125 tvnp teorie vnitřního prostředí budov svĚtelnÉ...
TRANSCRIPT
125 TVNPTeorie vnitřního prostředí budov
SVĚTELNÉ MIKROKLIMA
ČVUT v PrazeFakulta stavební
Katedra technických zařízení budov
Ing. Pavla Dvořáková, Ph.D.A226
Světlo
• Elektromagnetické záření, které je viditelné – zhodnoceno zrakovým systémem
• 380 – 740 nm
http://en.wikipedia.org/wiki/Light
125TVNP 2015/2016
ZRAKOVÝ SYSTÉM
Soubor orgánů
příjem, přenos, zpracování informace v komplex nervových podráždění = ZRAKOVÝ VJEM
Oči, zrakové nervy, mozek (podkorové a korové části)
125TVNP 2015/2016
Lidské oko
Funkcí oka je převést světlo do vzorců nervových impulsů, které jsou přenášeny do mozku.
Dva systémy:OPTICKÝ (rohovka, přední komora, duhovka, zornička, čočka, sklivec) …převrácený obrazNERVOVÝ (nervové zásobení +sítnice) …první zpracování a třídění informace
Konečný proces vidění probíhá v mozku.125TVNP 2015/2016
Lidské oko - sítnice
•Fotoreceptorické buňky• Tyčinky – černobílé mlhavé vidění při nízkém osvětlení• Čípky – barevné vidění – hodně světla• Cirkadiánní čidla http://en.wikipedia.org
Skotopické FotopickéVidění
Skotopické = noční vidění (tyčinky) – nejvyšší citlivost oka 507 nm
Fotopické = denní vidění (čípky) – nejvyšší citlivost oka 555 nm
http://en.wikipedia.org/wiki/Luminosity_function
čípek
tyčinky
125TVNP 2015/2016
Vidění barev - čípky
3 typy čípků s různou spektrální citlivostí:přibližně odpovídají modré, zelené a červené
http://cs.wikipedia.org/wiki
http://www.fotografovani.cz/fotopraxe/zakladni-postupy1/barva-a-vyvazeni-bile-1-barva-a-jeji-obraz-v-pc-151818cz
S M L
125TVNP 2015/2016
• Schopnost přizpůsobit se různým osvětlenostem 0,25 – 100000 lx
• Při rychlých změnách světelných podmínek dočasně nevidíme nebo vidíme špatně
• Adaptace: na světlo – několik sekund až minutana tmu – několik minut až hodina
ADAPTACE
http://luzr.cz/rozsirene-zornicky/125TVNP 2015/2016
9
… je proces, při němž se mění optická mohutnost oka, a tak se oko zaostřuje na různě vzdálené předměty.
Zdravé lidské oko : změna mohutnosti o 12-15 dioptrií Akomodace od „nekonečna“ až na vzdálenost 7 cm.
http://www.tyflokabinet-cb.cz/zrak.htm
AKOMODACE
125TVNP 2015/2016
Minimální vzdálenost pro ostré vidění v cm.
Akomodace v závislosti na věku
Rozsah akomodace v dioptriích
125TVNP 2015/2016
Poruchy vidění
http://www.tyflokabinet-cb.cz/zrak.htmDalekozrakost (hypermetropie)
Krátkozrakost (myopie)
125TVNP 2015/2016
Poruchy vidění
• Barvoslepost (daltonismus)
= porucha barevného vidění. Barvoslepost má několik typů podle toho, jakou barvu člověk nevnímá. Zřídka se vyskytuje barvoslepost na všechny barvy (černobílé vidění).
http://cs.wikipedia.org/wiki
Normální barevné vidění
Chybí červené čípky
Chybí zelenéčípky
Chybí modréčípky
http://www.argolens.cz/barevne-videni.htm
ISHIHARŮV TEST
125TVNP 2015/2016
Poruchy vidění
Normální pohled Šedý zákal Makulární degenerace
Diabetická Retinopatie Zelený zákal Zdroj: National Eye Institute, USA 125TVNP 2015/2016
Co vlastně vidíme?výsledný obraz = obraz na sítnici + úprava obrazu mozkem na základě předchozích zkušeností
Vidíme to, co “chceme” vidět.http://www.odbornecasopisy.cz/svetlo-22833.html
http://michaelbach.de/ot/index.html
OPTICKÉ ILUZE A KLAMY
125TVNP 2015/2016
Kvantitativní charakteristiky osvětleníSvětelný tok
Symbol: F, Øjednotka: lm
100 W žárovka – 1400 lm
SOX 70 W – 6000 lm
http://new-learn.info/learn/packages/mulcom/ Nízkotlaká sodíková výbojka
Udává kolik světla vyzáří zdroj do všech směrů.
