VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING

ÚSTAV STROJÍRENSKÉ TECHNOLOGIE INSTITUTE OF MANUFACTURING TECHNOLOGY

NÁVRH INTERIÉROVÉHO SVÍTIDLA V TRENDU HUMAN CENTRIC LIGHTING DESIGN OF INDOOR LIGHTING IN A TREND OF HUMAN CENTRIC LIGHTING

DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER'S THESIS

AUTOR PRÁCE Bc. Filip Ruml AUTHOR

VEDOUCÍ PRÁCE Ing. Martin Antoš, Ph.D. SUPERVISOR

BRNO 2018

Zadání diplomové práce

Ústav: Ústav strojírenské technologie

Student: Bc. Filip Ruml

Studijní program: Strojní inženýrství

Studijní obor: Výroba automobilových světel a technických svítidel

Vedoucí práce: Ing. Martin Antoš, Ph.D.

Akademický rok: 2017/18

Ředitel ústavu Vám v souladu se zákonem č.111/1998 o vysokých školách a se Studijním a zkušebním řádem VUT v Brně určuje následující téma diplomové práce:

Návrh interiérového svítidla v trendu Human Centric Lighting

Stručná charakteristika problematiky úkolu: Cílem této diplomové práce je navrhnout svítidlo, v jehož návrhu budou implementovány nejnovější poznatky z oblasti Human Centric Lighting (dále HCL). Zároveň si práce klade za cíl pojmout problematiku HCL z praktického hlediska a ověřit možnosti jejího využití ve výrobku firmy ROBE. Výsledkem této práce bude nejen výrobní produkt, ale zároveň návrh osvětlení interiéru spolu s analýzou jeho funkčnosti v porovnání s jeho konvenční alternativou. Diplomová práce by měla blíže prozkoumat stav současného poznání v oblasti vlivu osvětlení na člověka, což definuje pojem Human Centric Lighting. Na základě zjištěných poznatků je smyslem práce navrhnout svítidlo nové generace zaměřeno právě pro použití v interiéru podle teorie HCL. LED technologie je již léta nedílnou součástí osvětlovacího průmyslu. Příchod LED však vedl k často nedůslednému nahrazování konvenčních zdrojů světla. Zohledňovala se totiž jen jeho energetická účinnost. Množství světla a účinnost byly rozhodujícími parametry, přičemž na kvalitu světla nebyl brán dostatečný zřetel. I s tím, jak se díky rychlému rozvoji LED světel jejich účinnost stále více blíží ke svému teoretickému maximu, se tento trend začíná měnit. Začíná být čím dál důležitější kvalita osvětlení, přirozenost a světelná pohoda pro člověka, který toto osvětlení užívá. K tomuto novému trendu přispěl i objev fotocitlivých buněk ipRGC v lidském oku, jejichž stimulace světlem prokazatelně ovlivňují kognitivní procesy člověka, jeho zdraví a celkové prožívaní (Holzman, 2010; The Scientific Committee on Emerging and Newly Identified Health Risks, 2012). Navrhněte technické svítidlo s použitím pro vnitřní osvětlení ve spolupráci se společností ROBE lighting s.r.o. s ohledem na kvalitu světla a jeho vliv na člověka.

Fakulta strojního inženýrství, Vysoké učení technické v Brně / Technická 2896/2 / 616 69 / Brno Cíle diplomové práce: 1. Zpracujte teoretický přehled současných poznatků k HCL 2. Ve stěžejní části zabývající se optickým návrhem vytvořte návrh svítidla s ohledem na HCL a finální instalaci svítidel 3. Vytvořte návrh využití svítidla v interiéru 4. Porovnejte návrh osvětlení s konvenčním návrhem z hlediska energetické náročnosti a kvality osvětlení

Seznam doporučené literatury: WYSZECKI, G. a W. S. STILES. Color Science: Concepts and Methods, Quantitative Data and Formulae. 3rd ed. USA: John Wiley & Sons, 2000. ISBN 0-471-02106-7.

HABEL, J. Světlo a osvětlování. 2. vyd. Praha: FCC Public, 2013. 622 s. ISBN 978-80-86534-21-3.

HALLIDAY, D., R. RESNICK a J. WALKER. Fyzika: vysokoškolská učebnice obecné fyziky. V Brně: VUTIUM, 2000. Překlady vysokoškolských učebnic. ISBN 80-214-1868-0.

Termín odevzdání diplomové práce je stanoven časovým plánem akademického roku 2017/18

V Brně, dne

L. S.

prof. Ing. Miroslav Píška, CSc. doc. Ing. Jaroslav Katolický, Ph.D.

ředitel ústavu děkan fakulty

Fakulta strojního inženýrství, Vysoké učení technické v Brně / Technická 2896/2 / 616 69 / Brno ABSTRAKT The main tasks of the thesis lie in summary of present state in Human Centric Lighting field, in the optical design of luminaire and in practical verification of the proposal. The design is developed in software LightTools and for the verification of functionality the software Dialux EVO is employed. The luminaire is designed primarily with respect to the influence of light on the man and the physiological, psychological and behavioural responses in humans. The thesis is created in cooperation with the com- pany Robe Lighting s.r.o. The proposal of the luminaire corresponds to the current state of knowledge in the area of light influence on humans. The designed luminaire in the trend HCL is distinguished by the high quality of emitted light but also with higher costs of the operation.

KL´ICOVˇ A´ SLOVA

Luminaire, optical design, LightTools, Dialux EVO, Human Centric Lighting, circadian system.

ABSTRACT Hlavn´ımi ˇc´astmi jsou shrnut´ısouˇcasn´eho stavu pozn´an´ı v oboru Human Centric Lighting, optick´yn´avrh sv´ıtidla v softwaru LightTools a n´asledn´eovˇeˇren´ıfunkˇcnosti navrˇzen´eho sv´ıtidla na konkr´etn´ıaplikaci pomoc´ısimulace osvˇetlen´ıv programu Dialux EVO. Tato pr´ace si klade za c´ıl vytvoˇrit sv´ıtidlo prim´arnˇe s ohledem na vliv svˇetla na ˇclovˇeka a psychologick´ea fyziologick´eprocesy v jeho tˇele. Pr´ace vznikla ve spolupr´aci se spoleˇcnost´ıRobe Lighting s.r.o., kter´aposkytuje podporu pˇri tvorbˇediplomov´epr´ace. T´ema pr´ace a n´avrh sv´ıtidla koresponduje s aktu´aln´ım stavem pozn´an´ıv oblasti vlivu svˇetla na ˇclovˇeka. Navrˇzen´esv´ıtidlo v trendu HCL vynik´apˇredevˇs´ım kvalitou vyzaˇrovan´eho svˇetla, kter´evˇsak pˇrich´az´ıdo stˇretu s finanˇcn´ıstr´ankou n´avrhu. KEYWORDS

Sv´ıtidlo, optick´yn´avrh, LightTools, Dialux EVO, osvˇetlen´ı se zamˇeˇren´ım na ˇclovˇeka, cirkadi´ann´ısyst´em.

RUML, Filip. N´avrh interi´erov´eho sv´ıtidla v trendu Human Centric Lighting: diplomov´apr´ace. Brno: Vysok´euˇcen´ı technick´ev Brnˇe, Fakulta strojn´ıho inˇzen´yrstv´ı, Ustav´ stroj´ırensk´etechnologie, 2018. 102 s. Vedouc´ıpr´ace Ing. Martin Antoˇs, Ph.D. PROHLA´SENˇ ´I

Prohlaˇsuji, ˇze svou diplomovou pr´aci na t´ema N´avrh interi´erov´eho sv´ıtidla v trendu Human Centric ” Lighting“ jsem vypracoval samostatnˇepod veden´ım vedouc´ıho diplomov´epr´ace a s pouˇzit´ım odborn´e literatury a dalˇs´ıch informaˇcn´ıch zdroj˚u, kter´ejsou vˇsechny citov´any v pr´aci a uvedeny v seznamu literatury na konci pr´ace. Jako autor uveden´ediplomov´epr´ace d´ale prohlaˇsuji, ˇze v souvislosti s vytvoˇren´ım t´eto diplomov´epr´ace jsem neporuˇsil autorsk´apr´ava tˇret´ıch osob, zejm´ena jsem nezas´ahl nedovolen´ym zp˚usobem do ciz´ıch autorsk´ych pr´av osobnostn´ıch a jsem si plnˇevˇedom n´asledk˚uporuˇsen´ıustanoven´ı § 11 a n´asleduj´ıc´ıch autorsk´eho z´akona ˇc. 121/2000 Sb., vˇcetnˇemoˇzn´ych trestnˇepr´avn´ıch d˚usledk˚uvypl´yvaj´ıc´ıch z ustanoven´ı § 152 trestn´ıho z´akona ˇc. 140/1961 Sb.

Brno ...... (podpis autora) Podˇekov´an´ı Dˇekuji vˇsem, kteˇr´ıse pˇr´ımo i nepˇr´ımo pod´ıleli na tom, ˇze jsem mohl tuto pr´aci dokonˇcit, pˇredevˇs´ım Ing. Martinovi Antoˇsovi, Ph.D. za odborn´eveden´ı. D´ale dˇekuji Ing. Janu Vil´emovi, Ing. Janu Z´ameˇcn´ıkovi, Ing. Tom´aˇsovi Davidovi za cenn´erady pˇri zpracov´an´ı praktick´eˇc´asti pr´ace. Podˇekov´an´ı patˇr´ı i Ing. Jaroslavu Stˇep´ankoviˇ za rady a pˇripom´ınky v oblasti svˇeteln´etechniky. D´ale tak´edˇekuji pracovn´ık˚um Ustavu´ elektroenergetiky na Fakultˇeelektrotechniky a komunikaˇcn´ıch technologi´ı VUT v Brnˇeza poskytnut´ımˇeˇren´ıve svˇeteln´elaboratoˇri.

Bc. Filip Ruml OBSAH

Uvod´ 1

1 Teoretick´ypˇrehled souˇcasn´ych poznatk˚uk HCL 3 1.1 Lidsk´eoko...... 3 1.2 Nevizu´aln´ısyst´em vn´ım´an´ısvˇetla ...... 4 1.3 V´yznam cirkadi´ann´ıch rytm˚uu ˇclovˇeka ...... 6 1.3.1 Cirkadi´ann´ısyst´em...... 7 1.3.2 Melatonin...... 7 1.3.3 Serotonin ...... 9 1.3.4 Kortizol...... 9 1.4 Citlivostcirkadi´ann´ıhosyst´emu ...... 9 1.5 Moˇzn´ezp˚usoby mˇeˇren´ıvlivu svˇetla na ˇclovˇeka ...... 18 1.6 Krit´eria hodnot´ıc´ıkvalitu n´avrhu osvˇetlen´ı...... 19 1.6.1 Teplota chromatiˇcnosti ...... 19

1.6.2 Odchylka Duv a ∆uv ...... 21 1.6.3 Hodnocen´ıvjemu barvy ...... 23 1.6.4 Index oslnˇen´ıUGR (Unified glare rating) ...... 29 1.6.5 Cinitelcirkadi´ann´ı´uˇcinnosti.ˇ ...... 31 1.6.6 Metoda α–osvˇetlen´ı ...... 31 1.7 Interi´erov´esv´ıtidlovtrenduHCL ...... 31 1.8 Normalizovan´edruhy svˇetla ...... 35 1.9 Tepeln´ymanagement LED ...... 36

2 N´avrh sv´ıtidla s ohledem na HCL a fin´aln´ıinstalaci sv´ıtidel 39 2.1 Definice poˇzadavk˚una n´avrh a jeho c´ıle ...... 39 2.2 Svˇeteln´yzdroj...... 39 2.2.1 V´ybˇerLEDsvˇeteln´ediody...... 40 2.2.2 V´ypoˇcet svˇeteln´eho toku zdroje sv´ıtidla ...... 44 2.2.3 R´ızen´ıspektr´aln´ıhoˇ sloˇzen´ısvˇeteln´eho zdroje ...... 46 2.3 Optick´yn´avrhsv´ıtidla ...... 50 2.3.1 Koncept...... 50 2.3.2 DPS...... 52 2.3.3 Homogeniz´er ...... 55 2.3.4 C´astˇ sv´ıtidla tvoˇr´ıc´ınepˇr´ım´esvˇetlo ...... 68 2.3.5 C´astˇ sv´ıtidla tvoˇr´ıc´ıpˇr´ım´esvˇetlo ...... 74 2.3.6 Fin´aln´ın´avrh...... 77

3 N´avrh vyuˇzit´ısv´ıtidla v interi´eru 83 3.1 Normativn´ıpoˇzadavky na osvˇetlen´ıv mateˇrsk´ych ˇskol´ach ...... 83 3.2 Simulace osvˇetlen´ıv softwaru Dialux Evo ...... 84

4 Porovn´an´ın´avrhu osvˇetlen´ıs konvenˇcn´ım n´avrhem z hlediska energetick´en´aroˇcnosti a kvality osvˇetlen´ı 91

Z´avˇer 93 Seznam pouˇzit´ych zdroj˚u 95

Seznam pˇr´ıloh 103 UVOD´

Vˇedeck´yv´yzkum za posledn´ı desetilet´ı v´yznamnˇezmˇenil pohled na roli osvˇetlen´ı a jeho vliv na ˇclovˇeka. Hlavn´ım d˚uvodem se stal objev nov´ych bunˇek v lidsk´em oku, kter´edokazuj´ı, ˇze vytvoˇrit aktu´aln´ıvizu´aln´ıvjem nen´ıjedin´ym jeho ´uˇcelem [1]. Tento z´asadn´ıobjev v historii lidstva potvr- dil, ˇze svˇetlo dopadaj´ıc´ına s´ıtnici oka ovlivˇnuje psychologick´ea fyziologick´eprocesy v lidsk´em tˇele kaˇzd´eho jedince [2]. Spoleˇcnost a vˇedeck´asf´era zaˇcala obracet svou pozornost na svˇeteln´e prostˇred´ı vyskytuj´ıc´ı se kolem n´as. Z´asadn´ı se stala skuteˇcnost, ˇze d´ıky pˇresunut´ı aktivity lid´ı do budov, netvoˇr´ısvˇeteln´eprostˇred´ıpˇr´ıroda, ale sami souˇcasn´ılid´e. Je proto d˚uleˇzit´eˇreˇsit do jak´e m´ıry odpov´ıd´asvˇeteln´eprostˇred´ı, ve kter´em ˇzijeme naˇsim vizu´aln´ım a biologick´ym potˇreb´am. Po- jem Human Centric Lighting (tak´eHCL) obecnˇereprezentuje vˇse, co uv´ad´ıve spojitosti svˇeteln´e prostˇred´ıs lidsk´ym okem. Uplatnˇen´ınach´az´ızejm´ena v osvˇetlov´an´ıprostor˚us delˇs´ım pobytem osob jako jsou kancel´aˇre, vzdˇel´avac´ızaˇr´ızen´ınebo nemocniˇcn´ıl˚uˇzkov´eprostory. Dalˇs´ıvyuˇzit´ıpak spatˇruje v medic´ınˇejako l´eˇcebn´ametoda. V neposledn´ıˇradˇese uplatˇnuje pˇri delˇs´ım pobytu osob ve vesm´ıru, kde se nach´az´ıznaˇcnˇeodliˇsn´esvˇeteln´eprostˇredn´ı.

