Světlovod VELUX – jednoduché a přirozené osvětlení denním světlem

Osvětlení interiérů přirozeným denním světlem je jedním ze základních požadavků zdravého bydlení. Při návrhu novostaveb i rekonstrukcí je velmi často nutné řešit situaci s osvětlením místností uprostřed dispozice, které nelze osvětlit fasádními nebo střešními okny či vikýři. Zdánlivě jediným řešením je využití energeticky poměrně náročného umělého osvětlení. Často však lze tyto prostory osvětlit s pomocí světlovodu a využít tak přirozeného denního světla s nulovými provozními náklady.

Možnost přenosu denního světla s využitím mnohonásobných odrazů je známa již od starověku, nicméně k většímu zájmu o využití tohoto principu u světlovodů dochází teprve v posledních letech. Světlovody nabízejí alternativu k energeticky náročnému umělému osvětlení, která je často efektivnější i ve srovnání se systémy založenými na konverzi slunečního světla na umělé světlo s využitím fotovoltaických článků. Jejich hlavní výhodou je však možnost vedení přirozeného denního světla s jeho nenahraditelnou kvalitou. I proto nyní světlovody rozšiřují sortiment společnosti VELUX, která se dlouhodobě zabývá právě využitím přirozeného denního světla v interiérech budov.

Světlovod VELUX – jednoduchý princip, snadná montáž a něco navíc

Světlovod je pasivní osvětlovací systém schopný přenášet světlo na velké vzdálenosti s pomocí odrazů od vysoce reflexního povrchu. Skládá ze tří na sebe navazujících částí – čtvercového rámu s pevným zasklením umístěným ve střeše, pevného tubusu a difuzéru rozptylujícího světlo do místnosti.

Běžná vláknová žárovka, tzv. edisonka, převede cca 3 % spotřebované elektrické energie na světlo, zbytkem „pouze“ vytápíme. Světlovody VELUX nabízejí osvětlení přirozeným denním světem s minimálními provoznímu náklady a nenahraditelnou ohleduplností k životnímu prostředí i ke zdraví lidí.

Světlovod lze instalovat do jakékoliv skládané střešní krytiny ve sklonu 15 °–60 °, ve které se pak jeví jako ploché střešní okno menších rozměrů. Výhodou tohoto řešení oproti světlovodům s obvyklou kopulí je především minimální narušení vzhledu střechy, mnohem větší životnost tvrzeného 4 mm skla v porovnání s akrylátovou kopulí a nenáročnost na údržbu díky samočisticí vrstvě, kterou je povrch skla opatřen.

Ačkoliv byl světlovod VELUX vyvinut především pro osvětlení místností v podkroví, lze s jeho pomocí vést světlo až do vzdálenosti 6 m. Světlovodný tubus je pevný s průměrem 35 cm, v rozšířené nabídce se nachází i tubus flexibilní. Do interiéru je světlo rovnoměrně rozptýleno kruhovým difuzérem instalovaným ve vodorovném podhledu s mnohem menším nebezpečím oslnění, než hrozí například při využití standardních světlíků. Celý systém je hermeticky uzavřený a tím je zajištěna dokonalá vodotěsnost bez možné kondenzace vodních par v tubusu či na vnitřní straně zasklení světlovodu.

Mezi další výhody světlovodů VELUX patří nosič úsporné žárovky přímo v jeho tubusu. Touto doplňkovou funkcí tak lze nahradit standardní umělé osvětlení bez nutnosti instalace dalších stropních svítidel. Světlovod řeší i problém se zajištěním ventilace, ke kterému u nedostatečně osvětlitelných místností velmi často dochází. Horní část světlovodu lze doplnit ventilačním prvkem s možností připojení ventilačního potrubí o průměru 100 mm a tím využít pro ventilaci stejný prostup střešní konstrukcí jako pro osvětlení.

Součinitel prostupu tepla světlovodem určený metodou NFRC 100: U_t = 2,2 W/(m²K).