125TVNP 2015/2016
Kvantitativní charakteristiky osvětleníSvítivost
Symbol: IJednotka: cd
svíčka - 1 cd
100 W žárovka – 110 cd
Slunce 3 x 1027 cd
Svítidlo a jeho příslušná křivka svítivosti
http://new-learn.info/learn/packages/mulcom/
Udává kolik světelného toku vyzáří zdroj nebo svítidlo do prostorového úhlu v určitém směru.
125TVNP 2015/2016
Kvantitativní charakteristiky osvětlení Osvětlenost
Symbol: EJednotka: lx
Sluneční světlo100 000lx
Kancelář500lx
Chodba 100lx
Soumrak50lx
Měsíc0.5lx
http://new-learn.info/learn/packages/mulcom/
Udává, jak velký světelný tok dopadá na osvětlovanou plochu
125TVNP 2015/2016
Kvantitativní charakteristiky osvětleníJas
Symbol: LUnit: cd/m2
svíčka – 8 000
zářivka 10 000
Slunce 1,6 x 109
monitor - 100
http://new-learn.info/learn/packages/mulcom/
Je měřítkem pro vjem světlosti svítícího nebo osvětlovaného tělesa, jak je vnímá lidské oko.
125TVNP 2015/2016
Vnímaná světlost
Fyzikální veličina, která popisuje světlost předmětu je jas.Ale neexistuje lineární vztah mezi jasem a vnímanou světlostí…Vnímání světlosti závisí na jasu a stavu adaptace očí.
125TVNP 2015/2016
Vnímaná světlost(percieved brightness)
http://new-learn.info/learn/packages/mulcom/comfort/visual/vision/box1.html
125TVNP 2015/2016
Vnímaná světlost(percieved brightness)
http://new-learn.info/learn/packages/mulcom/comfort/visual/vision/box1.html
125TVNP 2015/2016
125TVNP 2015/2016
125TVNP 2015/2016
125TVNP 2015/2016
125TVNP 2015/2016
Kvalita osvětlení
•Prostředí – modelování, teplota chromatičnosti, směrovost
•Komfort – podání barev, kontrast
•Výkon – oslnění, uniformita
podle: http://new-learn.info/learn/packages/mulcom/
125TVNP 2015/2016
PROSTŘEDÍ - Směr osvětlení
Přímé, nepřímé a smíšené svítidlo
http://new-learn.info/learn/packages/mulcom/
125TVNP 2015/2016
PROSTŘEDÍ - Směr osvětlení
Difúzně a přímo osvětlená stěnahttp://new-learn.info/learn/packages/mulcom/
125TVNP 2015/2016
PROSTŘEDÍ -Modelování, směrovost, kontrast
• Úzké úhly osvětlení vytváří vysoké kontrasty ve vizuálním prostředí. Pokud strop a stěny nejsou vůbec osvětleny, může vzniknout „efekt jeskyně“, který vytvoří nepříjemný pocit.
• Širší distribuce vytvoří vizuálně zajímavý vzor na stěnách se současnou tvorbou stínů a dobrým výsledným kontrastem
• Převážně difúzní světlo vytváří jednotně osvětlené povrchy. Protože nevznikají stíny, může být těžké rozeznat objekty.
