InformacieSKA.sk

Henrik Clausen: Pri navrhovaní svetelnotechnického riešenia treba uvažovať komplexne

Redakcia25.06.2014NázorPridať komentár
Henrik Clausen: Pri navrhovaní svetelnotechnického riešenia treba uvažovať komplexne

Dňa 26. mája 2014 sa v hoteli Bôrik v Bratislave uskutočnila prednáška riaditeľa Akadémie osvetlenia Fagerhult v Kodani Henrika Clausena s témou Biologicky efektívne osvetlenie - osvetlenie v architektúre. Seminár organizovala spoločnosť Fagerhult, s. r. o., v spolupráci so Slovenskou komorou architektov. Prinášame vám rozhovor s Henrikom Clausenom o biologickom osvetlení a o vplyve osvetlenia na kvalitu prostredia.

Pôvodne 68-stranový dokument DIN SPEC 67600 o biologickom osvetlení v architektúre bol predstavený formou interaktívnej prednášky doplnenej o vedeckú štúdiu vypracovanú v spolupráci s University College of London o vplyve osvetlenia na tvorivosť, pozornosť a schopnosť sústredenia sa detí na školách, výsledky ktorej možno prakticky aplikovať vo všetkých odvetviach ľudskej činnosti.

Na prednáške sa účastníci dozvedeli viac aj o atribútoch najnovších typov LED osvetlenia, ich správnom využívaní, ako aj o trendoch v osvetľovaní interérov a exteriérov. Na záver Henrik Clausen zodpovedal otázky prítomných účastníkov v diskusii. Prečítajte si rozhovor, ktorý nám poskytol.

Aké sú najperspektívnejšie trendy v použití prirodzeného a umelého svetla z pohľadu minimalizovania spotreby energie?

Používajte denné svetlo vždy, keď to je možné. Riadenie osvetlenia s použitím senzorov pre denné svetlo automaticky zníži podiel umelého osvetlenia, keď to nie je potrebné, a ušetrí značné množstvo energie, čím sa zároveň predĺži životnosť svietidla.

Ako je to so spektrom v LED?

LED čipy sú často vytvorené pokrytím modrej LED diódy fosforovou vrstvou, ako je to u fluorescentných svetelných zdrojov. Spektrum v LED má podľa toho väčšinové zloženie v modrých vlnových dĺžkach. Okrem toho spektrum diód LED obsahuje aj ostatné farby, okrem zelenej oblasti, ktorá je veľmi nízka. Najvhodnejšie je preto využiť z spektra LED modrú farbu. Avšak iné farebné spektrum možno tiež dosiahnuť, napríklad miešaním troch diód RGB (red-green-blue).

Prečo majú svetelné zdroje LED malý uhol vyžarovania?

Čip LED je veľmi malý zdroj svetla, preto svetlo z neho vychádzajúce ide takmer výlučne jedným smerom.

Aký je rozdiel v účinnosti medzi technologiami LED a TL5?

V roku 2013 dosiahla technológia LED takú istú účinnosť ako TL5 v ideálnom technickom riešení. Avšak medzi rôznymi riešeniami ponúkanými na trhu sú veľké odlišnosti.

Pri navrhovaní svetelnotechnického riešenia treba uvažovať komplexne, s ohľadom na typ realizácie (priemyselná hala, kancelária, škola, nemocnica, exteriér..), okolitú teplotu (čím vyššia teplota, tým viac sa môže znížiť životnosť LED), energetickú úsporu v čase, výšku počiatočnej investície, plánovanú dobu používania a jednoduchosť výmeny svetelných zdrojov. Pri dlhodobom riešení je vhodné uvažovať aj o riadení osvetlenia s ohľadom na hladinu denného svetla alebo prítomnosť osôb.

Aká je účinnosť LED a aké zmeny možno očakávať v blízkej budúcnosti?

Účinnosť LED závisí od všetkých použitých komponentov používaných výrobcom svietidiel a je ovplyvnená viacerými faktormi - umiestnenie čipov LED na PCB, teplota svietidla, optika svietidla a kvalita predradníka LED. Vývoj napreduje veľmi rýchlo, informácie o LED staršie ako tri mesiace už môžu byť prekonané.

Aká je hranica účinnosti v LED?