Hlavn´ım c´ılem diplomov´epr´ace navrhnout interi´erov´esv´ıtidlo v trendu Human Centric Li- ghting, kter´ebude kl´ast d˚uraz zejm´ena na kvalitu tvoˇren´eho svˇetla a jeho vliv na lidsk´yorganis- mus. Parametry sv´ıtidla jako vzhled, finanˇcn´ın´aroˇcnost a spotˇreba elektrick´eenergie budou ˇrazeny mezi druhoˇrad´epoˇzadavky. Diplomov´apr´ace by kromˇejin´eho mˇela slouˇzit i jako jak´ysi pr˚uvodce n´avrhem osvˇetlen´ıse zamˇeˇren´ım na ˇclovˇeka a jeho svˇetelnou pohodu.

Obsah je ˇclenˇen do 4 hlavn´ıch kapitol. Prvn´ıpolovina kapitoly 1 uv´ad´ısouˇcasn´ystav pozn´an´ı v oblasti vlivu svˇetla na ˇclovˇeka. Druh´ajej´ı ˇc´ast popisuje moˇzn´yzp˚usob, jak´ym lze hodnotit kvalitu n´avrhu osvˇetlen´ız hlediska HCL a okrajovˇese tak´edot´yk´atepeln´eho managementu LED svˇeteln´ych diod. Stˇeˇzejn´ı, 2. kapitola, obsahuje ˇcasovˇen´aroˇcnˇejˇs´ıv´yvoj n´avrhu sv´ıtidla s ohledem na HCL. Ten sah´aod volby a definice svˇeteln´eho zdroje, pˇres jeho ˇr´ızen´ıaˇzk samotn´emu optick´emu n´avrhu cel´eho sv´ıtidla. N´apln´ı3. kapitoly je ovˇeˇren´ıvyuˇzit´ınavrˇzen´eho sv´ıtidla v interi´eru pomoc´ı simulace osvˇetlen´ıprostoru mateˇrsk´eˇskoly v softwaru Dialux EVO. Kde v n´asleduj´ıc´ı4. kapitole je toto osvˇetlen´ıse zamˇeˇren´ım na ˇclovˇeka srovn´ano s konvenˇcn´ım typem osvˇetlen´ı.

Optick´yn´avrh je proveden v komerˇcn´ım softwaru pro optick´ydesign LightTools, jehoˇzlicence spolu se znalostn´ıpodporou byla poskytnuta spoleˇcnost´ıRobe Lighting s.r.o.

1

1 TEORETICKYP´ REHLEDˇ SOUCASNˇ YCH´ POZNATKU˚ K HCL

Zrak, jako lidsk´ysmysl, n´amposkytuje vizu´aln´ıinformaci o naˇsem okol´ı. Bˇehem posledn´ıch dvou desetilet´ıbyl potvrzen vliv svˇetla pronikaj´ıc´ıho do lidsk´eho oka na fyziologick´ea psychologick´epro- cesy v lidsk´em tˇele. Studium chov´an´ılid´ıprok´azalo vliv svˇeteln´eho prostˇred´ına chov´an´ıˇclovˇeka, bdˇelost a jeho n´aladu [3,4]. Tento zp˚usob vn´ım´an´ısvˇetla nevytv´aˇr´ıˇz´adn´yvizu´aln´ıobraz v mozku, ale pouze poskytuje informaci o pˇr´ıtomnosti nebo nepˇr´ıtomnosti svˇetla v naˇsem prostˇred´ı [2]. P˚uvodn´ı domnˇenka naznaˇcovala, ˇze tyto efekty jsou spojeny pouze s ˇcinnost´ı tyˇcinek a ˇc´ıpk˚u. Nˇekolik pokus˚uproveden´ych na ˇclovˇeku nebo na zv´ıˇratech trp´ıc´ımi ztr´atou zraku ale prok´azalo, ˇze ani jeden z dosud zn´am´ych fotoreceptor˚unen´ıhlavn´ım ˇcidlem pro tyto procesy [5, 6]. V roce 1998 byl v s´ıtnici oka savc˚uobjeven a pops´andalˇs´ıtyp protein˚ucitliv´ych na svˇetlo, melanopsin1, vyskytuj´ıc´ıse oddˇelenˇeod struktury zn´am´ych fotoreceptor˚u[1, 5, 7]. Funkˇcnˇenez´avisl´efotorecep- tory obsahuj´ıc´ımelanopsin jsou oznaˇcov´any jako vnitˇrnˇefotosenzitivn´ıs´ıtnicov´egangliov´ebuˇnky (intrinsically photosensitive Retinal Ganglion Cells; ipRGCs). Jejich um´ıstˇen´ıv s´ıtnici lidsk´eho oka je na obr´azku 1.1. Ve vrstvˇegangliov´ych bunˇek formuj´ıipRGCs rozpt´ylenou fotosenzitivn´ıs´ıt’, kter´apokr´yv´aprakticky celou s´ıtnici [2]. Z´asadn´ıobjev umoˇznil nov´ypohled na umˇel´eosvˇetlen´ı, pod kter´ym tr´av´ıme st´ale vˇetˇs´ıa vˇetˇs´ı ˇc´ast naˇsich ˇzivot˚u. Nov´y, tv˚urˇc´ıa nevˇsedn´ı´uhel pohledu je velmi d˚uleˇzit´ypro n´avrh sv´ıtidla a osvˇetlen´ı vˇsech prostor˚u, ve kter´ych se lid´eˇcasto vyskytuj´ı. Pˇri n´avrhu umˇel´eho osvˇetlen´ıpro takov´eprostory je proto d˚uleˇzit´enemyslet pouze na cenu, design, spotˇrebu elektrick´eenergie, ´uˇcinnost, ale tak´e na kvalitu umˇel´eho svˇetla, kter´eovlivˇnuje psychologick´e a fyziologick´eprocesy v tˇele ˇclovˇeka. Cel´a tato kapitola m´aza ´ukol poskytnout vˇsechny potˇrebn´einformace pro n´avrh sv´ıtidla s ohledem na procesy v tˇele ˇclovˇeka vyvolan´esvˇetlem a jeho nevizu´aln´ı(neobrazov´e, nezrakov´e) vn´ım´an´ı. Prvn´ı ˇc´ast kapitoly bude pojedn´avat obecnˇeo vlivu svˇetla na ˇclovˇeka a jeho svˇetelnou pohodu. V druh´e ˇc´asti se ˇcten´aˇrsezn´am´ıs veliˇcinami a n´astroji, kter´e lze pouˇz´ıvat pro n´avrh osvˇetleni se zamˇeˇren´ım na HCL.

1.1 Lidsk´eoko

Zrak je pro ˇclovˇeka nejd˚uleˇzitˇejˇs´ım smyslov´ym org´anem pro pˇr´ıjem informac´ı. T´emˇeˇr80 % vˇsech in- formac´ıo naˇsem okol´ıpˇrich´az´ıoˇcima [2,8]. Mozek vyuˇz´ıv´a znaˇcnou ˇc´ast sv´ekapacity ke zpracov´an´ı podnˇet˚uproud´ıc´ıch ze zrakov´eho ´ustroj´ı. Lidsk´eoko, hlavn´ı a p´arov´yorg´anzrakov´eho ´ustroj´ı, b´yv´aˇcasto oznaˇcov´anza nejdokonalejˇs´ıoptick´ypˇr´ıstroj na Zemi [9]. Je schopn´ese pˇrizp˚usobit osvˇetlenostem cca od 0,25 lx aˇzdo 105 lx [10]. Takto velk´ym zmˇen´amse oko pˇrizp˚usobuje zmˇenou citlivosti zornice, fotoreceptor˚uoka a zmˇenou velikosti vjemov´ych pol´ıs´ıtnice. Vjemov´epole je ˇc´ast plochy s´ıtnice pˇribliˇznˇekurhov´eho tvaru, z n´ıˇz lze podr´aˇzdit jedno vl´akno zrakov´eho nervu, tj. jednu gangliovou buˇnku. Pole se mohou pˇrekr´yvat a mˇenit v z´avislosti na jasu svˇeteln´eho podnˇetu a stavu adaptace s´ıtnice [10]. Pr˚umˇer zornice se m˚uˇze mˇenit od 1,8 mm do 7,5 mm. Zmˇena pr˚umˇeru zornice trv´aasi 360 ms, ale pˇri n´ahl´ych zmˇen´ach podnˇetu i 100 ms [11]. To vˇse dokazuje, ˇze rozsah dynamiky vidˇen´ı, vyv´aˇzen´ıb´ıl´ebarvy nebo ostˇren´ı, v tomto vˇsem je oko jedineˇcn´ea nedok´aˇze dneˇsn´ıtechniku pˇrekonat. Lidsk´eoko m´ajednoduch´yobjektiv o dvou ˇclenech. Vnˇejˇs´ım ˇclenem je rohovka, vnitˇrn´ım ˇcoˇcka, obr´azek 1.1. Zbarven´aduhovka funguje jako clona a redukuje mnoˇzstv´ı svˇetla, kter´evstupuje do oka. Svˇeteln´epaprsky po pr˚uchodu okem dopadaj´ı na svˇetloˇcivn´ebuˇnky (ˇc´ıpky, tyˇcinky a

1V´ıce v podkapitole 1.4

3 ipRGCs) nach´azej´ıc´ıse v jemn´evrstven´ebl´anˇe, tzv. s´ıtnici. V tˇechto buˇnk´ach vlivem sloˇzit´ych biochemick´ych reakc´ıdojde ke vzniku nervov´eho vzruchu a ten je zrakov´ymi nervy pˇrenesen do zra- kov´eho centra v mozku nebo epif´yzy. Vn´ım´an´ısvˇetla lidsk´ym okem se dˇel´ıpodle toho, do jak´eho m´ısta v mozku nervov´yvzruch proud´ı, na vizu´aln´ıa nevizu´aln´ısyst´em vn´ım´an´ısvˇetla, obr´azek 1.2. Vizu´aln´ım syst´emem vn´ım´an´ısvˇetla je myˇsleno vidˇen´ıa vˇse s n´ım spojen´e. Nevizu´aln´ızp˚usob vn´ım´an´ı svˇetla pak zahrnuje vˇsechny ostatn´ı procesy, kter´ep˚usob´ı svˇetlo dopadaj´ıc´ı na s´ıtnici v lidsk´em tˇele.

horizontaln´ ´ı bunkyˇ bipolarn´ ´ı bunkyˇ amakrinn´ı bunkyˇ bˇelima s´ıtnice rohovka tyˇcinky svˇetelny´ paprsek zornice

ˇcoˇcka zrakovy´ nerv duhovka ˇc´ıpky jamka ˇzlut´e skvrny (macula) ipRGCs

Obr´azek 1.1: Lidsk´eoko: Vlevo popis jednotliv´ych ˇc´asti oka. Vpravo detail s´ıtnice se zobrazen´ım bunˇek a fotoreceptor˚u. Pˇrevzato z [2].

1.2 Nevizu´aln´ısyst´em vn´ım´an´ısvˇetla

Vn´ım´an´ısvˇetla je pro ˇclovˇeka d˚uleˇzit´epro orientaci v prostoru, pˇr´ıjem informac´ı, komunikaci i vyj´adˇren´ısv´ych aktu´aln´ıch pocit˚u. Hraje ale d˚uleˇzitou roli i v tvorbˇehormon˚ua s nimi spojen´ym psychologick´ym a fyziologick´ym stavem lidsk´eho tˇela. C´astˇ svˇeteln´etechniky, kter´ase zab´yv´a veˇsker´ym svˇetlem dopadaj´ıc´ım na s´ıtnici a jeho procesy vyvolan´ev tˇele ˇclovˇeka se naz´yv´aHu- man Centric lighting. Nevizu´aln´ısyst´em vn´ım´an´ısvˇetla je jej´ım podoborem a zab´yv´ase pouze tˇemi ´uˇcinky svˇetla, kter´enezajiˇst’uj´ıvidˇen´ıa zrakov´yvjem. Nevizu´aln´ısyst´em vn´ım´an´ı svˇeteln´eho podnˇetu je anatomicky odliˇsn´yod vizu´aln´ıho [12]. Svˇetlo proch´az´ı okem pˇres rohovku, pˇredn´ı oˇcn´ıkomoru, duhovku, n´aslednˇezornic´ı, ˇcoˇckou, sklivcem aˇzdopadne na s´ıtnici, jak je zn´azornˇeno na obr´azku 1.1. S´ıtnice, neur´aln´ıˇc´ast lidsk´eho oka, je vyˇzivov´ana c´evnatkou a obsahuje svˇetlocitliv´e buˇnky. Tyˇcinky a ˇc´ıpky patˇr´ımezi svˇetlocitliv´ebuˇnky, kter´ejsou pˇrev´aˇznˇevyuˇz´ıv´any pro vizu´aln´ı vn´ım´an´ısvˇetla, tedy vidˇen´ı. Tato pr´ace vˇenuje velkou pozornost buˇnk´amipRGCs, kter´ejsou majo- ritn´ım sensorem nevizu´aln´ıho syst´emu. Tyto buˇnky tvoˇr´ımalou ˇc´ast celkov´epopulace gangliov´ych bunˇek (1–5 % dle druhu a metody hodnocen´ı[13]) a jsou rovnomˇernˇe rozpt´yleny po cel´es´ıtnici. Cel´ysyst´em oka reaguje na glob´aln´ızmˇeny. V s´ıtnici se nach´az´ınejm´enˇepˇet typ˚ubunˇek ipRGCs, kter´ese liˇs´ımorfologi´ı, propojen´ım s tyˇcinkami a ˇc´ıpky, obsahem hormonu melanopsinu a vnitˇrn´ı fotosenzitivitou [13, 14]. Informaci o pˇrijat´em svˇetle vˇsak buˇnky iprGCs nepos´ılaj´ıdo t´yln´ıho la- loku mozku (zrakov´eho centra), jak je tomu u ˇc´ıpk˚ua tyˇcinek. Z bunˇek ipRGCs cestuje nervov´y vzruch nesouc´ıinformaci o pˇrijat´em svˇetle optick´ym nervem do mal´ych shluk˚umozkov´ych bunˇek

4 tzv. suprachiasmatick´ych jader2. Suprachiasmatick´aj´adra (tak´eSCN) se nach´az´ıpˇr´ımo v m´ıstech kˇr´ıˇzen´ıoptick´ych nerv˚uvedouc´ıch z oka ˇclovˇeka do mozku a oznaˇcuj´ıse jako s´ıdlo biologick´ych hodin [6, 12, 15, 16]. J´adra se skl´adaj´ız nˇekolika tis´ıc˚ubunˇek, z nichˇzkaˇzd´am˚uˇze vys´ılat sign´al v podobˇeelektrick´eenergie [17]. Nejd˚uleˇzitˇejˇs´ısign´aly pro biologick´ehodiny vˇsak SCN vys´ılaj´ı do ˇsiˇsinky mozkov´e, tzv. epif´yzy. Epif´yza se star´ao tvorbu d˚uleˇzit´ych hormon˚u(melatonin, se- rotonin a kortizol3), kter´emaj´ıvliv na naˇse chov´an´ıa celkov´ypsychick´y stav [8, 9, 16]. Mnoho experiment˚udokazuje, ˇze aktivita ˇsiˇsinky je ˇr´ızena prvotnˇesvˇetlem upravuj´ıc´ım hodnoty hladiny hormon˚uv tˇele [5–9,12,13,18]. Avˇsak hlavn´ımi biologick´ymi hodinami jsou st´ale suprachiasmatick´a j´adra, po jejichˇzodstranˇen´ıse savec st´av´aaritmick´ym [15].

zrakov´e centrum

suprachiasmatick´a ˇsiˇsinka (epifyza)´ jadra´ (SCN)

Obr´azek 1.2: Vizu´aln´ıa nevizu´aln´ısyst´em vn´ım´an´ısvˇetla u ˇclovˇeka. Zelenou barvou je vyobra- zena cesta sign´alu vytvoˇren´eho svˇeteln´ym podnˇetem konˇc´ıc´ım v t´yln´ım laloku, neboli zrakov´em centru mozku (vizu´aln´ısyst´em). Cervenouˇ barvou je na obr´azku zn´azornˇen sign´alzodpov´ıdaj´ıc´ı za nevizu´aln´ıvn´ım´an´ısvˇetla a procesy s nim spojen´e. Pˇrevzato a upraveno z [19].

