Výpočet činitele denní osvětlenosti

11.3.4

Výpočet činitele denní osvětlenosti

 NahoruVýpočet D

K výpočtu činitele denní osvětlenosti je možno použít více metod, které se od sebe liší přesností, pracností a vhodností použití při různých okolnostech – např. pro posouzení nebo návrh různých osvětlovacích systémů, při různých podmínkách venkovního stínění, různých rozměrových a tvarových parametrech posuzované místnosti, osvětlovacích otvorů apod. Všem metodám výpočtu je však společné stanovení výsledné hodnoty činitele denní osvětlenosti jako součtu tří dílčích složek: oblohové, vnější odražené a vnitřní odražené.

Posuzované místo v interiéru může být osvětleno kombinací přímého oblohového světla, světla odraženého od vnějších stínících překážek (okolních budov) a světla odraženého od vnitřních povrchů místnosti. Hodnota činitele denní osvětlenosti se proto skládá ze tří složek: oblohové složky D_s [%], vnější odražené složky D_e [%] a vnitřní odražené složky D_i [%]. Při výpočtu se stanoví každá složka odděleně a výsledná hodnota činitele denní osvětlenosti se získá jako součet všech tří složek podle vztahu:

D = D_s + D_e + D_i [6],

kde v konkrétních případech může být i jeden z prvních dvou sčítanců nulový.

Metody stanovení činitele denní osvětlenosti výpočtem lze rozdělit na čistě početní a grafické. Oblíbené jsou grafické metody, z nichž největšího rozšíření v naší republice doznala metoda Daniljukova. Výhoda této metody spočívá v možnosti jejího mnohostranného použití pro různé výpočtové modely oblohy, různé sklony osvětlovacích otvorů i osvětlované roviny. Metoda používá řezové a půdorysné úhlové sítě, kde však odečtené hodnoty je nutno korigovat vzhledem k použitému výpočtovému modelu oblohy a v závislosti na směrové propustnosti zasklení. O tyto korekce jsou jednodušší metoda protraktorů doc. Kittlera a metoda využívající Waldramův diagram vyvinutá na stavební fakultě ČVUT v Praze. Zjednodušení však poněkud omezuje mnohostrannost použití těchto metod.

Každý výpočet musí respektovat tyto skutečnosti:

1. vlastnosti zdroje světla, tj. způsob rozložení jasu po obloze, který je dán výpočtovým modelem oblohy,

2. vnější podmínky, tj. zejména existenci, tvar, velikost a jas stínících překážek,

3. vlastnosti osvětlovacích otvorů, tj. zejména jejich velikost, umístění a propustnost světla,

4. vlastnosti osvětlovaného vnitřního prostoru, tj. zejména jeho rozměrové parametry a odrazivost světla vnitřních povrchů.

SVĚTELNĚ TECHNICKÉ VLASTNOSTI STÍNÍCÍCH PŘEKÁŽEK

Za stínící překážky se zpravidla považují budovy, inženýrské stavby a terénní útvary. Uvažování vzrostlé zeleně jako překážky pro přístup denního světla je méně obvyklé, protože listnaté stromy jsou v zimním období bez listí, takže nestíní, a v letním období působí zeleň naopak spíše příznivě, protože brání nadměrnému přístupu slunečních paprsků.

Světelně technické vlastnosti stínících překážek se vyjadřují pomocí činitele jasu stínící překážky k [-] . Ten je definován jako podíl jasu L_p [cd.m^-2] stínící překážky a jasu L_ε [cd.m^-2] oblohy, kterou překážka zakrývá.

[7]

Při posuzování vlivu stínících překážek na denní osvětlení interiérů se v praxi uvažuje s hodnotou k = 0,1 bez ohledu na skutečnou kvalitu konkrétní stínící překážky. Použití příznivější hodnoty činitele jasu stínící překážky než k = 0,1 ve výpočtu činitele denní osvětlenosti je však třeba vždy podrobně zdůvodnit.

SVĚTELNĚ TECHNICKÉ VLASTNOSTI OSVĚTLOVACÍCH OTVORŮ

Při průchodu světla osvětlovacím otvorem se velikost světelného toku zmenšuje v závislosti na materiálu zasklení, vlivem neprůsvitných částí konstrukce okna a vlivem znečištění zasklení oken. K dalším ztrátám světla může dojít stíněním konstrukcemi posuzované budovy nebo jiným v interiéru trvale instalovaným zařízením. Zmenšení světelného toku se charakterizuje činitelem prostupu světla τ [-], který je definován jako poměr prošlého světelného toku Φ_t [lm] ke světelnému toku Φ ₀ [lm] dopadajícímu.

[8]

Je-li světelný tok kolmý na rovinu zasklení, pak se jedná o činitel prostupu světla v normálovém směru τ_s,nor [-]. Jeho hodnoty pro některé materiály jsou uvedeny v tab. 5.

Tab. 5 – Hodnoty činitele prostupu světla τ_s,nor pro vybrané materiály dle ČSN 730580-1

Při vícenásobném zasklení se výsledný činitel stanoví jako součin dílčích činitelů. Propustnost světla závisí též na směru průchodu světla zasklením. Pro nejvíce častý případ zasklení dvojím sklem lze činitele prostupu světla stanovit podle vztahu:

[9]

kde y [°] je úhel mezi směrem prostupu světla a normálou zasklení a τ_ψ [-] je veličina, která se nazývá činitel směrové propustnosti.