Vlastní instalaci světlovodu obvykle provádějí specializované firmy, přestože montáž není příliš náročná a podle podrobného návodu ji zvládne i zručný laik. Na stavbě je obvykle montáž rozdělena na práce na střešním plášti, které provádějí pokrývačské firmy, a instalaci interiérových částí světlovodu obvykle prováděnou montéry suché výstavby. Doporučeno je zateplení průchodu světlovodu stropní konstrukcí.

Uplatnění a hlavní charakteristiky světlovodu

Světlovod má uplatnění především pro osvětlení místností uvnitř dispozice, jako jsou např. koupelny, toalety, haly, schodiště, sklady a další místnosti bez přístupu přirozeného denního světla. Intenzitu přiváděného světla nelze regulovat, proto se jeho instalace nedoporučuje v místnostech, kde je v některých případech třeba světlo omezit, jako jsou například ložnice. Světlovod lze využít i pro osvětlení administrativních a komerčních prostor.

Množství přivedeného světla podstatně závisí na počasí, roční době, sklonu střechy, orientaci ke světovým stranám, délce tubusu a počtu kolen. Optimálním řešením je umístění horní části světlovodu na nejvíce osluněnou část střechy, tedy jih až západ.

Hodnota světelného toku světlovodem délky 1 m instalovaném v 15° jižně orientované střeše je 440 lm při zimní zatažené obloze, což odpovídá jedné 40 W žárovce, a až 6 500 lm u jasné letní oblohy, což přibližně odpovídá 5 kompaktním zářivkám 24 W, viz tab. 2. Redukce světelného toku je 6 % na 1 m délky a 10 % na jedno koleno. Světlovod přenáší i určité množství slunečního tepelného záření. Poměr mezi tepelnými zisky a světelným tokem je při-bližně roven 9 W na 1 000 lm.

Návrh světlovodu VELUX je jednoduchý

Orientačně lze jeden světlovod považovat za dostatečný k osvětlení místnosti o rozloze 9–10 m². Pro přesnější předběžné stanovení optimální osvětlenosti místnosti s využitím světlovodů vyvinula společnost VELUX nástroj Lux calculator, zdarma přístupný na stránce http://www.velux.cz/vyrobky/svetlovody/Lux_Calculator.

Práce s touto užitečnou pomůckou je velmi snadná. Po zadání lokality, orientace a sklonu střechy, typu střešní krytiny, délky tubusu světlovodu a rozměrů místností lze vypočítat osvětlenost a porovnat ji s doporučenými hodnotami. V případě, že jsou vypočítané hodnoty nižší než doporučené, Lux calculator vyhodnotí, zda lze problém vyřešit případnou instalací dalších světlovodů nebo bude nutné pro dostatečné osvětlení zadané místnosti hledat jiné řešení.

Slunce, naše nejbližší hvězda a pro Zemi nejvydatnější a nejdůležitější zdroj světla, vyzařuje celkový zářivý tok 3,73·10²⁶W. Šest procent z tohoto záření (pro K = 6 %, viz tab. 2), tj. 2,24·10²⁵ W, je tok světla viditelného lidským okem. To odpovídá světelnému toku 1,53·10²⁸ lm, který se spočítá jako součin celkového zářivého toku a měrného světelného výkonu P = 41 lm/W, viz tab. 2.

Světlovod VELUX je třeba chápat jako doplňkový výrobek, který samozřejmě nenahradí osvětlení místností fasádními nebo střešními okny. Může však najít uplatnění všude, kam přirozené denní světlo nelze okenními otvory přivést. V takových případech je vhodné považovat světlovod za jeden z možných a efektivních způsobů osvětlení, kterým lze do interiéru přivést jinak velmi obtížně nahraditelné přirozené denní světlo.

Základní pojmy, veličiny a jednotky z fotometrie

Všechna tělesa vyzařují elektromagnetické záření, které je složeno z mnoha vlnových délek. Jejich spektrální hustota je velmi přesně popsána Planckovým zákonem záření tzv. černého tělesa z roku 1900. Záření těles ohřátých na teplotu blízkou teplotě lidského těla vnímáme jen jako sálání tepla (nebo chladu). Tělesa zahřátá nad teplotu 600 °C vnímáme už také jako světlo, nejdříve červené, které rostoucí teplotou tělesa přechází do bílé. Slunce je těleso ohřáté téměř na 6 000 °C. Spektrální hustota tohoto záření je zobrazena jako červená křivka na obr. 6. Úzký výsek od 0,39 μm do 0,79 μm z tohoto záření vnímá lidské oko jako světelné záření. Na obr. 6 je tento výsek ohraničen čárkovanými přímkami.