Biologick´ehodiny, nebo t´eˇzcirkadi´ann´ı hodiny, vyjadˇruj´ı u mlad´eho ˇclovˇeka cca 24 hodi- nov´ycyklus [7] sv´azan´ys otoˇcen´ım planety Zemˇekolem sv´eosy, tikaj´ıv lidsk´em organismu cel´y ˇzivot a ˇr´ıd´ınaˇse denn´ıaktivity. Centr´aln´ıbiologick´ehodiny ˇr´ıd´ıvˇsechny pravidelnˇese opakuj´ıc´ı dˇeje v naˇsem tˇele [15]. Kromˇenich existuj´ıv tˇele dalˇs´ıperifern´ıhodiny, kter´eˇr´ıd´ıˇcinnost plic, srdce, ledvin, jater i ostatn´ıch org´an˚u, ovlivˇnuj´ı soustˇredˇen´ı a vn´ım´an´ı, stejnˇejako fyzickou a duˇsevn´ı kondici. Tato pr´ace se zab´yv´acirkadi´ann´ımi hodinami a jejich rytmicitou, neboli cir- kadi´ann´ımi rytmy4. Studiem tˇechto rytmick´ych tˇelesn´ych proces˚use zab´yv´avˇeda zvan´achronobi- ologie. Z ˇcesk´ych chronobiolog˚uje nejzn´amˇejˇs´ıprofesorka Helena Illnerov´a,kter´ase sv´ym t´ymem na modelu potkana zkoumala, jak zmˇena osvˇetlen´ıbˇehem stˇr´ıd´an´ıroˇcn´ıch obdob´ıovlivˇnuje cir- kadi´ann´ırytmus a tvorbu melatoninu v epif´yze [16]. U zdrav´eho mlad´eho ˇclovˇeka je jedna perioda cirkadi´ann´ıho rytmu bez p˚usoben´ıvnˇejˇs´ıch vliv˚u24 hodin, den zab´ır´a16 hodin z cyklu a zbyl´ych 8 hod noˇcn´ıdoba. Mezi jednotlivci se vˇsak m˚uˇze tato perioda individu´alnˇeliˇsit a to v rozsahu od

2Z latinsk´eho chiasma opticum“ neboli kˇr´ıˇzen´ızrakov´ych nerv˚u. ” 3Hormony melatonin, serotonin a kortizol jsou pops´any v ˇc´astech 1.3.1 aˇz1.3.3. 4V´yraz vznikl z latinsk´eho circa jinak tak´e pˇribliˇznˇe“ a “dies znamen´a den“. ” ”

5 23,6 do 25,1 hodin [2, 8, 14]. Jej´ıd´elka je d´ana geneticky a kaˇzd´yjedinec m´asvou vlastn´ıperiodu se svou d´elkou cyklu.

1.3 V´yznam cirkadi´ann´ıch rytm˚uu ˇclovˇeka

Dostupnost svˇetla ovlivˇnuje v´yvoj ˇclovˇeka uˇzod jeho poˇc´atk˚u. V obdob´ıpravˇeku a stˇredovˇeku byl hlavn´ım ˇcinitelem, kter´yurˇcoval ˇzivotn´ıstyl, rytmus stˇr´ıd´an´ıdne a noci a pravideln´ycyk- lus stˇr´ıd´an´ıroˇcn´ıch obdob´ı. Pracovat bylo moˇzn´epouze ve dne, kdy bylo svˇetlo a odpoˇcinku se dost´avalo vˇzdy pˇres noc. Slunce bylo jedin´ym svˇeteln´ym ˇcinitelem, kter´yovlivˇnoval cirkadi´ann´ı rytmus ˇclovˇeka. Postupem ˇcasu se vˇsak s v´yvojem pr˚umyslu zaˇcaly objevovat dalˇs´ızdroje svˇetla. Od sv´ıˇcky, pˇres olejov´ea plynov´elampy aˇzk dneˇsn´ımu elektrick´emu osvˇetlen´ı. Tento v´yvoj umoˇznil ˇclovˇeku aktivitu nejen ve dne, ale i bˇehem noci. Naˇse svˇeteln´eprostˇred´ı, a tedy i zp˚usob ˇzivota, se v´yraznˇezmˇenilo. Avˇsak fyziologicky se souˇcasn´yˇclovˇek od sv´eho jeskynn´ıho pˇredch˚udce t´emˇeˇr neliˇs´ı, naˇse vn´ım´an´ısvˇetla se v podstatˇenezmˇenilo. Zajiˇstˇen´ıbiologick´ych funkc´ıˇr´ızen´ych svˇetlem je optimalizov´ano pro svˇeteln´eprostˇred´ı, v jak´em ˇzili naˇsi pˇredkov´ev dobˇekamenn´e. Souˇcasn´y ˇzivotn´ıstyl a naˇse aktivity jsou vˇsak velmi rozd´ıln´eod p˚uvodn´ıch ˇcinnost´ı, pro kter´ese naˇse zra- kov´e´ustroj´ıpo tis´ıce let vyv´ıjelo. Dneˇsn´ıˇclovˇek je tedy bˇehem dne vystavov´anmal´emu mnoˇzstv´ı svˇetla mnohdy kvalitou velmi vzd´alenou od denn´ıho svˇetla. A za noci, kter´aby mˇela b´yt bez do- padu svˇetla na s´ıtnici, je d´ıky dneˇsn´ım smartphon˚um, televizor˚um a pouliˇcn´ımu osvˇetlen´ılidsk´e oko osvˇetlov´ano. Na obr´azku 1.3 je zobrazen pr˚ubˇeh pˇeti dn˚uv jednotliv´ych etap´ach v´yvoje lid- stva v z´avislosti na mnoˇzstv´ısvˇetla, kter´ebˇehem dne a noci na ˇclovˇeka p˚usob´ı. Tento konflikt mezi dneˇsn´ımi skuteˇcn´ymi svˇeteln´ymi podm´ınkami v budov´ach a poˇzadavky naˇseho tˇela m˚uˇze

znaˇcnˇeovlivˇnovat cirkadi´ann´ırytmy v lidsk´em tˇele a s nimi spojen´yzdravotn´ıa psychick´ystav.

100 lx

1000 lx

10 lx

10 000 lx

1 lx 100 000 lx

pravˇek

stˇredovˇek

19. stolet´ı souˇcasnost 1.den 1.noc 2.den 2.noc 3.den 3.noc 4.den 4.noc 5.den

Obr´azek 1.3: Svˇeteln´eprostˇred´ı v jednotliv´ych historick´ych obdob´ıch lidstva. Pr˚ubˇeh intenzity osvˇetlen´ı, kter´ese ˇclovˇek vystavoval bˇehem 5 bˇeˇzn´ych dn˚u. Pˇrevzato a upraveno z [20].

6 1.3.1 Cirkadi´ann´ısyst´em

Cirkadi´ann´ısyst´em se chov´ajako jak´ysi oscil´ator ˇr´ızen´y tzv. synchroniz´atory [2]. Synchroniz´atory jsou podnˇety z vnˇejˇs´ıho prostˇred´ı, kter´eovlivˇnuj´ı cirkadi´ann´ıprocesy. Nej´uˇcinnˇejˇs´ım a prim´arn´ım synchroniz´atorem je denn´ısvˇetlo. Cyklick´estˇr´ıd´an´ısvˇetla a tmy bˇehem dne, stejnˇejako sezonn´ı zmˇeny ovlivˇnuj´ıchov´an´ıkaˇzd´eho jednotlivce. Velmi intenzivn´ısvˇetlo bˇehem dne pom´ah´audrˇzet organismus v bdˇel´em stavu, aktivn´ı, soustˇredˇen´ya pˇripraven´yna kaˇzdodenn´ıˇcinnosti. Naopak nepˇr´ıtomnost svˇetla v noci umoˇzˇnuje lidsk´emu organismu potˇrebn´yodpoˇcinek a obnoven´ı sil bˇehem noˇcn´ıho sp´anku. Mezi synchroniz´atory patˇr´ı i pˇr´ıjem potravy, svalov´aaktivita, n´avyky nebo soci´aln´ıkontakt [20]. Pokud je dlouhodobˇenaruˇsov´annˇekter´yz extern´ıch synchroniz´ator˚u, m˚uˇze doj´ıt k rozd´ılu jejich f´az´ıa n´aslednˇek rozf´azov´an´ıcirkadi´ann´ırytmicity. Vznik´atak i riziko, ˇze amplitudy a f´aze jednotliv´ych rytmick´ych proces˚uv tˇele se mohou zaˇc´ıt vz´ajemnˇem´ıjet a cel´y organismus m˚uˇze b´yt desynchronizov´an[2], viz obr´azek 1.4.

a) b)

Obr´azek 1.4: Sch´ema synchronizace cirkadi´ann´ıch rytm˚u. Jednotliv´etypy ˇcern´ych ˇcar (teˇckovan´a, ˇc´arkovan´a,pln´a)reprezentuj´ı odliˇsn´e synchroniz´atory. Ty pˇr´ımo ovlivˇnuj´ı cirkadi´ann´ı rytmus lidsk´eho tˇela vyznaˇcen´yna obr´azku ˇcervenou barvou: a) Stejn´af´aze synchroniz´ator˚utvoˇr´ısiln´y rytmus. b) Posunut´ef´aze vytvoˇr´ınev´yrazn´ya slab´ycirkadi´ann´ısyst´em s n´ızkou amplitudou.

Vystaven´ılidsk´eho oka svˇetlu k veˇceru a v prvn´ıpolovinˇe subjektivn´ınoci vede obecnˇeke zpoˇzdˇen´ı f´aze cirkadi´ann´ıch rytm˚u. Svˇetlo v druh´epolovinˇenoci naopak zapˇr´ıˇcin´ıpˇredbˇehnut´ıf´aze [7,8,21]. Organismus se sn´aze vyrovn´ase zpoˇzdˇen´ım cel´eho cyklu, neˇzjeho pˇredbˇehnut´ım. D˚ukazem toho je p´asmov´anemoc (jet lag). D˚usledkem rychl´eho pˇresunu pˇres nˇekolik ˇcasov´ych p´asem b´yv´aˇcasto ne- volnost, bolesti hlavy a ´unava cel´eho tˇela. Jak jiˇzbylo v pˇredchoz´ıpodkapitole zm´ınˇeno, v z´avislosti na svˇetle dopadaj´ıc´ım na s´ıtnici se v endokrinn´ıˇzl´aze, tzv. epif´yze (ˇsiˇsince) tvoˇr´ıhormony me- latonin, serotonin a kortizol. Siˇsinkaˇ se snaˇz´ısynchronizovat cirkadi´ann´ırytmy prostˇrednictv´ım tˇechto tˇr´ıhormon˚u. Dvoudenn´ıpr˚ubˇeh hladiny melatoninu a kortizolu u zdrav´eho ˇclovˇeka je spolu s tˇelesnou teplotou a bdˇelosti vyznaˇcen na obr´azek 1.5.

1.3.2 Melatonin

Hlavn´ıfunkc´ımelatoninu, nˇekdy tak´enaz´yvan´eho hormonem sp´anku, je regulace cirkadi´ann´ıho cyklu. U vˇsech ˇziv´ych organism˚u, at’ uˇzaktivn´ıch ve dne nebo bˇehem noci, se melatonin tvoˇr´ı v´yhradnˇev noci. Vˇzdy na veˇcer nastupuje ´unava a v epif´yze se zaˇcne tvoˇrit hormon melatonin vyka- zuj´ıc´ıcirkadi´ann´ıprodukci, viz obr´azek 1.5. Melatonin se zaˇcne dost´avat do krve, rozt´ahnou se c´evy v konˇcetin´ach, teplo unik´ado okol´ıa kles´atˇelesn´ateplota. Tˇelo se tak chyst´ake sp´anku a odpoˇcinku. Kvalita sp´anku bˇehem noci z´avis´ına hladinˇemelatoninu v krvi. Jak nastupuje den, tvorba mela- toninu poklesne nebo se ´uplnˇezastav´ıa zaˇcne vzr˚ustat tˇelesn´ateplota. Melatonin se v t´eto chv´ıli zaˇcne v epif´yze pˇremˇeˇnovat na serotonin. Hladiny hormon˚uaktivity a stresu, serotonin a kortizol,

7 vzr˚ustaj´ıa udrˇzuj´ıtˇelo aktivn´ıpo cel´yden. Na jeho konci zaˇcne hormon melatonin opˇet vykazo- vat cirkadi´ann´ıprodukci a cel´ycyklus se takto st´ale opakuje, samozˇrejmˇev z´avislosti na svˇetle dopadaj´ıc´ım na s´ıtnici [6, 12, 13, 18, 22, 23].

