František Vajkay

STAVEBNÍ FYZIKA– Světelná technika v teorii a praxi

PODĚKOVÁNÍ:

Dovolte mi připojit poděkování za gramatickou korekci těchto textů Ing.Michaele Hláskové a Ing. Lence Gábrové, studentkám doktorského studijníhoprogramu Ústavu pozemního stavitelství, Fakulty stavební VUT v Brně.

STAVEBNÍ FYZIKA

– SVĚTELNÁ TECHNIKA V TEORII A PRAXI

Ing. František Vajkay, Ph.D.

Vydala: Vysoké učení technické v Brně, Veveří 95, 602 00 BrnoJazykové úpravy: Ing. Michaela Hlásková, Ing. Lenka GábrováSazba a grafická úprava: Ing. František Vajkay, Ph.D.Kresba na obálce: Ing. František Vajkay, Ph.D.Návrh grafické úpravy obálky: Ing. Josef RemešPočet stránek: 80Vytiskla: Ing. Vladislav Pokorný – LITERA, Tábor 43c, 612 00 BrnoPrvní vydání, Brno 2014

ISBN 978-80-214-4880-3

Fakulta stavební Vysokého učení technického v Brně zahájila 1. 6. 2012řešení projektu „OKTAEDR – partnerství a sítě stavebnictví“. Projekt jespolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem Českérepubliky a je zaměřen na tvorbu a udržování partnerské sítě. Tato síť budevzájemně propojovat Fakultu stavební Vysokého učení technického v Brně,významná výzkumná a vývojová pracoviště, partnery z oblastipodnikatelského sektoru i oborová sdružení. Cílem sítě je umožnit rozšířenívzájemné spolupráce, vytvoření nových podmínek pro přenos teoretických ipraktických znalostí a zkušeností mezi výzkumem a stavební praxí.

Partnery projektu „OKTAEDR – partnerství a sítě stavebnictví“ jsou:

o MOTRAN Research, s. r. o.,o Českomoravský cement, a.s.,o Centrum dopravního výzkumu, v. v. i.,o OHL ŽS, a.s.,o Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava,o ESOX, spol. s r.o.,o Svaz vodního hospodářství ČR.

Registrační číslo projektu: CZ.1.07/2.4.00/31.0012

Název projektu: OKTAEDR – partnerství a sítě stavebnictvíRealizace: 1. 6. 2012 – 31. 5. 2014Řešitel: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební

OBSAH

1 ÚVOD.............................................................................................................8

2 SVĚTLO.........................................................................................................9

2.1 Teorie šíření světla.....................................................................................................9

2.1.1 Maxwellova vlnová teorie..............................................................................92.1.2 Částicová teorie...........................................................................................11

2.2 Zdroje světla.............................................................................................................12

2.2.1 Žhnutí vláken a rozžhavení těles..................................................................132.2.2 Slunce...........................................................................................................132.2.3 Atmosféra/obloha.........................................................................................14

2.3 Veličiny, jednotky a pojmy používané ve stavební světelné technice......................18

2.3.1 Zářivý tok....................................................................................................182.3.2 Relativní světelná účinnost..........................................................................182.3.3 Světelný tok..................................................................................................192.3.4 Svítivost........................................................................................................212.3.5 Jas................................................................................................................222.3.6 Osvětlenost...................................................................................................232.3.7 Pracovní rovina............................................................................................242.3.8 Činitel denní osvětlenosti.............................................................................242.3.9 Rovnoměrnost osvětlení...............................................................................252.3.10 Doba proslunění/oslunění............................................................................26

3 STAVEBNÍ SVĚTELNÁ TECHNIKA.........................................................27

3.1 Denní světlo ve stavebnictví....................................................................................27

3.2 Systémy denního osvětlení ve stavebnictví..............................................................28

3.2.1 Primární systémy denního osvětlení............................................................293.2.2 Sekundární zdroje denního světla................................................................30

4 VYHODNOCENÍ SVĚTELNĚ TECHNICKÝCH PARAMETRŮ V BUDOVÁCH................................................................................................33

4.1 Návrh denního osvětlení v budovách.......................................................................35

4.1.1 Požadavky norem z hlediska denního osvětlení...........................................354.1.2 Metody výpočtů............................................................................................38

4.2 Vyhodnocení proslunění a oslunění.........................................................................42

4.2.1 Požadavky norem z hlediska proslunění a oslunění.....................................424.2.2 Metody výpočtů............................................................................................44

5 PŘÍKLAD.....................................................................................................46

5.1 Popis navrhované stavby a jejího okolí....................................................................46

5.2 Vyhodnocení a posouzení proslunění a oslunění.....................................................48

5.2.1 Základní výpočty nezbytné pro sestrojení diagramu zastínění....................485.2.2 Postup sestrojení diagramu a posouzení proslunění:..................................505.2.3 Posouzení oslunění.......................................................................................55

5.3 Vyhodnocení a posouzení denního osvětlení v místnostech....................................58

5.3.1 Vzorce pro určení činitele denní osvětlenosti..............................................585.3.2 Postup výpočtu.............................................................................................635.3.3 Určení činitele denní osvětlenosti................................................................68

6 REFERENCE................................................................................................72

6.1 Knihy a další odborné publikace..............................................................................72

6.2 Články na konferencích a v časopisech...................................................................73

6.3 Zákony a normy.......................................................................................................73

6.4 Zdroje na webu.........................................................................................................74

7 PŘÍLOHY.....................................................................................................76

7.1 Daniljukův diagram pro půdorys.............................................................................76

7.2 Daniljukův diagram pro řez.....................................................................................77

1 ÚVOD

Denní světlo je jedním ze základních faktorů podmiňujících život na Zemi.Proměnlivost denního světla během dne ovlivňuje cirkadiální rytmy, návyky análadu člověka, proto je v současnosti denní světlo významným faktoremvnitřního prostředí budov. Se snahou o využití denního světla se však varchitektuře lze setkat již od dávných dob. V Římě byly stavěny obytnéprostory se skleněnými okny, v Řecku byly budovy orientovány na jih, vEgyptě byly ostění a okenice otvorů pokovené, atd. (Moore, 1985).Průmyslová revoluce v 19. století však změnila většinu dříve užívaných zásad.

Oproti tradičním materiálům jako jsou cihly, kámen a dřevo umožnil vývojvysoce kvalitního železa a později oceli se zvýšenou pevností výrobu a použitíštíhlých rámových konstrukcí s větším rozpětím a také tvorbu vnějších plášťůbudov, které jsou schopny odolávat klimatickému zatížení působícímu naobjekty. Architekti tak mohli tvořit téměř bez omezení. Větší rozpony sloupůdovolily navrhovat a realizovat větší osvětlovací otvory, což však způsobujepřehřívání vnitřních prostorů a oslnění. Následné zavedení umělého osvětleníumožnilo zvětšení hloubek místností. Architekti tak mohli navrhovat stavby,aniž by přemýšleli o energetické náročnosti, neboť ceny energií v té doběbyly nízké.

V dnešní době je ovšem podstatné, aby bylo dosaženo optimálníchpodmínek mikroklimatu budov. To vede stavební inženýry a vědce k výzkumunejnovějších technologií, které by mohli začlenit do návrhů nových budov.

Množství světla, které dopadá do interiéru budovy, závisí na řadě faktorů,mezi které patří: lokalita, kde bude budova postavena; typ budovy, jejíkonstrukční, dispoziční a funkční řešení; světelně technické vlastnosti povrchůa povrchových úprav, které budou použity v interiéru a exteriéru; a orientaceosvětlovacích soustav.

Každý z výše uvedených faktorů má vliv na návrh a tvorbu případovýchstudií denního osvětlení a proslunění budov, které jsou prováděny napříkladpomocí počítačových simulací, ručních výpočtů či měření narealizovaných stavbách.

Tato příručka si klade za cíl přiblížit oblast stavební světelné techniky širšíodborné veřejnosti z příbuzných oborů stavebnictví tak, aby přispěla k lepšíorientaci při řešení konkrétních problémů ve stavební praxi. Příručka jezaměřena na výklad základních pojmů stavební světelné techniky, na výkladsouvisejících legislativních požadavků a na způsoby řešení jednotlivýchproblémových oblastí. Publikace je v závěru doplněna o řešené prakticképříklady, se kterými je možno se ve stavební praxi nejčastěji setkat. Řešenépříklady jsou koncipované tak, aby je bylo možné co nejsnadněji ve stavebnípraxi aplikovat.

8

2 SVĚTLO

2.1 TEORIE ŠÍŘENÍ SVĚTLA

Lidstvo bylo ovlivněno a okouzleno světlem již od počátku dějin, proto searchitekti, vědci i filozofové snažili popsat nejenom jeho vlastnosti ale icharakter jeho chování v prostoru. Jedním z výsledků jejich výzkumu bylozjištění, že se světlo pohybuje přímočaře ve svazcích (Sears, 1965).

Později byly sepsány novější definice, které však byly téměř automatickyzavrhovány vědeckými komunitami, a to až do druhé poloviny 17. století, kdydošlo k formulaci vlnové teorie světla, která popisuje šíření světla pomocíodrazu. Nicméně tato teorie byla přijata vědeckou komunitou až na počátku19. století s příchodem A. Fresnela, který pomocí měření vlnových délekprokázal, že difrakce (tj. ohyb světla na okrajích objektů) nastane, ale pouze vpřípadě záření s krátkou vlnovou délkou.

Druhým významným milníkem v dané oblasti bylo představení vlnovéteorie J.C. Maxwella, který na základě měření provedených naelektromagnetických oscilačních obvodech dokázal určit také rychlost světla svysokou přesností. Maxwellova teorie však byla uznána až poté, co H. Hertzzveřejnil výsledky svých experimentů na mikrovlnách. Hertz si totiž všimlpodobnosti mezi chováním elektromagnetických a světelných vln.

Vývoj oboru byl pak ovlivněn příchodem teorie relativity A. Einsteina,kterou dále rozvíjel a zkoumal M. Planck. Planck uvedl, že světlo je v prostorudistribuováno pomocí fotonů, a určil přímou závislost mezi energií a frekvencífotonů. Následně A. H. Compton dokázal, že se fotony a světlo samo o soběchovají jako elementy mající hmotnost a tedy i kinetickou energii, což sepodobá dřívější korpuskulární teorii.

V dnešní době je všeobecně známo, že světlo má dualistickou povahu a kjeho definování je nutné použít obě uznávané teorie. To znamená, že šířenísvětla je vysvětleno pomocí vlnové teorie a interakci světla s materiály apovrchy vysvětluje částicová teorie. (Horňák, 1989), (Ilkovič, 1962),(Sears, 1965).

2.1.1 Maxwellova vlnová teorie

Na základě Maxwellovy teorie lze světlo chápat jako elektromagnetickézáření s určitou vlnovou délkou. Toto záření je složeno z elektrického amagnetického pole, které se šíří prostorem současně a kmitají v navzájemkolmých směrech (obrázek 1). Dnes je však již obecně známo, že interakcisvětla s jinými látkami je nutno popsat pomocí částicové teorie světla.

Pokud tato pole oscilují harmonicky podél směru šíření, jedná se omonochromatické světlo. Za určitých okolností ale může dojít i k polarizacisvětla. Vlastnosti světla mohou být odvozeny formou sinusové nebokosinusové funkce elektrického C ( x ,t ) , případně magnetického pole B ( x , t ) .

9

Obr. 1. Elektrické a magnetické záření (Horňák, 1989)

C ( x ,t )=Cm⋅sin [ω⋅{t± xE

v }+ς ] (1)

kde je:C ( x , t ) okamžitá odchylka elektrických vln, [ - ] ;Cm amplituda odchylky elektrických vln, [ -] ;

ω úhlová frekvence, [ rad⋅s−1 ] ;t čas, [ s ] ;xE fázový posun, [ m ] ;

v rychlost šíření vln, [ m⋅s−1 ] ;ς počáteční fázový úhel, [ rad ] .

Avšak světelné vlny lze nejlépe charakterizovat za pomoci jejich vlnovýchdélek a kmitočtů:

λ= νf

(2)

kde je:ν vlnová délka, [ m ] ;f frekvence kmitání, [ Hz ] .

Zároveň platí, že fázová rychlost elektromagnetického vlnění závisí navlastnostech prostředí, kterým vlna v daném okamžiku prochází. Tento jev jevyjádřen následujícím vztahem:

v=1

√ε⋅μ(3)

kde je:ε permitivita prostředí, [ F⋅m−1 ] ;μ permeabilita prostředí, [ H⋅m−1 ] .

10

Ve výjimečných případech, kdy elektromagnetické záření procházízvláštním prostředím, jakým je vakuum, lze rychlost elektromagnetických vln(a tedy i světla) vyjádřit vztahem 4:

c0=1

√ε0⋅μ0(4)

Proto lze okamžitou odchylku elektrického záření C ( x , t ) odvoditzjednodušením vztahu 1 (vztah 6), avšak za podmínek, že platí následujícítvrzení:

ω=2⋅π⋅f (5)

C ( x , t )=C m⋅sin [2⋅π⋅{ t

T∓

xλ }] (6)

kde je:T perioda, [ s ] ;x vzdálenost mezi zdrojem a posuzovaným bodem, [ m ] ;λ vlnová délka, [ m ] .

V rámci Maxwellovy vlnové teorie lze záření členit na rozhlasové atelevizní vlny, mikrovlnné záření, optické záření (infračervené záření,viditelné světlo a ultrafialové světlo), dále na rentgenové a gama záření(Boyce, 2009), (Kuběna, 1994), (Rybár, 2002). Dané členění je známé podnázvem elektromagnetické spektrum nebo též Maxwellova duha.

2.1.2 Částicová teorie

Částicová teorie šíření světla je založena na vlastnostech subatomárníchčástic (konkrétně fotonů), dále na charakteru chování těchto částic při šířenísvětla. Každá částice má svou energii (vztah 7), která je závislá na frekvencijejího kmitání. Proto lze částicovou teorii spojit i s Maxwellovou vlnovouteorií, ale částicová teorie se používá pro popis jevů, které nelze popsat pomocíelektromagnetického záření. Vlnové délky a energie fotonů včetně jejichčlenění v rámci spektru viditelného světla jsou zobrazeny v tabulce 1.

e p=H p⋅ f p (7)

kde je:e p energie fotonu, [ eV ] ;H p Planckova konstanta. Její poslední známá hodnota je

4,135667516·10-15 eV⋅s (web:NASA, 1979);f p frekvence kmitání odpovídající elektromagnetickému záření, [ Hz ] .