Zářivý tok, charakterizující zhodnocení výkonu přenášeného zářením vzhledem k rozdílné citlivosti oka na barvy, pak nazýváme světelným tokem.

Definice jednotek

Prostorový úhel ω, jednotka steradián, značka sr: Prostorový úhel se měří podle plochy, kterou kužel omezující prostorový úhel vytíná z kulové plochy jednotkovým poloměrem z vrcholu úhlu. Velikost prostorového úhlu, který vytne z kulové plochy o poloměru r plochu vrchlíku A, je pak dána vztahem ω = A/r². Plný prostorový úhel ω = 4πr²/r² = 4π steradiánů (sr).

Svítivost I, jednotka kandela, značka cd: Svítivost je světelný tok, který vyzařuje bodový zdroj do prostorového úhlu 1 steradián. Jde o skalární veličinu. Jednotka svítivosti kandela je v soustavě SI základní fotometrickou jednotkou. Jedna kandela je rovna 1/60 kolmé svítivosti čtverečního centimetru černého tělesa při teplotě tuhnoucí platiny (1 772 °C) za tlaku 1,01325·10⁵ Pa.

Světelný tok (někdy také světelný výkon) Φ, jednotka lumen, značka lm: Jeden lumen je světelný tok, vysílaný bodovým zdrojem do prostorového úhlu 1 steradián při svítivosti zdroje 1 cd. Světelný tok se vypočítá jako součin svítivosti a prostorového úhlu Φ, ve kterém světelný tok měříme, Φ = I·ω. Rozměr světelného toku je [Φ] = lm = cd·sr.

Pro teplotu tuhnoucí platiny (za podmínek z definice svítivosti) bylo na základě rozboru spektrální citlivosti lidského oka a z Planckova zákona spočteno, že tok viditelného světla, který definiční vzorek tuhnoucí platiny vyzařuje plochou 5,305·10^-3 cm² do (polo)prostoru nad ním, je v energetických jednotkách roven F_v = 0,00147 W. Velikost plošky byla záměrně zvolena tak, aby s ohledem na uvedené fotometrické definice byl její světelný tok právě Φ = 1 lm. Světelný tok lze vyjádřit jak v lumenech, tak ve wattech s převodní konstantou 1/K_m = 0,00147 W/lm, resp. K_m = 680 lm/W.

Poměr P (-) světelného toku v lm k příslušnému zářivému toku ve W touž plochou pro libovolný zdroj světla se nazývá měrný světelný výkon (angl. Overall luminous efficacy).

Poměr K (-) světelného toku ve W k příslušnému zářivému toku ve W touž plochou pro libovolný zdroj světla se nazývá světelná účinnost záření (Overall luminous efficiency). Je v intervalu hodnot <0;1> a závisí na teplotě zdroje a pro chladné zdroje (teplota kolem 600 °C a níže) se blíží k nule. Platí tyto vztahy:

P = K · K_m

Φ = K · K_m · F_e

Měříme-li světelný tok v lumenech a výkon zářiče ve wattech, pak číslo K_m představuje maximální světelnou účinnost záření; jeho převrácení hodnota -1/K_m = 0,00147 W/lm – se proto nazývá minimální mechanický ekvivalent světla.

Osvětlení nebo osvětlenost E, jednotka lux, značka lx: Jeden lux je osvětlení 1 m² plochy rovnoměrným světelným tokem o velikosti jednoho lumenu.

Tab. 1: Některá typická osvětlení v luxech a související intenzity světelného toku ve W/m². Osvětlení v luxech (2. sloupec) získáme jako hodnotu intenzity světelného toku (3. sloupec) vynásobenou maximální světelnou účinností záření Km = 680 lm/W.

---

Související odkazy:

1) TEST: Značná část úsporných zářivek má nižší životnost