100

ela [%]

ˇ

eho t

´

50

rytmy lidsk

´ı

denn 0 6 12 18 24 6 12 18 24 ˇcas [hod] kortizol melatonin bdˇelost tˇelesna´ teplota

Obr´azek 1.5: Pr˚ubˇeh hladiny hormon˚ukortizolu a melatoninu v lidsk´em tˇele bˇehem dvou bˇeˇzn´ych dn˚u(48 hodin). Zn´azornˇena i zmˇena teploty lidsk´eho tˇela a jeho celkov´abdˇelost. Pˇrevzato a upraveno z [16].

Produkce melatoninu je nejvyˇsˇs´ıu kojenc˚u, od 15–t´eho roku n´asleduje rychl´ypokles a ve vˇeku okolo 50 let je pouhou ˇsestinou p˚uvodn´ıhodnoty [15]. S pˇrib´yvaj´ıc´ım vˇekem mnoˇzstv´ıhormonu d´ale kles´a,coˇzmnohdy vysvˇetluje nespavost a depresi star´ych lid´ı. Produkci melatoninu tak´e sniˇzuj´ınesteroidn´ıprotiz´anˇetliv´el´eky, ibuprofen, nadbyteˇcn´emnoˇzstv´ıkofeinu nebo vitam´ınu B12, nˇekter´el´eky proti ´uzkosti, kortikosteroidy, nebo uˇzit´ıalkoholu a tab´aku pˇred span´ım [15]. Zv´yˇsit hodnoty melatoninu v tˇele lze velmi jednoduˇse, a to dostatkem pˇrirozen´eho sluneˇcn´ıho svˇetla pˇres den a ´upln´etmy v noci. Obr´azek 1.6 zd˚urazˇnuje v´yznam melatoninu v tˇele a popisuje jeho pozitivn´ı ´uˇcinky na lidsk´yorganismus [15].

´ı omezuje negativn projevy p˚usob´ı jako antioxidant chemoterapie pˇri l´eˇcbˇe rakoviny omezuje vznik ˇsed´eho zakalu´ zrychluje srdeˇcn´ıˇcinnost sniˇzuje cholesterol odstranujeˇ vˇetˇsinu pˇr´ıpad˚u nespavost´ı sniˇzuje zvy´ˇseny´ krevn´ı tlak zvyˇsuje kvalitu sp´anku sniˇzuje riziko artritidy urychluje adaptaci na posun ˇcasu podporuje imunitu ovlivnujeˇ pokles tˇelesn´e teploty mˇen´ı hladiny hormon˚u zpomaluje pˇrirozeny´ proces starnut´ ´ı

MELATONIN

Obr´azek 1.6: Pozitivn´ı´uˇcinky hormonu melatoninu. Podle [15].

8 1.3.3 Serotonin

Serotonin, oznaˇcovan´yjako hormon dobr´en´alady, vznik´az aminokyseliny zvan´etryptofan. Je zod- povˇedn´yza optimistick´emyˇslen´ı, pocit zasycen´ıa pom´ah´aorganismu vytv´aˇret a udrˇzovat pozitivn´ı emoce a n´aladu. Hraje d˚uleˇzitou roli v pocitov´em stavu ˇclovˇeka bˇehem kaˇzd´eho dne. Pˇri n´ızk´ehla- dinˇeserotoninu nastoup´ıstres, deprese, ´uzkost a mohou nastat probl´emy s pamˇet´ı. Nerovnov´aha tohoto hormonu m˚uˇze b´yt i pˇr´ıˇcinou r˚uzn´ych tr´av´ıc´ıch probl´em˚u. Serotonin je d˚uleˇzit´ym prvkem ovlivˇnuj´ıc´ım sr´aˇzlivost krve a jeho nedostateˇcn´evyluˇcov´an´ı m˚uˇze b´yt pˇr´ıˇcinou vzniku migr´en. Jelikoˇzje serotonin z´avisl´yna mnoˇzstv´ısvˇetla dopadaj´ıc´ıho na s´ıtnici, jeho nedostatek se m˚uˇze projevit hlavnˇev zimn´ıch mˇes´ıc´ıch, kdyˇzˇclovˇek nem´adostateˇcn´ypˇr´ısun sluneˇcn´ıho svˇetla. To m˚uˇze zapˇr´ıˇcinit ´uzkostn´ea depresivn´ıstavy bˇehem tˇechto mˇes´ıc˚u.

1.3.4 Kortizol

Kortizol je jedn´ım z hlavn´ıch hormon˚ustresov´ereakce v lidsk´em tˇele, jeho z´akladn´ıhladina je regulov´ana cirkadi´ann´ım syst´emem [15]. D´av´aorganismu podnˇet k probuzen´ıa aktivitˇe. Po pro- buzen´ıje hladina kortizolu zv´yˇsen´a,do norm´aln´ıho stavu se dost´av´abˇehem dvou hodin a v´yraznˇe kles´aopˇet pˇred sp´ankem [24]. Nejniˇzˇs´ıkoncentrace dosahuje hormon kolem p˚ulnoci. N´ızk´ahla- dina kortizolu m˚uˇze v´est k obezitˇe, depresi, poruˇse pˇr´ıjmu potravy, oslaben´ıimunity, neplodnosti, poˇskozen´ıpamˇeti, posttraumatick´estresov´eporuˇse a dalˇs´ım nepˇr´ızniv´ym proces˚um pro lidsk´yorga- nismus [24,25]. Spr´avnou hladinu tohoto hormonu v tˇele lze, kromˇevystaven´ıoka svˇetlu, dos´ahnout tak´epˇr´ısunem vitam´ınu C, ˇcern´eho ˇcaje, ˇzenˇsenu, hoˇrˇc´ıku a vyh´yb´an´ım se stresov´ym situac´ım [25]. Kortizol zvyˇsuje obsah cukru v krvi, aby tˇelo z´ıskalo energii a pos´ılil se imunitn´ısyst´em [24, 25].

1.4 Citlivost cirkadi´ann´ıho syst´emu

Objev ipRGCs zapˇr´ıˇcinil, ˇze svˇeteln´ypr˚umysl a akademick´asf´era se zaˇcala zab´yvat vlivem svˇetla na ˇclovˇeka a jeho nevizu´aln´ı´uˇcinky [1]. Snahou je naleznout zp˚usob, jak kvantifikovat m´ıru vlivu svˇetla na lidsk´yorganismus, psychologii ˇclovˇeka a jeho chov´an´ı. Existuj´ı dvˇeobecnˇerozˇs´ıˇren´e kategorie techniky mˇeˇren´ı svˇetla: radiometrie a fotometrie. Radiometrie je zaloˇzena na popisu fyzik´aln´ıch vlastnost´ısvˇetla, nejˇcastˇeji jeho vlnov´ed´elky a energie. Radiometrick´ymˇeˇr´ıc´ıpˇr´ıstroj zaznamen´av´az´aˇrivou energii na definovan´em rozsahu vlnov´ed´elky elektromagnetick´eenergie. Foto- metrie je speci´aln´ıobor radiometrie, kter´ybere v ´uvahu fakt, ˇze biologick´efotoreceptory v lidsk´em oku nejsou stejnˇecitliv´ena vˇsechny vlnov´ed´elky svˇetla. Fotometr je radiometrick´ypˇr´ıstroj, kter´y pouˇz´ıv´afiltry k urˇcen´ıodezvy detektoru pˇr´ıstroje na odliˇsn´evlnov´ed´elky v z´avislosti na spektr´aln´ı citlivosti lidsk´eho zraku. Vˇetˇsina dostupn´ych fotometrick´ych pˇr´ıstroj˚uk tomu pouˇz´ıv´akˇrivku V(λ) naz´yvanou spektr´aln´ıcitlivost lidsk´eho oka CIE normalizovan´eho pozorovatele5. Ta vyjadˇruje cit- livost ˇc´ıpk˚una stˇredn´ıa vyˇsˇs´ıvlnov´ed´elky viditeln´eho spektr´aln´ıho sloˇzen´ısvˇetla s maximem cca pˇri 555 nm [5]. Cirkadi´ann´ısyst´em a gangliov´ebuˇnky maj´ıvˇsak odliˇsnou spektr´aln´ı, prostorovou, ˇcasovou a absolutn´ıcitlivost od fotopick´eho vidˇen´ıa vizu´aln´ıho syst´emu vn´ım´an´ısvˇetla [7]. Tato podkapitola sezn´am´ıˇcten´aˇre s citlivost´ıcirkadi´ann´ıho syst´emu (ipRGCs) a s probl´emy, kter´ese v t´eto oblasti vyskytuj´ı. S´ıtnice lidsk´eho oka obsahuje pˇet fotopigment˚u, kter´ejsou zodpovˇedn´eza pˇr´ıjem svˇetla. Tˇri z nich jsou obsaˇzeny v ˇc´ıpc´ıch a zodpov´ıdaj´ıza denn´ı, barevn´evidˇen´ı. Naz´yvaj´ıse jodopsiny S,M,L6. V noci se uplatˇnuje ˇctvrt´yfotopigment rhodopsin, kter´yse nach´az´ıv tyˇcink´ach. Ten absorbuje

5Pr˚umˇern´ylidsk´ypozorovatel, neboli normalizovan´ypozorovatel byl definov´an na setk´an´ımezin´arodn´ıkomise pro osvˇetlov´an´ıCIE v roce 1931. 6V anglick´eliteratuˇre lze skupinu jodopsin˚uS,M,L dohledat pod n´azvy cyanopsin, chloropsin, erythropsin.

9 energii cel´eho viditeln´eho spektr´aln´ıho sloˇzen´ızdroje, neslouˇz´ıvˇsak k rozliˇsen´ıbarev, ale uplatˇnuje se pˇri skotopick´em vidˇen´ı. Maximum citlivosti m´ana vlnov´e d´elce 507 nm [8]. Posledn´ım foto- receptorem je ned´avno objeven´ymelanopsin, prim´arn´ıpigment pro cirkadi´ann´ırytmy obsaˇzen´y v buˇnk´ach ipRGCs. Melanopsin je fotopigment patˇr´ıc´ıdo velk´e skupiny svˇetlocitliv´ych s´ıtnicov´ych protein˚uzvan´ych opsiny (rhodopsin, jodopsin a melanopsin), kter´ese vyskytuj´ıv s´ıtnici kaˇzd´eho savce na Zemi [26]. Jejich spektr´aln´ıcitlivost pro lidsk´eoko je vyobrazena na obr´azku 1.7. Foto- pigment melanopsin je o nˇekolik ˇr´ad˚um´enˇecitliv´yneˇzostatn´ıopsiny, tud´ıˇzk aktivaci potˇrebuje mnohem v´ıce svˇetla, neˇztyˇcinky a ˇc´ıpky [17]. Pravdˇepodobnost dopadu fotonu na ipRGCs je pro danou plochu fotostimulace s´ıtnice v´ıce jak milionkr´atmenˇs´ınˇeˇzu tyˇcinek a ˇc´ıpk˚u[13]. Buˇnky ipRGCs tvoˇr´ısice malou ˇc´ast cel´epolace gangliov´ych bunˇek, ale st´ale jsou hlavn´ım fotoreceptorem pro pˇrenos informace o pˇrijat´em svˇetle do SCN [13]. Dle [9] tvoˇr´ıipRGCs pˇribliˇznˇe1–3 % populace gangliov´ych buˇnek.

Fotopigment S jodopsin (max. 419 nm) 10,0 % Fotopigment M jodopsin (max. 531 nm) Fotopigment L jodopsin (max. 559 nm) Rhodopsin (max. 496 nm) 7,5 % Melanopsin (max. 480 nm)

5,0 %

Absorpce [%] 2,5 %

0,0 % 350 450 550 650 750 Vlnova´ d´elka λ [nm]

Obr´azek 1.7: Absorpˇcn´ıspektrum fotoreceptor˚us´ıtnice lisdk´eho oka. Vˇsechy spektr´aln´ıkˇrivky jsou normalizov´any a maj´ıstejnou integraˇcn´ıplochu. Pˇrevzato a upraveno z [27].

Roku 2000 Zeitzer et al. [28] publikoval autor studii p˚usoben´ıb´ıl´eho polychromatick´eho svˇetla na ˇclovˇeka a jeho hladinu melatoninu v krvi pˇri pobytu pod osvˇetlen´ım interi´eru pr˚umyslov´ych budov. D˚uleˇzit´ym poznatkem studie bylo zjiˇstˇen´ı, ˇze pobyt v m´ıstnostech s osvˇetlenosti 200 lx m˚uˇze mˇenit mnoˇzstv´ımelatoninu v lidsk´em tˇele. Pˇri vystaven´ıvˇetˇs´ım intenzit´am(napˇr. 500 lx) po dobu 6,5 h m˚uˇze dokonce posunout cirkadi´ann´ırytmus ˇclovˇeka. Hodnoty osvˇetlenosti v bˇeˇzn´em in- teri´eru budov dok´aˇz´ıznatelnˇepotlaˇcit hodnoty melatoninu v krvi. Tento z´avˇer byl pozdˇeji potvrzen nˇekolika dalˇs´ımi v´yzkumy [5–9, 13, 14]. N´aslednˇevznikly prvn´ıpokusy modelovat spektr´aln´ıcitli- vost cirkadi´ann´ıho syst´emu, kter´ebyly zaloˇzeny na potlaˇcen´ıakutn´ıhladiny melatoninu v lidsk´em tˇele bˇehem noci. Vystaven´ım s´ıtnice lidsk´eho oka svˇetlu v noci a sledov´an´ıhladiny melatoninu se zaˇcali zab´yvat Kavita Thapan et al. a George C. Brainard et al. Sv´ev´ysledky publikovali roku 2001 v [12] a [18]. Thapan [12] prov´adˇel v´yzkum s 22 dobrovoln´ıky (18 muˇz˚u, 4 ˇzeny) ve vˇeku od 18 do 45 let, kter´ym osvˇetloval s´ıtnici 30 minutov´ymi pulzy monochromatick´ym svˇetlem vlnov´ych d´elek 424, 456, 472, 496, 520, 548 nm v dobˇemezi 23:30 a 02:30. Zkouman´esubjekty byly zdrav´e, drogovˇe