Táto hranica  účinnosti je približne 220 lm/W na čip, avšak pri použití vo svietidle dochádza k stratám 10 až 15 % pri použití sady diód LED, 10 až 30 % pri použití optiky a 10 až 50 % pri použití predradníka. Po odpočítaní možných strát dostanete hodnotu lm/W celkového systému. Preto je vhodné pri kúpe svietidiel zistiť, či v hodnotách uvádzaných výrobcom sú zohľadnené tieto straty.

Je nepriame osvetlenie osvetlením budúcnosti?

Áno, aj v novej revízii európskej technickej normy o osvetľovaní 12464-1 sú stanovené hodnoty svetla pre steny a strop. Vďaka tomu oko lepšie rozlišuje predmety v priestore, pretože sú osvetlené zo všetkých strán. Navyše, pri výskumoch a štúdiách sa zistilo, že ľudia pracujúci vo vnútri uprednostňujú kombináciu 55 % priameho a 45 % nepriameho svetla.

Ako môžeme stmievať osvetlenie LED, ktorý spôsob je najvhodnejší a prečo?

Svietidlá LED možno stmievať viacerými typmi riadenia, napríklad systemom DALI, napäťovou reguláciou alebo pulzná modulárna regulácia PWM. Napäťová regulácia je zvyčajne najvhodnejšia, pretože dáva rovnomerne vysokú kvalitu svetla, aj keď je svietidlo stmievané. Pulzná modulárna regulácia spôsobuje pri stmievaní stroboskopický efekt, blikanie a nešetrí energiu pri stmievaní pod 30 %. Ako som však už spomenul, vývoj ide neustále dopredu, preto je pravdepodobné, že sa nedostatky pri stmievaní čoskoro vyriešia.

Hovorili ste o osvetlení pre aktívnu časť dňa, ako však osvetliť interiér pre odpočinok s ohľadom na spomínané biologické rytmy?

Pri osvetlení odpočinkových zón je vhodné použiť nízke hodnoty svetla, predovšetkým červeno-oranžové podobné západu slnka a obmedziť modré svetlo.

Ako je to s poklesom svetelného výkonu v LED v čase?

Celkové množstvo svetla z diód LED klesá v čase a hodnota životnosti zdrojov LED je daná ako hodnota, po ktorú svetlo pokleslo o určité percento. Napríklad 50 000 hodín L70 znamená, že po 50 000 hodinách svietenia LED vydáva 70 % svetla z pôvodného maxima. Ako som už spomenul, životnosť a tým aj výkon svietidiel, samozrejme, závisí od viacerých faktorov.

Na čo sa treba zamerať pri výbere svetelného zdroja?

To je veľmi dobrá otázka - veď od správneho svetelného zdroja závisí aj kvalita celého osvetľovacieho systému. Treba si všímať nasledovné parametre: svetelný výstup (lumen), spotreba energie (Watt), účinnosť (lm/Watt), index podania farieb (Ra), teplota chromatickosti (K), stabilita chromatickosti (MacAdam), životnosť (hodiny), spektrum (vhodnosť pre daný účel) a, samozrejme, cena.

Čo znamená jednotka stability chromatickosti MacAdam?

Elipsa MacAdam predstavuje na diagrame chromatickosti oblasť obsahujúcu všetky farby, ktoré nemožno rozlíšiť ľudským okom od farby v strede tejto elipsy. Okraj elipsy označuje odlišnosti chromatickosti, ktoré už možno pozorovať. Hodnoty pre svetelné zdroje sa merajú v laboratóriu pri začatí používania a po 6000 hodinách.  

V praxi to znamená, že keď máte vedľa seba dva svetelné zdroje, po určitom čase zmenia farbu a môžu sa od seba líšiť, čo je viditeľné voľným okom. Veľmi viditeľné to môže byť pri použití svietidla s viacerými diódami LED.

Pri verejnom osvetlení to nemusí byť problém, keďže svietidlá sú od seba vzdialené, avšak tam, kde potrebujete udržať jednotnú farbu svetla, je vhodné investovať do osvetlenia s čo najnižšou hodnotou MacAdam. Stupeň 1 znamená, že odchýlky farieb u porovnávaných svetelných zdrojov nie je možné rozoznať voľným okom, stupeň 2 a 3 znamená, že farebnú odchýlku možno rozoznať iba veľmi ťažko, pri stupňoch 4 až 7 sú farebné odchýlky po čase viditeľné. 