http://new-learn.info/learn/packages/mulcom/
125TVNP 2015/2016
PROSTŘEDÍ - Modelovací schopnost
•Směr + rovnoměrnost = Schopnost rozeznat 3D objekty • Pozadí s podobným jasem – rozeznatelnost pouze díky světlým a
tmavým místům, které světlo vytváří na jeho povrchu
• Příliš difúzní světlo žádné stíny objekt rozmazaný• Příliš přímé světlo extrémní kontrasty nepříjemné pro
oko (mohou nastat optické iluze)
•Sportovní areály (míčové hry),
•Veřejné prostory
rozlišení tváří
http://new-learn.info/learn/packages/mulcom/
125TVNP 2015/2016
PROSTŘEDÍ - Teplota chromatičnosti• vyjádření spektrálního složení světla, charakterizuje barvu světla,
ekvivalentní teplota černého zářiče, při které je spektrální složení záření těchto dvou zdrojů blízké
• Žárovka 2800K - teplota odpovídá teplotě vlákna, zářivka náhradní teplota chromatičnosti
• 1200 K: svíčka
• 2800 K: žárovka, slunce při východu a západu
• 3000 K: studiové osvětlení
• 5000 K: obvyklé denní světlo, zářivky
• 6000 K: jasné polední světlo
• 7000 K: lehce zamračená obloha
• 8000 K: oblačno, mlhavo (mraky zabarvují světlo do modra)
• 10 000 K: silně zamračená obloha nebo jen modré nebe bez slunce
125TVNP 2015/2016
PROSTŘEDÍ - Teplota chromatičnosti
Adaptováno podle:http://new-learn.info/learn/packages/mulcom/
Náhradní teplota chromatičnosti
Třída
pod 3300 K Teplý
3300 – 5300 K Střední (neutrální)
nad 5300 K studený
Osvětlenost[lx]
Barva světelného zdroje
teplá neutrální studená
Pocitová reakce
Pod 500 příjemné neutrální studené
500 – 1000
1000 – 2000 stimulující příjemné neutrální
2000 -3000
Nad 3000 nepřirozené stimulující příjemné
Způsob, jak se cítíme v prostředí s dominantní třídou náhradní teploty chromatičnosti, závisí na osvětlenosti v místnosti. Čím vyšší osvětlenost, tím příjemnější jsou studené barvy světla.
125TVNP 2015/2016Adaptováno podle:http://en.wikipedia.org/wiki/Kruithof_curve
KOMFORT - Index podání barevhttp://new-learn.info/learn/packages/mulcom/
Index podání barev Ra (CRI)= 100 … všechny barvy jsou podány věrně
Světelné zdroje používané v kancelářích: Žárovka…Ra 100, Halogenová žárovka
Ra 100, Zářivky…Ra 70 – 90, Kompaktní zářivka ..Ra 82 – 85
žárovka zářivka níztkotl.
sodíková
výbojka
Porovnání barev osvětlených různými zdroji světla Efekt úrovně podání barev
125TVNP 2015/2016
KOMFORT - Index podání barevSkupina Index
podání barev
Barevné podání
Typická aplikace
1A 90 – 100 Velmi dobré Galerie, lékařská vyšetření, míchání barev
1B 80 -90 Velmi dobré Byty, hotely, kanceláře, školy
2 60 – 80 Dobré Průmysl, kanceláře, školy
3 40 – 60 Vyhovující Průmysl, sportovní haly
4 20 - 40 Nevyhovující Dopravní osvětlení
Světelný zdroj Skupina podání barev
Halogenová žárovka 1A
Zářivka (denní) 1B
Zářivka, směsová výbojka 2
Hg- výbojka 3
Na - výbojka 4125TVNP 2015/2016
125TVNP 2015/2016
125TVNP 2015/2016
http://www.lightingschool.eu/portfolio/understanding-the-light/
KOMFORT - Kontrast• Pro jasné vidění je nutné, aby byl dostatečný kontrast na sítnici
(v oblasti žluté skvrny)
back
backobj
L
LLk
Kontrast jasu
• Text s nízkou úrovní kontrastu není snazší přečíst zvýšením intenzity osvětlení zdroj: Lechner (2001) Heating, Cooling, Lighting, fig. 12.8d, p. 341]125TVNP 2015/2016
Kontrast
[source : Lechner (2001) Heating, Cooling, Lighting, fig. 12.8d, p. 341 + http://www.liden.cc/Visionary/Vision.frame.c.html]
Simple contrast:
Weber contrast:
Michelson contrast:
125TVNP 2015/2016
• Psychologické (discomfort glare): pozorovatelné, rušivé
– zdroj vyššího jasu v pohledovém poli vzbuzuje nepříznivý pocit, odpoutává pozornost od pozorovaného předmětu
zraková nepohoda, únava
• Fyziologické (disability glare):
omezující, oslepující
– zhoršuje činnost zraku, snižuje se zraková ostrost a kontrastní citlivost
VÝKON - Oslnění
• Příliš velké rozdíly jasů
• Zdroj světla je blízko, nadměrný jas svítidel nebo části osvětlovaného prostoru, častým zdrojem jsou okna
•Odraz svítících ploch na lesklých površích prostoru
http://new-learn.info/learn/packages/mulcom/
http://en.wikipedia.org/wiki/125TVNP 2015/2016
Přímé oslnění
Odražené/nep
římé oslnění
[Zdroj: Steven Holl, převzato z materiálu projektu IDES-EDU
VÝKON - OslněníOslnění ze
svítícího
předmětu, který
se nachází ve
stejném nebo
blízkém směru
jako předmět, na
který se díváme.