10 nez´avisl´e, bez oˇcn´ıch vad a dodrˇzovaly pravideln´ecykly sp´anku. S´ıtnice byla osvˇetlov´ana svˇetlem r˚uzn´eintenzity s rovnomˇern´ym rozloˇzen´ım. Pr˚umˇer zornice kaˇzd´eho subjektu dos´ahl pˇri osvˇetlov´an´ı t´emˇeˇrdesetkr´atvˇetˇs´ıhodnoty od jej´ıho bˇeˇzn´eho stavu. Namˇeˇren´adata musela b´yt proto pon´ıˇzen´a pomoc´ıkoeficientu, kter´ykorigoval tuto odchylku. Stejnˇetak musela b´yt upravena data Brainarda. V´ysledky epxperimentu naznaˇcuj´ı existenci nov´eho opsinu s maximem citlivosti kolem 459 nm (457–462 nm, r2 ≥ 0, 73), viz graf na obr´azku 1.8. Nevyluˇcuje se tak´emoˇznost, ˇze k potlaˇcen´ı hladiny melatoninu pˇrisp´ıvaj´ı i jin´efotopigmenty. K tomuto m´a nejbl´ıˇze fotopigment jodopsin S [12]. Brainardova studie [18] zkoumala potlaˇcen´ıhladiny melatoninu v krvi pˇri osvˇetlov´an´ılidsk´eho oka v noˇcn´ıdobˇemonochromatick´ym svˇetlem vlnov´ych d´elek 440, 460, 480, 505 ,530, 555, 575 a 600 nm. Subjektem v´yzkumu se stalo 72 dobrovoln´ık˚u(37 ˇzen a 35 muˇz˚u) ve vˇeku 18ti aˇz30ti let r˚uzn´ych rasov´ych pˇr´ısluˇsnost´ı. S´ıtnice oka byla osvˇetlov´ana xenonovou v´ybojkou o pˇr´ıkonu 450 W aˇz1200 W sedmi r˚uzn´ymi intenzitami po dobu 90 min se zaˇc´atkem vˇzdy v 02:00. V´ysledn´a data jsou zn´azornˇena na obr´azku 1.9. Body ve tvaru pln´ych kruh˚ureprezentuj´ınamˇeˇren´adata normalizovan´ana maximum citlivosti a jsou zakreslena jako log relativn´ıcitlivosti. Bod pˇri niˇzˇs´ıch vlnov´ych d´elk´ach ve tvaru nevyplnˇen´ekruˇznice je odhadnut´akonstanta citlivosti pro vlnovou d´elku 420 nm, kter´abyla dopoˇc´ıt´ana z namˇeˇren´ych dat. Cervenouˇ barvou je zn´azornˇena pomoc´ılogistick´e funkce dopoˇc´ıtan´akˇrivka s maximem citlivosti pˇri 464 nm a vysok´ym korelaˇcn´ım koeficientem r2 ≥ 0, 91. Brainardovy data opˇet podporuj´ıtvrzen´ı, ˇze za regulaci hormonu melatoninu v lidsk´em tˇele pomoc´ısvˇetla nen´ızodpovˇedn´yˇz´adn´ydo t´edoby zn´am´yfotopigment v lidsk´em oku. V [18] pˇrisuzuje kˇrivku citlivosti nov´emu opsinu zaloˇzen´emu na retinaldehydu vitam´ınu A, kter´ys nejvˇetˇs´ı pravdˇepodobnost´ıposkytuje cirkadi´ann´ıvstup pro regulaci melatoninu v tˇele s maximem citlivosti mezi 446 a 477 nm. Stejnˇejako Thapan nevyluˇcuje moˇzn´epˇrisp´ıv´an´ıjin´ych fotopigment˚uk regulaci cirkadi´ann´ıch rytm˚u[18].

100 namˇeˇrena´ data 90 V (λ) V 0(λ) 80 70 60

citlivost [% ] 50

´ı 40 30

Relativn 20 10 0 400 450 500 550 600 650 700 Vlnova´ d´elka λ [nm]

Obr´azek 1.8: Thapan et al.: Z´avislost relativn´ıcitlivosti lidsk´eho oka na vlnov´ed´elce pˇri osvˇetlov´an´ı s´ıtnice monochromatick´ych svˇetlem. Maximum pˇri 459 nm. Pro srovn´an´ı vyobrazena kˇrivka pomˇern´espektr´aln´ıcitlivosti fotopick´eho V (λ) a skotopick´eho V ′(λ) vidˇen´ıpro normalizovan´eho pozorovatele CIE. Pˇrevzato a upraveno z [12].

11 100 namˇeˇrena´ data dopoˇc´ıtana´ data 75

citlivost [% ] 50

´ı

Relativn 25

0 400 450 λmax 500 550 600 650

Vlnova´ d´elka λ [nm]

Obr´azek 1.9: Brainard et al.: Z´avislost relativn´ıcitlivosti lidsk´eho oka na vlnov´ed´elce. Maximum pˇri 464 nm. Logistickou funkc´ıurˇcen´akˇrivka (ˇcerven´abarva) z namˇeˇren´ych dat s vysok´ym korelaˇcn´ım koeficientem r2 = 0, 91. Pˇrevzato a upraveno z [18].

Pˇrestoˇze se metody obou tˇechto vˇedc˚um´ırnˇeliˇsily, oba se shodli, ˇze tyˇcinky ani ˇc´ıpky nemo- hou b´yt prim´arn´ım fotoreceptorem pro cirkadi´ann´ısyst´em. Citlivost potlaˇcen´ımelatoninu bˇehem noci m´amaximum v mnohem niˇzˇs´ıch vlnov´ych d´elk´ach neˇz500 nm. Jejich v´yzkumy identifikovaly rozsah vlnov´ych d´elek od 446 do 477 nm jako nejv´ıce ´uˇcinn´ypro potlaˇcen´ımelatoninu v lidsk´em tˇele. Pˇri porovn´an´ıobou v´yzkum˚use v´ysledn´adata neshoduj´ıv oblasti jak vyˇsˇs´ıch vlnov´ych d´elek (470–530 nm), tak pˇri hodnotˇeokolo 420 nm (viz obr. 1.11). Citlivost´ıopsinu na svˇetlo vlnov´ed´elky 420 nm se opˇet zab´yval pozdˇej´ıBrainard v [6], kde potvrdil korektnost sv´eho modelu. Jeho data demonstruj´ıpˇribliˇznˇedvakr´atvˇetˇs´ıcitlivost na vlnov´ed´elce 460 nm oproti 420 nm. Pozdˇejˇs´ıdruh´y model kˇrivky (publikace [6] vydan´ar. 2008) vykazuje i m´ırnˇeniˇzˇs´ıcitlivost jednoduch´eho opsinu na svˇetlo vlnov´ed´elky 420 nm ve srovn´an´ıs prvn´ım modelem. Na obr´azku 1.12 je bod vyjadˇrujic´ı citlivost na svˇetlo o vlnov´ed´elce 420 nm vyznaˇcen zelenou barvou. Publikace Thapana a Brainarda jsou velmi d˚uleˇzit´ea rozpoutaly ˇrad˚uot´azek. V n´alseduj´ıc´ıch letech byl objeven p´at´yopsin zaloˇzen´y na vitam´ınu A naz´yvan´ymelanopsin [1]. Tak´ebyla pˇresnˇeji urˇcena jeho spektr´aln´ıcitlivost na vi- ditelnou ˇc´ast svˇetla s maximem na vlnov´ed´elce 480 nm [7, 9]. T´ım vyvstaly dalˇs´ıpochybnosti o prvn´ıch pokusech modelovat citlivost cirkadi´ann´ıho syst´emu, protoˇze Brainard uvedl maximum pˇri 464 nm a Thapan pˇri 459 nm [18]. D´ale nebylo pˇri experimentu pˇresnˇe urˇceno a zmˇeˇreno spektrum svˇetla dopadaj´ıc´ıho na s´ıtnici. Navzdory tˇemto pochybnostem se staly modely spektr´aln´ıcitlivosti cirkadi´ann´ıho syst´emu lidsk´eho tˇela vytvoˇren´eBrainardem a Thapanem d˚uleˇzit´ym a uznan´ym z´akladem pro dalˇs´ı v´yzkumy. [4–8, 13]. Nejpozdˇeji do tˇr´ı let od publikov´an´ı Brainarda a Tha- pana, vytvoˇril na z´akladˇetˇechto dvou souboru dat Dietrich Gall et al. jednoduch´y, n´ahodil´y, line´arn´ıa matematicky urˇcen´ymodel pro citlivost melanopsinu [7, 29], viz obr´azek 1.10. Gall˚uv model a jeho kˇrivka citlivosti pro stanoven´ıvlivu svˇetla na cirkadi´ann´ırytmy je jedn´ım z prvn´ıch v praxi pouˇziteln´ych model˚u. Ignoruje ale neshody v´ysledk˚u obou experiment˚uv niˇzˇs´ıch i vyˇsˇs´ıch vlnov´ych d´elk´ach.

12 ˇˇ ´ 100 Thapan namerena data Brainard namˇeˇren´a data 90 Brainard dopoˇc´ıtan´a data 80 Gall model 70 60

citlivost [% ] 50

´ı 40 30

Relativn 20 10 0 350 400 450 500 550 600 650 Vlnova´ d´elka λ [nm]

Obr´azek 1.10: Dietrich Gall et al.: Matematicky urˇcen´ymodel ctilivosti cirkadi´ann´ıho syst´emu ˇclovˇeka na z´akladˇenamˇeˇren´ych dat Brainarda a Thapana. Pˇrevzato a upraveno z [29].

Navzdory mnoha d˚ukaz˚um, kter´eoznaˇcuj´ımelanopsin obsaˇzen´y v ipRGCs jako prim´arn´ıˇcidlo pro cirkadi´ann´ırytmus, hraj´ıtyˇcinky a ˇc´ıpky st´ale roli v ˇr´ızen´ıcirkadi´ann´ıho syst´emu. Pˇri od- stranˇen´ı melanopsinu a tyˇcinek z oka laboratorn´ı myˇsi kompenzuj´ı ztr´atu zbyl´efotopigmenty, ˇc´asteˇcnˇeˇr´ıd´ı cirkadi´ann´ı rytmus zv´ıˇrete a pos´ılaj´ı informaci o pˇrijat´em svˇetle do SCN [6]. Po- kud jsou odstranˇeny veˇsker´efotopigmenty z oka, ztr´ac´ızv´ıˇre vizu´aln´ıi nevizu´aln´ıfunkce vn´ım´an´ı svˇetla [6]. Oko hlodavce m˚uˇzeme v omezen´em mˇeˇr´ıtku srovn´avat s lidsk´ym okem. Pˇr´ın´aˇs´ıto vˇsak nˇekolik z´asadn´ıch v´yhod. Mnoˇzstv´ısvˇetla, kter´eje nutn´epro cirkadi´ann´ıaktivaci, se pohybuje u hlodavc˚uv hodnot´ach desetkr´ataˇzstokr´atmenˇs´ıch neˇzu ˇclovˇeka. Stejnˇetak je to s celkovou do- bou osvˇetlov´an´ıs´ıtnice oka. Tyto studie prov´adˇen´ena hlodavc´ıch demonstruj´ıpropojen´ıtyˇcinek a ˇc´ıpk˚us ipRGCs i pˇrestoˇze nemohou b´yt pˇr´ımo propojeny. Komunikace mezi fotopigmenty by mohla prob´ıhat prostˇrednictv´ım bipol´arn´ıch, horizont´aln´ıch nebo amakrinn´ıch buˇnek (viz obr. 1.1) [7]. Uˇz bˇehem roku 2002 dle [6] se v dlouh´aˇradˇestudi´ızaˇcalo polemizovat o moˇznosti, ˇze fotopigment jo- dopsin S m˚uˇze hr´attak´ev´yznamnou roli v ˇr´ızen´ıbiologick´ych hodin ˇclovˇeka. Tyto a mnoho dalˇs´ıch d˚ukaz˚upotvrzuj´ı, ˇze model jednoduch´eho opsinu nen´ızcela dostaˇcuj´ıc´ıpro ´upln´ypopis citlivosti cirkadi´ann´ıho syst´emu. Bylo tedy potˇreba vytvoˇrit aktu´alnˇejˇs´ımodel. V´yznamn´yposun v tomto oboru provedl profesor Mark S. Rea, kter´ymodeloval kˇrivku cit- livosti (viz obr. 1.12) i s ohledem na moˇzn´epˇrisp´ıv´an´ıtyˇcinek a ˇc´ıpku k cirkadi´ann´ımu ˇr´ızen´ı. Potvrdil propojen´ıtyˇcinek a ˇc´ıpk˚us ipRGCs pˇres bipol´arn´ıa amakrinn´ıbuˇnky. Vˇsechny fotopig- menty lidsk´eho oka se tedy ´uˇcastn´ıˇr´ızen´ıcirkadi´ann´ıho syst´emu. Z ˇc´ıpk˚um´anejvˇetˇs´ızastoupen´ı pr´avˇejodopsin S. Je nejv´ıce podobn´yipRGCs v hustotˇerozloˇzen´ıbunˇek po s´ıtnici. Oproti M, L jodopsinu zab´ır´apouze 5–10 % populace vˇsech ˇc´ıpk˚ua nenach´az´ı se v centr´aln´ıjamce lidsk´eho oka. Stejnˇetak jamka neobsahuje svˇetlocitliv´ebuˇnky tyˇcinky. Je to ˇcistˇefotopick´aoblast s´ıtnice nach´azej´ıc´ıse na optick´eose oka, kter´aobsahuje pouze M, L jodopsin. Tyˇcinky nejsou napojeny pˇr´ımou cestou na ipRGCs, mohou vˇsak komunikovat pˇres amakrinn´ıbuˇnky, kter´eposkytuj´ıpropo- jen´ımezi skotopickou (tyˇcinky) a fotopickou (S jodopsin) ˇc´ast´ı. V s´ıtnici oka se vyskytuje pˇribliˇznˇe 29 r˚uzn´ych druh˚uamakrinn´ıch bunˇek, coˇzje v´ıce neˇzu jin´eho neuronu nachazej´ıc´ıho se v oku ˇclovˇeka. Pˇrestoˇze pˇresn´arole kaˇzd´eho z druhu amakrinn´ıbuˇnky je nezn´am´a,v modelu (citlivosti

