Výběr svítidla

7.3.1 Výběr svítidla

Ing. Tomáš Maixner

Zdánlivě nejzajímavější údaj popisující optické vlastnosti svítidla je účinnost. Ve skutečnosti je rozhodující charakter fotometrické plochy svítivosti. Ta rozhoduje, kterým směrem bude světlo „vyrobené” světelným zdrojem distribuováno do okolí svítidla. Jaké množství světla bude využito pro účely osvětlování a jaké množství zůstane nevyužito.

V katalozích výrobců se obvykle fotometrická data uvádějí ve formě souboru svítivostí, tedy fotometrické plochy svítivosti. Ta bývá doplněna údajem o účinnosti svítidla, případně o rozdělení distribuce světla do horního a dolního poloprostoru (obr. 1).

Obrázek 1: Fotometrické údaje svítidla z obrázku 2a

Účinnost svítidla

Účinnost svítidla je poměr světelného toku, který opustí svítidlo ku světelnému toku zdrojů umístěných ve svítidle. Čím je účinnost vyšší, tím je větší množství světla vyzářené ze svítidla. Nic víc to však neznamená. Rozhodující je množství světla využitého.

Naopak. Vysoká účinnost je obvykle vykoupena tím, že je nějaká jiná vlastnost horší. Svítidlo může vyzařovat světlo do nežádoucích směrů, může oslňovat. I když existují svítidla s vysokou účinností, která mají i ostatní vlastnosti vyhovující.

Ostatně v poslední době je údaj o účinnosti značně devalvován. Není to dobře, ale děje se tak. I u renomovaných výrobců se objevuje u svítidel údaj: účinnost = 100%. Někdy dokonce i víc. Je to obvykle u LED svítidel. Ignorují se ztráty světla v optickém systému svítidla. Výrobci argumentují tím, že světelné diody jsou integrovanou součástí svítidla. Řekl bych, že tak tomu bylo v počátcích nasazení LED do oblasti osvětlování. V současné době řada výrobců dospěla k tomu, že svítidla skládá ze tří základních komponent. Je to vlastní těleso svítidla s případnou optikou, elektronická část a modul LED. Tak je možné vyrábět modulární svítidla, je možné blok s diodami vyměnit po čase za jiný. A nemusí to být jen proto, že došlo k poruše nadměrného množství LED. Důvodem může být i to, že vývoj postoupil a je možné, aby určité svítidlo zvládlo osvětlit stejný prostor nebo plochu s menším příkonem. Nebo, při zachování stejného příkonu, zvýšit úroveň osvětlení.

Výrobce svítidel musí nutně znát světelný tok použitých diod. Jinak by nemohl kontrolovat, zda zásilka od dodavatele LED splňuje dohodnuté parametry. Nebo by musel u každého svítidla kontrolovat, zda dosahuje v katalogu proklamovaných hodnot. Když už výrobce zná světelný tok, tak mu nic nebrání v tom, aby stanovil účinnost vlastního svítidla.

Ačkoliv jsem v úvodu poznamenal, že účinnost nic neříká o tom, jak se světlo hodí pro nějakou osvětlovací úlohu, přesto je toto číslo důležité. Udává, jak dobře nebo špatně výrobce zpracoval využitelný světelný tok. Pro svítidla s podobnou charakteristikou lze usoudit, které bude kvalitnější. I když je to jen vodítko. Jak jsem již uvedl, vyšší účinnost může být provázena jinými nectnostmi.

Činitel využití

Jak jsem již v úvodu naznačil, důležitější než účinnost je činitel využití. Název napovídá, že jde o množství světla, které se účelně využije. Světlem využitým je chápáno světlo, které slouží k zajištění požadovaných parametrů osvětlení. Tedy třeba osvětlenosti pracovní plochy, stolu, tabule, vozovky nebo náměstí.

To znamená, že činitel využití je definován jako podíl světla využitého ku celkovému množství světla vyzařovanému světelným zdrojem (nebo zdroji) ve svítidle. Pokud se ze svítidla využije třeba 400 lm a je v něm nainstalováno tisíc lumen, tak je činitel využití 0,4.