Biologicky efektívne osvetlenie – osvetlenie v architektúre

Od dávnych vekov je bytie človeka ovplyvnené svetlom a veľkú časť ľudskej existencie bolo hlavným zdrojom svetla Slnko. Z vesmíru na našu Zem dopadá vlnenie rôzneho druhu a frekvencie. Väčšina je pre ľudský organizmus životu nebezpečná (môže spôsobiť spáleniny, rakovinu či iné neduhy), no tieto sú našťastie odfiltrované atmosférou. Cez atmosféru prechádza veľmi malé spektrum, ktoré vnímame ako viditeľné svetlo, a práve jeho intenzita a farba v mnohom podstatne ovplyvňuje životy ľudí.

Ak sa s niekým stretneme po prvýkrát, zvyčajne si o ňom urobíme názor alebo k nemu pocítime sympatiu počas prvých pár sekúnd. V tme sa to však dá uskutočniť pomerne ťažko. Naopak, čím je jasnejšie okolité svetlo, tým pozitívnejší dojem môžeme nadobudnúť. Ak sa s niekým zoznámime pod jasnou modrou oblohou, máme zo stretnutia omnoho lepší pocit, ako keby prebehlo v zatemnenej miestnosti.

V rokoch 1945 a 1946 v USA robili pokusné výbuchy atómovej bomby. Prvé, čo pri takom výbuchu nastane, je ohromný zálbesk svetla, sedemkrát silnejšieho ako svetlo zo Slnka, ktoré dovtedy bolo považované za maximum a referenčný rámec. Vojaci nastúpení v radoch potom popisovali, že videli tých v 1. a 2. rade ako kostry, svetlo prešlo skrz nich. To podnietilo výskumy v tomto smere, ktoré potvrdili, že človek a každý iný živý tvor je „priesvitný“ a svetlo cez neho prechádza a odráža sa inak ako od neživých predmetov.

Vo filmovom priemysle môžete tento poznatok pozorovať, keď si porovnáte postavičky z Hviezdnych vojen a z Pána prsteňov. Kým Yoda je viditeľne gumová postava, Glum na nás pôsobí veľmi živo, aj keď možno nevieme povedať, prečo. Odpoveďou sú: priesvitné uši. Pokiaľ je nejaký tvor živý, jeho uši sú prekrvené a zo zadu nimi prechádza svetlo.

 

Tento poznatok mal za následok ďalšie výskumy a výsledkom je doplnenie normy EN 14624-1 o tom, koľko luxov má dopadať na pracovný stôl, ale aj na steny a strop, aby sa svetlo do oka pozorovateľa dostávalo z viacerých smerov.

Svetlo má vplyv aj na ľudské emócie. Tieto sa najviac prejavujú na našich očiach. Ak sa nám niekto páči, zreničky sa rozšíria a tenká pokožka tesne pod očami zružovie, čo samozrejme podvedome, a opäť pomocou očí, vníma osoba, ktorej svoju priazeň venujeme. Na tom profituje kozmetický priemysel a z toho istého dôvodu Indiáni idúci do boja používali na tvári kontrastné farby. Vizuálna dráha medzi očami a mozgom bola známa už vyše storočie, avšak v roku 2003 došlo k objaveniu 3. receptora a s tým súvisiacej biologickej dráhy.

 

Vizuálna dráha vedie z tyčiniek a čapíkov na sietnici cez očný nerv do vizuálneho kortexu v zadnej časti mozgu. Kedysi prevládal názor, že na sietnicu sa premieta obrátený obraz toho, čo prechádza cez zreničku a ten sa prenáša do mozgu. Dnes sa hovorí o tom, že očná sietnica zachytáva veľké množstvo rôznych dát a tieto sú vedené do mozgu, kde sa následne spracovávajú a vytvára sa obraz toho, čo „vidíme“. Zaujímavé je, že mozog tieto informácie filtruje u každého inak, preto ak muž a žena idú po tej istej ulici a na jej konci si majú povedať čo videli, na veľké prekvapenie u ženy to budú pravdepodobne kvety a deti a u muža skôr autá a dievčatá.