11

Tab.1. Kmitočty a energie fotonů v optickém záření (Horňák, 1989), (Sears, 1965)Záření Členění λ [nm] eP [eV]

Ultrafialové záření UV-C 100 - 280 12,40 - 4,43UV-B 280 - 315 4,43 - 3,94UV-A 315 - 400 3,94 - 3,10

Viditelné světlo Fialové 380 - 435 3,26 - 2,84Modré 435 - 500 2,84 - 2,48Zelené 500 - 566 2,48 - 2,19Žluté 566 - 600 2,19 - 2,07

Oranžové 600 - 630 2,07 - 1,97Červené 630 - 780 1,97 - 1,59

Infračervené záření IR-A 780 - 1400 1,59 - 0,89IR-B 1400 - 3000 0,89 - 0,41IR-C 3000 - 10000 0,41 - 0,12

2.2 ZDROJE SVĚTLA

Zdroje světla tvoří důležitou kapitolu stavební světelné techniky, protožecharakter světla určuje některé vlastnosti vnitřního prostoru spojené s viděním.Zdroje světla jsou definovány prostřednictvím dvou teorií:• první teorie stanovuje za zdroj světla element, který generuje světlo

(Sears, 1965);• druhá teorie má svou podstatu v architektuře, proto dělí předměty na

primární a sekundární zdroje světla. Primárními zdroji jsou ty, kterésvětlo vytváří, zatímco sekundárními zdroji jsou elementy, které světloodráží nebo propouští (Horňák, 1989), (TESNA, 2000).

Stavební světelná technika mimo jiné rozlišuje zdroje podle jejich původu:• přírodní zdroje světla jako je např. Slunce, Měsíc, magma při výbuchu

sopky, blesk nebo bioluminiscence organismů a rostlin.(viz obrázek 2).

Slunce Světluška

Obr. 2. Přirozené zdroje světla (Vajkay, 2013), (web: Triplett)

12

• umělé zdroje světla jako jsou např. svíčky, krby, lampy využívajícíuhlovodíky pro svícení a dále moderní svítidla. Svítidla byla mnohdyzaložena na teorii žhnutí vláken (Boyce, 2009), (TESNA, 2000). Vdnešní době se ale více využívají svítidla fungující na principuluminiscence, protože mají vyšší účinnost.

2.2.1 Žhnutí vláken a rozžhavení těles

Žhnutí je proces, při němž je světlo produkováno přeměnou energie. Toznamená, že množství energie, které je absorbováno libovolnou hmotou vprostoru, je následně přeměněno na jinou formu energie v důsledku zvýšenípohybu atomů a jejich vzájemného působení ve hmotě, přičemž musí současněplatit i to, že vstřebávané a vyzařované záření je v rovnováze.

V procesu žhavení může být světlo produkováno obvykle pouze materiálem,který odolá teplotě 873 K (600 ° C ) nebo vyšší (TESNA, 2000). U jinýchmateriálů dojde pouze k emisi tepelného záření.

Základní rovnice (vztah 8) popisující žhnutí byla zformulovánaM. Planckem v 19. století. Jednalo se o výsledek jeho experimentůprovedených na absolutně černém tělesu (Horňák, 1989).

M e ,λ (λ ,T )=c1⋅λ−5⋅(e

c 2

λ⋅θ−1 )−1

(8)

kde je:M e ,λ (λ ,T ) spektrální emisivita materiálu, [W⋅m−2 /μm ] ;

λ vlnová délka záření, [ m ];θ teplota, [ K ] ;c1 konstanta s hodnotou 3,742·10-16 W⋅m2 ;

c 2 konstanta s hodnotou 1,439·10-2 m⋅K .

Ze vztahu 8 lze postupně odvodit Stefanův- Boltzmannův zákon, nazákladě kterého je intenzita vyzařování absolutně černého tělesa přímoúměrná čtvrté mocnině jeho teploty (vztah 9).

M e=σ⋅θ 4=5,669⋅10−8⋅θ 4 (9)

2.2.2 Slunce

Slunce jako zdroj solárního záření představuje pro lidstvo nejznámějšíprimární přírodní zdroj energie. Jedná se o hvězdu, která se nachází ve středusluneční soustavy a kolem které obíhají planety včetně Země. Slunce vyzařujeenergii v celém rozsahu elektromagnetického záření, což je výsledkemtermonukleárních řetězových reakcí probíhajících v jádru Slunce. Určitémnožství takto vzniklého tepla je pak postupně přeneseno na vnější vrstvy

13

hvězdy do radiační a konvektivní zóny.Tvarem se Slunce blíží kouli a jeho viditelná část je tvořena fotosférou,

chromosférou a sluneční korónou (vrstvy a zóny Slunce jsou popsány naobrázku 3). Fotosféra představuje téměř vrchní vrstvu Slunce, která se skládá zplynů v plazmatickém stavu. Pracovní teplota fotosféry je přibližně 6000 K(web:NASA, 1979) a její účinná teplota má zhruba 5778 K(web: Wikipedia, 2012).

Obr. 3. Vrstvy a zóny Slunce (web: NAOR)

K dalším důležitým charakteristikám Slunce patří:• průměr: cca 1,392·106 km ;• povrch: cca 6,0877·1012 km ;• hmotnost: 1,9891·1030 kg ;• průměrná vzdálenost od Země: 1,496·108 km ;• svítivost: 3,75·1028 lm ;• a solární světelná konstanta: 133 800 lx .

2.2.3 Atmosféra/obloha

V oblasti stavební světelné techniky je zemská atmosféra často mylnězaměňována s oblohou, která je sama o sobě součástí atmosféry. Přesněji lzeuvést, že obloha se vytváří v atmosféře důsledkem rozptylu viditelného záření.To znamená, že atmosféru nebo alespoň její část lze chápat jako sekundárnízdroj světla.

Atmosféra vytváří vzdušný obal Země, který podmiňuje život na zemském

14

povrchu. Zemská atmosféra se skládá především z plynů, ale také z látek vkapalném a pevném skupenství (např. voda a ledové krystalky). Nejvícezastoupenými plyny atmosféry jsou dusík a kyslík, dalšími významnými plynyjsou vodík, oxid uhličitý apod. Se zvětšující se vzdáleností mezi částicemi azemským jádrem se snižuje možnost distribuce částic, což je dáno sílougravitačního pole.

Z tohoto důvodu je možné a nezbytné kategorizovat vrstvy atmosféry, znichž dvě nejvýznamnější jsou:• Homosféra• Heterosféra

Jak bylo zmíněno, obloha je výsledkem rozptylu světla v atmosféře, přesnějiv troposféře, části homosféry, způsobeném částicemi vzduchu, vody a prachu adalšími prvky, přičemž molekuly těchto elementů částečně absorbují, částečněodrážejí a částečně propouštějí viditelné záření. Tento jev vede ke vzniku jakmodré jasné, tak i šedé zatažené oblohy (obrázek 4).

Obr. 4. Nerovnoměrně zatažená obloha (Vajkay, 2013)

Vzhledem k tomu, že obloha je vlivem měnící se skladby troposféry běhemdne proměnlivá, došlo na konci 20. století k rozsáhlému výzkumu, při němžbyly stanoveny parametry a konstanty 15 skupin obloh. Jedná se ostandardizované oblohy, které parametricky popsali jejich tvůrci Kittler aDarula (Darula, 2002), (Darula, 2009) a které byly převzaty i organizací CIE.V tabulce 2 jsou uvedeny parametry patřící k jednotlivým typům obloh, včetnějejich třídění na základě indikatrixu a gradace jasu (CIE DS 11.2/E, 2002).

15

Tab.2. Základní parametry a dělení obloh dle CIE

TypTř.

grad.Tř.ind.

Parametrygradace

Parametryindikatrixu Popis distribuce jasu

a b c d e

1 I 1 4,0 -0,70 0,0 -1,0 0,00 Rovnoměrně zatažená obloha dle CIE

2 I 2 4,0 -0,70 2,0 -1,5 0,15Zatažená obloha se zvýšeným jasem v

místě Slunce

3 II 1 1,1 -0,80 0,0 -1,0 0,00Zatažená obloha se sníženou gradací jasu

k zenitu

4 II 2 1,1 -0,80 2,0 -1,5 0,15Zatažená obloha se zvýšeným jasem v

místě Slunce a se sníženou gradací jasu kzenitu

5 III 1 0,0 -1,00 0,0 -1,0 0,00 Obloha s jednotným jasem

6 III 2 0,0 -1,00 2,0 -1,5 0,15Částečně zatažená obloha se zvýšenýmjasem v místě Slunce a bez gradace jasu

k zenitu

7 III 3 0,0 -1,00 5,0 -2,5 0,30Částečně zatažená obloha se zřetelným

jasem v místě částečně zastíněnéhoSlunce a bez gradace jasu k zenitu

8 III 4 0,0 -1,00 10,0 -3,0 0,45Částečně zatažená obloha se zvýšeným

jasem v okolí Slunce a bez gradace jasu kzenitu

9 IV 2 -1,0 -0,55 2,0 -1,5 0,15Částečně zatažená obloha se zastíněným

Sluncem

10 IV 3 -1,0 -0,55 5,0 -2,5 0,30Částečně zatažená obloha se zřetelným

jasem v okolí Slunce

11 IV 4 -1,0 -0,55 10,0 -3,0 0,45Bělomodrá obloha se zvýšeným jasem v

okolí Slunce

12 V 4 -1,0 -0,32 10,0 -3,0 0,45CIE Standardní jasná obloha s nízkým

zákalem

13 V 5 -1,0 -0,32 16,0 -3,0 0,30CIE Standardní jasná obloha s vyšším

zákalem14 VI 5 -1,0 -0,15 16,0 -3,0 0,30 Bezoblačná obloha se značným zákalem

15 VI 6 -1,0 -0,15 24,0 -2,8 0,15Bezoblačná bělomodrá obloha s vyšším

zákalem

Z uvedených patnácti typů obloh jsou z hlediska praxe stavební světelnétechniky podstatné zejména dva typy obloh, a to:• rovnoměrně zatažená obloha dle CIE;• standardní jasná obloha dle CIE.

V případě těchto dvou typů obloh totiž dochází ke dvěma limitním stavům,které jsou ověřovány ve stavební praxi, a to z hlediska:• denního osvětlení v budovách;• a proslunění a stínění.

16

Distribuce jasů rovnoměrně zatažené a jasné oblohy jsou znázorněny nanásledujícím obrázku.

CIE Rovnoměrně zatažená obloha CIE standardní jasná obloha

Obr. 5. Distribuce jasů dvou z 15 standardizovaných obloh (web: Autodesk)

Další definice obloh jsou využívány především pro výzkumné účely,například pro vývoj oboru denního osvětlení budov. Parametry indikatrixu agradace jasů lze za pomocí vztahů využívat k analýze distribuce jasů libovolnéoblohy pro libovolný den a čas v průběhu roku. Taková distribuce jeznázorněna na obrázku 6.

Obr. 6. Relativní distribuce jasu bělomodré oblohy se zvýšeným jasem v okolí Sluncepři výšce Slunce nad horizontem 38,02° (Darula, 2002)

Rovnoměrně zatažená obloha dle CIERovnoměrně zataženou oblohu dle CIE lze popsat jako oblohu s gradací jasu

od horizontu k zenitu 1:3 a to v případě tmavého terénu (vztah 10). Při světlémterénu je gradace jasu od horizontu k zenitu 1:2.

Lγ

LZ

=1+2⋅sin γ

3(10)

kde je:Lγ jas elementární plochy oblohy s výškovým úhlem γ , [ cd⋅m−2 ] ;

LZ jas oblohy v zenitu, [ cd⋅m−2 ] .

17

Globální horizontální osvětlenost E e pod rovnoměrně zataženou oblohou

při tmavém terénu lze pak určit z jasu oblohy v zenitu (Rybár, 2002):

E e=7

9⋅LZ⋅π (11)

2.3 VELIČINY, JEDNOTKY A POJMY POUŽÍVANÉ VE STAVEBNÍSVĚTELNÉ TECHNICE

Kapitola se zabývá základními veličinami z oblasti fotometrie a stavebnísvětelné techniky. Cílem je představit čtenářům svítivost, jas, činitel denníosvětlenosti atd. (Horňák, 1989), (Rybár, 2002), (ČSN EN 12665, 2003).

2.3.1 Zářivý tok

Zářivý tok je veličinou, která je používaná především v radiometrii, aletouto veličinou je možné také vyjádřit světelný tok. Zářivý tok je roven energiiemitované zdrojem v rámci optického záření elektromagnetického pole (tj.ultrafialového záření, viditelného světla a infračerveného záření) za jednotkoučasu, což je vyjádřeno následujícím vztahem:

Φe=dQe

dt(12)

kde je:dQe maximální energie vyzářená zdrojem, [ J ] ;

dt doba trvání emise, [ s ] .

SI jednotkou zářivého toku je watt, [W ] .

2.3.2 Relativní světelná účinnost

Proces vidění je fotochemickou reakcí, ke které dochází v očích po jejichvystavení světlu (tj. viditelné části elektromagnetického záření), které procházírohovkou, čočkou až na zadní část oka, kde jsou umístěny fotoreceptory.Fotoreceptory převedou a přenesou obrazový vjem ze sítnice do mozkupomocí nervových vzruchů.

Fotoreceptory v očích člověka se dělí na:• tyčinky;• a čípky.

V některých publikacích jsou mezi fotoreceptory zařazeny také takzvanégangliové buňky, které ovšem spíše než funkci fotoreceptoru mají na starostkoordinaci funkce tyčinek a čípků.

18

Tyčinky jsou zodpovědné za monochromatické vidění, zatímco barevnévidění je zajištěno čípky. Citlivost tyčinek a čípků ovšem závisí na vlnovédélce viditelného světla a mění se v celém svém rozsahu pro jednotlivé vlnovédélky. Citlivost oka je nulová na koncích intervalu a vrcholu dosahuje kolem555 nm při denním a blízko 507 nm při nočním vidění. Tyto údaje jsouzákladem spektrální analýzy citlivosti zraku, přesněji základem funkcespektrální citlivosti zraku.

Průběhy spektrálních citlivostí jsou často používány v oboru elektrotechnikypři návrhu a výrobě měřících aparatur.

Funkce spektrálních citlivostí pro denní V (λ ) a noční V ' (λ ) vidění jsouznázorněny na obrázku 7.

Obr. 7. Křivky poměrné světelné účinnosti monochromatického záření lidského okapro denní a noční dobu (Horňák, 1989)

2.3.3 Světelný tok

Světelný tok je součástí zářivého toku. Množství světelného toku může býtvyjádřeno formou zářivého toku určeného v rámci intervalu viditelného světlaa to buď pro denní vidění V (λ ) , nebo pro noční vidění V ' (λ ) .

Světelný tok je tedy roven:

Φv=Km⋅∫380

780

Φe ,λ⋅V (λ )⋅d λ (13)

19

kde je:K m maximální světelná účinnost záření, [ lm⋅W−1 ] ;

Φe ,λ zářivý tok pro vlnovou délku λ , [W ] ;

V (λ ) hodnota poměrné světelné účinnosti monochromatickéhofotopického vidění, [ -] .

SI jednotkou světelného toku je lumen, [ lm] .

Zjednodušením vztahu 13 může být světelný tok pro denní vidění přepsándo podoby váženého součtu výkonu při vlnových délkách viditelného světlapro lineární světelné spektrum (vztah 14).