Činitel využití je mnohem výmluvnější než běžně udávaná účinnost. Uvedený příklad může platit pro nějaké svítidlo s účinností 70%. Ovšem na jeho místě se může objevit svítidlo s vyšší účinností, třeba 80%, ale činitelem využití jen 0,2. Není to nic neobvyklého. V takovém případě je pochopitelně mnohem zajímavější to prvé svítidlo. Využije účelně dvojnásobné množství světla než to druhé. To znamená, že pro dosažení stejné úrovně osvětlení by byl zapotřebí poloviční počet prvních svítidel než druhých. Nebo stejný počet svítidel s polovičním světelným tokem, tedy zhruba i příkonem.

Kdyby bylo svítidlo tvořeno holou výbojkou nebo žárovkou, tak má účinnost téměř 100%. Ovšem polovina světla uniká do horního poloprostoru. To je někdy prospěšné - osvětlení průčelí historické budovy nebo koruny stromu, v interiéru to je třeba přisvětlení stropu nebo zvýšení odražené složky. Pokud by se ale s takovým “svítidlem“ měla osvětlovat například dlouhá a relativně úzká komunikace, tak se využije sotva 10% vyrobeného světla. Mnohem lépe se osvětlí vozovka svítidlem navrženým pro takový účel. Může mít účinnost třeba jen 70%, ale využije několikanásobné množství světla oproti stoprocentnímu holému světelnému zdroji.

Z uvedeného je zřejmý význam činitele využití, který vypovídá o tom, jak je svítidlo vhodné nebo nevhodné pro osvětlení v konkrétním případě.

Například v tabulce 1 je uvedeno, jak se mění osvětlenost, resp. činitel využití pro různé typy svítidel. Jedná se o otevřený prostor, resp. neuvažuje se odražená složka světla. Plocha je čtvercová o rozměrech 20×20 m. Ve svítidlech je světelný tok 10 000 lm a jsou ve výšce 6 metrů nad terénem, uprostřed osvětlované plochy.

Obrázek a)

Obrázek b)

Obrázek c)

Obrázek d)

Obrázek 2:
a) Svítidlo tvaru koule
b) Svítidlo tvaru koule s pokoveným vrchlíkem
c) Svítidlo pro osvětlování komunikací s vypouklou mísou
d) Svítidlo pro osvětlování komunikací uzavřené plochým sklem

Porovnávaná svítidla jsou na obr. 2a÷d. Opět je potvrzeno, že účinnost svítidla neposkytuje informaci o skutečné „užitečnosti” svítidla. Například „koule” (2a) má druhou nejvyšší účinnost - lepší je jen svítidlo s vypouklou mísou (2c). Přesto nejhůře hospodaří se světlem. Naopak svítidla pro osvětlení komunikací (2c a 2d) mají více jak trojnásobný činitel využití, přitom svítidlo s plochým sklem (2d) má nižší účinnost než koule.

Velikost činitelů využití závisí na poloze svítidla. Bude-li například “koule“ (2a) umístěna ve výšce 3 metry, pak zajistí průměrnou osvětlenost pouze 7,6 lx. Využitý světelný tok bude 3040 lm a činitel využití bude 0,30. Bude-li zmíněné svítidlo v rohu osvětlované plochy, pak bude osvětlenost pouze 1,8 lx. Využitý světelný tok bude 720 lm, tedy činitel využití jen 0,07.

Vhodnou volbou svítidla a jeho polohy lze dosáhnout optimálního využití světelného toku. V tomto rozboru byly zanedbány všechny ukazatele osvětlení kromě osvětlenosti. Pokud by bylo nutné dosáhnout určité rovnoměrnosti, pak je možnost volby geometrie osvětlovací soustavy omezena. Například pro zajištění rovnoměrnosti 0,4 by bylo nutné “ostře sledovanou“ kouli umístit ve výšce 9 m nad terénem (pro středové umístění). Pak ovšem klesne činitel využití na hodnotu 0,13 (pro 3 m je 0,30).