13 cir. syst´emu) na obr´azku 1.12 se pˇredpokl´ad´a,ˇze spojen´ıipRGCs s jodopsinem S pˇres amakrinn´ı buˇnky existuje [5, 7, 9]. Sv˚uj neline´arn´ımodel publikoval Mark S. Rea roku 2005 v [9] pro mo- nochromatick´yi polychromatick´ysvˇeteln´yzdroj. Byl vytvoˇren slouˇcen´ım ˇsirok´eˇsk´aly dostupn´e literatury a sestrojen na z´akladˇedo t´edoby objeven´ych fotopigment˚ua dostupn´ych informac´ıo neuroanatomii a fyziologii s´ıtnice lidsk´eho oka. Model pracuje s kˇrivkami citlivosti z obr´azku 1.8 a 1.9 jako s platn´ymi, protoˇze nebyly dostupn´ejin´eexperimenty zab´yvaj´ıc´ıse citlivosti cirkadi´ann´ıho syst´emu na monochromatick´esvˇetlo. Kromˇetˇechto dvou v´yzkum˚uje model zaloˇzen i na dalˇs´ıch publikovan´ych experimentech zab´yvaj´ıc´ıse citlivost´ıcirkadi´ann´ıho syst´emu [30, 31]. Autor Mark S. Rea zahrnul i nˇekolik vlastn´ıch mˇeˇren´ı. Sch´ema pouˇzit´eho zp˚usobu propojen´ı vˇsech fotopig- ment˚uoka je zn´azornˇeno na obr´azku 1.11. Na z´akladˇetohoto sch´ematu komunikace bunˇek oka je dle vzorc˚u1.2 a 1.4 sestrojena neline´arn´ıkˇrivka citlivosti cirkadi´ann´ıho syst´emu na obr´azku 1.12. Dioda znaˇc´ıpropustnost sign´alu pouze v jednom smˇeru a ve v´ypoˇctu reprezentuje koeficienty k, ab–y, arod, kter´ejsou zde za ´uˇcelem moˇzn´e´upravy modelu podle budouc´ıho v´yvoje a posunu ve zkoum´an´ıcirkadi´ann´ıho syst´emu. Funkce tyˇcinek zahrnuje nastaven´ımezn´ıhranice kombinace mnoˇzstv´ısvˇetla a spektr´aln´ıho sloˇzen´ızdroje, kter´auˇzm˚uˇze zp˚usobit cirkadi´ann´ıaktivitu. Cel´a tato komunikace se nejsp´ıˇse dˇeje prostˇrednictv´ım amakrinn´ıch bunˇek. C´ıpkyˇ komunikuj´ıs ipRGCs skrz bipol´arn´ıbuˇnky. Ovlivˇnuj´ıale tak´ezapojen´ıtyˇcinek do procesu ˇr´ızen´ıcirkadi´ann´ıaktivity. Vysl´an´ım sign´alu mohou pˇreruˇsit jednosmˇernou vˇetev propojen´ıtyˇcinek s ipRGC pˇr´ımo na tran- zistoru amakrinn´ı buˇnky a znemoˇznit tak jak´ekoliv zapojen´ı tyˇcinek do cirkadi´ann´ıho stimulu. Tento proces odstˇrihnut´ıtyˇcinek se projev´ıv modelu na obr´azku 1.12 druh´ym ostr´ym vrcholem pˇri 507 nm, kter´yje jeho ned´ılnou souˇc´ast´ı. Pro vlnov´ed´elky vˇetˇs´ıneˇzcca 500 nm se uplatˇnuj´ı pouze prim´arn´ıbuˇnky ipRGCs s maximem citlivosti v 480 nm. Pro menˇs´ıhodnoty vlnov´ych d´elek pracuje model nav´ıc s citlivost´ıS jodopsinu (vrchol ve 440 nm - viz obr. 1.7) a je tak´eaktivov´ana zapojen fotopigment tyˇcinek rhodopsin [5, 7, 9].

S jodopsin ipRGCs bipolarn´ ´ı ´ ´ı + ˇ Dioda cirkadiann bunky stimulus − tyˇcinky L + M jodopsin tranzistor amakrinn´ı bunkyˇ

Obr´azek 1.11: M. S. Rea et al.: Sch´ema propojen´ıjednotlivc´yh fotopigment˚ulidsk´eho oka. Pˇrevzato a upraveno z [9].

Citlivost lidsk´eho oka na svˇetlo, kter´eovlivˇnuje cirkadi´ann´ıaktivitu je na obr´azku 1.12. Jedn´a se o aktualizovanou verzi modelu, kter´abyla publikov´ana zaˇc´atkem roku 2012 v [7]. Oproti t´eje zde zahrnuta v citlivosti melanopsinu i propustnost ˇcoˇcky lidsk´eho oka7 a jsou upraveny nˇekter´e koeficienty v´ypoˇctu a jejich hodnoty.

7Pˇri procesu st´arnut´ıˇclovˇeka jeho ˇcoˇcka (zornice) oka ˇzloutne a jej´ıpropustnost s vˇekem kles´a, v´ıce v ˇc´asti 1.7.8 Metoda α–osvˇetlen´ı.

14 100 Thapan data (2001) 90 Brainard data (2001) Brainard data (2008) 80 Rea model (2012) 70 60

citlivost [% ] 50

´ı 40 30

Relativn 20 10 0 400 450 500 550 600 650 700 Vlnova´ d´elka λ [nm]

Obr´azek 1.12: M. S. Rea et al.: Citlivost cikradi´ann´ıho syst´emu. Zohlednˇen pˇr´ıspˇevek tyˇcinek i ˇc´ıpk˚u. Pˇrevzato a upraveno z [9].

Z´akladem je matematick´yv´ypoˇcet cirkadi´ann´ıho svˇetla (circadian light) dle n´asleduj´ıc´ıch vzorc˚u

Kdyˇz

S V λ E dλ − k λ E dλ ≥ 0, (1.1) mp λ mp λ Z λ Z λ

pak

− V ′ E dλ Sλ Vλ R λ λ CL = 1622 Mc E dλ + a − E dλ − k E dλ − a 1 − e RodSat . A λ λ b y mp λ mp λ rod    λ λ    Z Z Z (1.2)

Kdyˇz

S V λ E dλ − k λ E dλ < 0, (1.3) mp λ mp λ Z λ Z λ

pak

CLA = 1622 McλEλdλ, (1.4) Z kde:

15 CLA je cirkadi´ann´ısvˇetlo, hodnota 1622 nastavuje normalizaci veliˇciny tak, aby teplotn´ı

z´aˇriˇcs teplotou chromatiˇcnosti 2856 K pˇri intenzitˇe1000 lx mˇel hodnotu CLA = 1000, W/m2 E je spektr´aln´ısloˇzen´ızdroje svˇetla , λ nm Mcλ je citlivost melanopsinu,

Sλ je funkce zohledˇnuj´ıc´ıpˇr´ıspˇevek S jodpsinu, a mpλ je transmisivita makul´arn´ıho pigmnetu s´ıtnice ,

Vλ je kˇrivka pomˇern´espektr´aln´ıcitlivosti lidsk´eho oka pro fotopick´evidˇen´ı, ′ Vλ je kˇrivka pomˇern´espektr´aln´ıcitlivosti lidsk´eho oka pro skotopick´evidˇen´ı, RodSat je konstanta vyjadˇruj´ıc´ıabsorpci jednoho fotonu molekulou pigmentu vyskytuj´ıc´ıho W se v tyˇcink´ach, v tomto pˇr´ıpadˇese rovn´ahodnotˇe6,5 , m2 k je koeficient roven hodnotˇe0,2616,

ab−y je koeficient roven hodnotˇe0,6201,

arod je koeficient roven hodnotˇe3,2347.

aV latinsk´em jazyku znamen´a Macula ˇzlut´askvrna oka. Makul´arn´ı, oˇcn´ıpigment s´ıtnice je um´ıstˇen v zadn´ıˇc´asti oka na s´ıtnici a hraje velkou roli pˇri ochranˇeˇc´ıpk˚ua tyˇcinek.

Dalˇs´ım d˚uleˇzit´ym bodem ve v´yvoji spektr´aln´ıcitlivosti oka ˇclovˇeka byla konference The 1st International Workshop on Circadian and Neurophysiological Photometry, kter´ase konala ve V´ıdni v lednu 2013. Na m´ıstˇese seˇsli vˇedeˇct´ıexperti jako R.J. Lucas, D.M. Berson, M.G. Figueiro, G.C. Brainard, I. Provencio, C.A. Czeisler a dalˇs´ı. Jedn´ım z v´ystupu konference je definice citlivosti jednotliv´ych opsin˚ulidsk´eho oka zobrazena na obr´azku 1.7. K ˇcemuˇznavazuje metoda α-osvˇetlen´ı, kter´aumoˇzˇnuje zjistit citlivost jednotliv´ych fotopigment˚una uˇzivatelem zadan´espektr´aln´ısloˇzen´ı svˇeteln´eho zdroje, v´ıce v ˇc´asti 1.6.6. Na t´eto ud´alosti je opˇet prohl´aˇseno nepˇr´ım´epropojen´ıtyˇcinek a ˇc´ıpk˚us ipRGCs za existuj´ıc´ı[14]. D´ale je zaloˇzen posledn´ıv t´eto pr´aci zm´ınˇen´ymodel cirkadi´ann´ı citlivosti. Je obsahem normy DIN SPEC 5031–100: Z´aˇren´ıv optick´eoblasti a svˇeteln´etechnice: Melanopick´ep˚usoben´ısvˇetla na oko ˇclovˇeka–z´akladn´ıpojmy, v´ypoˇcty a spektr´aln´ıp˚usoben´ı, vydan´e v srpnu 2015. Jedn´ase o line´arn´ımodel oznaˇcovan´yjako smel(λ) na obr´azku 1.13. Data ke kˇrivce poch´az´ız publikace [13], maximum citlivosti je opˇet pˇri hodnotˇe vlnov´ed´elky 480 nm. Stejnˇejako v pˇredchoz´ıkˇrivce publikovan´eM. S. Rea (viz obr. 1.12) je zahrnut pˇr´ıspˇevek tyˇcinek a ˇc´ıpku k cirkadi´ann´ıaktivitˇe. Tak´ezmˇena propustnosti zornice v z´avislosti na vˇeku ˇclovˇeka je zohlednˇena. V tomto pˇr´ıpadˇeje kˇrivka na obr´azku 1.13 vztaˇzena ke standartn´ımu pozorovateli ve vˇeku 32 let, u kter´eho se koeficient zohlednˇen´ıpropustnosti zornice pro pˇrepoˇcet rovn´a18 [13, 14, 27, 32].

8Bˇehem st´arnut´ıˇclovˇeka ˇzloutn´eˇcoˇcka jeho oka, coˇzvede ke sn´ıˇzen´ıpropustnosti svˇetla cca o 10 % s kaˇzd´ymi dalˇs´ımi 10 lety [4].

16 100 Gall˚uv model 90 Smel(λ) 80 70 60

citlivost [% ] 50

´ı 40 30

Relativn 20 10 0 400 450 500 550 600 650 700 Vlnova´ d´elka λ [nm]

Obr´azek 1.13: DIN 5031–100: Line´arn´ımodel spektr´aln´ıcitllivost cirkadi´an´ıho syst´emu smel(λ). Pro srovn´an´ıvykreslen tak´eline´arn´ımodel Dietricha Galla z obr´azku 1.10. Pˇrevzato a upraveno z [32].

Kˇrivka citlivosti lidsk´eho oka patˇr´ıneodmyslitelnˇek pojmu Human Centric Lighting. Urˇcuje jak´aˇc´ast viditeln´eho z´aˇren´ınejv´ıce ovlivˇnuje psychologick´ya fyziologick´ystav lidsk´eho tˇela. Proto byla tomuto t´ematu vˇenov´ana znaˇcn´aˇc´ast obsahu diplomov´epr´ace. Aby bylo moˇzn´eovlivˇnovat bio- logick´ehodiny ˇclovˇeka, je nutn´eosvˇetlovat jeho s´ıtnici urˇcit´ym spektr´aln´ım sloˇzen´ım svˇetla z´avisle na vykon´avan´eˇcinnosti nebo denn´ıˇci noˇcn´ıdobˇe, konkr´etnˇeji v podkapitole 1.8. Pˇri samotn´em n´avrhu desky ploˇsn´ych spoj˚u(tak´eDPS) sv´ıtidla je d˚uleˇzit´evybrat takov´eLED svˇeteln´ezdroje, aby bylo moˇzn´ejejich kombinac´ıdos´ahnout poˇzadovan´eho spektr´aln´ıho sloˇzen´ızdroje. Na citlivost cirkadi´ann´ıho syst´emu navazuje d´ale ˇc´ast 2.2.3, kter´ase zab´yv´aˇr´ızen´ım spektr´aln´ıho sloˇzen´ızdroje sv´ıtidla v ˇcase. Na z´avˇer podkapitoly je nutno podotknout, ˇze pravdˇepodobnˇechyb´ıjeˇstˇespousta informac´ık ´upln´emu pochopen´ıvlivu svˇetla na cirkadi´ann´ı syst´em. Existuje zde jeˇstˇemnoho po- chybnost´ıa nezodpovˇezen´ych ot´azek. Napˇr´ıklad pˇri v´yzkumu bylo zjiˇstˇeno, ˇze spektr´aln´ıcitlivost cirkadi´ann´ıho syst´emu se bˇehem noci mˇen´ı[7, 14]. Tak´esvˇeteln´ahistorie a to, jak bylo lidsk´eoko v minulosti vystavov´ano jak´emu svˇetlu, hraje duleˇzitou roli v cirkadi´ann´ıcitlivosti [7,14]. V oˇcn´ıch fotoreceptorech se vyskytuj´ıpravdˇepodobnˇei dalˇs´ıfotopigmenty pod´ılej´ıc´ıse na ˇr´ızen´ıbiorytmu. Mezi nejv´yznamnˇejˇs´ıpatˇr´ıperopsin nebo tˇreba kryptochromy. Ale tyto proteiny byly prozat´ım nalezeny pouze u rostlin nebo u hmyzu. To zda se vyskytuj´ıi u lid´ı a dalˇs´ıch savc˚ua jestli nˇejak´ym zp˚usobem ovlivˇnuj´ıcirkadi´ann´ırytmus, nen´ıjasn´e[21]. Doposud nen´ınormov´ano, ani jednoznaˇcnˇeurˇceno kompletn´ıspektrum citlivosti nevizu´aln´ıho syst´emu lidsk´eho vidˇen´ı, kter´eby zahrnovalo vˇsechny moˇzn´eokoln´ıpodm´ınky [14]. Avˇsak vzhledem k velk´emu vlivu kr´atkovlnn´eho svˇetla na spoustu dˇej˚uv lidsk´em organismu a n´asledn´emu vyuˇzit´ıve zdravotnictv´ı, je tˇreba se nad´ale intenzivnˇezab´yvat touto problematikou.