Φv=683⋅∑380

780

Φe ,λ (λi )⋅V (λi ) (14)

Součásti světelného tokuSvětelný tok procházející rozhraním dvou prostředí je oslabován odrazem,

absorpcí nebo prostupem (vztah 15) (Darula, 2009). Tyto složky světelnéhotoku jsou znázorněny na obrázku 8.

Φv=Φv ,ρ+Φv ,α+Φv ,τ (15)

kde je:Φv ,ρ odražená složka světelného toku, [lm];

Φv ,α pohlcená (absorbovaná) složka světelného toku, [lm];

Φv , τ propuštěná složka světelného toku, [lm].

Výše zmíněné složky světelného toku lze popsat pomocí následujícíchvzorců (vztahy 16, 17, 18):

odrazivost ρv=Φv ,ρ

Φv

=

∫380

780

Φe , λ⋅ρ (λ )⋅V (λ )⋅d λ

∫380

780

Φe ,λ⋅V (λ )⋅d λ

∈⟨0∣1 ⟩ (16)

absorpce αv=Φv ,α

Φv

=

∫380

780

Φe ,λ⋅α (λ )⋅V (λ )⋅d λ

∫380

780

Φe ,λ⋅V (λ )⋅d λ

∈⟨0∣1 ⟩ (17)

20

propustnost τv=Φv ,τ

Φv

=

∫380

780

Φe ,λ⋅τ (λ )⋅V (λ )⋅d λ

∫380

780

Φe ,λ⋅V (λ )⋅d λ

∈⟨0∣1 ⟩ (18)

Zároveň platí následující tvrzení:

ρv+αv+τv=1 (19)

Obr. 8. Složky světelného toku (Horňák, 1989)

2.3.4 Svítivost

Svítivost popisuje množství světla, které je vyzařováno bodovým zdrojemsvětla do prostoru pod úhlem jednoho steradiánu. Svítivost je možné vyjádřitnásledujícím vztahem:

I v=d Φv

dΩ(20)

kde je:dΦv vyzařovaný světelný tok, [ lm] ;

dΩ prostorový úhel, pod kterým je světlo vyzařováno, [ sr ] .

SI jednotkou svítivosti je kandela, [ cd ] .

21

2.3.5 Jas

Jas charakterizuje svítivost, která je vyzařována elementární plochou doprostoru pod daným úhlem a v určitém směru. Jedná se o veličinu, kterákvantitativně vyjadřuje vjem lidského oka na tmavé a světlé barvy.

Jednotkou jasu je kandela na metr čtvereční a lze jej stanovit ze světelnéhotoku pomocí vztahu 21.

Lv=d 2Φv

dΩ⋅dA⋅cosΘ(21)

kde je:d 2Φv světelný tok přenášený v daném směru a pod určitým prostorovým

úhlem od elementárního objemu prostřednictvím určitého bodu vprostoru, [ lm⋅W−1 ] ;

dA plocha příčného řezu vyzařující plochy kolmo ke směru šíření, [ m2 ] ;Θ úhel uzavřený mezi normálou plochy a směrem šíření, [ rad ] .

Úpravou vztahu 21 lze jas určit následujícími způsoby:• ze svítivosti přenášené do prostoru pomocí světelného zdroje

(obrázek 9a);• z osvětlenosti zjištěné na povrchu zářícího zdroje (obrázek 9b);• ze světelného toku, pokud se jedná o stanovení hodnoty jasu

elementárního objemu světelných paprsků procházejících přes nedifúznítransparentní prostředí.

Obr. 9. Možnosti určení jasu (Horňák, 1989)

Protože povrchy nejsou ideální a mohou přenášet nebo odrážet světloodlišně, byla vytvořena pro průhledné a neprůhledné povrchy klasifikace(obrázek 10).

Vzhledem k tomuto rozdělení stavební světelná technika považuje většinuploch za dokonale rozptylné, tzv. Lambertovské (tyto povrchy mohou být

22

reflexní nebo světelné propustné). Hodnoty jasu na lambertovských plocháchlze určit pomocí vztahu 22, který je zjednodušením rovnice 21.

Lv=ρd⋅E v

π (22)

kde je:ρd hodnota světelné odrazivosti Lambertovského povrchu, [ - ] ;

E v hodnota osvětlenosti dopadající na povrch v kolmém směru, [ lx ] .

Obr. 10. Dělení odrazů a prostupů (Darula, 2008)

2.3.6 Osvětlenost

Osvětlenost může být definována jako poměr mezi světelným tokemdopadajícím na povrch a plochou tohoto povrchu (vztah 23).

E v=d Φv

dA=∫

Ω

Lv⋅cosΘ⋅d Ω (23)

kde je:dΦv světelný tok dopadající na povrch, [ lm] ;

dA plocha osvětleného povrchu, [ m2 ] .

Jednotkou osvětlenosti je lux, [ lx ] .Osvětlenost je jednou z fotometrických veličin, kterou lze změřit pomocí

měřícího zařízení, což je široce využíváno v mnoha oblastech, např. vestavebnictví nebo při návrhu svítidel (měření je znázorněno na obrázku 11).

23

Obr. 11. Měření luxmetrem a jasoměrem (Vajkay, 2013)

2.3.7 Pracovní rovina

Pracovní rovina je imaginární horizontální (či vertikální) plocha, která senachází ve výšce, kde se v interiéru předpokládají zrakové činnosti. Obvyklese jedná o vodorovnou srovnávací rovinu ve výšce 850 mm nad podlahou,která je tvořena pravidelnou sítí bodů, ve kterých jsou určeny hodnotyosvětlenosti popřípadě činitelů denní osvětlenosti.

Lze uvažovat i jiné polohy roviny, které jsou určeny ke zkoumání ahodnocení různých aspektů denního osvětlení v interiéru anebo exteriéru.

2.3.8 Činitel denní osvětlenosti

Činitel denní osvětlenosti (zkráceně č.d.o.) je podílem dvou hodnotosvětlenosti zjištěných ve stejnou chvíli. První z těchto dvou hodnot jeosvětlenost v interiéru budovy stanovená na pracovní rovině a druhá hodnotapředstavuje globální osvětlenost venkovní horizontální nezastíněné roviny přirovnoměrně zatažené obloze.

Hodnota činitele denní osvětlenosti je vyjadřována v procentech, [ % ] .

D=E i

E e

(24)

kde je:E i hodnota osvětlenosti dopadající na srovnávací rovinu v interiéru

budovy, [ lx ] ;E e hodnota globální horizontální osvětlenosti pod nezastíněnou

rovnoměrně zataženou oblohou dle CIE, [ lx ] .

24

Činitel denní osvětlenosti se skládá ze tří složek, které jsou znázorněny naobrázku 12:• oblohová složka činitele denní osvětlenosti;• vnější odražená složka činitele denní osvětlenosti;• a vnitřní odražená složka činitele denní osvětlenosti.

Obr. 12. Složky činitele denní osvětlenosti (Vajkay, 2013)

2.3.9 Rovnoměrnost osvětlení

Rovnoměrnost denního osvětlení vyjadřuje rozložení světla podél hloubkyhodnocené místnosti. Její hodnota je stanovena odlišně pro přirozené a umělézdroje světla.

Zatímco v případě denního světla se rovnoměrnost určuje z minimální amaximální hodnoty činitele denní osvětlenosti získaných v rozsahu pracovníroviny (vztah 25) (ČSN 73 0580-1, 2007), v případě umělého osvětlení serovnoměrnost počítá z minimální a průměrné hodnoty osvětlenosti dosaženýchv rámci srovnávací roviny (vztah 26) (ČSN EN 12664-1), (web: OMS, 2012).

r=Dmin

Dmax

(25)

kde je:Dmin minimální hodnota činitele denní osvětlenosti, [ % ] ;

Dmax maximální hodnota činitele denní osvětlenosti, [ % ] .

25

ra=Emin

Em

(26)

kde je:Emin minimální hodnota osvětlenosti, [ lx ] ;

Em průměrná hodnota osvětlenosti, [ lx ] .

2.3.10 Doba proslunění/oslunění

Doba proslunění vyjadřuje dobu, po kterou je místnost osvětlena přímýmslunečním světlem. Doba proslunění je vyjádřena v minutách, [ min ] .

Doba oslunění vyjadřuje dobu, po kterou jsou osvětleny přímým slunečnímsvětlem vnější plochy určené k rekreaci obyvatel stavebního objektu. Dobaoslunění je vyjádřena v minutách, [ min ] .

26

3 STAVEBNÍ SVĚTELNÁ TECHNIKA

3.1 DENNÍ SVĚTLO VE STAVEBNICTVÍ

Od počátku dějin lidé hledali úkryty, které by jim poskytly ochranu předútoky zvířat, nepřízní počasí a později také před agresivními kmeny. Takovýmiprvními úkryty se staly jeskyně. O několik tisíciletí později, když došlo kezměně klimatických podmínek a ochladilo se, začali tehdejší lidé vyrábět dootvorů svých obydlí bariéry podobné dveřím, které ovšem ještě neměly danékonstrukční řešení a jejichž hlavním významem bylo zabránění únikům tepla aochrana obydlí před nepřízní počasí. Tyto prvotní dveřní výplně ovšemznemožňovaly větrání, což vedlo k úpravám spočívajícím ve vytvořenímenších otvorů a štěrbin v ploše výplní.

Postupně počet lidí žijících v kmenech rostl a lidé začali hledat jinémožnosti bydlení. Takto začaly vznikat první budovy (zejména opevnění apřístřešky) ze dřeva a hlíny, které se lišily v závislosti na možnostech danélokality, od kterých se odvíjela architektura regionu po tisíce let(Phillips, 2004).

V největších starověkých civilizacích jako je Egypt, Řecko, Řím nebo vindiánských říších Severní a Jižní Ameriky byly nejdůležitější stavbyvěnovány bohům nebo jiným nadpřirozeným jevům, ve které tamní lidé věřilinebo které uctívali. Takovými stavbami byly obvykle chrámy nebo pyramidy(s výjimkou Egypta, kde byly pyramidy stavěny jako hrobky) různých tvarů.Jednalo se zkrátka o posvátné stavby, které vynikaly již z větší vzdálenosti a znichž většina měla zajištěno v co největší míře využití přirozeného světla, kteréosvětlovalo obrazy a řezbářské práce v jejich interiérech. Ve starověkémEgyptě bylo proto ostění otvorů některých staveb pokoveno vysoce světelněodrazivým kovem se zlatem. Další významnou stavbou té doby je římskýPantheon, jehož vnitřní prostor je osvětlen denním světlem pouze otvorem vhorní části krycí kopule. Obytné stavby však byly malé, a protože se téměřvšechny činnosti vázaly na venkovní prostředí, měla obydlí jen velmi málootvorů nebo dokonce otvory zcela chyběly. Výjimkou byly dveře, kterésloužily ke vstupu do objektu a k výměně vzduchu. Tvar a další vlastnostitěchto domů ve velké míře závisely na jejich umístění. V suchých oblastech sestavěly budovy s plochými střechami a mohutnými konstrukcemi, kteréodolávaly nadměrnému působení slunečního záření. Naprostý opak je všakpatrný v chladnějších oblastech, kde byly masivní stěny a střechy vyměňoványsloupovým systémem s jižní orientací hlavního průčelí pro zvýšení tepelnýchzisků. Z důvodu snahy o snížení tepelných ztrát byly otvory opatřeny dveřnímikřídly, latěmi nebo kůží a to až do objevu plochého skla a techniky jehovýroby (Moore, 1985).

Po pádu řecké, římské a perské říše stavebnictví stagnovalo, neboť bylozatlačeno do pozadí z důvodu nekonečných válek mezi kmeny a národy.Teprve za vlády respektovaných a přísných králů mohlo lidstvo znovu

27

objevovat architekturu. Významnými stavbami éry středověku jsou napříkladrotundy z románského období nebo kostely a katedrály z období gotiky(Koch, 2008). Za zmínku stojí i to, že sakrální stavby před a v průběhurománského období měly pouze malé otvory, což platilo i pro stavby určené kbydlení s tím rozdílem, že poloha jejich otvorů byla jiná, neboť znáboženských důvodů byla u kostelů a rotund okna orientovaná na východ. Vobdobí gotiky započalo experimentování s konstrukcemi, což vedlo ke vznikukleneb a oblouků, které umožnily zeštíhlení stěn a zvětšení otvorů domajestátních rozměrů. Okna byla zdobena barevným sklem znázorňujícímkapitoly z Bible. Ve stejnou dobu ale na opačném konci světa byly stavbyzaloženy na křehkých a štíhlých prvcích ze dřeva a zejména na bambusovýchkmenech. Použití procesu prefabrikace umožňovalo opravit či znovu postavit vkrátkém čase čtvrtě i města zdecimovaná zemětřesením nebo ohněm. Provýplně otvorů byl používán olejem nasáklý rýžový papír nebo hedvábí.

Od gotiky až do začátku průmyslové revoluce v 18. a 19. století mělo dennísvětlo v architektuře významné postavení. Nicméně zavedením elektřiny avýroby oceli se architektura navždy změnila. Až na určité výjimky (jakými byliLudwig Mies van der Rohe nebo Frank Lloyd Wright) začali architekti stavětna zakázku obrovské stavební objekty s téměř neomezeným interiérem.

Trvalo celá desetiletí, než byl tento směr v 70. letech 20. století mezinárodněpřerušen ropným embargem, které způsobilo rychlý nárůst výdajů spojených sužíváním budov (Moore, 1985). V důsledku této situace architekti a projektantizačali znovu využívat denní osvětlení. Samozřejmě existovaly i výjimky a vněkterých částech světa včetně Střední Evropy se vývoj ubíral jiným směrem.Vlastníci budov nechtěli ztratit kontakt s exteriérem a dbali na to, aby seuživatelé cítili dobře.

Je důležité vědět, že stavební světelná technika zahrnuje různé vědní oblasti,a to denní osvětlení budov, proslunění a stínění. Obě tyto oblasti jsou ovšemzávislé na systémech denního osvětlení, přičemž se může jednat o systémypřímé a nepřímé anebo systémy pasivní a aktivní.

3.2 SYSTÉMY DENNÍHO OSVĚTLENÍ VE STAVEBNICTVÍ

Od dob používání prvních základních osvětlovacích otvorů prošly systémydenního osvětlení užívané ve stavebnictví dlouhým vývojem. V současné doběexistuje několik variant primárních i sekundárních (Kroelinger, 2005) soustavdenního osvětlení, které mohou být aktivní nebo pasivní. Cílem všechosvětlovacích soustav denního osvětlení je zvýšení množství dopadajícíhoviditelného záření do vnitřních prostorů stavebních objektů.

