Jaroslav Heiniš - revize plynu, Ostrava a okolí, stavební práce, rekonstrukce, hodinový manžel (www.heinis.cz). Ženklava, Kopřivnice, Příbor, Nový jičín, Bělotín, Bílovec...=Jaroslav Heiniš - revize plynu, Ostrava a okolí, stavební práce, rekonstrukce, hodinový manžel (www.heinis.cz). Ženklava, Kopřivnice, Příbor, Nový jičín, Bělotín, Bílovec...
DOMŮ   ARCHIV   IBT   IAN 1-50   IAN 50-226   IAN 227-500   RÁDIO   PŘEKVAPENÍ  
STALO SE

O vlastnostech svítidel

Jak správně svítit? Názory na to se značně různí. Přinášíme další pohled na věc...

Clonění a účinnost svítidel
Obecně lze účinnost svítidla hs popsat jako podíl světelného toku ze svítidla vycházejícího Fs ku světelnému toku ve svítidle nainstalovaném Fz (světelný tok zdroje). Světlo ze svítidla vystupuje otvorem (difuzorem) jednak přímo, jednak po odrazu od reflektoru (který má činitel odrazu světla r) (viz obr. 1a). Pro další budu předpokládat zjednodušení takové, že světelný zdroj vyzařuje rovnoměrně všemi směry. Světelný tok vystupující ze svítidla přímo pak bude úměrný prostorovému úhlu výstupního otvoru Wo. Světelný tok vystupující ze svítidla po odrazu, bude úměrný prostorovému úhlu reflektoru Wr. Pokud bude reflektor umně vytvarován tak, že světlo opustí útroby svítidla po jednom odrazu, pak lze účinnost svítidla popsat takto:

hs = (Wo + Wr. r)/4p [-] (1)

Zvětšit clonění lze změnou polohy světelného zdroje (obr. 1b) nebo zmenšením výstupního otvoru (obr. 1c). Vzroste-li se úhel clonění z velikosti d1 na hodnotu d2 (d3), pak se zmenší velikost prostorového úhlu otvoru. Důsledkem je snížení účinnosti svítidla.

Ilustrační foto...
Obr. 1 a,b,c – Clonění a účinnost svítidel

Pro názornost příklad: Svítidlo mělo velikost prostorového úhlu otvoru Wo1=1,5p a činitel odrazu r=0,8. Účinnost takového svítidla byla hs1 = (1,5p + 2,5p.0,8)/4p = 0,875. Po zvětšení úhlu clonění klesne velikost prostorovému úhlu otvoru např. na polovinu (Wo2=0.75p) - účinnost svítidla bude hs2 = 0,838. Pokud by docházelo k vícenásobným odrazům uvnitř svítidla, pak bude účinnost samozřejmě klesat úměrně násobkům činitele odrazu reflektoru (násobky budou odpovídat počtu odrazů… např. pro pět odrazů to bude r5 – pro 0,8 je pátá mocnina 0,33 – tedy značný pokles účinnosti) .

Povšimněte si jedné pozoruhodnosti. Při pohledu na obrázky 1a÷c je patrné, že přímé světlo je vyzařováno v rámci úhlu blízkého úhlu clonění. I odražené světlo, zejména v případě 1c, je do určité míry omezováno velikostí a polohou výstupního otvoru. To znamená, že s rostoucím cloněním klesá úhel vyzařování (někdy více, jindy méně – ale vždy klesá).

Ilustrační foto...
Obr. 2 klasické svítidlo a svítidlo uzavřené plochým sklem (nesprávně „plně cloněné“ – tento výraz světelně technické názvosloví nezná)

Pro konkrétní svítidla podle obr. 2 je u klasického svítidla svítivost např. pro úhel 70° v rovině C-90 86 cd/klm, v rovině C180 pak 195 cd/klm. Pro svítidlo s plochým sklem jsou tyto hodnoty nižší: 58 resp. 137 cd/klm. Pro jiné (větší) úhly je tento rozdíl ještě vyšší. Z obrázku je patrná změna úhlu clonění, tedy i vyzařování.
Praktický důsledek je takový, pokud chceme zachovat určitou rovnoměrnost osvětlení, více cloněná svítidla musíme umisťovat s menšími roztečemi než svítidla méně cloněná.

Další praktický důsledek vyplývá ze zjištění, že účinnost klesá s cloněním svítidel. Chceme-li na určitém prostranství zachovat jistou hladinu osvětlení, pak více cloněná svítidla musíme osadit výkonnějšími světlenými zdroji. Nebo použít většího počtu svítidel.

Shrnu-li zmíněné praktické důsledky: Je-li soustava svítidel s určitým cloněním optimálně navržena (ideální rozteče svítidel a jejich výšky), pak je jisté, že zajistit rovnocenné osvětlení svítidly méně cloněnými znamená :
Buď
osadit svítidla s menšími roztečemi (a v menších výškách),
nebo
více cloněná svítidla umístit na vyšší stožáry a osadit je výkonnějšími světelnými zdroji.