17 1.5 Moˇzn´ezp˚usoby mˇeˇren´ıvlivu svˇetla na ˇclovˇeka

Vlivem svˇetla na ˇclovˇeka a jeho zrakov´ysyst´em se zab´yv´a fotometrie. Ta popisuje vliv svˇetla pomoc´ıfotometrick´ych veliˇcin, kter´ejsou vztaˇzeny k normalizovan´emu CIE pozorovateli. Citlivost oka CIE pozorovatele k r˚uzn´ym vlnov´ym d´elk´amje stanovena podle toho, zda zrakov´aˇcinnost prob´ıh´ave dne, v noci nebo za jejich pˇrechodu (fotopick´e, skotopick´ea mezopick´evidˇen´ı). Naprost´a vˇetˇsina zaˇr´ızen´ı pro mˇeˇren´ı fotometrick´ych veliˇcin m´atedy veˇsker´evnitˇrn´ı softwarov´ev´ypoˇcty (intenzitu osvˇetlen´ı, sv´ıtivost, teplotu chromatiˇcnosti a dalˇs´ı) vztaˇzeny ke kˇrivce denn´ıho vidˇen´ı V (λ) s moˇznost´ınastaven´ına citlivost skotopick´eho vidˇen´ı V ′(λ). Fotoreceptory ipRGCs reaguj´ı ale na kratˇs´ıvlnov´ed´elky neˇztyˇcinky a ˇc´ıpky, jak bylo jiˇzpops´ano v podkapitole 1.4. Pro ´uˇcely zjiˇstˇen´ıvlivu svˇetla na ˇclovˇeka z pohledu nevizu´aln´ıho vidˇen´ıa jeho cirkadi´ann´ıch rytm˚uje proto potˇreba poˇc´ıtat fotometrick´eveliˇciny vztaˇzen´ek citlivosti na gangliov´ebuˇnky a cirkadi´ann´ıˇcidla nam´ısto ˇc´ıpk˚ua denn´ıho vidˇen´ı. Speci´aln´ımˇeˇric´ı pˇr´ıstroje kalibrovan´ena citlivost cirkadi´ann´ıho syst´emu jsou nyn´ıvyv´ıjeny. Jednotn´ametodika mˇeˇren´ı prozat´ım neexistuje. V souˇcasnosti existuje nˇekolik v´ypoˇctov´ych metod a navrhovan´ych promˇenn´ych pro hodnocen´ıvlivu na nevizu´aln´ısyst´em. Nˇekolik z nich bude pˇredstaveno v ˇc´astech 1.6.5 aˇz1.6.7. O nˇekter´ych bude d´ale pojedn´ano v t´eto kapitole.

Jednou z moˇznost´ı, jak prov´adˇet mˇeˇren´ıvlivu svˇetla na ˇclovˇeka a jeho nevizu´aln´ısyst´em je pouˇzit´ı bˇeˇzn´ych fotometrick´ych pˇr´ıstroj˚uupraven´ych na pomˇernou spektr´aln´ı citlivost smel(λ). Dalˇs´ım zp˚usobem je individu´aln´ıproveden´ıv´ypoˇctu fotometrick´ych veliˇcin s ´umyslem pouˇz´ıt jako vstupn´ıdata do v´ypoˇctu spektr´aln´ısloˇzen´ısvˇetla, tedy data v podobˇez´avislosti celkov´eho z´aˇriv´eho toku elektromagnetick´eho z´aˇren´ı na vlnov´e d´elce svˇetla. Spektr´aln´ı sloˇzen´ı svˇetla je z´avislost W pomˇern´espektr´aln´ıhustoty z´aˇriv´eho toku ϕ v jedotk´ach na vlnov´ed´elce λ [nm]. V´yhodou eλ m2 je variabilita nastaven´ı spektr´aln´ı citlivost oka pozorovatele dle vlastn´ıho uv´aˇzen´ı. Pˇrib´yv´azde totiˇzmoˇznost rozhodnout, jakou kˇrivku spektr´aln´ıcitlivosti lidsk´eho oka pouˇz´ıt. Vliv svˇetla na ne- vizu´aln´ızrakov´ysyst´em ˇclovˇeka je v t´eto pr´aci posuzov´ant´ımto zp˚usobem. Existuj´ıvˇsak zaˇr´ızen´ı, kter´ajsou na mˇeˇren´ıschopnosti svˇeteln´eho zdroje ovlivˇnovat n´aˇscirkadi´ann´ırytmus pˇrizp˚usobena:

1. Kamera se speci´aln´ım filtrem adaptovan´ym na citlivost cirkadi´ann´ıch ˇcidel: umoˇzˇnuje mˇeˇrit

ˇcinitel cirkadi´ann´ı´uˇcinnosti acv a podle velikosti ho rozloˇzit do prostoru [21]. 2. Trichromatick´ykolorimetr: spektr´aln´ıcitlivost fotoˇcl´anku mˇeˇr´ıc´ıho velikost trichromatick´e sloˇzky Z (modr´abarva) je pˇribliˇznˇestejn´ajako kˇrivka C(λ), trichromatick´asloˇzka Y (zelen´a barva) odpov´ıd´akˇrivce V(λ) [21]. 3. Cirkadi´ann´ıdozimetr (Daysimeter, LuxBlick): zaˇr´ızen´ı vyvinuto pouze pro ´uˇcely zkoum´an´ı vlivu svˇetla na cirkadi´ann´ırytmus bˇehem v´yzkumn´ych experiment˚u. Jedn´ase o mal´ypˇr´ıstroj pˇripevnˇen´yza uchem, po cel´yden zaznamen´avaj´ıc´ıv intervalu des´ıtek sekund parametry

dopadaj´ıc´ıho svˇetla v jednotk´ach CLA (z anglick´eho circadian light).

18 1.6 Krit´eria hodnot´ıc´ıkvalitu n´avrhu osvˇetlen´ı

V t´eto podkapitole bude pˇredstaveno nˇekolik parametr˚u, podle kter´ych lze hodnotit, jak kva- litu n´avrhu sv´ıtidla, tak osvˇetlen´ıprostoru jako celku. V praktick´eˇc´asti zab´yvaj´ıc´ıse n´avrhem sv´ıtidla a vyuˇzit´ısv´ıtidla v interi´eru se bude s tˇemito parametry a veliˇcinami ˇcasto pracovat a bu- dou pouˇz´ıv´any pˇrev´aˇznˇek hodnocen´ıkvality n´avrhu. Prvn´ıˇc´ast podkapitoly se zab´yv´aveliˇcinami, kter´ehodnot´ıkvalitu svˇetla vyzaˇrovan´eho sv´ıtidlem. V druh´eˇc´asti budou uvedeny veliˇciny hod- not´ıc´ınevizu´aln´ıvjem svˇetla na lidsk´yorganismus a d˚uleˇzitou ˇc´ast sv´ıtidla, kter´areprezentuje t´ema Human centric Light.

1.6.1 Teplota chromatiˇcnosti

Teplota chromatiˇcnosti ovlivˇnuje vn´ım´an´ı prostoru z hlediska zrakov´epohody. Vych´az´ı z fyzi- ologick´ych aspekt˚uzrakov´eho vn´ım´an´ı respektuj´ıc´ı zmˇenu teploty chromatiˇcnosti svˇetla bˇehem denn´ıho cyklu. Teplota chromatiˇcnosti, tak´e Tch s jednotkou 1 K (Kelvin), je velmi d˚uleˇzit´ypara- metr sv´ıtidla ud´avan´yv jeho popisu t´emˇeˇrvˇzdy. Norma CSNˇ EN 12646–1 uv´ad´ıhodnoty teploty chromatiˇcnosti vhodn´epro nˇekter´ekonkr´etn´ıosvˇetlovan´eprostory [34]. Podobn´edoporuˇcen´ılze dohledat ve velk´em mnoˇzstv´ıˇcl´ank˚u, text˚ua akademick´ych prac´ı, kter´euv´ad´ıhodnoty teploty chromatiˇcnosti podle ˇcinnosti, kter´ase obvykle v osvˇetlovan´em prostoru vykon´av´anebo podle typu prostoru bytov´ejednotky. Velk´avˇetˇsina tˇechto informaˇcn´ıch zdroj˚udoporuˇcuj´ı pouˇz´ıvat v loˇznici a ob´yvac´ım pokoji n´ızkou hodnotu teploty chromatiˇcnosti v kombinaci s n´ızkou intenzitou osvˇetlen´ı. Naopak vysok´ateplota chromatiˇcnosti a vysok´ahodnota intenzity osvˇetlen´ıje vhodn´a v m´ıstnostech kaˇzdodenn´ıch aktivit, v kuchyni, pracovnˇenebo posilovnˇe. V n´asleduj´ıc´ım textu bude objasnˇeno, proˇca podle ˇceho je to takto doporuˇcov´ano. Nejpˇrirozenˇejˇs´ım z´aˇren´ım pro zrakov´yvjem je denn´ısvˇetlo [4]. C´ılem n´avrhu sv´ıtidla v trendu HCL by mˇelo b´yt tedy za prv´eimitovat barvu chromatiˇcnosti svˇeteln´eho zdroje bl´ızk´emu denn´ımu svˇetlu a za druh´enapodobit jeho zmˇeny bˇehem dne. Obr´azek 1.14 zobrazuje pr˚ubˇeh intenzity osvˇetlen´ı a teploty chromatiˇcnosti denn´ıho svˇetla bˇehem jednoho dne. Data jsou poˇr´ızena od- born´ıky z ´ustavu Elektroenergetiky na Fakultˇeelektrotechniky a komunikaˇcn´ıch technologi´ıVUT v Brnˇe. Den zaˇc´ın´avelmi vysokou hodnotou teploty chromatiˇcnosti (12 000–15 000 K) v˚ubec jeˇstˇe pˇred v´ychodem slunce. Tento ˇcasov´y´usek se nˇekdy naz´yv´a“modr´ahodina“ a vyskytuje se tak´e po z´apadu slunce. Tehdy je barevn´ateplota denn´ıho svˇetla v˚ubec nejvyˇsˇs´ız cel´eho dne, avˇsak s velmi malou hodnotou osvˇetlenosti. Po “modr´ehodinˇe“ nast´av´av´ychod slunce, kter´yje pˇri jasn´e obloze typick´yn´ızk´ymi hodnotami teploty, cca 3000 K. Jak stoup´aslunce na obloze, teplota chro- matiˇcnosti roste k vyˇsˇs´ım hodnot´am, aˇzdos´ahne obvykle cca 6000 K v poledne dne pˇri osvˇetlenosti 50 000–60 000 lx. S veˇcerem opˇet kles´aosvˇetlenost a stoup´ateplota chromatiˇcnosti. Na konci dne je tepl´yz´apad slunce a den ukonˇcuje opˇet “modr´ahodina“. Je nutno podotknout, ˇze zm´ınˇen´ypr˚ubˇeh teploty chromatiˇcnosti bˇehem dne (obr. 1.14) se v pr˚ubˇehu cel´eho roku liˇs´ıa z´avis´ına mnoha faktorech. Propustnost atmosf´ery se mˇen´ıs aktu´aln´ım poˇcas´ım, rozptylem sluneˇcn´ıho z´aˇren´ıv at- mosf´eˇre, roˇcn´ım obdob´ım nebo ´uhlem elevace slunce na obloze [35]. Teplota chromatiˇcnosti umˇel´eho osvˇetlen´ıby mˇela m´ıt tedy stejn´ypr˚ubˇeh jako denn´ısvˇetlo [4]. To vysvˇetluje, proˇcse doporuˇcuje v loˇznici a ob´yvac´ım pokoji, kde se lid´ezdrˇzuj´ıve veˇcern´ıch hodin´ach n´ızk´aa uklidˇnuj´ıc´ıteplota

TCH stejn´ajako pˇri z´apadu ˇci v´ychodu slunce. A naopak v kuchyni se doporuˇcuj´ıvyˇsˇs´ıhodnoty teploty chromatiˇcnosti a intenzity k povzbuzen´ıaktivity pˇri vaˇren´ıˇci um´yv´an´ın´adob´ı. D˚uleˇzit´aje tak´edostateˇcnˇevysok´ahladina osvˇetlenosti prostoru stejnˇejako je tomu pˇres den.

19

25000 350

]

2 m

300 =

20000 [W

250 ´ı

ren ˇ

cnosti [K]

ˇ

a ´

15000 200

ho z

´ı cn 10000 150 ˇ 100 5000 Teplota chromati 50

0 0 Intenzita slune 6:45 7:57 9:09 10:21 11:33 12:45 13:57 15:09 16:21 17:33

Teplota chromatiˇcnosti Intenzita za´ˇren´ı

Obr´azek 1.14: Graf pr˚ubˇehu teploty chromatiˇcnosti Tch a intenzity sluneˇcn´ıho z´aˇren´ıbˇehem jed- noho dne v ˇcasov´em ´useku od 6:45 do 17:33 hodin. Pˇrevzato z [35].

Teplota chromatiˇcnosti m˚uˇze b´yt ze spektr´aln´ıho sloˇzen´ı svˇetla vypoˇc´ıt´ana v´ıce zp˚usoby. Po- stup v´ypoˇctu jednoho z nich je v t´eto ˇc´asti pops´an. V´ystupn´ımi daty z fotometrick´eho pˇr´ıstroje pˇri mˇeˇren´ısvˇeteln´eho zdroje je obvykle z´avislost pomˇern´espektr´aln´ıhustoty z´aˇriv´eho toku ϕeλ na vlnov´ed´elce λ, neboli spektr´aln´ısloˇzen´ısvˇetla. K jednoduˇsˇs´ımu popisu a n´asledn´emu zpracov´an´ı se nejˇcastˇeji pouˇz´ıvaj´ıtzv. trichromatick´esloˇzky. Ty lze vypoˇc´ıtat n´asoben´ım pomˇern´espektr´aln´ı hustoty z´aˇriv´eho toku ϕeλ kolorimetrick´ymi koeficienty a n´aslednˇeintegrac´ıtˇechto souˇcin˚uv cel´e oblasti spektr´aln´ıho sloˇzen´ızdroje. Napˇr´ıklad v soustavˇe XYZ se sloˇzky stanov´ıze vzorc˚u[10]

∞ X = ϕeλ(λ) · x¯(λ)dλ, (1.5) 0 Z ∞ Y = ϕeλ(λ) · y¯(λ)dλ, (1.6) 0 Z ∞ Z = ϕeλ(λ) · z¯(λ)dλ, (1.7) 0 Z kdex, ¯ y,¯ z¯ jsou kolorimetrick´ekoeficienty, kter´ejsou numerick´ym popisem spektr´aln´ıcitlivosti oka pozorovatele na barevn´ypodnˇet. Hodnotay ¯ je pouze jin´eznaˇcen´ıpro zn´amou V(λ) kˇrivku. M˚uˇze nastat i pˇr´ıpad, kdy jsou v´ystupem z mˇeˇren´ısouˇradnice barevn´eho prostoru RGB. V takov´em pˇr´ıpadˇeje nutn´ypˇrepoˇcet z RGB souˇradnic na trichromatick´esloˇzky X,Y,Z dle rovnic 1.8 aˇz 1.10 [10]

X = (−0.14282) · (R) + (1.54924) · (G) + (−0.95642) · (B), (1.8)

Y = (−0, 32466) · (R) + (1, 57837) · (G) + (−0, 73191) · (B) = intenzita osvˇetlen´ı, (1.9)

Z = (−0, 68202) · (R) + (0, 77073) · (G) + (0, 56332) · (B). (1.10)

