Vliv barevných a odrazivých ploch na činitel denní osvětlenosti v místnostech s trvalým pobytem osob

1. Úvod

Jedním z parametrů, který ovlivňuje činitel denní osvětlenosti vnitřní odražené složky D_i, je mimo jiné i činitel odrazivosti světla ρ [–] jednotlivých vnitřních povrchů, který se významně podílí na hodnotě vnitřní odražené složky. Činitel odrazivosti světla je vlastností povrchu těles a stanovuje se jako poměr odraženého světelného toku vzhledem k dopadajícímu světelnému toku.

2. Materiál a metodika

Ve studii je pro hodnocení vlivu odrazivých ploch a barev na hodnotu činitele denní osvětlenosti zvolena jednoduchá místnost obdélníkového tvaru (4 m × 6 m, sv. výška 2,6 m) s oknem v kratší stěně o rozměrech 2 m × 1,5 m. celková plocha všech vnitřních povrchů je 100 m². Místnost je současně uvažována jako prostor s trvalým pobytem lidí. Ve zkoumané místnosti jsou uvažovány různé kombinace barevných variant uspořádání, které jsou postupně vymodelovány v programu WDLS. V jednotlivých variantách jsou upravovány celkové barevnosti stěn na kterých jsou rozmisťovány plochy, které mají znatelně vyšší činitel odrazu světla. Tyto plochy simulují například zrcadlové stěny. Ostatní parametry výpočtu (rozložení jasů na obloze, činitel odrazu světla od terénu apod.) jsou voleny konstantní a vybrané dle norem ČSN.

2.1 Popis variant modelové situace

V modelové situaci je uvažováno 108 variant výpočtu (navíc tři srovnávací varianty pro bílé stěny a průměrnou barevnost dle ČSN). V jednotlivých variantách byly upravovány barevnosti a odrazivosti stěn. Hodnoty činitele odrazivosti světla u podlah (ρ = 0,3) a stropů (ρ = 0,7) místností jsou konstantní pro všechny varianty studie. Sto osm barevných variant je doplněno o tři srovnávací varianty. Jednou je varianta, která vychází ze situace, kdy jsou zachovány normové požadavky na průměrnou barevnost povrchů stěn (v Tab. 1 popsána varianta Norma P), dvěma dalšími variantami jsou místnosti, které mají bílé stěny (ρ_A = 0,75, ρ_B = 0,95).

Dále bylo uvažováno s rozdílným rozmístěním barevných a odrazivých ploch po stěnách, kdy bylo použito variant se stěnami, které jsou celobarevné, a stěny, které mají horizontální (v Tab. 1 pod označení varianty druhého písmene „H“ (druhé písmeno)) či vertikální odrazivé části ploch (v Tab. 1 pod označení varianty druhého písmene „V“ (druhé písmeno)), kdy stěny jsou rozděleny do pásů s rozdílnou barevností, příp. odrazivostí.

Všechna dispoziční řešení jsou uvažována ve třech barevných variantách, jakými jsou: světlé stěny (v Tab. 1 pod označením prvního písmene „S“) s činitelem odrazivosti 0,5, středně tmavé plochy (varianty označení v Tab. 1 „M“) s činitelem odrazivosti 0,3 a tmavé plochy (varianty označení v Tab. 1 „M“) s činitelem odrazivosti 0,15. Pod pojmem světlá stěna si můžeme představit světle žluté, světle zelené nebo např. světle šedé barvy nebo světlé dřevo (bříza, smrk). Pro středně tmavé povrchy si můžeme představit středně červené nebo světle hnědé stěny a dřevo jako je borovice, buk či dub. Pod pojmem tmavé plochy jsou zamýšleny barvy, jako je tmavě zelená či modrá a dřeviny jako je ořech, třešeň, či palisandr.

Jako odrazivé prvky jsou uvažovány plochy, jejichž odrazivosti jsou vysoké ρ = 0,75 a ρ = 0,95. Pod odrazivostí 0,75 si můžeme představit výrazně bílou barvu, hliníkový či nerezový povrch. Odrazivost 0,95 je velmi vysoká a můžeme si pod ní představit zrcadlo, jedná se ale o mírně nadsazenou (laboratorní) hodnotu (norma uvádí, že součinitel odrazivosti skleněné plochy je v rozmezí od 0,8–0,9). Pro každé barevné řešení (M, T, S) jsou uvedeny další 2 varianty v závislosti na odrazivosti 0,75 (Tab. 1 Varianta A), resp. 0,95 (Tab. 1 Varianta B).

Všechny varianty jsou vypsány v Tab. 1, kde jsou uvedeny velikosti efektivních ploch (viz 2.2) i průměrné odrazivosti vnitřních povrchů ρ_m. Pod římskými čísly u jednotlivých variant jsou popsány stěny, kde: Stěna I je stěna s okenním otvorem, stěny II a IV jsou boční stěny a stěna III je stěna protilehlá k oknu.