Nelze provést přechod od soustavy se svítidly s klasickými vypouklými difuzory na soustavu s plochými skly prostou výměnou jednoho typu svítidla za druhý. Alespoň ne v případě, kdy byla původní soustava správně navržena.

Je běžné, že se určitá typová řada svítidel vyrábí s různými difuzory. Základní konstrukce tělesa svítidla je shodná, mění se pouze difuzory. Ploché sklo je v drtivé většině případů upevněno do nosného rámečku. Použití tohoto rámečku je technologicky vynucené a způsobí, že se výstupní otvor svítidla zmenší. Zákonitě klesne účinnost. Existují i svítidla, kde se nepoužívá pro upevnění plochého skla rámeček, sklo se vkládá do vnitřní konstrukce svítidla. U takových svítidel je poměr účinností o něco lepší, ale plochá skla jsou vždy méně účinná.

Ilustrační foto...
Obr. 3 Vliv tvaru difuzoru na prostup světla

Rozdíl v účinnosti konkrétních svítidel z obrázku 2 je neuvěřitelný. Svítidlo s klasickým difuzorem má účinnost 78,9%, s plochým sklem pouhých 64,2%. Tento rozdíl však není způsobený pouze změnou velikosti výstupního otvoru. Významněji se na ztrátě účinnosti podílí další z nežádoucích vlastností světla – závislost činitele prostupu na úhlu prostupu.

Sledujte obrázek třetí: Na levé polovině se nachází neumělé schéma svítidla s klasickým difuzorem. Ten je tvarován tak, aby převážná část světla jím prostupovala co nejblíže kolmici. Pro materiály používané pro difuzory jsou ztráty prostupem pod hranicí jednoho procenta v případě, že světlo prochází pod úhlem do deseti stupňů od normály. U svítidel uzavřených plochým sklem jsou úhly prostupu světla dramaticky vyšší. Je-li úhel prostupu přibližně 80°, pak již 60% odpovídajícího světelného toku neopustí svítidlo – je pohlceno ve skle nebo odraženo zpět do svítidla. Je zřejmé, že účinnost svítidla významně klesá. Světlo neopustí svítidlo přímo, nebo po jednom odrazu od reflektoru, ale po dalších odrazech od skleněné desky a plochy reflektoru - účinnost svítidla významně klesá. A to bez ohledu na to jakým směrem paprsky, původně směrované šikmo na sklo, opouští svítidlo.

Vlastnosti „ekologických“ svítidel
Z předešlých odstavců vyplývají základní vlastnosti tzv. „ekologických“ svítidel. Tedy svítidel s clonou tvořenou plochým sklem. Tato svítidla mají ve srovnání s „klasickými“ svítidly téže kvalitativní kategorie:

  • Nižší účinnost;
  • Menší vyzařovací úhel;

Přidávám třetí nepříznivou vlastnost:

  • Horší schopnost optického vedení řidiče.

Optickým vedením řidiče se rozumí to, že svítidla osvětlující komunikace jsou patrná z větší vzdálenosti. V místech se zástavbou, vyšším porostem či okolními nerovnostmi není vidět vozovka. Přesto svítidla „ukazují“ jaký tvar má komunikace. Řidič je s předstihem informován o směru své pouti. Pokud svítidlo nemá vypouklý difuzor, pak je daleko méně patrné než pokud ho má.

Malé „praktikum“: Příklad vedení klasickým svítidlem je patrný na obr. 4. Zakryjte si spodní část obrázku a ejhle – vozovku nevidíte a přece víte kam se bude stáčet (neperspektivně k borské věznici). Pokud by na příkladné komunikaci byla plně cloněná svítidla, pak ta vzdálenější by nebyla patrná. Funkce vedení by se neprojevila.

Ilustrační foto...

Obr. 4 – optické vedení řidiče

Další mýty kolující kol svítidel s plochým sklem:

  • Produkují méně rušivého světla vyzářeného na oblohu než svítidla klasická. Dovolím si poznámku: Není tomu tak vždy.
  • Méně oslňují než svítidla klasická. Dovolím si poznámku: Ani zde tomu tak není vždy.

Diskuse k těmto bodům je poměrně rozsáhlá, tak jen stručné zdůvodnění mých poznámek:

K producentskému umu svítidel s plochým sklem
Připomenu, že se soustava s „ekologickými“ svítidly musí realizovat s menšími roztečemi nebo s vyššími stožáry a výkonnějšími světelnými zdroji. Jak je ukázáno v [1],[2],[3], je nárůst instalovaného světelného toku vyšší o 5÷35% proti „klasické“ soustavě. To podle typu komunikace a geometrických poměrů. To souvisí s tím, že nejenom, že svítidla s plochým sklem mají nižší účinnost, ale díky svým vlastnostem mají i nižší činitel využití, tedy podíl „užitečného“ světla (které osvětluje to co je žádoucí a jak je žádoucí) ke světelnému toku nainstalovaném ve svítidle.
Světlo se samozřejmě odráží od terénu. A tak není vzácný případ, kdy množství světla odraženého k obloze je pro soustavu s plně cloněnými svítidly vyšší, než množství světla, které na oblohu vyzáří „klasická“ osvětlovací soustava. „Klasická“ soustava sice vyzařuje určité procento světelného toku na oblohu přímo, ale vzhledem k tomu, že má lepší činitel využití, tak světla odkázaného k odrazu od terénu vyprodukuje méně. Součet přímé a nepřímé složky je pro „klasickou“ soustavu menší než pouze odražená složka „ekologické“ soustavy.
Tvrzeni, že „ekologická“ svítidla neoslňují (nebo jen velmi málo) je jedním z nejoblíbenějších argumentů aktivistů. Soustavy s takovými svítidly neoslňují o nic méně. Dokonce mohou nastat případy, kdy oslňují více, než svítidla „klasická“. A to nemám na mysli případ, kdy se pozorovatel zahledí do svítidla přímo a je oslněn hořákem zdroje.

Jednotlivá „ekologická“ oslňují obvykle méně, než svítidla „klasická“. Avšak v soustavě jsou „ekologická“ svítidla v menších rozestupech a jsou umístěná níže, nebo musí být osazena zdrojem o vyšším světelném toku. V prvém případě je v zorném poli pozorovatele více oslňujících zdrojů a v méně příznivé poloze, v druhém je jich srovnatelný počet, avšak jsou jasnější – díky výkonnějšímu světelnému zdroji. V obou případech je reálné nebezpečí vyššího oslnění [3].

Optimální osvětlovací soustava
Návod, jak navrhnout optimální osvětlovací soustavu z pohledu minimalizace rušivých účinků nelze předložit jinak, než obecně. Nelze prohlásit, že soustava sestavená ze svítidel s plochými skly je „ekologická“.
Návrh osvětlovací soustavy by měl tedy probíhat tak, že se navrhne a optimalizuje soustava složená ze svítidel „ekologických“. Vyhodnotí se míra rušivosti takové soustavy. Poté se provede návrh osvětlovací soustavy se svítidlem jiného typu, tím míním svítidlo jiné, než s plochým sklem. I druhá soustava se optimalizuje, i druhá soustava se vyhodnotí z pohledu rušivého světla. Nemusím snad zdůrazňovat, že se porovnávají soustavy rovnocenné. Tedy soustavy sestavené ze svítidel stejné kvalitativní třídy, a zejména zajišťující požadavky na osvětlení.

Porovnáním navržených soustav vyplyne, jaká soustava je pro osvětlení vhodnější. Nesmí se však opomenout přihlédnout k ekonomickým ukazatelům. Je vysoce pravděpodobné, že soustava „ekologických“ svítidel bude investičně i provozně náročnější oproti „klasické“ soustavě. Je třeba posoudit jak velmi jsou v dané lokalitě ekologické požadavky nadřazeny ekonomickým. Není výjimkou, kdy je snížení světelného toku na oblohu o několik jednotek procent (prostým okem neznatelné, přístroji téměř neregistrovatelné), vykoupeno nárůstem investičních a provozních nákladů o několik desítek procent (tedy velmi znatelně).

A jeden zásadní závěr – svítidla s plochým sklem nejsou zárukou minimalizace rušivých účinků světla. A dodatek z toho plynoucí – označovat taková svítidla jako „ekologická“ je matení laické veřejnosti. Prosazováním svítidel s plochým sklem za každou cenu není seriózní a není to ani zaručená cesta ke snížení rušivých účinků světla.

Literatura:
[1] Gillet, M.; Rombauts, P.: Precise Evaluation of Upward Flux from Outdoor Lighting Installations (applied in the case of roadway lighting). Licht Trespass Symposium London 2001.
[2] Remande, C.: Exterior lighting; R-Tech – Schréder group
[3] Maixner, T.: Svítidla s plochým sklem? – http://www.dql.cz/texty/skla.htm

Tomáš Maixner

 IAN.cz
Probíhá experiment. Stránky se pomalu dostávají ze záhrobí zpět na světlo digitálního světa... Omluvte nedostatky, již brzy snad na této adrese najdete víceméně kompletní archiv IAN...
archiv zdroj
RULETA
Jako David a Goliáš
Ilustrační foto...
CONTOUR je mrtev, ať žije CONTOUR?
Ilustrační foto...
Jak to bylo?
Ilustrační foto...
Perseidy jsou tady
Ilustrační foto...
Primera luz pro Gran Telescopio Canarias
Ilustrační foto...
STALO SE
4.12.2012 -
Probíhá experiment. Stránky se pomalu dostávají ze záhrobí zpět na světlo digitálního světa... Omluvte nedostatky, již brzy snad na této adrese najdete víceméně kompletní archiv IAN...

WEBKAMERA
 Upice webcam / widecam
UPICE WEBCAM

Add to Google

 

Pridej na Seznam
 

  © 1997 - 2017 IAN :: RSS - novinky z astronomie a kosmonautiky SiteMap :: www :: ISSN 1212-6691