Možnosti využitia denného svetla na osvetľovanie vnútorných priestorov

Jednotlivé zložky slnečného žiarenia sú pre ľudský organizmus veľmi dôležité, preto je snaha v čo najväčšej miere zabezpečiť dostatok denného osvetlenia vo vnútorných priestoroch. Z tohto hľadiska sú najvýhodnejšie presklené priestory, prípadne priestory s inštalovanými svetlíkmi, ktorými prechádza istá časť slnečného žiarenia. Čo však v priestoroch, kde nemožno z rôznych konštrukčných dôvodov aplikovať žiadne otvory na prienik svetla? Riešením je napr. prívod svetla pomocou tubusového svetlovodu.

Slnečné žiarenie je vo všeobecnosti nevyhnutnou zložkou života na zemi. Už pre existenciu rastlín je slnečná energia dôležitá pre fotosyntézu, ktorá v zelených rastlinách prebieha. Pre človeka je slnečné žiarenie tiež veľmi dôležité, pretože pri jeho nedostatočnom prísune je organizmus vystavený stavom disharmónie a nerovnováhy.

Postupne sa zvyšuje náchylnosť na stres, z čoho pramenia rôzne zdravotné problémy. Naopak, pri dostatočnom prísune slnečné svetlo priaznivo vplýva na psychiku človeka, ovplyvňuje jeho nervový systém a zvyšuje príjem energie do tela, zlepšuje sa odolnosť proti stresu a schopnosť sústredenia.

Slnko možno chápať ako vysokovýkonný a vysoko stabilný zdroj energie. Zem neustále prijíma slnečnú energiu s veľkosťou približne 180 000 TW, pričom celosvetová ročná spotreba energie je približne 13 TW. Slnko nám teda počas troch hodín vyžiari toľko energie, čo ľudstvo spotrebuje za celý rok [2].

Denné svetlo
V STN 73 0580 Denné osvetlenie budov sa uvádza: „Pri návrhu vnútorných priestorov určených na trvalý pobyt ľudí sa musí v súlade s ich určením čo najviac využívať denné osvetlenie, ktoré je pre človeka nenahraditeľné.

V ostatných vnútorných priestoroch sa má denné osvetlenie navrhovať tam, kde je to účelné a hospodárne (využitie slnečnej energie).“ Denné svetlo obsahuje celé spektrum vlnových dĺžok. Je schopné vyvolať zrakový vnem a v závislosti od jeho kvantity meniť zrakový vnem. Žiaľ, denné svetlo zatiaľ nemožno nahradiť umelými svetelnými zdrojmi. Preto treba uvažovať o dostatočnom prísune denného svetla do objektov už pri samotnom návrhu a projektovaní budov.

Denné svetlo prichádzajúce do miestnosti cez presklené časti sa skladá z priameho slnečného svetla, rozptýleného difúzneho svetla z oblohy a z odrazeného svetla od okolitých budov a objektov v blízkosti danej budovy (obr. 2). Vnútorné priestory budov s presklenými oknami sú vo veľkej miere postačujúce pre príjem slnečného žiarenia ľudským organizmom.

Je všeobecne známe, že oveľa viac svetla poskytujú šikmé strešné okná v porovnaní so zvislými fasádnymi oknami. Problém nastáva v priestoroch, kde sa okná buď nedajú montovať, alebo prístup denného svetla oknami do vnútorného priestoru je pre okolité tienenie ďalšími budovami nedostatočný. V takýchto prípadoch je aj počas dňa nevyhnutné v týchto priestoroch používať doplnkové umelé osvetlenie.

Tiež je možnosť namontovať svetlíky (obr. 3), ktoré sa najčastejšie inštalujú do veľkých hál, kde možno uložiť väčší počet svetlíkov vedľa seba. Tým sa dosiahne oveľa väčšia účinnosť sústavy. Osvetlenie priestorov, ktoré sa nenachádzajú na najvyššom podlaží, možno riešiť pomocou svetlovodov. Ich telo tvorí rúra tubusového tvaru.

Tubusové svetlovody
Tubusové svetlovody svojim konštrukčným riešením a funkciou ponúkajú riešenie, ako priviesť prirodzené svetlo do odľahlejších tmavých kútov budovy. Denné svetlo privedené svetlovodmi môže presvetliť celé miestnosti, alebo slúžiť ako pomocné doplnkové osvetlenie, ak nepostačuje svetlo z okien. Svetlovody patria k pasívnym osvetľovacím systémom, čo znamená, že umožňujú prístup slnečného žiarenia do budovy bez technických zariadení. Funkciou dutého svetlovodu je využitie mnohonásobných odrazov od vysoko reflexného povrchu privádzajúceho denné svetlo do vnútorných častí budov.