28

3.2.1 Primární systémy denního osvětlení

Stavební otvoryStavební otvory představují jeden z nejprimitivnějších pasivních systémů

denního osvětlení a v architektuře jsou používány již od jejího počátku. Jednáse o otvory v konstrukcích, které nevyžadují žádnou dodatečnou montáž. Lzetedy říci, že skrze tyto stavební otvory může denní světlo volně vstupovat zexteriéru do interiéru budovy a naopak. Tyto osvětlovací prvky mohou býtpolohovány všude v rámci stavby: uvnitř i venku. Mohou být ve svislých,vodorovných i šikmých konstrukcích. Hlavním rysem těchto otvorů vporovnání s jinými systémy je to, že u nich dochází k prostupu světla se 100 %propustností ve všech případech a pro všechny směry světelného toku, protoženeobsahují světelně propustné materiály, a tudíž zde nedochází k absorpci,odrazu nebo lomu příchozího elektromagnetického záření. Nicméně toto jetaké hlavní nevýhodou stavebních otvorů. Tím, že v nich nejsou žádné výplně,teplo a energie může vstoupit do objektu a stejně tak z interiéru může unikat.Zejména dnes, kdy je kladen důraz na energetickou náročnost staveb, mohoubýt stavební otvory používané pouze jako sekundární zdroje světla.

OknaDalším typem pasivních systémů denního osvětlení jsou okna, která jsou v

podstatě vylepšenými otvory. Okna jsou vybavena zasklením v dřevěném,plastovém nebo v kovovém rámu. Množství světla dopadající do interiérubudov je o něco nižší než v případě otvorů, protože sklo a okenní rám ovlivňujímnožství elektromagnetického záření. Jen část světla může projít skleněnýmitabulemi, zbytek je odražen nebo pohlcen zasklením a okolním rámem. Různétypy skel používané ve stavebnictví mají odlišné vlastnosti, což je dánosurovinou a procesem výroby plochého skla. Čiré sklo o tloušťce 4 mmpropouští až 92 % dopadajícího světla v kolmém směru. Oproti tomu izolačnítrojskla obsahující krypton a mající pokovenou vnější nebo vnitřní stranumohou mít světelnou prostupnost kolem 10 % .

Ve stavebnictví existují:• Standardní okna - nachází se většinou ve svislé obálce budovy, tudíž

umožňují přímý kontakt s exteriérem;• Střešní okna – jsou určeny pro montáž do šikmých střech a jejich cílem

je osvětlení půdních prostor;• A prosklené fasády – okna zakrývající celou nebo značnou část vnější

stěny objektu. Prosklené fasády mají své vlastní nosné prvky, pomocíkterých konstrukce odolává tlaku větru a dalším vnějším vlivům stejnějako své vlastní hmotnosti.

29

SvětlíkySvětlíky jsou soustavou denního osvětlení a používají se k osvětlení

vnitřních prostor ze shora skrz střešní konstrukci budovy. Montují se do střechprůmyslových objektů, aby byly splněny hygienické požadavky ve vnitřníchpracovních prostorech nebo světelně technické požadavky v případě chodeb adalších komunikací. Světlíky jsou většinou vybaveny difúzním zasklením prorozptýlení denního světla do prostoru včetně přímého slunečního záření tak,aby nedošlo k oslnění.

U některých světlíků mohou v zimním období nastat problémy s vodnípárou a vzdušnou vlhkostí, která kondenzuje na jejich povrchu a odkapává nauživatele budovy. Případně může voda začít pronikat do skladby sousedníchkonstrukcí, kde může způsobit vážnější problémy.

Obr. 13. Příklad využití světlíků u stavebních objektů (web: klahos)

3.2.2 Sekundární zdroje denního světla

SvětlovodySvětlovody jsou pasivními a nepřímými systémy denního světla. Uvnitř

světlovodů dochází k přenosu světla z exteriéru do interiéru budovy za pomocimnohonásobných odrazů a lomů.

Aby nedošlo ke ztrátám v účinnosti přenosu, vnitřní povrch světlovodícíhotubusu je opatřen vrstvou světelně odrazivého materiálu, který pohlcuje pouzezanedbatelný zlomek přicházejícího optického záření. Tyto povrchové úpravyjsou běžně vyrobeny z vrstvy galvanizovaného kovu (sloučeniny stříbranejvyšší kvality) nebo ze speciálních polymerů vyvinutých pro použití voblasti informačních technologií. Tím se zvýší světelná odrazivost vnitřníchpovrchů těchto šachet. Délky a průměry světlovodících tubusů se mohou lišit,ale jejich konstrukce je v podstatě stejná (Paroncini, 2007) .

30

Světlovody jsou na jedné straně ukončeny skleněnou nebo plastovou kopulía na druhé straně prvkem z rozptylného průsvitného materiálu.

Pro správný návrh světlovodících systémů bylo vyvinuto několik teoriízaložených buď na základě numerické analýzy, nebo grafických přístupech,včetně případových studií. V rámci analýzy došlo i ke zkoumání možnostivyužití počítačových aplikací využívajících algoritmus sledování paprsku prourčení hodnot osvětlenosti v prostorech osvětlovaných světlovody(Altan, 2008), (Darula, 2009), (Mohelníková, 2007), (Mohelníková, 2008).

Obr. 14. Pohled na kopule světlovodů (fotka: František Vajkay)

AtriaAtria jsou shora otevřené a ze všech bočních stran uzavřené prostory, které

bývají označovány také jako vnitrobloky. Atria nejsou přerušena podlažím ajsou přímo osvětlena denním světlem. Jejich hlavní funkcí je zajištěnídostatečného osvětlení ve vnitřních prostorech s nimi spojenými. Dáleposkytují vizuální vjem pro uživatele budovy, když nejsou k dispozici žádnéjiné alternativy.

Atria mají často i druhotnou funkci a mohou sloužit uživatelům budov i jakozahrady.

Optické kabelyVyužití optických vláken v oblasti denního osvětlení budov je Evropě

neobvyklým řešením, avšak ve Spojených státech amerických, v Japonsku av některých dalších mimoevropských zemích jsou navrhovány a vyvíjeny jižod 1978 (Andre, 2002), (web: LaForet, 2006), (web: Dornob). Tyto systémyvyužívají optická vlákna pro přenos světla z bodu A do bodu B.

Vzdálenost mezi body vstupu a výstupu světla může mít i několik desítekmetrů, protože optická vlákna pracují s nízkým koeficientem ztrát světla (cožje také jeden z důvodů, proč jsou tak oblíbená v technických oborech). Optická

31

vlákna jsou vyrobena z průhledného lehkého jádra a povlaku s nízkýmindexem lomu.

Kromě optických vláken vyráběných v továrnách, se ve Spojených státechamerických lze setkat i s podomácku vyráběnými. Dokonce se na jejich výrobupořádají specializované workshopy. Takto vyrobená optická vlákna sicenedosahují laboratorní kvality, ale jsou dostačující i pro délku do 20 m .

Avšak samotné vhodné rozmístění optických vláken nestačí. Systém musíbýt doplněn o sběrače denního osvětlení a o svítidla.

Další možností využití optických vláken je jejich přidání do betonu avytvoření průsvitného betonu (obrázek 15), který má kromě jiného vysokouvariabilitu a pevnost (web: Bittis, 2004).

Obr. 15. Průsvitný beton (web: Épitészfórum, 2003)

ChodbyChodby mohou, ale nemusí být zdrojem denního světla. Primárně se chodby

používají ke komunikaci v rámci budovy, ale mohou také mít přímé spojení sexteriérem na jedné straně a s pobytovými prostory na straně druhé. Místnostitak mohou být osvětleny denním světlem z prostoru chodby, čímž se chodbastává zdrojem světla. Předpokladem ovšem je, že ve stěně mezi chodbou aosvětlovanou místností musí být umístěn vhodný primární osvětlovací systém.Množství světla, kterým může být místnost z prostoru chodby osvětlena, můžebýt výrazně ovlivněno povrchy chodby.

Typicky se lze s využitím chodeb jako zdroji světla setkat v nákupníchcentrech, ve kterých jsou obchody osvětlovány denním světlem z prostoruchodby.

32

4 VYHODNOCENÍ SVĚTELNĚ TECHNICKÝCHPARAMETRŮ V BUDOVÁCH

Zajištění a následné hodnocení výsledných světelných podmínek vbudovách je jedním z požadavků platných zákonů, vyhlášek a norem. Právnípředpisy definují, co a za jakých podmínek má být hodnoceno, souvisejícínormy pak obsahují požadované metodiky a požadované hodnoty, které jetřeba splnit. Samotná stavební světelná technika a tedy i světelně technickévlastnosti prostorů uvnitř staveb závisí na několika aspektech, které je třebastanovit před samotným hodnocením. Těmito aspekty jsou:• předpokládané využití budovy a navrhovaného vnitřního prostoru;• vlastnosti a charakter dané lokality, území, kde se stavební objekt

nachází, nebo kde bude v budoucnu stát, včetně vlastností okolníchstaveb;

• typ soustavy denního osvětlení a světelně technické parametry povrchův místnosti;

• a další.

V České republice (s výjimkou Prahy) by měly budovy splňovat požadavkya kritéria popsaná v rámci vyhlášky č. 268/2009 Sb., o technickýchpožadavcích na stavby (včetně změn uvedených ve vyhlášce č. 20/2012 Sb.).Pro Prahu jsou tyto požadavky uvedeny ve vyhlášce č. 26/1999 Sb. hl. m.Prahy, o obecných technických požadavcích na výstavbu v hlavním městěPraze, v platném znění. Uvedené právní předpisy popisují různé požadavky nanavrhování staveb, které vedou k zajištění ochrany zdraví a bezpečnostiobyvatel a uživatelů stavebních objektů. Mezi tyto požadavky patří napříkladpožadavky z hlediska stavební akustiky, tepelné ochrany budov, požárníbezpečnosti a dále také požadavky na denní osvětlení a proslunění.

V paragrafech 11, 12 a 13 vyhláška č. 268/2009 Sb. uvádí základní kritériatýkající se denního osvětlení a proslunění prostorů v nově navrženýchobjektech, ale i v objektech stíněných objekty nově navrženými. Těminejdůležitějšími požadavky jsou:• U nově navrhovaných stavebních objektů je nezbytné provést návrh

denního, sdruženého popřípadě umělého osvětlení a proslunění vsouladu s normovými hodnotami, včetně vlivu okolních budov a naopakvlivu navrhované stavby na stávající zástavbu;

• Obytné místnosti musí mít zajištěné denní osvětlení;• V pobytových místnostech musí být navrženo denní, sdružené případně

umělé osvětlení v závislosti na jejich funkčním využití v souladu snormovými hodnotami. Dále by pobytové místnosti měly také býtprosluněny, pokud je to vyžadováno;

• Prosluněny musí být všechny byty (posuzování vychází z normovýchhodnot):

33

◦ Byt je prosluněn, když součet podlahových ploch jeho prosluněnýchobytných místností je roven nejméně jedné třetině součtupodlahových ploch všech jeho obytných místností;

◦ Byt v samostatně stojícím rodinném domě, dvojdomě a koncovémřadovém domě je prosluněn, je-li součet podlahových ploch jehoprosluněných obytných místností roven nejméně jedné poloviněsoučtu podlahových ploch všech jeho obytných místností.

Pobytové místnosti se posuzují a navrhují přímo na základě vyhlášky č.268/2009 Sb. V pracovních prostorech nově navržených budov je nezbytnébrát zřetel i na požadavky obsažené v nařízení vlády č. 361/2007 Sb., kterýmse stanoví podmínky ochrany zdraví při práci. Uvedené nařízení vlády určuje,za jakých podmínek lze v pracovních prostorech používat mimo denníhoosvětlení také osvětlení umělé a popřípadě sdružené. Podle nařízení vlády č.361/2007 Sb. existují tři fáze světelně technického návrhu:• Návrhy osvětlení pracovních prostorů mohou být založeny pouze na

denním osvětlení, přičemž v daných pracovních prostorech musí býtsplněny náležitosti dle platných českých technických norem. Jde-li oprostory s třídou zrakové činnosti nižší než IV, musí být splněnyhodnoty uvedené v § 45 odstavci 3a nařízení vlády č. 361/2007 Sb.;

• Pokud není možné splnit požadavky na denní osvětlení, mohou býtpracovní prostory osvětleny pomocí sdruženého osvětlení, ale pouze zapodmínky, že v těchto prostorech budou splněny požadavky na hodnotudenní i umělé složky sdruženého osvětlení buď normové, nebo uvedenév nařízení vlády č. 361/2007 Sb.;

• V prostorech, kde není možné splnit požadavky na denní osvětlení, lzenavrhnout a používat umělé osvětlení bez denní složky. Například semůže jednat o místnost umístěnou v podzemním patře nebo ve střednímtraktu budovy.

Návrh a hodnocení denního osvětlení a proslunění se liší dle fáze životníhocyklu stavby, kdy je výpočet prováděn. Z tohoto pohledu je možné uvéstnásledující rozdělení hodnocení:• V před návrhové fázi;• V návrhové až před realizační fázi;• anebo po realizaci stavby.

Vyhodnocení v rámci před návrhové fáze kontroluje dostupnost denníhosvětla a splnění požadavků na insolaci. Z hodnocení by mělo vyplývat, zdaumístění budovy do lokality bude vyhovující. Tato fáze zahrnuje vyhodnoceníjak nově navržených prostorů, tak i prostorů stávajících. Jedná se však stálepouze o předběžný návrh.

34

V návrhové fázi se ověřují podmínky denního osvětlení a proslunění vevnitřních prostorech navržených budov už na základě podrobnější projektovédokumentace. Lze již odvodit typy a rozměry osvětlovacích soustav ve stejnémíře, jako lze aplikovat i přesně stanovenou hodnotu pro světelnou propustnostzasklení. Výpočet a proces hodnocení se provádí podle požadavků norem.

Ve fázi po realizaci budovy se ověřují hodnoty činitele denní osvětlenostipřípadně i délky proslunění měřením. Jedná se o postup, který se provádí jenvýjimečně před kolaudací stavby.

4.1 NÁVRH DENNÍHO OSVĚTLENÍ V BUDOVÁCH

4.1.1 Požadavky norem z hlediska denního osvětlení

Hodnocení a návrh vnitřního prostředí z hlediska denního osvětlení musí býtprovedeny v souladu s platnými ČSN 73 0580. ČSN 73 0580 má dohromadyčtyři části (ČSN 73 0580-1:2007), (ČSN 73 0580-2:2007), (ČSN 73 0580-3:1994), (ČSN 73 0580-4:1994). Každá část se zabývá odlišnou oblastí atematikou denního osvětlení budov:• 1. část normy se zabývá denním osvětlením obecně;• 2. část normy se zabývá denním osvětlením obytných prostorů;• 3. část normy se zabývá přirozeným světlem ve školách;• 4. část řeší denní osvětlení pracovních prostorů a ploch uvnitř

průmyslových a zemědělských budov.

