňují též jeho práceschopnost a pohodu v přírodním i architektonickém prostředí a schopnost přijímat vizuální informace. V souvislosti s vyššími požadavky na zrakovou pohodu i s energeticky úspornými opatřeními je a bude problematika denního osvětlení budov velmi aktuální. Technicky již existují možnosti, jak přivést denní světlo nestandardním způsobem i do těžko osvětlitelných prostor. K tomuto účelu se využívají světlovodné systémy. Klasické světlovody jsou trubicové soustavy, které opticky spojují venkovní prostředí s interiérem. Jejich funkce je založena na principu doprav y světla na velké vzdálenosti prostřednictvím mnohonásobných odrazů od vysoce refl exního povrchu. I když na světlovody nelze jednoznačně pohlížet jako na systémy zabezpečující denní osvětlení, nutné pro vykonávání zrakových prací, jejich využití přináší možnost zlepšení světelných podmínek v budovách a úspory elektrické energie na osvětlování. Hlavním přínosem světlovodů zůstává umožnění přístupu lidí k dennímu světlu včetně jeho dynamických změn závislých na venkovních světelných podmínkách. Dynamický účinek denního osvětlení s měnící se jeho barvou a intenzitou vede ke stimulaci lidského organismu. Odborné studie dokazují, že v prostorech, kde existuje monotónní činnost, dynamika denního světla má silně motivující účinek na chování lidí (IESNA, 2000). I když světlovody nelze zcela nahradit okna nebo světlík y, je možné jejich prostřednictvím dynamiku denního světla v interiérech získávat.


12 Osvětlování světlovody

Tubusové světlovody se jako zdánlivě jednoduchý osvětlovací prvek začaly komerčně vy

užívat bez větších znalostí transportu světla a  optických vlastností jejich komponentů. Je

tedy zřejmé, že s výhodami těchto systémů se dostavily i problémy spočívající především

v nedostatečné osvětlenosti za podmínek zatažené oblohy nebo naopak s oslňováním za

jasných slunečních dnů. Proto vyvstala potřeba se o světlovody více zajímat a byly vytvořeny

postupy pro jejich využívání v  budovách (CIE 173 – 2006). V  současnosti se vypracovávají

výpočtové postupy pro hodnocení světelné účinnosti světlovodů, pro návrh a posouzení

osvětlení a jasů, které možno očekávat ve vnitřních prostorech.


13Fotometrické veličiny



2 Fotometrické veličiny

Podobně jako ultrafi alové a  infračervené záření je i  světlo elektromagnetické záření, ale v oblasti viditelného spektra. Protože defi nice světla je vázána na citlivost lidského zraku, je v očích klasického fyzika často chápaná jako jev značně subjektivní. Na druhé straně právě viditelnost tohoto typu záření i jeho rychlé šíření ve vakuu meziplanetárních prostor lákalo k jeho zkoumání a měření. Už v roce 1675 dánský astronom Ole Rømer (Nielsen, 1944) vypočetl rychlost světla ve vesmíru c = 300 000 km.s

-1

s poměrně vysokou přesností, přičemž

dnes se udává přesně c = 299 792 456 ±1 m.s

-1

. Později zdůraznila významnost rychlosti světla

Einsteinova speciální teorie relativity v tzv. ekvivalenci hmoty m a energie W, která též váže energii se zářením ve známém vzorci W = mc

2

, (2 .1.1)

kde W je vlastní energie tělesa [J],

m je hmotnost tělesa [kg],

c je rychlost světla ve vakuu [m.s

-1

].

Vzhledem k různé citlivosti lidského zraku na určité monochromatické záření ve viditelné oblasti spektra 380 – 780 nm, se světlo pro denní (fotopické) vidění defi nuje tokem monochromatického záření Φ

e

(λ), který se měří ve watech [W] v oboru vlnových délek λ + dλ, např.

v rozsahu jednoho nanometru. Tato energie se potom přehodnocuje poměrnou světelnou účinností viditelného záření V(λ) a vzhledem na fotometrický ekvivalent, který normalizuje největší účinnost při 555 nm, je stanovená na K

m

= 683 lm.W

-1

, takže světelný tok Φ v lume

nech [lm] je

.

(2.1.2)

I když zjištění a defi nování spek trálních vlastností zdrojů záření bylo v nedávné době poměrně složité a drahé, dnes je už k dostání dost spektrofotometrů k podrobné analýze spojitých spekter záření, například slunečního, oblohového anebo záření žárovek. Dají se měřit také nespojitá a pásová spektra zářivek a nových zdrojů světla (např. výbojek, LED – světelných diod a jiných umělých zdrojů). Podobně jako v  jiných technických oborech i ve  světelné technice došlo k  standardizaci pojmů a veličin (ČSN EN 12665:2003 (36 0001)). Celosvětový systém fotometrických jednotek byl dohodnut a přijat na mezinárodním kongresu elektrotechniků v Ženevě podle návrhu Blondela (1896).