Samotný svetlovod sa skladá z kupoly (obr. 1), tubusu a difúzora. Kupola sa zvyčajne umiestňuje na strechu budovy, zachytáva svetlo z oblohy (priame aj rozptýlené slnečné žiarenie z oblohy) a usmerňuje ho ďalej do tubusu. Kupola má najčastejšie tvar polgule alebo zrezaného valca. Najčastejšie používané materiály sú sklo alebo plast PMMA s vysokým činiteľom prestupu svetla τ = 0,9 až 0,93. Kupola musí byť odolná proti vonkajším klimatickým podmienkam.

Telo tubusového svetlovodu (obr. 4) tvoria rúry s vnútornou stenou z vysoko lešteného hliníka – tubusy. Svetlovodný tubus transportuje svetlo na požadované miesto. Tubusy sa vyrábajú s priemerom od 50 až do 1 000 mm. Účinnosť svetlovodov závisí aj od ich dĺžky a činiteľa odrazu vnútorného povrchu. Svetlo odrážané vnútornými stenami svetlovodu stráca na intenzite.

Súčasné technologické postupy výroby a jemné leštenie odrazových materiálov umožňujú odraziť až 99 % dopadajúceho svetla. Dĺžka priamych častí svetlovodu býva zvyčajne 1 m, pričom väčšie vzdialenosti možno dosiahnuť zmontovaním viacerých častí. Účinnosť svetlovodov však s dĺžkou tubusu klesá.

Treťou významnou časťou svetlovodu je difúzor (obr. 5), ktorého hlavnou úlohou je rovnomerne rozptyľovať svetlo do miestnosti alebo na konkrétnu pracovnú úlohu. Difúzory môžu byť z nepriehľadného materiálu – rozptyľujú svetlo rovnomerne do priestoru; s prizmatickým sklom – kryštálový rozptyl svetla v interiéri; číre – najčastejšie používané pre komerčné priestory, kde sa zaručuje maximálna priepustnosť svetla. Tu treba dbať na to, aby difúzory neoslňovali.

Často treba svetlo priviesť vertikálne z exteriéru do miestnosti. Tu je vhodné použiť priamy svetlovod – variant A (obr. 6). Ak treba svetlo priviesť do inej časti priestoru, ako je kupolka, t. j. ak sa kupola nenachádza priamo nad difúzorom alebo je umiestnená na šikmej streche, treba použiť koleno – variant B (obr. 6).

Treba však počítať s tým, že každý zlom tubusu o nejaký uhol prináša zvýšenie strát, a tým znižuje celkovú účinnosť zariadenia. Takisto treba vedieť, že čím väčší je uhol zalomenia tubusu, tým väčšie sú straty svetla.

Priebeh osvetleností na osvetľovanej ploche so svetlovodmi je určený priemerom, dĺžkou a tvarom tubusu, odrazivosťou vnútorného povrchu stien tubusu, typom použitej kupoly a takisto difúzora, ako aj jeho polohou a orientáciou na streche (šikmá alebo plochá strecha).

Obr. 6: Schéma tubusového svetlovodu, A – priamy svetlovod, B – zalomený svetlovod

Pre používanie svetlovodov vydala CIE (Medzinárodná komisia pre osvetľovanie) technickú správu [3]. Okrem opisu prvkov svetlovodov a ich vlastností poskytuje táto správa jednoduché postupy pre výpočet účinnosti vedenia svetla tubusom.

Záver
Možností na privedenie denného svetla do hlbších priestorov miestnosti je niekoľko. Tubusové svetlovody majú však výhody v tom, že svetlo možno priviesť na požadované miesto použitím kolien a ďalších nástavcov.

Ing. Marek Krasňan
Autor pôsobí na Katedre elektroenergetiky Fakulty elektrotechniky a informatiky STU v Bratislave.

Recenzoval: prof. Ing. Alfonz Smola, PhD.
Foto a obrázky: archív autora

Príspevok vznikol v rámci riešenia projektu APVV-0264-07.

Literatúra
1. STN EN 73 0580 Denné osvetlenie budov.
2. http://www.bramacsolar.sk/index1.php?lay=lyr1.
3. CIE 173:2006 Tubular daylight guidance system. CIE Central Bureau, Vienna, 2006.

Článok bol uverejnený v časopise TZB HAUSTECHNIK.