Z uvedeného členění vyplývají tři různé metody pro kvantitativní akvalitativní hodnocení denního osvětlení v budovách:• 1. metoda je určena pro vyhodnocení světelných podmínek uvnitř

místností, na které se nevztahují žádné speciální požadavky (jako např.na obytné prostory), čili se jedná o běžný postup výpočtu, který je třebaaplikovat ve většině případů. Výpočty pro zjištění hodnoty činitele denníosvětlenosti se provádějí v celém rozsahu srovnávací roviny(obrázek 16). Výsledné hodnoty činitele denní osvětlenosti jsou pakporovnány s hodnotami uvedenými v tabulkách v příslušné normě. Proprostory bez nadstandardních požadavků se používají hodnoty uvedenév tabulce 3, která je součástí normy ČSN 73 0580-1:2007. Tabulka bylapozměněna tak, aby obsahovala i požadavky normy ČSN 36 0020:2007pro vyhodnocení denní složky sdruženého osvětlení. Dalším důležitým požadavkem je rovnoměrnost osvětlení u bočníhoosvětlení, která musí být větší než normou požadovaná hodnota (normoupožadované hodnoty jsou taktéž zahrnuty v tabulce 3). V případěhorního a kombinovaného (kdy má převahu horní osvětlení) osvětlení jetřeba splnit minimální a průměrné hodnoty činitele denní osvětlenosti vrozsahu srovnávací roviny;

35

Obr. 16. Metodika vyhodnocení denního osvětlení dle ČSN 73 0580-1 (Vajkay, 2013)

Tab. 3. Požadované hodnoty činitele denní osvětlenosti dle ČSN 73 0580-1:2007 aČSN 36 0020:2007, včetně požadovaných hodnot rovnoměrnosti u bočního osvětleníTřídazr. č.

Char.zr. č.

Poměrnápozorovacívzdálenost

Příklady zrakových činností Dmin [%] Dm [%]

rmin [-]

IMimořádně

přesnáOd 3330

do –

Nejpřesnější zr. činnost s omezenoumožností použití zvětšení,

s požadavkem na vyloučení chybv rozlišení, nejobtížnější kontrola

3,5(sdr. 1,0)

10,0(sdr. 2,5)

0,2 (dop. 0,3)

IIVelmipřesná

Od 1670do 3330

Velmi přesné činnosti při výrobě akontrole, velmi přesné rýsování,ruční rytí s velmi malými detaily,

velmi jemné umělecké práce

2,5(sdr. 1,0)

7,0(sdr. 2,5)

0,2 (dop. 0,3)

III PřesnáOd 1000do 1670

Přesná výroba a kontrola, rýsování,technické kreslení, obtížné

laboratorní práce, náročné vyšetření,jemné šití, vyšívání

2,0(sdr. 0,7)

6,0(sdr. 2,0)

0,2 (dop. 0,3)

IVStředněpřesná

Od 500do 1000

Středně přesná výroba a kontrola,čtení, psaní (rukou i strojem), běžnélaboratorní práce, vyšetření, ošetření,

obsluha strojů, ...

1,5(sdr. 0,5)

5,0(sdr. 1,5)

0,2

V HrubšíOd 100do 500

Hrubší práce, manipulace s předmětya materiálem, konzumace jídla a

obsluha, oddechové činnosti,základní a rekreační tělovýchova,

čekání

1,0(sdr. 0,5)

3,0(sdr. 1,0)

0,15

VIVelmihrubá

Od 0do 100

Udržování čistoty, sprchování a mytí,převlékání, chůze po komunikacích

přístupných veřejnosti

0,5(sdr. 0,5)

2,0(sdr. 1,0)

0,15

VIICelkováorientace

-Chůze, doprava materiálu, skladování

hrubého materiálu, celkový dohled

0,2(sdr. 0,5)

1,0(sdr. 1,0)

0,15

36

• 2. metodu je třeba používat k vyhodnocení světelně technickýchpodmínek z hlediska denního osvětlení uvnitř obytných místností.Minimální a průměrné hodnoty činitele denní osvětlenosti jsou převzatyze dvou krajních bodů v polovině hloubky místnosti na srovnávacírovině, maximálně se však mohou nacházet ve vzdálenosti 3 m od stěnyobsahující soustavu denního osvětlení (obrázek 17). Následně jsou tytohodnoty porovnány s hodnotami požadovanými normou. Česká norma jeo něco mírnější než britská (BS 8206-2:2008). Všechny obytné místnostimusí splňovat normové požadavky, ať jsou osvětlovány bočním, hornímnebo kombinovaným denním osvětlením. Pro boční osvětlení platínásledující hodnoty:◦ Minimální hodnota činitele denní osvětlenosti ze dvou kontrolních

bodů musí být nejméně 0,7 % ;◦ A zároveň ve stejnou dobu nesmí být průměrná hodnota činitele

denní osvětlenosti z těchto dvou kontrolních bodů menší než 0,9 % .

Obr. 17. Metodika hodnocení denního osvětlení v obytných prostorechdle ČSN 73 0580-2:2007 (Vajkay, 2013)

• 3. metoda slouží k ověření vlivu nově navržených staveb na stavbysousední. Výpočty je třeba provést v bodě na fasádě v rovině zasklení(obrázek 18). V tabulce 4 jsou uvedeny požadované hodnoty dle přílohyB, ČSN 73 0580-1:2007.

Tab. 4. Požadované hodnoty činitele denní osvětlenosti v bodě na fasádě v rovinězasklení dle přílohy B, ČSN 73 0580-1:2007Kategorieprostoru

Typ prostoru a charakter lokality Dw,min

[%]ε

[°]1 Prostory s vysokými nároky na denní osvětlení 35 242 Prostory s běžnými nároky na denní osvětlení 32 303 Prostory v budovách v souvislé řadové zástavbě center měst 29 36

4Prostory v budovách v mimořádně stísněných podmínkách historických center měst

24 45

37

Obr. 18. Metodika hodnocení denního osvětlení dle přílohy B, ČSN 73 0580-1:2007(Vajkay, 2013)

4.1.2 Metody výpočtů

Po staletí byla zkoumána obloha a její vlastnosti či charakter světla asnahou bylo vytvořit postup, za pomoci kterého by bylo možné stanovitmnožství denního světla dopadajícího do místnosti skrz osvětlovací otvory (tj.přes okna, světlíky, dveře, atd.). Bylo vytvořeno několik teorií, avšak bylyuznány pouze ty, které pracují s rovnoměrně zataženou oblohou dle CIE.

Postupem času vznikly různé grafické a numerické postupy, které jsou vdnešní době nahrazovány počítačovými programy, které pracující na základějednoho z dostupných a vyvíjených algoritmů, jakými jsou radiosity nebo ray-tracing (sledování paprsku).

Grafické a numerické metodyPro určení hodnoty oblohové a vnější odražené složky činitele denní

osvětlenosti lze použít takzvané diagramy, protraktory anebo rovnice.Diagramy jsou obvykle publikovány v sadách po dvou, kdy jeden z diagramůje určen pro půdorysy a druhý pro řezy. Vnitřní odražená složka činitele denníosvětlenosti se standardně stanoví pomocí rovnic, i když se jedná ozanedbatelnou hodnotu.

Nejznámějšími metodami pro určení oblohové a vnější odražené složkyčinitele denní osvětlenosti jsou:• Daniljukova úhlová síť (grafická i numerická varianta);• Kittlerovy protraktory;• Protraktory BRS (Samotné protraktory BRS nejsou nijak známé ve

střední Evropě, pouze v anglicky mluvících zemích. Nicméně metodika

38

BRS pro určení vnitřní odražené složky činitele denní osvětlenosti ječasto aplikována v oblasti denního osvětlení budov);

• a Waldramův diagram (ve své původní, nebo modifikované formě).Vyhodnocení v bodě na fasádě v rovině zasklení na základě hodnotypožadované normou jsou založena na modifikovaném diagramu podleWaldrama. Postup aplikace diagramu dle Waldrama je popsán i v článkuz roku 2002 (Kaňka, 2002).Ke konci 20. století došlo i k implementaci daného postupu dopočítačových programů, jako je například WAL (program, který bylvyvinutý na ČVUT v Praze).

Obr. 19. Příklad použití modifikovaného Waldramova diagramu pro zjištěníoblohové a vnější odražené složky činitele denní osvětlenosti při vyhodnocení v bodě

na fasádě v rovině zasklení (Kaňka, 2002)

Daniljukova úhlová síť dělí celou oblohovou hemisféru do menšíchelementárních ploch se stejným jasem. Dané diagramy jsou určeny kezjištění počtu dílků oblohy, které jsou přímo vidět skrz osvětlovací otvory zbodu na srovnávací rovině anebo jsou stíněné bariérou před okny aosvětlovacími otvory. Z počtů dílků určených za pomocí diagramů propůdorys a řez lze vypočítat hodnotu oblohové a výsledné vnější odraženésložky činitele denní osvětlenosti, kterou je třeba následně korigovat ogradaci jasu oblohy, světelnou propustnost zasklení a další koeficienty.Jedná se o postup, který je diskutován v širokém výběru knih(Kittler, 1975), (Donaťáková, 2009).

Ze začátku 21. století došlo k inovaci Daniljukových diagramů. Inovacizveřejnil J. Kaňka v časopise Světlo (Kaňka, 2011). Jeho postup zahrnujeurčení daných úhlů v půdorysu i v řezu budovy, ze kterých jsou následně zapomoci vztahů určeny hodnoty oblohové a vnější odražené složky činiteledenní osvětlenosti. Vzhledem k tomu, že viditelné i neviditelné plochy oblohyjsou určeny s vyšší přesností, lze numerickou metodu Daniljukových diagramůzařadit mezi ty přesnější.

39

Počítačové algoritmyVe stavební světelné technice se v současnosti pro určení činitele denní

osvětlenosti čím dál tím častěji používají počítačové programy. Jsou tvořenyprůběžně různými firmami a jejich výhodou je, že ve většině případů dokážouurčit i hodnoty osvětlenosti při umělém osvětlení. Za zmínku stojí software:Relux, Dialux, Velux Daylight Visualizer, Světlo+, WDLS a v neposlední řaděi RADIANCE.

Výše zmíněné počítačové programy jsou založeny na různých algoritmech.Mohou využívat jednu z dostupných rovnic patřící do kategorie globálníosvětlenosti (global illumination), například radiosity nebo ray-tracing anebojeden ze starších numerických postupů (příklad: toková metoda, numerickáintegrace).

Jejich výhodou je i to, že s prostory lze manipulovat ve větším detailu, nežnapříklad při grafické a numerické analýze.

Obr. 20. Rozdíly v detailech mezi modely aplikovatelnými v rámci numerické agrafické analýzy (vlevo) a v počítačových aplikacích (vpravo) (Vajkay, 2013)

Radiosity má své základy v metodě konečných prvků a předpokládá, žekaždý prvek je dokonale difúzní, Lambertovský. Software pracující naalgoritmu Radiosity umí počítat nejenom světelně technické podmínky, ale iakustiku a teplotní záření, protože ukládá různorodá data do dočasných ipermanentních souborů.

Kamera i pozorovatel mohou kdykoli změnit polohu v rámci scény, protoževýsledky časově náročných výpočtů se průběžně ukládají.

Radiosity je jako algoritmus součástí počítačového programu LightWave aje aplikován i v renderovacím nástroji firmy Autodesk.

Ray-tracing (neboli sledování paprsku) je metoda, s jejíž pomocí je možnévytvářet fotorealistické vyobrazení scén skládajících se ze stavebních objektů,stromů a jiných prvků. Ray-tracing je také možné použít k určení hodnotyčinitele denní osvětlenosti uvnitř nebo vně dané budovy a to od přirozených

40

nebo umělých zdrojů světla.Ray-tracing má své základy již v 17. století (Kokhanovsky, 2008),

(Lautenbach, 2009), (Preussner, 2012), kdy byla formulována první rovnicepopisující předchůdce ray-tracingu a to "ray-casting", která v podstatě nenašlauplatnění až do druhé poloviny 20. století, kdy došlo k rozšíření počítačovýchtechnologií. Hlavním cílem ray-castingu bylo vržení stínů v rámci scény. Provyobrazení povrchů ray-casting spíš užíval textury než interpolaci barev. Ray-casting měl nízké požadavky na hardware, a proto se stal široceuplatňovaným při tvorbě počítačových her (web: Vandevenne, 2007) .

Protože byl ray-casting nedokonalý, vědci vyvinuli jeho nástupce v podobě"ray-tracingu". Ve srovnání s ray-castingem začal ray-tracing sledovat pohybpaprsků a také zaznamenávat vlastnosti materiálu a povrchů, se kterými sepaprsek dostal do kontaktu.

Nejznámější verze ray-tracingu jsou: backward ray-tracing (zpětnésledování paprsku, forward ray-tracing (přímé sledování paprsku), pak jehokombinovaná a stochastická varianta.

Mezi nejvíce používané počítačové programy založené na algoritmu ray-tracingu patří: RADIANCE (Ward, 2004), (web: Chadwell, 1997), Daysim,POV-Ray, Dialux, Relux a Velux Daylight Visualizer.

Obr. 21. Výstupy z RADIANCE (Vajkay, 2013)

41

4.2 VYHODNOCENÍ PROSLUNĚNÍ A OSLUNĚNÍ

4.2.1 Požadavky norem z hlediska proslunění a oslunění

Sluneční záření má velký vliv na lidský organismus, proto je důležité, abybylo zajištěno proslunění pobytových prostorů a obytných místností.

Prosluněny musí být nejenom obytné místnosti v bytech, i když se to řešínejvíce v rámci územního a stavebního řízení, ale i prostory s charakteremtrvalého bydlení (např. pokoje na kolejích pro mládež a v ubytovnách), dáleprostory budov, které jsou určeny k pobytu dětí (mateřské školy, základní astřední školy) a pro pobyt nemocných.

V případě staveb občanské vybavenosti nejsou ovšem přesně stanovenékvantitativní požadavky jako například u obytných budov. Prosluněníobytných prostorů a oslunění venkovních ploch určených k rekreaci řeší normaČSN 73 4301-Obytné budovy z roku 2004.

Norma ČSN 73 4301:2004 obsahuje požadavky, které je nutné dodržet, abybyly obytné místnosti uvažovány jako prosluněné. Tyto požadavky jsounásledující:

1. proslunění musí být určeno pro 1. březen za podmínek jasné oblohyCIE, přičemž místnost je považována za prosluněnou, pokud její dobaproslunění je minimálně 90 min . V případě, že by posuzovaná místnostdne 1.3. prosluněna nebyla, je možné provést posouzení i formoubilance proslunění 40 po sobě jdoucích dnů (od 10.2. do 21.3. včetně,kromě dne 29.2. v přestupném roce), kdy průměrná hodnota dobyproslunění musí mít nejméně 90 min ;

2. skladebné rozměry osvětlovacího otvoru nesmí být menší než 900 mm ,v případě střešních oken musí být šířka okna nejméně 700 mm ;

3. plocha osvětlovací soustavy místnosti musí být rovna alespoň 1/10obytné plochy místnosti (Obytná plocha místnosti je dána její maximálnízapočitatelnou hloubkou, která je určena jako 2.3 násobek světlé výškymístnosti (obrázek 22a));

4. výška slunce nad horizontem musí být alespoň 5 ° (pro zeměpisnoušířku 50 ° ), což odpovídá době posouzení od 7:10 do 16:50 dne 1.3.;

5. půdorysný úhel slunečních paprsků a osvětlovacího otvoru musí býtalespoň 25 ° kvůli vyšší účinnosti slunečního záření vnikajícího dointeriéru místnosti (obrázek 22b);

6. posuzovaný bod musí být umístěn v polovině šířky osvětlovacíhootvoru, 300 mm nad parapetem ale nejméně 1200 mm nad podlahoudané místnosti (obrázek 22c).