 2.1 Základní veličiny a vztahy používané

ve fotometrii

Vzhledem ke spek trální citlivosti lidského oka nelze používat k popisu účinků vjemů radiometrické (energetické) veličiny, jako jsou např. zářivý tok [W] nebo intenzita záření [W.m

-2

], ale jen veličiny

fotometrické, které respektují korpuskulární, ale i vlnovou povahu světla a zohledňují vlastnosti


14 Osvětlování světlovody

lidského zrakového vnímání. Základní fotometrickou veličinou ve světelné technice je svíti

vost, odvozené veličiny jsou světelný tok, jas, intenzita osvětlení, tj. osvětlenost (CIE 70 – 1987,

Tregenza a Sharples, 1993, Habel a kol., 1995, ČSN EN 12665:2003 (36 0001)).

Svítivost I v kandelách [cd] je základní fotometrická jednotka soustav y SI. Tato veličina udává,

kolik světelného toku Φ vyzáří světlený zdroj do prostorového úhlu ω v určitém směru. Je

defi novaná vztahem

, (2.1.3)

kde I je svítivost [cd = lm.sr

-1

],

Φ je světelný tok [lm],

ω = A / r

2

je prostorový úhel v [sr], který je defi nován jako úhel při vrcholu svě

telného kuželu, vymezující plochu A = 1 m

2

z plochy koule o poloměru

r =1 m .

Do soustav y jednotek SI patří svítivost. Její jednotka kandela [cd] představuje svítivost zdro -

je, který vyzařuje v určitém směru monochromatické záření o vlnové délce λ

max

= 555 nm

(kmitočtu 540.10

12

Hz), přičemž intenzita vyzařování zdroje v  tomto směru je 1/683 W.sr

-1

(Habel a kol., 1995). Toto defi nování se v yužívá ve světelně -technick ých v ýpoč tech, ale nemá

praktickou realizační podobu. V případě ověřování kalibrace, se využívá teplotní primární

normál (Plch, 2000).

Bodové zdroje mají rozměry, které jsou zanedbatelné v porovnání se vzdáleností od zdroje

k pozorovateli, např. svíčky nebo žárovky se dají specifi kovat jejich svítivostí. Svítivost plošného

zdroje jako je obloha se obvykle defi nuje jeho jasem L, jednotkou kterého je cd.m

-2

.

Intenzita osvětlení (osvětlenost) E [lx = lm.m

-2

] určuje, jak je určitá plocha osvětlována, tj. jak

velký světelný tok Φ [lm] dopadá na osvětlovanou plochu A [m

2

]. Osvětlenost se určuje na

zvolené srovnávací rovině podle vztahu (2.1.4) a měří se luxmetrem.

(2.1.4)

kde E je osvětlenost [lx],

I je svítivost bodového zdroje [cd],

r je vzdálenost [m],

θ je úhel mezi normálou plochy řezu a směrem paprsku [°].

Jas L [cd.m

-2

] je měřítkem pro vjem světlosti svítícího nebo osvětlovaného tělesa, jak jej vnímá

lidské oko, a měří se jasoměrem. Základní vztah pro stanovení jasu je defi nován závislostí

na svítivosti (2.1.5).

Jas má několik vztahových souvislostí a vazeb, a to na:

• Svítivost. Když jde o  svítící plochy, pak jas elementu svítící plochy k  průmětu v  daném

směru pozorování je


15Fotometrické veličiny

, (2.1.5)

kde L je jas [cd.m

-2

],

dA je plocha řezu svazkem, který obsahuje daný bod. Plocha

dA’ = dA cosθ představuje kolmý průmět elementu plochy ve směru

k pozorovateli,

θ je úhel mezi normálou plochy řezu a směrem paprsku [°].

• Světelný tok. Jas lze také vyjádřit podle vztahu, který ukazuje, že jasová hodnota předsta

vuje plošné a prostorové rozložení světelného toku

(2.1.6)

kde d

2

Φ je světelný tok procházející elementární ploškou dA v prostorovém úhlu

dω v daném směru.

• Osvětlenost. Když je defi nována osvětlenost v kolmém směru ke zdroji, potom osvětlovaná

plocha ve směru prostorového úhlu bude mít jas

,

(2.1.7)

kde L

i

je jas kolmo osvětlované plochy [cd.m

-2

],

E

i

je osvětlenost v kolmém směru ke zdroji [lx].