Biologická dráha vedie z gangliových buniek umiestnených v spodnej časti sietnice do hypofýzy, ktorá reguluje denný a sezónny cirkadiánny rytmus (čiže rozlišujeme deň a noc a ročné obdobia), pokračuje dole do adrenalínového kortexu, kde sa vytvára hormón kortizol, a potom späť do šuškovitého telieska (epifýza), kde sa produkuje hormón melatonín. Kortizol spôsobuje, že sa cítime svieži, a melatonín, že sme ospalí a uvoľnení.

Keď sa ráno zobudíme, hladina melatonínu je vysoká, ale keď sa nám dostane do očí modré svetlo (prirodzené denné svetlo), jeho hladina klesne a zvýši sa úroveň kortizolu. Už 30 minút ráno na dennom svetle, napríklad cestou do práce nám postačí na ďalších 6 hodín, počas ktorých sme aktívni. Potom hladina kortizolu klesá a nám sa chce spať. Ideálne je dobiť si „baterky“ cez obed prechádzkou vonku.

Tieto poznatky boli základom pre Pickhurst štúdiu, kde boli sledované deti na základnej škole v Londýne, v dvoch kontrolných (C1, C2) a dvoch experimentálnych (E1, E2) skupinách.

Ďeťom sa počas roka odoberali vzorky slín, z ktorých zisťovali hodnoty kortizolu a melatonínu, ďalej žiaci vyplňovali dotazník a tiež sa sledoval ich študijný pokrok. Výsledky jednoznačne ukázali, že deti v  triedach E mali vyššie hodnoty kortizolu a nižšie hladiny melatonínu, čiže boli pozornejšie, sústredenejšie a aktívnejšie. Navyše deti na 1. poschodí mali krajší výhľad a cítili sa lepšie aj po emocionálnej stránke. Čo však najviac zavážilo, deti z tried E mali o stupeň lepšie známky v matematike a čítaní.

Výskum v oblasti osvetľovania prešiel dlhou cestou a stále pokračuje, pretože všetko, čo sa potvrdilo u fluorescentných žiariviek, bolo potrebné nanovo odskúšať aj s LED svetelnými zdrojmi. Poslednou štúdiou v roku 2013 sa napríklad zistilo, že študenti dosahujú najlepšie výsledky pri nepriamom LED osvetlení. Je zjavné, že svetlo má na ľudí vizuálny, biologický a emocionálny vplyv. Keď sa tieto tri aspekty prelínajú, dosiahneme to, čo nazývame „pocti pohody“.

Pri práci s osvetlením treba mať na pamäti mnoho faktrov: dostatočnú intenzitu svetla, kombináciu prirodzeného a umelého svetla, chromatickú teplotu, využitie nepriameho osvetlenia atď. Ideálne je, ak sa osvetlenie plánuje ešte predtým, než sa položí základný kameň, ako to bolo napr. v jednej dánskej univerzite (Alsion, University of south Denmark).

 

Svetlo vnímame, samozrejme, najmä očami. Ľudské oko je v podstate očná guľa, s priemerom cca 24 mm . Oblasť na sietnici, kde sa pod takzvaným pevným uhlom premieta obraz prechádzajúci cez zreničku, má priemer 14 mm a priamo pred očami, vo vzdialenosti 50 cm vnímame kruhovú oblasť s priemerom 40 cm.

 

Na gangliové bunky v dolnej časti sietnice pod tým istým uhlom dopadá svetlo z hornej časti kruhu. Ak si teda predstavíme horizontálnu referenčnú líniu, oblasť nad ňou je presne tá, ktorá má vplyv na hladiny kortizolu a melatonínu. Čím je v nej viac modrého svetla, tým je človek aktívnejší.

Ako model si môžeme vziať kruh z plastu s priemerom 40 cm, natiahnuť pred seba ruku a overiť si, koľko a akého svetla máme vo svojom zornom poli. Platí zásada, že modré svetlo podporuje aktivitu a sústredenosť a červené oddych a uvoľnenie. Preto veľké okná s dostatkom prístupu prirodzeného denného svetla a kvalitné osvetlenie po zotmení sú prínosom pre ľudskú aktivitu.

Autori: Henrik Clausen, Veronika Çimenci

Diskusia pre prihlásenýchPočet príspevkov: 0 - Buďte prvý! )

* Pre pridávanie a zobrazenie diskusie musíte byť prihlásený


Zabudli ste heslo?

Heslo Vám bude zaslané na emailovú adresu