Z hlediska současné právní a normativní úpravy však nemusí být prosluněnyvšechny obytné místnosti bytu, jak je blíže uvedeno na str. 32 publikace.

42

Obr. 22. Požadavky normy ČSN 73 4301 z hlediska proslunění

Pro doplnění je nezbytné uvést, že pozemek sloužící k rekreaci obyvatelstaveb je osluněn, je-li polovina plochy pozemku osluněna po dobu nejméně180 min (pozn. v normě je uvedeno „měl by být osluněn“).

43

4.2.2 Metody výpočtů

Dobu proslunění místností a dobu oslunění pozemku lze určit:• Grafickými metodami:◦ Diagram zastínění - je nejvíce využívanou metodikou pro určení

doby proslunění, kterou lze aplikovat i při výpočtech doby osluněnípozemků určených k rekreaci (ukázka aplikace v rámci příkladu vpříloze). Je-li nezbytné provést vyhodnocení pomocí bilance pro 40následujících dnů, je diagram zastínění prakticky nepoužitelný,protože je třeba vytvořit 40 diagramů, což je dáno měnící sedeklinací slunečních paprsků (Kaňka, 2012);

◦ Pravoúhlý sluneční diagram - je spíše výstupem počítačovýchaplikací, jakou je například Světlo+. Pro tvorbu tohoto diagramu aurčení doby proslunění lze dokonce vytvořit i makro v tabulkovémeditoru (viz obrázek 23);

Obr. 21. Ukázka aplikace pravoúhlého slunečního diagramu (ČSN 73 0581:2009)

◦ Stereografický diagram – je z hlediska určení doby prosluněnínejrozšířenějším výstupem počítačových aplikací, které jsou určenypro 3D modelování a vyobrazení scén. Softwarem, který užívá prourčení doby proslunění stereografický diagram, je napříkladRADIANCE, Ecotect, SketchUp, ArchiCad. Ukázka stereografickéhodiagramu je na obrázku 24.

• Numerickými metodami, které jsou založeny na grafických metodách;• A měřením. Měření lze provést pomocí luxmetru nebo fotoaparátu.

44

Tato metoda ovšem není příliš využívána, protože provedení měření jepodmíněno výskytem jasné oblohy CIE dne 1.3.

Obr. 24. Ukázka použití stereografického slunečního diagramu (ČSN 73 0581:2009)

45

5 PŘÍKLAD

Pro účely sloučeného územního a stavebního řízení navrhované novostavbyposuďte její světelně technické podmínky a vliv jejího stínění na okolí.Vyhodnocení a posouzení světelně technických podmínek bude zahrnovat:• Proslunění prostor v nově navrhované budově;• Vyhodnocení vlivu stavby na sousední parcelu z hlediska oslunění;• Denní osvětlení obytných místností v navrhované stavbě.

5.1 POPIS NAVRHOVANÉ STAVBY A JEJÍHO OKOLÍ

Stavební parcela se nachází v obci u Brna, jejíž zeměpisná šířka je 16°46'.Obec má cca. 500 obyvatel. Situace pozemku je na obrázku 25, jedná se omírně svažitý pozemek (pro zjednodušení výpočtu uvažujte rovinu)

Navrhovaná stavba je jednopodlažní rodinný dům, který svou výškourespektuje okolní zástavbu. Stavba má mírně členitý půdorys (obrázek 26) anacházejí se v ní obytné místnosti, pracovní prostory (bez trvalého pobytu),technické a hygienické zázemí. Stavba je zastřešena plochou střechou. 0,000navrhované stavby se nachází ve výšce 0,150 m nad terénem.

Obr. 25. Situace stavby a jejího okolí

46

Obr. 26. Půdorys stavby

47

5.2 VYHODNOCENÍ A POSOUZENÍ PROSLUNĚNÍ A OSLUNĚNÍ

5.2.1 Základní výpočty nezbytné pro sestrojení diagramu zastínění

Pro určení doby proslunění a oslunění je nezbytné sestrojit buď diagramzastínění, nebo jeden z dalších typů diagramů určených pro tento účel. ProČeskou republiku je důležité si uvědomit, že diagramy jsou sestrojeny prozeměpisnou šířku φ = 50 ° a pro den 1.3. K sestrojení diagramu zastínění jetřeba znát i další údaje, jakými jsou:

• Meridiánová konvergence. Dále je zapotřebí znát hodnotu meridiánovékonvergence C [° ] pro určení pravé polohy severu. Hodnotameridiánové konvergence je buď stanovena předem na mapovémpodkladě, anebo je možné ji určit výpočtem:

C=24 ° 50 '−λ

1,34=

24,8333°−λ

1,34(27)

• Deklinace slunečních paprsků, [° ] :

δ=23,45⋅sin (0,98⋅D+29,7⋅M−109 ) (28)kde je:

D pořadové číslo dne v měsíci (například 1. března je hodnota 1), [ -] ;M pořadové číslo měsíce v roce (například 1. března je hodnota 3), [ -] .

Poznámka autora: Při výpočtech v tabulkových editorech je nutné siuvědomit, v jakých jednotkách editory pracují, a případně provést převod zradiánů na stupně.

• Hodinový úhel. Je nezbytné stanovit hodinový úhel, což je úhlovávzdálenost deklinační kružnice slunce od meridiánu. V poledne, přihorní kulminaci je hodnota této proměnné rovna 0 ° ;

τ=15°⋅( PSČ−12 ) (29)kde je:

PSČ pravý sluneční čas, [ h ] .

• Poloha slunce. Pro účely posouzení proslunění nebo oslunění je třebastanovit polohu slunce na obloze v určité hodině určitého dne v roce.Polohu slunce lze vyjádřit různými způsoby v závislosti na zvolenémpřístupu. Pro sestrojení diagramu zastínění je nejvhodnější určithodnotu výšky slunce na horizontem h [° ] (vztah 30 a 31) a hodnotuazimutu A [° ] (vztah 32):

48

sin h=sinϕ⋅sinδ+cosϕ⋅cosδ⋅cos τ (30)

hmax=90 °−ϕ+δ (31)

cos A=sinϕ⋅cosδ⋅cos τ−cosϕ⋅sinδ

cosh(32)

Ukázka výpočtu pro 13. hodinu:

1. C=24 ° 50 '−λ

1,34=

24 ° 50 '−16 ° 46 '

1,34=6,02 °

2. δ=23,45⋅sin (0,98⋅D+29,7⋅M −109 )=23,45⋅sin (0,98⋅1+29,7⋅3−109 )

δ=−7,60 °

3. τ13=15°⋅(PSČ 13−12 )=15°⋅(13−12 )=15 °⋅1=15 °

4. sin h13=sin ϕ⋅sin δ+cosϕ⋅cos δ⋅cos τ13

sin h13=sin (50 ° )⋅sin (−7.60 ° )+cos (50 ° )⋅cos (−7,6 )⋅cos (15 )=30,93°

5. hmax=90 °−ϕ+δ=90°−50 °−7,6°=32,4 °

6. cos A13=sinϕ⋅cosδ⋅cos τ13−cosϕ⋅sin δ

cosh13

cos A13=sin (50 ° )⋅cos (−7,6 ° )⋅cos (15 ° )−cos (50 ° )⋅sin (−7,6 ° )

cos (30,93° )=17,40°

Výsledky výpočtů z tabulkového editoru jsou uvedeny v tabulce 5.

Tab. 5. Vypočtené hodnoty výšek slunce nad horizontem a azimutůPSČ [h:min] / [h]

16:50 16:00 15:00 14:00 13:00 12:00 11:00 10:00 09:00 08:00 07:10

(16,8) (16,0) (15,0) (14,0) (13,0) (12,0) (11,0) (10,0) (9,0) (8,0) (7,2)

τ [°] 72,50 60,00 45,00 30,00 15,00 0,00 -15,00 -30,00 -45,00 -60,00 -72,50

h[rad] 0,09 0,22 0,36 0,47 0,54 0,57 0,54 0,47 0,36 0,22 0,09

[°] 5,18 12,54 20,44 26,77 30,93 32,40 30,93 26,77 20,44 12,54 5,18

hmax [°] 32,40

A[rad] 1,25 1,07 0,84 0,59 0,30 0,00 -0,30 -0,59 -0,84 -1,07 -1,25

[°] 71,66 61,57 48,41 33,72 17,40 0,00 -17,40 -33,72 -48,41 -61,57 -71,66

49

5.2.2 Postup sestrojení diagramu a posouzení proslunění:

1. Na základě situace a dispozičního řešení určíme nejkritičtější místnostistavby z hlediska proslunění. V uvedeném příkladu se jedná o místnost1.07. Pokud bude místnost 1.07 prosluněna, budou prosluněny všechnymístnosti rodinného domu;

2. Středem okna posuzované místnosti vedeme spojnici mezi severem ajihem (obrázek 27 - červená čárkovaná přímka), kterou pootočíme vesměru hodinových ručiček o úhel meridiánové konvergence(obrázek 27 - červená plná přímka);

3. Pomocí vypočítaných hodnot azimutů Slunce pro jednotlivé hodiny(tabulka 5) vykreslíme půdorysné průměty slunečních paprskůdopadajících během dne a popíšeme je (obrázek 28);

4. Do diagramu zaneseme požadavek normy ČSN 73 4301, podle kteréhosluneční paprsky musejí s fasádu svírat úhel minimálně 25°(obrázek 28 - hnědé polopřímky);

5. Vyneseme křivky převýšení jednotlivých stínících objektů (obrázek 29).Polohu těchto křivek je třeba určit výpočtem (tab. 6) podle vzorce 33:

Oh , i=H i⋅cotg h (33)

Tyto výpočty jsou shrnuty v následující tabulce:

Tab. 6. Určení polohy křivky převýšení jednotlivých stínících objektůPSČ [h:min]

16:50 16:00 15:00 14:00 13:00 12:00 11:00 10:00 09:00 08:00 07:10

h [°] 5,18 12,54 20,44 26,77 30,93 32,40 30,93 26,77 20,44 12,54 5,18

H1 [m] 1,0 – fiktivní překážka s převýšením 1,0 m vůči posuzovanému bodu

O1 [m] 11,04 4,49 2,68 1,98 1,67 1,58 1,67 1,98 2,68 4,49 11,04

H2 [m] 2,44 – stínění vlastní konstrukcí

O2 [m] 26,93 10,97 6,55 4,84 4,07 3,85 4,07 4,84 6,55 10,97 26,93

H3 [m] 2,75 – stínění protější budovou

O3 [m] 30,35 12,36 7,38 5,45 4,59 4,34 4,59 5,45 7,38 12,36 30,35

6. Stanovíme stínění hodnocené místnosti okolními překážkami na základěpolohy stínících překážek a jim příslušných křivek převýšení. Pokuddojde k průniku křivky převýšení s jí příslušnou překážkou, stíní tyčásti stavby, které se nacházejí mezi křivkou převýšení a polohouposuzovaného bodu (obrázek 30);

7. Z diagramu odečteme dobu proslunění (obrázek 30) a posoudíme ji snormovými hodnotami. Dále na základě bilance prosluněných plochurčíme, zda je rodinný dům prosluněn.

50

Obr. 27. Proslunění stavby: tvorba diagramu zastínění – část 1

51

Obr. 28. Proslunění stavby: tvorba diagramu zastínění – část 2

52

Obr. 29. Proslunění stavby: tvorba diagramu zastínění – část 3

53

Obr. 30. Proslunění stavby: určení doby proslunění

Z výše uvedeného plyne, že místnost 1.07 je prosluněna po dobu 185 minut.Normou požadovaná minimální doba proslunění je 90 minut, a proto lzekonstatovat, že místnost je prosluněna.

Celková obytná plocha rodinného domu je přibližně 103 m2 , z čehož 68 m2

je prosluněno, to je celkem 66 % z celkové obytné plochy rodinného domu.Požadovaná hodnota 50 % je nižší než vypočtená, a proto je RD prosluněn.

54

5.2.3 Posouzení oslunění

Oslunění je posuzováno obdobně, jako je tomu u proslunění. Zásadnímrozdílem ovšem je, že diagram zastínění je nutné otočit o 180° a křivkypřevýšení se následně používají pro stanovení délek stínů jednotlivých budov,směr stínů je dán půdorysným průmětem slunečních paprsků pro příslušnouhodinu (viz obrázek 31). Při vyhodnocení oslunění je třeba určit stíny vrženéod všech budov (obrázek 32). Křivky převýšení se stanovují na základěpřevýšení, které je stanoveno od terénu.

Obr. 31. Oslunění pozemku – Ukázka vyhodnocení

55

Obr. 32. Oslunění pozemku – ukázka vyhodnocení

Z diagramu se určí pro jednotlivé řešené hodiny poměr osluněné plochypozemku vůči ploše celkové. V dané době je pozemek osluněn v případě, že jeosluněno alespoň 50 % pozemku. Postup se provádí pro jednotlivé hodinydokud není prokázáno, že je pozemek osluněn alespoň 180 minut (ukázkaposouzení je na obrázku 33).

56

Obr. 33. Ukázka - souhrn výsledků vyhodnocení oslunění pozemků sloužících krekreaci v bezprostřední blízkosti obytných budov

57

5.3 VYHODNOCENÍ A POSOUZENÍ DENNÍHO OSVĚTLENÍ VMÍSTNOSTECH

5.3.1 Vzorce pro určení činitele denní osvětlenosti

Složky činitele denní osvětlenosti lze určit různými způsoby. V následujícímpříkladu bude pro určení oblohové a vnější odražené složky činitele denníosvětlenosti využito Daniljukových úhlových sítí (diagramů) a k učení vnitřníodražené složky metoda Krochmannova-Kittlerova.