Tento vztah se používá v obrácené poloze i pro výpočet osvětlenosti na libovolně nakloněné

rovině z plošného zdroje o známém jasu L, takže podle (2.1.6) bude

, (2.1.8)

kde E je osvětlenost na libovolně nakloněné rovině [lx],

ω

p

= ω cosθ je průmět prostorového úhlu svíticí plochy do osvětlované roviny [sr].

V případě úplně difuzní a matné plochy se její jas vypočte podle

, (2.1.9)

kde ρ je činitel odrazu světla.

+


16 Osvětlování světlovody

 2.2 Vztahy mezi fotometrickými a energetickými

veličinami

Svítivost a zářivost

Fotometrické svítivosti I [cd] odpovídá energetická veličina zářivost I

e

[ W.sr

-1

], (Horák a kol.,

1961, Habel a kol., 1995)

(2.2.1)

kde dΦ

e

je zářiv ý v ýkon [W] nebo také tok v yzářený do elementu prostorového

úhlu dω [sr].

Jas a zář

Fotometrickému jasu L [cd.m

-2

] odpovídá energetická veličina zvaná zář L

e

[W.m

-2

.sr

-1

], což je

podíl zářivosti plošky dA zdroje ve zvoleném směru a průmětu této plošky do roviny kolmé

k tomuto směru

(2.2.2)

kde dA cosθ je zdánlivá velikost elementu svíticí plochy, pozorovaného pod úh

lem θ.

Světelný a zářivý tok

Světelný tok Φ [lm] udává kolik světla vyzáří zdroj do prostoru. Je posuzovaný z  hlediska

lidského oka jako veličina odvozená z hodnoty zářivého toku Φ

e

[W ] tak, že se záření v yhod

nocuje v závislosti na jeho účinku na normového fotometrického pozorovatele. Pro fotopické

(denní) vidění se světelný tok stanovuje podle vztahu

(např. Habel a kol., 1995)

(2.2.3)

kde V(λ) je poměrná světelná účinnost viditelného monochromatického záření

pro fotopické vidění,

K

m

= 683 lm.W

-1

je konstanta pro fotopické vidění, stanovená pro vlnovou délku

λ

max

= 555 nm, (IEC 50(845)/CIE 17.4:1987).

Podíl světelného toku k odpovídajícímu celkovému zářivému toku vyjadřuje měrný výkon v lm.W

-1

a je směrnou hodnotou přeměny elektrické energie na světelnou u umělých světelných zdrojů.

Při posuzování denního osvětlení se užívá termín světelná účinnost ve významu měrného

výkonu a mění se během dne v hodnotách, např. pro denní světlo od 60 – 115 lm.W

-1

, pro


17Fotometrické veličiny

jasnou oblohu a  pro zataženou oblohu 110 lm.W

-1

, (Navaab a  kol., 1986). Umělé světelné

zdroje dosahují hodnot měrného výkonu např. zářivky 55 – 75 lm.W

-1

, žárovky 10 – 20 lm.W

-1

(např. Robbins, 1986, Habel a kol., 1995).

Významný je podíl světelného toku, který proniká nebo vchází do interiéru okny nebo svět

lovody k velikosti jejich otvorů. Ten se nazývá plošnou hustotou světelného toku v lm.m

-2

a využívá se při výpočtech osvětleností tokovými metodami.

 2.3 Složky světelného a zářivého toku

Světelné paprsky se na rozhraní dvou optických prostředí částečně odráží. Neodražená část

se průchodem hmotou zeslabuje vlivem absorpce a zbylá část u transparentních materiálů

prostupuje do dalšího prostředí.

Dopadající světelný tok Φ [lm] se rozdělí na toky odraženého Φ

ρ

, propuštěného Φ

τ

a pohl

ceného Φ

α

, pro které platí princip zachování energie ve tvaru

,

(2.3.1)

Protože jednotlivé složky jsou částmi dopadajícího toku, je možno vyjádřit odraznost, pro

pustnost a pohltivost světla pomocí činitelů

je činitel odrazu světla, (2.3.2)

je činitel prostupu světla, (2.3.3)

je činitel pohlcení světla, (2.3.4)

kde λ je vlnová délka [nm],

ρ(λ), τ(λ), α(λ) spektrální činitelé odrazu, prostupu a pohlcení světla.