2.2 Metodika vyhodnocení

Pro všechny varianty modelové situace jsou na základě váženého průměru vypočteny průměrné odrazivosti vnitřních povrchů (Tab. 1 sloupec ρ_m) a na základě analýzy dat z výpočetních modelů z programu WDLS jsou odečteny velikosti efektivních ploch S_D=1.5% místností pod izofotou 1,5 % (tato hodnota odpovídá třídě středně přesné charakteristice zrakové činnosti dle ČSN), které tak určují funkčně vymezený prostor místností s trvalým pobytem osob. Zjištěné výměry ploch pod izofotou 1,5 % a hodnoty průměrných odrazivostí vnitřních povrchů u jednotlivých variant jsou přepočítané, tak aby všechny varianty byly navzájem porovnatelné. Přepočtena plocha S_X je odvozená z efektivní plochy místnosti S_D=1.5% v závislosti na průměrnou hodnotu činitele odrazu vnitřních povrchů ρ_m, kdy jako ideální hodnota byla považována ρ_m = 0,5, přepočet byl proveden podle následujícího vzorce:

Z přepočtených hodnot ploch S_X bylo následně odvozené pořadí (Tab. 1 sloupec pořadí). Pořadí bylo odvozeno sestupně v závislosti na velikosti ploch S_X. Přepočtená hodnota je pouze pomocným parametrem určeným pro komparaci. Na základě pořadí byly vyhodnoceny nejpřívětivější a nejméně přívětivé varianty z modelové situace a provedeno statistické vyhodnocení.

3. Výsledky a diskuse

3.1 Statistická analýza dat

Na základě analýzy dat z tabulky Tab. 1 je v tabulce Tab. 2 vypsáno několik základních statistických dat. Výběrovou množinou byl soubor efektivních ploch pod izofotou D = 1,5 % - S_D=1.5%. Ze statistické analýzy vyplývá, že výběrová množina není příliš rozsáhlá, statisticky významné hodnoty S_D=1.5% jsou kolem hodnoty 10,5 m². Provedením například testu podle Grubbshe by zřejmě téměř veškeré extrémní hodnoty (varianty) byly vyloučeny.

3.2 Vyhodnocení variant modelové situace

Na hodnotě činitele denní osvětlenosti v hodnotě D = 1,5%, která vymezuje funkční plochy v místnostech s trvalým pobytem lidí má z hlediska barevnosti zřejmě největší vliv umístění odrazivých ploch, resp. ploch s vyšším činitelem odrazivosti. Velikost ploch vymezených izofotou D = 1,5 % je pro různé varianty v intervalu od 6,742 m² (varianta T100) do 22,482 m² (varianta SV50B), v případě srovnávací varianty místnosti s bílými stěnami s ρ = 0,95 je efektivní plocha 23 m². Efekt rozmístění odrazivých ploch se vůbec nejvíce projevil na je umístění do zadní poloviny místnosti (varianta XV50B, kde X je jedna z barevných variant S, M, T), a u místností, kde byla protilehlá stěna oproti oknu odrazivá. Jednalo se tak o varianty, kde byla plocha vyznačena izofotou D = 1,5 % více než je polovina efektivní plochy místnosti v modelové situaci tj. 12 m². Nejmenší plocha vymezená izofotou D = 1,5 % byla zjištěna v případech, kdy byly všechny stěny celobarevné (varianta X100). V případě variant XVI, kdy je jako odrazivá plocha uvažována stěna ve které je umístěn okenní otvor byla efektivní plocha vymezená izofotou menší nebo téměř stejná jako u variant X100. Tento fakt lze přikládat výpočetnímu algoritmu programu WDLS, který zřejmě mnohonásobné odrazy od okenních stěn neuvažuje, popř. jim nepřikládá velkou váhu. Důkazem toho je větší velikost efektivní plochy S_D=1.5% ve variantě S100 ρ_{okenní stěna} = 0,5 a SVI při ρ_{okenní stěna} = 0,75 (viz Obr. 1). Jako nejvíce příznivé byly na základě pořadí vyhodnoceny varianty: SV50B a MV50B pro ρ = 0,75 (varianta světlé a středně světlé místnosti, kdy odrazivé plochy byly na zadní polovině místnosti (viz Obr. 1).

Nejméně příznivými variantami jsou tmavé místnosti T100 a TV3C. Grafické znázornění vybraných variant je na obrázcích nahoře. Rozmístění odrazivých ploch je znázorněno jako bílé čtverce ve stěnách.

4. Závěr

Ve výpočetním programu WDLS byly posouzeny jednotlivé varianty místností, které měli odlišné barevnosti a odrazivosti stěn. Podle požadavku normy ČSN 73 0580–1:2007 – Denní osvětlení budov byly v každé variantě vymezeny funkční prostory a bylo provedeno jejich porovnání. Z komparace a vyhodnocení vyplývá, mimo jiné, že: Ve světlých místnostech může docházet díky odrazu světla od vnitřních stěn k oslnění a ke zrakové nepohodě; Na vnitřní odraženou složku činitele denní osvětlenosti v určitém bodě ve srovnávací rovině má vliv i rozmístění více odrazivých ploch uvnitř místnosti; Více odrazivé plochy, jako například zrcadla, je z hlediska vlivu na denní osvětlenost efektivnější umisťovat dále od bočních osvětlovacích souprav; Na činitel denní osvětlenosti má větší vliv celková plocha odrazivých ploch, než různé dispoziční rozmístění menších segmentů odrazivých ploch po místnosti. Z porovnání variant případové studie vyplývá, že činitel odrazu světla vnitřních povrchů v místnostech s bočním osvětlením nemá, až na extrémní situace, které jsou většinou vyloučeny jinými normovými požadavky, na činitel denní osvětlenosti menší vliv než jeho oblohová a vnější odražená složka.

Literatura

1. ČSN 73 0580–1. Denní osvětlení budov – Část 1: Základní požadavky. Praha Český normalizační institut, 2007 (včetně změny Z1 z roku 2011).