Lze učinit závěr - svítidlo je třeba vybírat podle toho, jak dobře umí využít světlo pro daný účel. Pokud se ve výběrovém řízení objeví účinnost jako jedno z kritérií, pak je to špatně. Třeba již pro zmíněný nešvar uvádět u LED svítidel účinnost 100%.

Záměna svítidel

Respektovat činitel využití je nutné i při záměně svítidel. Je lhostejné, z jakého důvodu k ní dochází. Může to být poškození stávajícího svítidla, jeho stáří, slib prodejce, že s jeho svítidly obec ušetří 94% nákladů na provoz veřejného osvětlení. Neuvěříte, ale číslo je z reálné nabídky a starosta takové nabídce podlehl.

Při záměně svítidel musí zaměňující svítidlo zajistit přinejmenším stejně kvalitní osvětlení, jako zajišťovala původní soustava. To znamená, že musí mít v prvé řadě stejný činitel využití. Nebo lepší. Pokud tuto podmínku splňuje, tak je nutné posoudit, zda zajistí i vyhovující rozložení světla, rovnoměrnost osvětlení. Zda neoslňuje atd.

Samozřejmě, že není možné nahradit 70W výbojku nějakým zázračným světelným zdrojem o příkonu 20 nebo 30 W. Nedokáží to ani LED, ani indukční zdroje (známé jako LVD). Obvykle prodejci srovnávají nesrovnatelné, netroufnou si do korektního porovnání s moderní vysokotlakou sodíkovou výbojkou. A pokud ano, tak předloží značně zkreslené parametry výbojkové osvětlovací soustavy. Protože jinak se ukáže, že proti výbojkovému osvětlení většinou ušetří jen pár wattů. Obvykle tak málo, že úspory na energiích nezaplatí navýšené investice. Musím však poznamenat, že v současnosti existují případy, kdy se vyplatí osvětlení se světelnými diodami. I při současných cenách. Zatím jich však není tolik. Existují vzácné případy, kdy se vyplatí použití indukčních zdrojů. Velmi vzácné. Ale jistě mají LED před sebou budoucnost. A nemusí být ani tak vzdálená.

Osvětlovací soustavy

Dosud popsané skutečnosti a odpovídající závěry platí pouze v případě použití jednotlivých svítidel (opět pro zjednodušení v otevřeném prostoru). Situace se mění v okamžiku, kdy je k osvětlení nějaké plochy zapotřebí větší množství svítidel. Svítidla navzájem spolupracují.

Činitel využití - plocha

Spoluprací svítidel lze především dosáhnout lepší rovnoměrnosti osvětlení. Činitel využití však klesá, protože svítidla nejsou umístěna ve středu prostoru, ale nad celým půdorysem, byť obvykle pravidelně. Běžně se volí umístění svítidel tak, že jsou od okrajů osvětlované plochy vzdáleny na poloviční rozteč mezi nimi (obr. 3).

Obrázek 3: Typické rozmístění svítidel

Pro případ svítidla 2a je na obr. 4 uvedena graficky závislost mezi výškou svítidla, činitelem využití a rovnoměrností osvětlení. Platí stejná závislost jako v případě jednotlivých svítidel. S rostoucí výškou se vylepšuje rovnoměrnost. Činitel využití však klesá. Pro svítidla ve výšce 5,4 metrů je rovnoměrnost osvětlení 0,4. Avšak činitel využití je 0,18 (pro samostatné svítidlo je 0,20). Pro dosažení průměrné osvětlenosti např. 5 luxů by bylo nutné, aby v každém svítidle byl světelný tok 2 780 lm, tedy ve všech dohromady 11 120 lm. To je přibližně o 11% více než pro “středově“ umístěné svítidlo. Daň zlepšení kvality (rovnoměrnosti) osvětlení.

Obrázek 4: Činitel využití, rovnoměrnost osvětlení a výška…