18 Osvětlování světlovody

Z rovnice (2.3.1) pro celé světelné spektrum platí

, (2.3.5)

Absorbovaná část světelného toku procházejícího transparentním materiálem o tloušťce dx

je defi nována vztahem

, (2.3.6)

ze kterého vyplývá exponenciální rovnice absorpce

,

(2.3.7)

U dokonale odrazných (hladkých, zrcadlových) povrchů se uplatňuje zákon odrazu, podle

kterého velikost úhlu odrazu θ’ je rovna velikosti úhlu dopadu θ. Odražený paprsek zůstává

v rovině dopadu. V případě dokonale rozptylných povrchů se uplatňuje Lambertův zákon

I = I

o

cos θ [cd], kde I

o

je kolmá svítivost rovinného plošného zdroje a I je svítivost světelného

zdroje ve směru úhlu odrazu paprsků θ’ (Tomášek, 1973).

V reálném prostředí je však jen velmi málo povrchů, které splňují ideální podmínky odrazu

anebo lomu světla v materiálech. Ve většině případů se reálné odrazy a prostupy světla ma

teriály modelují pomocí obou zákonitostí spojením účinků ideálního odrazu a rozptylu. Pro

určování t ypu odrazu a prostupu byla ve světelné technice v ypracována klasifi kace povrchů,

jak je uvedeno na obrázku 2.3.1.

Obr. 2.3.1 Světelný odraz a prostup směrového paprsku

Povrch a) zrcadlový, b) dokonale rozptylný, difuzní, c) smíšený, d) směrově rozptylný, e) prizmatický


19Přehled vývoje tubusových světlovodů



3 Přehled vývoje tubusových

světlovodů

V současné době, v souvislosti s energeticky úspornými opatřeními a vyššími požadavky na

zrakovou pohodu v budovách, je problematika maximálního využívání denního světla velmi

aktuální. Z toho důvodu se vyvíjejí nové technologie a konstrukce, z kterých se také prosadily

světlovodné systémy spojující venkovní prostředí s  interiérem. Tento způsob osvětlování

umožňuje vést denní světlo i do míst, kde by bylo nutné svítit pouze elektrickými světelnými

zdroji. Současné typy průmyslově vyráběných světlovodů byly uvedeny na trh zhruba před

dvaceti lety. Jejich širšímu používání však nepředcházel detailnější výzkum, začaly se v bu

dovách používat nahodile a osvětlení od nich předpovídat podle empirických zkušeností,

většinou získaných z dřívějších realizací.

 3.1 Vývoj světlovodů

Funkce světlovodů je založena na principu dopravy světla na velké vzdálenosti pomocí

mnohonásobných odrazů od vysoce refl exního povrchu. Myšlenka vedení světla na velké

vzdálenosti však není nikterak nová. Již ve starověkém Egyptě se prováděly vertikální šachty

vyložené zlatými pláty za účelem odrazu světla hluboko do nitra masivních kamenných

staveb.

O  novodobých světlovodech jsou první zmínky v  souvislosti s  vedením umělého světla

z elektrických obloukových lamp z druhé poloviny 19. století. Od té doby se začínají uplat

ňovat světlovodné systémy pro osvětlování interiérů budov. Za tímto účelem bylo vydáno

několik patentů a byly zrealizovány zajímavé projekty. Na realizacích světlovodných projektů

pro průmyslovou výrobu se podíleli přední světoví vědci a inženýři (Hecht, 1999, Aizenberg,

2001).

Mezi prvními se o problematiku vedení světla začal zajímat profesor Colladon z Univerzity

v Ženevě, který uskutečnil demonstrační pokusy již v roce 1841. Řešil problémy vedení světla

na delší vzdálenosti pomocí optických čoček soustřeďujících světlo do ohniska, odkud sledoval

jeho vedení prostřednictvím vodního paprsku, viz obrázek 3.1.1 (Hecht, 1999).

Úvaha o  tom, že lze vést plyn, teplo a  vodu skrze potrubí, přivedla Čikoleva na myšlenku

osvětlení budov pomocí trubic vedoucích světlo z elektrických lamp. V roce 1874 navrhl a re

alizoval duté světlovody se zrcadlov ým povrchem v Ochtinské továrně na v ýrobu střelného

prachu. Těmito světlovody se dopravovalo světlo z elektrické obloukové lampy, instalované

ve věži umístěné mimo budov y továrny (obr. 3.1.2). Světlo se směrovalo do místností zrcadly

a zde se rozptylovalo polokoulemi vytvářejícími difuzní světlo. Čikolev publikoval výsledky

své práce v roce 1880 (Aizenberg, 2001).

Téměř ve stejné době jako Čikolev se v USA problémem vedení světla od výkonných elek

trických obloukovek pomocí světlovodů zabývali Neal, Lake, Molera, Cebrian a Wheeler.




       
Knihkupectví Knihy.ABZ.cz - online prodej | ABZ Knihy, a.s.
ABZ knihy, a.s.
 
 
 

Knihy.ABZ.cz - knihkupectví online -  © 2004-2019 - ABZ ABZ knihy, a.s. TOPlist