Postup určení jednotlivých složek činitele denní osvětlenosti je následující:• oblohovou složku činitele denní osvětlenosti lze zjistit dosazením do

následujícího vztahu:

D s=N 1⋅N 2⋅k ε⋅τψ⋅10−2 (34)

kde je:N 1 počet dílků Daniljukovy úhlové sítě v řezu. Hodnota této proměnné

se určí z Daniljukova diagramu pro řez, [- ] ;N 2 počet dílků Daniljukovy úhlové sítě v půdorysu. Hodnota této

proměnné se určí z Daniljukova diagramu pro půdorys, [- ] ;k ε činitel gradace jasu při tmavém nebo světlém terénu. Hodnotu lze

odečíst z Daniljukova diagramu pro řez po určení efektivního středuosvětlovacího otvoru, [ - ] ;

τψ souhrnný činitel prostupu a ztrát, [ -] ;

τψ=τ s ,ψn⋅τ z , i⋅τz ,e⋅τk⋅τγ⋅τb⋅τv (35)

kde je:τ s ,ψ činitel prostupu světla sklem nebo zasklením (určí se podle

vztahu 34), [- ] ;n počet skel v okenním otvoru (v případě tepelně izolačního zasklení

je n rovno 1), [ - ] ;τ z , i činitel znečištění na vnitřní straně zasklení (dle ČSN 73 0580-1,

tabulka P3), [ - ] ;τ z ,e činitel znečištění na vnější straně zasklení (dle ČSN 73 0580-1,

tabulka P3), [ - ] ;τ k činitel ztrát světla stíněním nosnými i nenosnými konstrukcemi

otvorové výplně (určí se dle vztahu 35), [ - ] ;τγ činitel ztrát světla zohledňující vliv stínících zařízení (hodnota této

proměnné je v případě žaluzií, které lze vytáhnout, rovna 1), [ - ] ;τb činitel ztrát zohledňující stínění vnitřních konstrukcí budovy, [- ] ;

τv činitel ztrát světla zohledňující stínění vnitřních zařízení budovy,[ - ] .

58

τ s ,ψ=τ s ,nor⋅cosψ⋅(1+sin2 ψ

2 ) (36)

kde je:τ s ,nor činitel prostupu světla dopadajícího kolmo na zasklení, [- ] .

V dnešní době výrobci zasklení uvádějí hodnotu světelnépropustnosti pro celou skladbu zasklení, proto není nutné počítat sesvětelnou propustností skla tloušťky 4 mm (0,92) nebo 6 mm (0,90).

Obr. 34. Ukázka udávaných hodnot světelné propustnosti zasklení (web: AGC)

Tab. 7. Hodnoty činitele znečištění zasklení dle ČSN 73 0580-1Druh osv. otvoru

Sklon osv.otvoru

Znečištění vzduchu τ z ,e τ z , i

Svislý 90°

Malé(ext. krajina a sídliště do 2000 obyvatel)

(int. byty, kanceláře,...)0,95 0,95

Střední(ext. běžné sídliště)

(int. čisté dílny, sklady,...)0,90 0,85

Velké(ext. průmyslové zóny)(int. prašné dílny, ...)

0,85 0,65

Šikmý 45°Malé 0,80 0,95

Střední 0,70 0,90Velké 0,60 0,80

Vodorovný 0°Malé 0,70 0,95

Střední 0,60 0,90Velké 0,50 0,80

τ k=As

Ac

(37)

kde je:As plocha zasklení osvětlovacího otvoru (tzv. plocha světelně

propustného materiálu v otvoru), [ m2 ];Ac celková plocha osvětlovacího otvoru, [ m2 ] .

59

Obr. 35. Určení činitele konstrukce osvětlovací soustavy

• Vnější odraženou složku lze určit pomocí následujícího vztahu:

D e=N 1⋅N 2⋅k ε⋅τψ⋅10−3 (38)

kde hodnoty proměnných mají stejný význam jako ve vztahu 34. Hodnotavnější odražené složky činitele denní osvětlenosti je tedy rovna jedné desetiněoblohové složky, což je dáno poměrem jasů překážky k obloze. Anebo vztahem39, kde se používá hodnota světelné odrazivosti překážky.

D e=N 1⋅N 2⋅k ε⋅τψ⋅0,39⋅ρb (39)

• Vnitřní odraženou složku činitele denní osvětlenosti lze zjistit buďmetodikou BRS anebo metodikou Krochmana-Kittlera (vztah 41).

Di=85⋅W 0.7

A⋅(1−ρ)⋅(a1⋅ρ s⋅(1−sin z )1.5

+a2⋅ρs⋅ρF⋅(1+b⋅ρT )⋅sin z+a3⋅ρT⋅ρh⋅cos z )⋅τnor (40)

kde je:W součet ploch zasklení osvětlovacích otvorů, [ m2 ] ;A plocha všech vnitřních povrchů (včetně oken), [ m2 ] ;ρ průměrná hodnota odrazivosti všech vnitřních povrchů, [- ] ;ρs průměrná hodnota odrazivosti povrchů ve spodní části místnosti,

kromě stěny zahrnující osvětlovací soustavu, [- ] ;ρh průměrná hodnota odrazivosti povrchů v horní části místnosti, kromě

stěny zahrnující osvětlovací soustavu, [ - ] ;ρT odrazivost terénu v blízkosti stavby, [- ] ;

ρF průměrná hodnota odrazivosti povrchů vnější překážky, [ -] ;

z elevační úhel zastínění překážky v průměrném prostorovém úhluokna (obrázek 36), [ -] ;

τnor souhrnný činitel prostupu a ztrát, [- ] ;

a1,a2, a3,b konstanty, jsou zahrnuty v tabulce 8.

τnor=τs , norn⋅τ z , i⋅τz ,e⋅τγ⋅τb⋅τv (41)

60

Tab. 8. Hodnoty konstant

KonstantaPro určení průměrné hodnotyvnitřní odražené složky č.d.o.

Pro určení minimální hodnotyvnitřní odražené složky č.d.o.

a1 0,785 0,5

a2 1,240 1,0

a3 1,475 1,0

b 4,000 1,0

Hodnoty odrazivostí vnitřních povrchů lze zjistit z následující tabulky.

Tab. 9. Hodnoty odrazivostí povrchů dle barev (ČSN 73 0580-1)Povrch ρ [-]

Povrch konstrukce Bílý 0,75 - 0,80Krémový, béžový 0,60 - 0,70Světle žlutý 0,60 - 0,70Tmavě žlutý 0,50 - 0,60Světle červený 0,40 - 0,50Tmavě červený 0,15 - 0,30Světle zelený 0,45 - 0,65Tmavě zelený 0,05 - 0,20Světle modrý 0,40 - 0,60Tmavě modrý 0,05 - 0,20Hnědý 0,12 - 0,25Světle šedý 0,40 - 0,60Tmavě šedý 0,15 - 0,20Černý 0,01 - 0,03

Cihla 0,25Písek světlý 0,50Sádra bílá 0,80 - 0,92Mramor bílý 0,55 - 0,80Žula 0,40 - 0,50Dřevo Světlé 0,30 - 0,50

Tmavé 0,15 - 0,25Zeleň 0,05 - 0,10Asfalt 0,10Betonová dlažba 0,30Zemina 0,08 - 0,20Ocel 0,28Hliník eloxovaný 0,75 - 0,85Zrcadlo skleněné 0,80 - 0,90Okno s čirým sklem 0,10Okno s čirým sklem a bílou záclonou 0,30 - 0,40Sníh 0,75 - 0,80Hodnoty jsou uvedené pro čisté povrchy, není-li uvedeno jinak

61

V případě, že nejsou v projektové dokumentaci definovány barvy ani dalšívlastnosti povrchů, lze podle normy použít následující hodnoty odrazivostí:stěny 0,5, strop 0,7, stěna zahrnující osvětlovací soustavu 0,7, podlaha 0,3 aterén 0,1.

Vnitřní odraženou složku činitele denní osvětlenosti v hloubce, ve které jsouumístěny posuzované body, lze vyjádřit následující rovnicí:

D i , x=Di ,min+3⋅x2

l 2⋅(Di ,m−Di ,min ) (42)

kde je:D i ,min minimální hodnota vnitřní odražené složky činitele denní

osvětlenosti zjištěná v místnosti, [ % ] ;D i ,m průměrná hodnota vnitřní odražené složky činitele denní osvětlenosti

zjištěná v místnosti, [ % ];l hloubka místnosti, [ m ] ;x vzdálenost posuzovaného bodu od stěny s osvětlovací soustavou,

[ % ] .

Obr. 36. Vysvětlivka pro určení průměrné hodnoty odrazivostí povrchů ve spodní ahorní části posuzované místnosti

62

5.3.2 Postup výpočtu

1. Do situace stavby vyneseme půdorys posuzované místnosti včetněpolohy posuzovaných bodů (obrázek 37);

2. Spojíme polohu posuzovaných bodů s vnější nebo vnitřní hranou ostěníosvětlovací soustavy (podle stínění) a prodloužíme si spojnice až khranám vnějších překážek, abychom zjistili poměr stínění (šedépolopřímky) (obrázek 37);

3. Vytvoříme řez stavby, ve kterém jsou zobrazeny venkovní stínícípřekážky (obrázek 37);

4. Do řezu vyneseme posuzovanou místnost, včetně srovnávací roviny apolohy posuzovaných bodů. Posuzované body následně spojíme s vnějšíhranou nadpraží a vnitřní hranou parapetu (upozornění: platí to pouze vpřípadě, že parapet je výš než srovnávací rovina, v opačném případěvyneseme rovnoběžku s podlahou z posuzovaného bodu (fialovépolopřímky) (obrázek 37);

5. Dále spojíme posuzovaný bod s hranou vnější překážky, abychom zjistilirozsah stínění i v řezu (obrázek 37);

6. Na řez přiložíme Daniljukův diagram pro řezovou rovinu a odečtemepočet dílků N 1 pro oblohou složku (obrázek 38) a vnější odraženou

složku (obrázek 39). Protože hloubka posuzovaných bodů P1 a P2 jestejná, hodnoty N 1s a N 1ebudou také stejné. V případě určení hodnoty

N 1 platí, že odečítáme pouze celá a poloviční čísla, tzn. 13 a 13,5.

Přesnější stanovení je vyloučeno;7. Určíme efektivní střed okna, který se nachází v místě, kde se rovina

zasklení protíná s osou, která je proložena posuzovaným bodem astředem počtu dílků N 1 přímé nebo odražené složky (tyrkysové

čerchované úsečky v obrázcích 38 a 39);8. Zjistíme korekci jasu oblohy. Průsečíky os a čerchovaných zelených

křivek vyneseme na osu diagramu pomocí kružnic (růžové kružnice) aodečteme příslušné hodnoty. Stejně určíme i úhly ε a ψ pro stanovenísvětelně propustnosti zasklení pod úhlem, kterým zasklení propouštípřicházející světlo;

9. Dále zjistíme upravenou polohu posuzovaných bodů pro použitíDaniljukova diagramu v půdorysu P1

' a P2' ;

10.Do půdorysu zaneseme upravenou polohu posuzovaných bodů avytvoříme spojnice mezi posuzovaným bodem a ostěním osvětlovacísoustavy (fialové úsečky na obrázcích 40, 41, 42 a 43);

11.Přiložíme Daniljukův diagram pro půdorys a odečteme příslušnéhodnoty N 2 pro oblohovou a vnější odraženou složku v bodech P1 a P2;

12.Zjištěné hodnoty dosadíme do vzorců pro výpočet oblohové a vnějšíodražené složky č.d.o. Nakonec provedeme posouzení.

63

Obr. 37. Půdorys a řez stavby se zobrazením stínící budovy

64

Obr. 38. Řez stavbou při aplikaci diagramu podle Daniljuka pro řez. Zjištěnípříslušných hodnot pro určení oblohové složky činitele denní osvětlenosti

Obr. 39. Řez stavbou při aplikaci diagramu podle Daniljuka pro řez. Zjištěnípříslušných hodnot pro určení vnější odražené složky činitele denní osvětlenosti

65

Obr. 40. Půdorys místnosti při aplikaci diagramu podle Daniljuka pro půdorys.Zjištění příslušné hodnoty N2 pro určení oblohové složky č.d.o. v bodě P1

Obr. 41. Půdorys místnosti při aplikaci diagramu podle Daniljuka pro půdorys.Zjištění příslušné hodnoty N2 pro určení vnější odražené složky č.d.o. v bodě P1

66

Obr. 42. Půdorys místnosti při aplikaci diagramu podle Daniljuka pro půdorys.Zjištění příslušné hodnoty N2 pro určení oblohové složky č.d.o. v bodě P2

Obr. 43. Půdorys místnosti při aplikaci diagramu podle Daniljuka pro půdorys.Zjištění příslušné hodnoty N2 pro určení vnější odražené složky č.d.o. v bodě P2

67

5.3.3 Určení činitele denní osvětlenosti

• Stanovení hodnot činitelů prostupů a ztrát:◦ činitel znečištění pro vnitřní stranu zasklení: τ z , i=0,95 -;◦ činitel znečištění pro vnější stranu zasklení: τ z ,e=0,95 -;◦ činitel ztrát světla vlivem stínění konstrukcemi osvětlovací soustavy:

Rozměry osvětlovacího otvoru: 1,50 · 1,25 m ;Z toho jsou rozměry zasklení: 2 · 0,55 · 1,00 m ;

τ k=As

Ac

=2⋅0,55⋅1,0

1,5⋅1,25=0,59 -

◦ činitel ztrát světla vlivem stínících zařízení: τ γ=1-;◦ činitel ztrát světla vlivem vnitřních konstrukcí stavby: τb=1-;◦ činitel ztrát světla vlivem vnitřních zařízení τv=1-;◦ činitel prostupu světla zasklením:▪ pro určení oblohové složky činitele denní osvětlenosti v bodech

P 1 a P2 :

τ s ,nor=0,58 - hodnota odpovídá zasklení Supersilver clear 6j-12 Air-6;

τ s ,ψ=τ s ,nor⋅cosψ⋅(1+sin2 ψ

2 )=0,58⋅cos (18,10° )⋅(1+sin2 18,10°2 )=0,565-

▪ pro určení vnější odražené složky činitele denní osvětlenosti vbodech P 1 a P1 :

τ s ,nor=0,58 - hodnota odpovídá zasklení Supersilver clear 6j – 12 Air – 6;

τ s ,ψ=τ s ,nor⋅cosψ⋅(1+sin2 ψ

2 )=0,58⋅cos (5,38° )⋅(1+sin2 5,38°2 )=0,578-

• Určení oblohové složky činitele denní osvětlenosti v bodech P1a P2 :

◦ výpočet souhrnného činitele ztrát:

τψ , s=τ s ,ψn⋅τ z , i⋅τz ,e⋅τk⋅τγ⋅τb⋅τv=0,5651⋅0,95⋅0,95⋅0,59⋅1,0⋅1,0⋅1,0=0,30 -

Hodnota oblohové složky činitele denní osvětlenosti v bodě P 1 :

D s ,P 1=N 1s , P1

⋅N 2s , P 1⋅k ε , s⋅τψ , s⋅10−2=4⋅33,5⋅0,7⋅0,3⋅10−2=0,28 %

68

Hodnota oblohové složky činitele denní osvětlenosti v bodě P2:

D s ,P 2=N 1s , P 2

⋅N 2s , P2⋅k ε , e⋅τψ , e⋅10−2=4⋅30⋅0,7⋅0,3⋅10−2=0,25%

• Určení vnější odražené složky činitele denní osvětlenosti v místěposuzovaných bodů P 1 a P 2 :

◦ výpočet souhrnného činitele ztrát:

τψ , e=τ s ,ψn⋅τz , i⋅τ z ,e⋅τk⋅τγ⋅τb⋅τv=0,5781⋅0,95⋅0,95⋅0,59⋅1,0⋅1,0⋅1,0=0,31 -

Hodnota vnější odražené složky činitele denní osvětlenosti v bodě P 1 :

D e , P1=N 1e ,P 1

⋅N 2 e , P1⋅k εe⋅τψ , e⋅10−3=0,5⋅34⋅0,51⋅0,31⋅10−3=0,003%

Hodnota vnější odražené složky činitele denní osvětlenosti v bodě P 2 :

D e , P2=N 1e ,P 2

⋅N 2 e ,P 2⋅k εe⋅τψ , e⋅10−3=0,5⋅30⋅0,51⋅0,31⋅10−3=0,002%

• Určení vnitřní odražené složky činitele denní osvětlenosti:◦ výpočet souhrnného činitele ztrát:

τψ , i=τ s , norn⋅τ z ,i⋅τ z ,e⋅τγ⋅τb⋅τv=0,581⋅0,95⋅0,95⋅1,0⋅1,0⋅1,0=0,523-

◦ výpočet průměrné hodnoty světelné odrazivosti povrchů:

Tab. 10. Výpočet průměrné hodnoty světelné odrazivosti všech povrchů

PovrchSvětelná

odrazivostRozměry plochy

Plocha Plocha·

odrazivosta b

[-] [m] [m] [m2]Podlaha 0,30 4,12 2,47 10,18 3,05Strop 0,70 4,12 2,47 10,18 7,12Stěny 0,50 2,58 10,71 27,58 13,79Stěna s oknem 0,70 2,62 2,47 4,60 3,22Okno 0,05 1,25 1,50 1,88 0,09Celkem 54,40 27,28Průměrná hodnota světelné odrazivosti ρ 0,50

69

Tab. 11. Výpočet průměrné hodnoty světelné odrazivosti povrchů ve spodní polovině

PovrchSvětelná

odrazivostRozměry plochy

Plocha Plocha·

odrazivosta b

[-] [m] [m] [m2]Podlaha 0,30 4,12 2,47 10,18 3,05Stěny 0.50 1.38 10.71 14.73 7,36Celkem 24.90 10.42Průměrná hodnota světelné odrazivosti ρs 0,42

Tab. 12. Výpočet průměrné hodnoty světelné odrazivosti povrchů v horní polovině

PovrchSvětelná

odrazivostRozměry plochy

Plocha Plocha·

odrazivosta b

[-] [m] [m] [m2]Strop 0,70 4,12 2,47 10,18 7.12Stěny 0,50 1.2 10.71 12.85 6.42Celkem 23.03 13.55Průměrná hodnota světelné odrazivosti ρh 0.59

◦ Průměrná hodnota vnitřní odražené složky č.d.o.:

Di ,m=85⋅W

0,7

A⋅(1−ρ)⋅(a1⋅ρs⋅(1−sin z )

1.5+a 2⋅ρs⋅ρF⋅(1+b⋅ρT )⋅sin z+a 3⋅ρT⋅ρh⋅cos z )⋅τψ , i =

=85⋅1,10,7

54,4⋅(1−0,50)⋅( 0,785⋅0,42⋅(1−sin8 °)1,5

+1,240⋅0,42⋅0,35⋅(1+4⋅0,1)⋅sin8 ° +

+ 1,475⋅0,1⋅0,59⋅cos8 ° )⋅0,523=3,34⋅(0,261+0,036+0,086)⋅0,523=0,67 %

◦ Minimální hodnota vnitřní odražené složky č.d.o.:

Di ,min=85⋅W

0,7

A⋅(1−ρ)⋅(a1⋅ρs⋅(1−sin z)

1.5+a 2⋅ρs⋅ρF⋅(1+b⋅ρT )⋅sin z+a3⋅ρT⋅ρh⋅cos z)⋅τψ , i =

=85⋅1.10,7

54,4⋅(1−0,50)⋅( 0,5⋅0,42⋅(1−sin 8° )1,5

+1,0⋅0,42⋅0,35⋅(1,0+1⋅0,1)⋅sin 8° +

+ 1,0⋅0,1⋅0,59⋅cos8° )⋅0,523=3,34⋅(0,166+0,023+0,058)⋅0,523=0,43%

◦ Hodnota vnitřní odražené složky č.d.o. v místě posuzovaných bodů:

Di , x=Di , min+3⋅x2

l 2 ⋅(Di , m−Di , min)=0,43+3⋅2,0852

4,172 ⋅(0,67−0,43)=0,61%

Nakonec určíme celkovou hodnotu činitele denní osvětlenosti v místěposuzovaných bodů P1 a P 2 a provedeme posouzení dle platných ČSN:

DP1=D s , P1

+D e , P1+Di , x=0,28+0,003+0,61=0,893%⇒zaokrouhlení

70

DP1=0,9 %⩾0,7 %⇒zaokrouhlení

DP2=D s , P2

+De , P2+Di , x=0,25+0,002+0,61=0,862%

DP2=0,9 %⩾0,7 %⇒ požadavek splněn

Dm,1 ,2=DP1+DP2

2=

0,9+0,92

=0,90 %⩾0,9 %⇒požadavek splněn

V místnosti jsou tedy splněny všechny požadavky, které jsou kladeny nadenní osvětlení obytných místností.

71

6 REFERENCE

6.1 KNIHY A DALŠÍ ODBORNÉ PUBLIKACE

E. Andre, J. Schade, Daylighting by Optical Fibres, Luleå University ofTechnology, Luleå, 2002.

P. Boyce, P. Raynham, SLL Lighting Handbook, London: CIBSE, 2009. S. Darula, R. Kittler, M. Kocifaj, J. Plch, J. Mohelníková, F. Vajkay,

Osvětlování světlovody, 1. vyd., Praha, Praha: Grada Publishing, a.s., 2009. D. Donaťáková, Stavební akustika a denní osvětlení – Modul 02 Denní

osvětlení, Brno, 2010. P. Horňák, Svetelná technika, Bratislava, ČSSR: ALFA - Vydavateľstvo

technickej a ekonomickej literatúry, 1989. D. Ilkovič, Fyzika, 3. vyd., Bratislava, Bratislava: SVTL - Slovenské

vydavateľstvo technickej literatúry, 1962. G. Khan, Interactive Ray Tracing Tutorial System, The University of

Manchester, Manchester, UK, 2007.R. Kittler, L. Kittlerová, Návrh a hodnotenie denného osvetlenia,

Bratislava: Alfa, 1975. W. Koch, Evropská architektura: Encyklopedie evropské architektury od

antiky po současnost, 2. vyd., Prague: Euromedia Group, k. s. – Universum,2008, p. 552.

A. A. Kokhanovsky, Light Scattering Reviews 3: Light Scattering andReflections, Chichester: Praxis Publishing Ltd., 2008.

J. Kuběna, Úvod do optiky, Brno: MUNI v Brně, 1994. G. W. Larson, R. Shakespeare, Rendering with RADIANCE, The Art of

Science of Lighting Visualization, Booksurge Llc., 2004. F. Moore, Concepts and Practice for Architectural Daylighting, New York:

Van Nostrand Reinhold, 1985, p. 290.D. Phillips, Daylighting: natural light in architecture, Amsterdam: Elsevier,

2004, p. 212.P. Rybár, F. Šesták, M. Juklová, J. Hraška, J. Vaverka, Denní osvětlení a

oslunění budov, Brno: ERA group spol. s.r.o., 2002. F. W. Sears, M. W. Zemansky, University Physics, 2 vyd., Boston,

Massachusetts: Addison-Wesley Publishin Company, Inc., 1965. Tuminating Engineering Society of North America, The IESNA Lighting

Handbook, 9. vyd., J. Block, Ed., New York, New York: IlluminatingEngineering Society of North America, 2000.

F. Vajkay, Optimisation of Light Conditions in Buildings, Dizertační práce,Brno, 2013.

72

6.2 ČLÁNKY NA KONFERENCÍCH A V ČASOPISECH

H. Altan, I. Ward, J. Mohelníková, F. Vajkay, Computer DaylightSimulations in Buildings, in 7th WSEAS International Conference on SystemScience and Simulation in Engineering (ICOSSE '08), Venice, 2008.

S. Darula, R. Kittler, CIE General sky standard defining luminancedistributions, Moon, 2002.

J. Kaňka, Stanovení činitele denní osvětlenosti svislé roviny oknaWaldramovým diagramem upraveným v ČVUT Praha, Světlo 1/2002, vol. 1,pp. 18-19, 01 2002.

J. Kaňka, Inovovaný způsob použití Daniljukovy metody, Světlo 4/2011,vol. 4, pp. 44-46, 06 2011.

J. Kaňka, Deklinace Slunce v průběhu desetiletí, Světlo 1/2012, vol. 1, pp.48-49, 01 2012.

M. D. Kroelinger, Daylight in Buildings: Guidelines for Design,Implications A Newsletter for InformeDesign, vol. Volume 3, no. Issue 3, pp.1-7, March 2005.

M. R. Lautenbach, M. L. Vercammen, Reflections at Room Boundaries inComputer Simulation Programs Based on Ray-tracing, NAG/DAGA congres,2009.

J. Mohelníková, J. Plch ,S. Darula, The Flux Method for Determination ofIndoor Illuminance from Tubular Light Guides, Building Research Journal,Volume 55, p. 12, 2007.

J. Mohelníková, F. Vajkay, Simulace denní osvětlení místnosti, Simulacebudov a techniky prostředí 2008, 5. národní konference s mezinárodní účastí,Brno, 2008.

M. Paroncini, B. Calcagni,F . Corvaro, Monitoring of a light-pipe system,Solar Energy, vol. Volume 81, no. Issue 9, pp. 1180-1186, 09 2007.

P.-R. Preussner, Ray tracing for power IOL calculations, Cataract &Refractive Surgery Today Europe, pp. 46-48, 05 2012.

6.3 ZÁKONY A NORMY

Vyhláška č. 268/2009 sb. O technických požadavcích na stavby, Praha:Ministerstvo pro místní rozvoj, 2009.

Vyhláška č. 20/2012 sb., kterou se mění vyhláška č. 268/2009 Sb., otechnických požadavcích na stavby, Praha: Ministerstvo pro místní rozvoj,2012.

Vyhláška č. 26/1999 Sb. hl. m. Prahy o obecných technických požadavcíchna výstavbu v hlavním městě Praze, Praha, 1999.

Nařízení vlády č. 361/2007 Sb. kterým se stanoví podmínky ochrany zdravípři práci, Praha: Ministerstvo pro místní rozvoj, 2007.

British Standard, BS 8206-2:2008 Lighting for buildings – Part 2: Code of

73

practice for daylighting, London: British Standards Institution, 2008. Česká technická norma, ČSN EN 12464-1 Světlo a osvětlení - Osvětlení

pracovních prostorů - Část 1: Vnitřní pracovní prostory, Praha: Českýnormalizační institut, 2012.

Česká technická norma, ČSN EN 12665 Světlo a osvětlení - Základnítermíny a kritéria pro stanovení požadavků na osvětlení, Praha: Českýnormalizační institut, 2012.

Česká technická norma, ČSN 36 0020 Sdružené osvětlení, Praha: Českýnormalizační institut, 2007.

Česká technická norma, ČSN 73 4301 Obytné budovy, Praha: Českýnormalizační institut, 2004.

Česká technická norma, ČSN 73 0580 Denní osvětlení budov - Část 1:Základní požadavky, Praha: Český normalizační institut, 2004.

Česká technická norma, ČSN 73 0580 Denní osvětlení budov - Část 2:Denní osvětlení obytných budov, Praha: Český normalizační institut, 2004.

Česká norma, ČSN 73 0580 Denní osvětlení budov. Část 3: Denní osvětleníškol, Praha: Český normalizační institut, 1994.

Česká norma, ČSN 73 0580 Denní osvětlení budov. Část 4: Denní osvětleníprůmyslových budov, Praha: Český normalizační institut, 1994.

Česká technická norma, ČSN 73 0581 Oslunění budov a venkovníchprostor - Metoda stanovení hodnot, Praha: Český normalizační institut, 2009.

Commission Internationale de l’Eclairage, CIE DS 011.2/E:2002 Spatialdistribution of daylight - CIE standard general sky, Vienna: CommissionInternationale de l’Eclairage, 2002.

6.4 ZDROJE NA WEBU

A. Bittis, Translucent Concrete by Andreas Bittis, 2004. url:http://www.andreasbittis.de/grafiken/tcbrochure_en.pdf.

AGC Glass Europe, url: http://www.agc-glass.eu/Czech/Homepage/Home/page.aspx/1586

Autodesk, Sky Conditions & Precipitation,url: http://sustainabilityworkshop.autodesk.com/buildings/sky-conditions-

precipitation.R. Chadwell, The RADIANCE Lighting Simulation and Rendering System,

14 08 1997. url: http://radsite.lbl.gov/radiance/framew.html.Dornob Design Ideas Daily, Windowless Daylight: Fiber Optics Project

Sun & Sky Inside, url: http://dornob.com/windowless-daylight-fiber-optics-project-sun-sky-inside/.

KLAHOS spol. s r.o., Pásové střešní světlíky dodají světlo do každé haly,url:http://www.klahos.cz/editor/filestore/Image/svetliky/images/pasovy-svetlik.png

74

La Forêt Engineering Co.,Ltd., HIMAWARI Solar Lighting System, 2006.url: http://www.himawari-net.co.jp/e_page-index01.html.

Losonczi Áron, A fényáteresztő beton,url: http://epiteszforum.hu/a-fenyatereszto-betonThe National Aeronautics and Space Administration, SP-402 A New

Sun: The Solar Results From Skylab, 1979. url: http://history.nasa.gov/SP-402/contents.htm.

The National Astronomical Observatory ROZHEN, Solar Observationsin Bulgaria, url: http://sob.nao-rozhen.org/content/cross-section-sun-sob.

The National Institute of Standards and Technology, The NationalInstitute of Standards and Technology, url: http://www.nist.gov/index.html.

OMS, OMS - Lighting uniformity, url:http://www.omslighting.com/lqs/464/lqs- methodology/ergonomics/lighting-uniformity.

L. M. Triplett, Beneficial Bugs of North Amerika, url:http://beneficialbugs.org.

L. Vandevenne, Lode's Computer Graphics Tutorial, 12 08 2007. [Online].url: http://lodev.org/cgtutor/raycasting.html.

Wikipedia, The Sun, 2012. url: http://en.wikipedia.org/wiki/The_sun.

75

7 PŘÍLOHY

7.1 DANILJUKŮV DIAGRAM PRO PŮDORYS

Obr. 43. Daniljukův diagram pro půdorys

76

7.2 DANILJUKŮV DIAGRAM PRO ŘEZ

Obr. 43. Daniljukův diagram pro řez

77

78

79

80

Autor: Ing. František Vajkay, Ph.D.Březen 2014ISBN 978-80-214-4880-3