Oslnění ze
svítícího
předmětu, který se
nenachází ve
směru jako
sledovaný
předmět.
125TVNP 2015/2016
Hodnocení oslnění•UGR (unified glare rating) – index oslnění
Lz - jas oslňujícího světelného zdroje Ώ – prostorový úhel, pod nímž je zdroj vidětLp – průměrný jas pozadí (adaptační jas)n - počet oslňujících zdrojůP – součinitel charakterizující vliv polohy oslňujícího zdroje
Stupeň oslnění je tím vyšší, čím je vyšší jas oslňujícího světelného zdroje Lz a čím větší je prostorový úhel , pod nímž je zdroj vidět; a naopak stupeň oslnění klesá s rostoucím průměrným jasem pozadí Lp (adaptačním jasem).
VÝKON - Oslnění
125TVNP 2015/2016
125TVNP 2015/2016
http://www.uncg.edu/iar/elight/learn/determine/lc_sub/horiz_act.html
[source : Guy Newsham, National Research Council of Canada, IRC, Cope]
125TVNP 2015/2016
VÝKON - Oslnění
125TVNP 2015/2016
• Lechner N (2001). Heating, cooling, lighting: Design methods for architects. Third Edition. New York: John Wiley & Sons inc.
• Lechner N (2001). Heating, cooling, lighting: Design methods for architects. Third Edition. New York: John Wiley & Sons inc.
Tmavé plochy a těžký nábytek snižují využití denního světla, a to zejména v zadní části místnosti. V hlubokém pokoji je lepší volit světlé barvy a lehčí vybavení.
47
Opatření ke snížení rizika oslnění
Vnitřní povrchy se světlými barvami
EN-12464 (2012):odrazy:strop 0,7-0,9stěny 0,5-0,8pracovní rovina 0,2-0,7podlaha 0,2-0,4
125TVNP 2015/2016
Normy týkající se osvětlení
• ČSN EN 15251 Vstupní parametry vnitřního prostředí pro návrh a posouzení energetické náročnosti budov s ohledem na kvalitu vnitřního vzduchu
• ČSN EN 12464-1 Světlo a osvětlení – Osvětlení pracovních prostorů, Část 1: Vnitřní pracovní prostory,
• ČSN 73 0580-1 Denní osvětlení budov,
• ČSN 734301 Obytné budovy
• ČSN EN 12464-2 Světlo a osvětlení – Osvětlení pracovních prostorů, Část 2: Venkovní pracovní prostory,
• ČSN EN 12193 Světlo a osvětlení – Osvětlení sportovišť
• ČSN EN 1838 Světlo a osvětlení - Nouzové osvětlení,
• ČSN EN 13201-1 až 4 Osvětlování pozemních komunikací
125TVNP 2015/2016
Požadavky na osvětlení jsou určeny uspokojením tří základních lidských potřeb
- Zrakové pohody
- Zrakového výkonu
- Bezpečnosti
Normy týkající se osvětlení
125TVNP 2015/2016
Požadavky na osvětlení• ČSN EN 15251, ČSN EN 12464-1.
Stanovují požadavky na osvětlenost, oslnění a podání barev.
125TVNP 2015/2016
Kritéria dobrého osvětlení
• Adekvátní úroveň osvětlení v místnosti a na pracovní ploše• Rozložení jasu v zorném poli (e.g. kontrast, poměr osvětlenosti
horizontálních a vertikálních povrchů) • Minimalizace oslnění• Rozložení a směrovost světla v místnosti a na pracovní ploše
(e.g. přímé/difúzní osvětlení)• Barevné vlastnosti světla (barevný tón světla a podání barev)
• Denní světlo• Výhled ven• Výhled na nebe
125TVNP 2015/2016
Photo Jouri Kanters
Photo Jouri Kanters
Photo Sbi Denmark
Photo Sbi Denmark
Photo CLEAR, London
1. Zrakový výkon2. Vyšší produktivita3. Redukce stresu4. Pozitivní dopady na zdraví i psychiku (náladu)5. Stimulace cirkadiánního rytmu (noc den)6. Syntéza vitamínu D (kůže)7. Proměnlivost = pozitivní biologický efekt8. Světelná účinnost (lm/W) = energeticky
efektivní9. Úspora energie10. Podání barev
Výhody přirozeného osvětlení
Denní světlo
125TVNP 2015/2016
Denní světlo - Proslunění
• Insolace = ozáření přímým slunečním zářením, ve kterém se kromě viditelného záření uplatňují i složky, nevnímané lidským zrakem (ultrafialové a infračervené záření).