Vliv neprůsvitných částí konstrukce okna (okenních rámů, příčlí) se vyjadřuje jako podíl průsvitné plochy S_s [m² ] a celé skladebné plochy S_c [m² ] osvětlovacího otvoru

[10]

kde veličina τ_k [-] se nazývá činitel prostupu světla vlivem stínění neprůsvitnými konstrukcemi osvětlovacího otvoru. Tento činitel významně zjednodušuje výpočty při relativně malé ztrátě přesnosti. Dovoluje totiž ve výpočtu pracovat pouze se skladebnými rozměry osvětlovacích otvorů.

Obdobný charakter má činitel prostupu světla vlivem zařízení pro regulaci osvětlení τ_r [-].

[11]

kde S_r [m²] je plocha neprůsvitných konstrukcí zařízení pro regulaci osvětlení (např. žaluzií). U pohyblivých zařízení se pro stanovení nejmenších hodnot činitele denní osvětlenosti plocha S_r uvažuje při otevřené poloze, protože při zatažené obloze nebudou tato zařízení v činnosti.

Ztráty při průchodu světla osvětlovacím otvorem vlivem znečištění zasklení se vyjadřují pomocí činitele znečištění τ_z [-]. Jeho hodnoty uvádí tab. 6.

Tab. 6 – Činitelé znečištění τ_z [-] (podle ČSN 730580-1)

Výsledný činitel znečištění se získá jako součin dílčích činitelů znečištění z vnější a vnitřní strany.

[12]

Zejména u halových staveb s horním osvětlením je významné stínění konstrukcemi budovy. Činitel prostupu světla vlivem stínění konstrukcí budovy τ_b [-] se stanoví podle skutečných podmínek nebo podle tab. 7.

Tab. 7 – Činitelé ztrát světla stíněním konstrukcí budovy τ_b [-] (podle ČSN 730580-1)

Souhrnný činitel prostupu světla τ_0,ψ [-] zahrnuje všechny uvedené vlivy a stanoví se podle vztahu:

[13]

a souhrnný činitel prostupu světla v normálovém směru τ_0,nor [-] se stanoví podle vztahu:

[14].

SVĚTELNĚ TECHNICKÉ VLASTNOSTI VNITŘNÍCH PROSTORŮ

Vnitřní odražená složka D_i [%] činitele denní osvětlenosti je způsobena odrazem světla od vnitřních povrchů místnosti. Významnou roli zde hraje činitel odrazu světla ρ[-] jednotlivých povrchů a předmětů v interiéru. Hodnota činitele odrazu světla je závislá na barvě a odstínu povrchu.

Přibližně je možno hodnotu činitele odrazu světla porovnáním povrchu s barevným vzorníkem. Orientační hodnoty uvádí tab. 8.

Ve výpočtu činitele denní osvětlenosti se pracuje s průměrnou hodnotu ρ_m [-] činitele odrazu světla vnitřních povrchů místnosti. Ta se stanoví podle vztahu:

[15]

kde n je počet povrchů v místnosti, S_i [m² ] je plocha i-tého povrchu, který má v důsledku své barevnosti hodnotu ρi [-] činitele odrazu světla.

Při výpočtu průměrné hodnoty činitele odrazu světla vnitřních povrchů místnosti je třeba započítat i povrch vlastních osvětlovacích otvorů, jejichž ρ_i = 0,1. Hodnoty ρ_m tak nikdy nemohou vyjít příliš vysoké. Je-li ρ_m = 0,5 , pak se jedná již o velmi světlý interiér.

Tab. 8 – Orientační hodnoty činitele odrazu světla běžných povrchů (podle ČSN 730580-1)

 NahoruVÝPOČET D_S A D_E POMOCÍ DANILJUKOVÝCH ÚHLOVÝCH SÍTÍ

Metodou využívající Daniljukovy úhlové sítě lze stanovit hodnoty oblohové a vnější odražené složky činitele denní osvětlenosti.

Pro práci s Daniljukovými úhlovými sítěmi je třeba mít k dispozici na průsvitném papíře půdorys a svislý řez posuzovaného vnitřního prostoru. Řez prochází posuzovaným bodem a je kolmý k osvětlované rovině. Měřítko může být libovolné a konstrukce jsou zakresleny ve skladebných rozměrech.

Úhlová síť pro řez viz Příloha 11.2.6 se proloží do řezu místnosti tak, že bod P je totožný s posuzovaným bodem M a paprsky sítě označené číslem 50 se sklonem osvětlované roviny. Není-li okno stíněno vnější překážkou, pak parapet a nadpraží osvětlovacího otvoru vymezí počet n₁ dílků v řezu viz Příklad.

Metodou lze řešit situace, kdy osvětlovací otvor je stíněn velmi dlouhým a s oknem rovnoběžným objektem konstantní výšky (protější řadou domů v ulici). Pak počet n₁ dílků je vymezen horní vodorovnou hranou stínícího objektu a nadpražím okna. Důležitá je těžišťová osa t osvětlovacího otvoru, která prochází posuzovaným bodem M a má tu vlastnost, že v řezu půlí oblohovou složku činitele denní osvětlenosti. Nad osou i pod osou je stejný počet dílků Daniljukovy úhlové řezové sítě. V místech, kde těžišťová osa prochází rovinou zasklení, se nachází efektivní těžiště E oblohové složky osvětlovacího otvoru.

Úhel ε, který svírá těžišťová osa t s vodorovnou rovinou, je potřebný ke stanovení činitele gradovaného jasu oblohy. Úhel ε mezi těžišťovou osou t a normálou zasklení je potřebný při stanovení směrového činitele prostupu světla. Je dobré si uvědomit, že jen při svislém zasklení se úhly ε a ψ navzájem sobě rovnají.

Půdorysnou úhlovou síť viz Příloha 11.2.7 je nutno proložit do roviny…