účinky na člověka :
• zvyšování odolnosti proti nepříznivým vlivům prostředí,
•podpora zdravého rozvoje organismu,
•příznivé působení na psychiku člověka, jeho duševní stav a náladu.
125TVNP 2015/2016
Non-vizuální vnímání světla
• Neobrazové vnímání světlaCirkadiánní receptory ipRGCs (intrinsically photosensitive Retinal Ganglion Cells), rozptýleny po celé ploše oční sítnice, hlubší vrstvy, menší množství, citlivé na kratší vlnové délky = modré světlo (460-480 nm)
Pro aktivaci nutná dostatečná
světelná intenzitaDen: 1000 lx
Noc 50 -100 lx
(2x24hod) typického denního rytmu tělesné teploty, melatoninu a kortizolu v lidském těle při přirozeném 24 hodinovém cyklu střídání dne a noci
van Bommel et al, 2004
Příklady spektrálního složení –Vyznačena maximální citlivosti ipRGCs
firemní podklady OSRAMMelatonin – spánkový hormon (epifýza) – den/noc; léto/zima(Ve dne hladina v těle nízká/před spaním výrazné zvýšeni)
Kortizol – hormon aktivity, stresu, pohybu –doplňuje glukózu vkrvi (zejm. do mozku a ledvin) udržuje organismus bdělý a akceschopný
DENNÍ SVĚTLO ŽÁROVKA
125TVNP 2015/2016
Non-vizuální vnímání světla
Circadiánní rytmus
• Vnitřní hodiny člověka – přibližně 24 hodinový cyklus (spánek, bdění, rozdíly tělesné teploty, tlaku, srdeční frekvence, aktivity trávení, vylučování, změny hormonálních hladin)
Různé chronotypy(ranní ptáčata – slavíci X sovy)
SynchronizaceJet-leg ; práce na noční směny
125TVNP 2015/2016
Non-vizuální vnímání světla: SAD
LED
SAD = Seasonal affective disorder= SEZONNI DEPRESE• smutek, podrážděnost, nervozita• změna chuti k jídlu, změny váhy• snížená aktivita• nespavost• snížení zájmu o práci• Zimní SAD – více jak 5% obyv. (ženy:muži - 4:1)• Lehčí formy - až 15% osob Terapie světlem:
– 2h/2.500 lx – 30min/10.000 lx– Použití LED (470 nm) je efektivní i pokratší dobu expozice.
http://www.fototerapie.com/
http://www.berslevu.cz/akce/3800-svetelna-terapie-celospektralnim-zdrojem#
125TVNP 2015/2016
Použitá literatura
• Bluyssen Philomena M.: The Indoor Environment Handbook, How to Make Buildings Healthy and Comfortable, Earthscan Ltd (United Kingdom), 2009, ISBN-13: 9781844077878
• Jokl, M. : Zdravé obytné a pracovní prostředí, Academia, 2002• http://new-learn.info/learn/packages/mulcom/• http://en.wikipedia.org/wiki/Light• Moore Fuller (1985). Concepts and Practice of Architectural Daylighting, Van Nostrand Reinhold,
New York, ISBN 0-442-26439-9.• Lechner N (2001). Heating, cooling, lighting: Design methods for architects. Third Edition. New York:
John Wiley & Sons inc.• http://www.lightingdesignlab.com• ČSN EN 15251 Vstupní parametry vnitřního prostředí pro návrh a posouzení energetické náročnosti
budov s ohledem na kvalitu vnitřního vzduchu• ČSN EN 12464-1 Světlo a osvětlení – Osvětlení pracovních prostorů, Část 1: Vnitřní pracovní
prostory,• ČSN 73 0580-1 Denní osvětlení budov,• ČSN 734301 Obytné budovy• Projekt IDES-EDU (www.ides-edu.eu)