20 Jedn´ım z moˇzn´ych zp˚usob˚uv´ypoˇctu TCH je pouˇzit´ıMcCamyho polynomu [36] pro v´ypoˇcet teploty chromatiˇcnosti zdroj˚ubl´ızk´ych Planckovˇekˇrivce z´aˇriˇc˚u, naz´yvan´etak´ekˇrivka teplotn´ıch z´aˇriˇc˚u. Pro v´ypoˇcet teploty chromatiˇcnosti v rozmez´ıod 2900 K do 6500 K d´av´atento polynom velmi pˇresn´yv´ysledek s odchylkou pod 2 K [36]. Se vzdalov´an´ım svˇeteln´eho zdroje od Planckovy ˇc´ary teplotn´ıch z´aˇriˇc˚upˇrest´av´aMcCamyho vzorec platit a je potˇreba pouˇz´ıt jin´emetody v´ypoˇctu. McCamyho polynom [36] se vypoˇc´ıt´apodle

3 2 Tch = 449n + 3525n + 6823, 3n + 5520, 33, (1.11) kde: x − 0, 3320 n = . (1.12) 0, 1858 − y Vzorce pro v´ypoˇcet trichromatick´ych souˇradnic x,y,z [10], d´ıky kter´ym lze zapsat souˇradnice do 2D diagramu naz´yvan´eho kolorimetrick´ytroj´uheln´ık jsou

X x = , (1.13) X + Y + Z

Y y = , (1.14) X + Y + Z

Z z = . (1.15) X + Y + Z

1.6.2 Odchylka Duv a ∆uv

V pˇredchoz´ıˇc´asti bylo objasnˇeno, jak je teplota chromatiˇcnosti pro n´avrh sv´ıtidla d˚uleˇzit´aa jak´ym zp˚usobem j´ılze stanovit. V t´eto ˇc´asti jsou pˇredstaveny dvˇeodchylky, kter´ejsou ´uzce spjaty s teplotou chromatiˇcnosti. Pokud m´ab´yt v´ystupem ze sv´ıtidla b´ıl´esvˇetlo, je nutn´ese pohybovat v nejvˇetˇs´ıbl´ızkosti ˇc´ary teplotn´ıch z´aˇriˇc˚uv kolorimetrick´em troj´uheln´ıku. Odchylku od t´eto kˇrivky lze vyj´adˇrit pomoc´ıhodnoty Duv. Jedn´ase o vzd´alenost teploty chromatiˇcnosti hodnocen´eho svˇetla od Planckovy kˇrivky. Tato vzd´alenost je mˇeˇrena na norm´ale ke kˇrivce teplotn´ıch z´aˇriˇc˚uv dan´em bodˇe, jak je vyobrazeno na obr´azku 1.15. Hodnota Duv m˚uˇze tedy nab´yvat kladn´ych i z´aporn´ych re´aln´ych ˇc´ısel podle toho, zda odchylka smˇeˇruje po norm´ale nahoru (kladn´ahodnota) nebo dol˚u

(z´aporn´ahodnota) od Planckovy kˇrivky. Duv lze stanovit pomoc´ıaproximaˇcn´ıformule, kter´aje obsahem americk´eho n´arodn´ıho standartu ANSI C78.377–2011 [37]. Formule je urˇcena pro tep- loty chromatiˇcnosti od 2500 K do 20 000 K. Vstupem do v´ypoˇctu jsou pouze u,v souˇradnice ba- revn´eho syst´emu CIE 1960 a 6 pevnˇedan´ych konstant znaˇcen´ych k1 aˇz k6. V´ypoˇcet se prov´ad´ıdle n´asleduj´ıc´ıch vzorc˚u[37]

2 2 LFP = (u − 0, 292) + (v − 0, 240) , (1.16)

p u − 0, 292 a = arccos , (1.17) L  FP  6 5 4 3 2 LBB = k6a + k5a + k4a + k3a + k2a + k1a + k0, (1.18)

Duv = LFP − LBB, (1.19)

kde:

21 k0 = −0, 471106, k4 = −0, 5179722, k1 = 1, 925865, k5 = 0, 0893944, k2 = −2, 4243787, k6 = −0, 00616793, k3 = 1, 5317403.

Souˇradnice u,v lze vypoˇc´ıtat pomoc´ı[10]

4x u = , (1.20) −2x + 12y + 3

6y v = . (1.21) −2x + 12y + 3

V bˇeˇzn´epraxi pˇri n´avrhu nebo mˇeˇren´ıodchylky Duv je vˇzdy stanovena limitn´ıhranice, kdy se barva svˇetla jeˇstˇepovaˇzuje za b´ılou. Pokud je tato hranice pˇrekroˇcena, barva svˇeteln´eho zdroje je pˇr´ıliˇsvzd´alen´aod Planckovy kˇrivky a zdroj se st´av´asp´ıˇse barevn´ym neˇzb´ıl´ym. Se vzdalov´an´ım zdroje od Planckovy kˇrivky z´aˇriˇc˚upˇrest´av´adokonce platit metoda v´ypoˇctu indexu pod´an´ıbarev

Ra pro b´ıl´esvˇeteln´ezdroje (ˇc´ast 1.6.3). Dle publikace Pacific Northwest National Laboratory [27] je s ohledem na teplotu chromatiˇcnosti hranice hodnoty Duv pro b´ılou barvu ± 0,006. Americk´a n´arodn´ıasociace elektrotechnick´ych v´yrobc˚u(National Electrical Manufacturers Association) do- poruˇcuje v [37] pouˇz´ıvat pro hodnoty teplot chromatiˇcnosti 2700 K, 3000 K, 3500 K, 4000 K limit tak´e ± 0,006. Yoshi Ohno, prezident mezin´arodn´ıkomise pro osvˇetlov´an´ı CIE oznaˇcuje hodnotu

Duv = ±0, 007 jako nepreferovanou a za neakceptovateln´eˇc´ıslo povaˇzuje Duv = ±0, 015 pˇri indexu pod´an´ıbarev Ra = 85, 3.

0,4

∆uv ∆v ∆ 0,35 +Duv u

−Duv v

0,3

0,25 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 u

Obr´azek 1.15: Barevn´yprostor CIE uv 1960: V MacAdamovˇediagramu zakreslena ˇcernou barvou

ˇc´ara teplotn´ıch z´aˇriˇc˚us vyznaˇcen´ymi ˇcarami konstantn´ıch teplot chromatiˇcnosti Tch. Normalizo- van´yzdroj A odpov´ıd´aumˇel´emu svˇetlu ˇz´arovky (teplotn´ız´aˇriˇc), p´ısmeno E znaˇc´ınerealizovateln´e izoenergetick´esvˇetlo. Denn´ısvˇetlo bez pˇr´ım´eho sluneˇcn´ıho z´aˇren´ıo teplotˇecca 6500 K je znaˇceno p´ısmenem C. Oznaˇcen´ıD50, D55, D60 vyjadˇruje spektr´aln´ısloˇzen´ıpr˚umˇern´eho poledn´ıho denn´ıho svˇetla (ˇc´ast 1.8.11). Normalizovan´ezdroje svˇetla. Pˇrevzato a upraveno z [38].

22 Druh´a,avˇsak ne tak pouˇz´ıvan´aodchylka se znaˇc´ı∆uv. Lze ji naleznout i pod zkratkou DC z anglick´eho v´yrazu chromaticity distance. Hodnota ∆uv se poˇc´ıt´adle vzorce 1.22 a vyjadˇruje pouze vzd´alenost hodnocen´eho svˇeteln´eho zdroje od zvolen´eho bodu na Planckovˇekˇrivce, obr´azek

1.15. Ve specifikaci CIE 13.3 – 1995 je uvedeno jako limitn´ıˇc´ıslo odchylky ∆uv = ±0, 0054. Pro vˇetˇs´ıhodnoty nen´ıpˇresnost metody v´ypoˇctu indexu pod´an´ıbarev Ra v normˇeuveden´a.

2 2 DC = ∆uv = (ur − ut) + (vr − vt) , (1.22) kde: p

ur je souˇradnice referenˇcn´ıho zdroje svˇetla,

vr je souˇradnice referenˇcn´ıho zdroje svˇetla,

ut je souˇradnice testovan´eho zdroje svˇetla,

vt je souˇradnice testovan´eho zdroje svˇetla.

Pˇri n´avrhu je d˚uleˇzit´espr´avnˇeuˇz´ıvat tyto dvˇeodchylky. Jednou moˇznost´ıje pracovat s hodnotu

Duv a z´aroveˇnsi hl´ıdat zmˇenu teploty chromatiˇcnosti ∆Tch. Druh´avarianta znamen´ahodnotit pouze odchylku ∆uv, kter´aje pˇreponou troj´uheln´ıku vznikl´emu z hodnot ∆u a ∆v vyobrazen´emu na obr´azku 1.15. Z´asadn´ıje pracovat s tˇemito dvˇema hodnotami uv´aˇzlivˇea zvolit si tu, kter´aje dle aplikace a potˇreby vhodnˇejˇs´ı. Dodrˇzen´ıhraniˇcn´ıch hodnot odchylek Duv a ∆uv zaruˇc´ı, ˇze v´ysledn´a barva svˇeteln´eho v´ystupu je b´ıl´a.

1.6.3 Hodnocen´ıvjemu barvy

Barva jak´ehokoliv pˇredmˇetu a jej´ıvjem je ovlivnˇen mnoha faktory. Mezi tyto faktory patˇr´ınapˇr´ıklad spektr´aln´ıˇcinitel odrazu pozorovan´eho pˇredmˇetu, aktu´aln´ı stav adaptace zraku, citlivost ˇc´ıpk˚u k jednotliv´ym vlnov´ym d´elk´amsvˇetla nebo svˇeteln´yzdroj, kter´ym je pozorovan´ypˇredmˇet osvˇetlov´an. Vjem barvy charakterizuje z velk´eˇc´asti i spektr´aln´ısloˇzen´ıtohoto zdroje. Vliv svˇeteln´eho zdroje a jeho spektr´aln´ıho sloˇzen´ıpopisuje vˇseobecn´yindex pod´an´ıbarev Ra (tak´especi´aln´ıindex pod´an´ı barev Ri jednotliv´ych srovn´avac´ıch vzork˚u, tedy i = 1, 2, ...14), kter´yporovn´av´aspektrum zdroje osvˇetluj´ıc´ıho pˇredmˇet se smluvn´ım (referenˇcn´ım) zdrojem [10]. Tento referenˇcn´ı zdroj m´ama- xim´aln´ı a ide´aln´ı hodnotu indexu Ra rovnu 100. Naopak v monochromatick´em ˇzlut´em svˇetle n´ızkotlak´ych sod´ıkov´ych v´ybojek barvy uˇznelze rozliˇsit, v takov´em pˇr´ıpadˇese pak Ra = 0. Pro tep- loty chromatiˇcnosti do 5000 K se pouˇz´ıv´ajako referenˇcn´ızdroj model ˇz´arovkov´eho svˇetla, kter´y m´apˇribliˇznˇestejn´ez´aˇren´ı, jako z´aˇren´ıdokonale ˇcern´eho tˇelesa, nebo–li ide´aln´ıho teplotn´ıho z´aˇriˇce. Slunce a jeho vyzaˇrov´an´ı lze zjednoduˇsenˇepovaˇzovat za dokonal´eˇcern´etˇeleso [39]. Jeho povr- chov´ateplota je pˇribliˇznˇe5700 K a nejv´ıce vyz´aˇren´esluneˇcn´ıenergie pˇripad´ana vlnovou d´elku 500 nm [39]. Lidsk´eoko je pˇritom nejv´ıce citliv´ena vlnovou d´elku 555 nm dle kˇrivky V(λ). Nelze tedy pˇrehl´ednout d˚ukaz genetick´eho pˇrizp˚usoben´ıcitlivosti lidsk´eho oka pˇr´ımo na sluneˇcn´ız´aˇren´ı.

Pˇri teplot´ach barvy vyˇsˇs´ıch jak 5000 K se vˇsak pˇri v´ypoˇctu indexu Ra pracuje s denn´ım spektrem svˇetla, kter´eje reprezentov´ano standartizovan´ym svˇetlem CIE D. Metoda hodnocen´ıvˇseobecn´eho indexu pod´an´ıbarev Ra dle publikace Mezin´arodn´ıkomise pro osvˇetlov´an´ıCIE 13.3–1995 (CIE, 1995) je zaloˇzena na ˇc´ıseln´em vyj´adˇren´ı rozd´ılu vjemu barvy vybran´eho souboru 8 barevn´ych vzork˚upˇri postupn´em osvˇetlov´an´ıhodnocen´ym a smluvn´ım zdrojem. Barevn´ych vzork˚uexistuje celkem 14, viz obr´azek 1.16. Pˇri n´avrhu byl pro hodnocen´ıkvality svˇetla poˇc´ıt´anindex Ra bˇeˇzn´ym zp˚usobem dle [14] s pouˇzit´ım osmi ˇci ˇctrn´acti barevn´ych vzork˚u. Speci´aln´ıindex pod´an´ıbarev pro kaˇzd´yvzorek zvl´aˇst’ lze vyj´adˇrit pomoc´ı

Ri = 100 − 4, 6 · ∆Ei, (1.23)

23 2 2 2 ∆Ei = (Uoi − Uki) + (Voi − Vki) + (Woi − Wki) . (1.24)

Vˇseobecn´yindex pod´an´ıbarevpRa se urˇc´ıvztahem

Ra = 100 − 4, 6 · ∆Ea, (1.25)

n 1 ∆E = ∆E , (1.26) a n i i=1 X kde:

Uoi,Voi,Woi jsou trichromatick´esloˇzky popisuj´ıc´ıv soustavˇeUVW barevn´y vjem i-t´eho vzorku (i= 1,2,3,...8) pˇri osvˇetlen´ısrovn´avac´ım (referenˇcn´ım) zdrojem,

Uki,Vki,Wki jsou trichromatick´esloˇzky popisuj´ıc´ıv soustavˇeUVW barevn´y vjem i-t´eho vzorku pˇri osvˇetlen´ızkouˇsen´ym (testovan´ym) zdrojem, n je poˇcet pouˇzit´ych barevn´ych vzork˚u.

Barevn´e vzorky R1 aˇz R8 pro hodnocen´ı vjemu barvy pomoc´ı Ra

TCS 01 TCS 02 TCS 03 TCS 04 TCS 05 TCS 06 TCS 07 TCS 08

Doplnujˇ ´ıc´ı barevn´e vzorky R9 aˇz R14

TCS 09 TCS 10 TCS 11 TCS 12 TCS 13 TCS 14

Obr´azek 1.16: Referenˇcn´ıbarevn´evzorky pouˇz´ıvan´epro v´ypoˇcet indexu pod´an´ıbarev Ra. Pˇrevzato a upraveno z [40].

Je d˚uleˇzit´epoznamenat, ˇze nejvyˇsˇs´ıhodnota indexu pod´an´ıbarev Ra 100 neznamen´adoko- nal´esvˇetlo nebo ide´aln´ı barevn´yvjem pro kaˇzdou aplikaci, tato hodnota pouze vyjadˇruje, jak moc je hodnocen´esvˇetlo podobn´ereferenˇcn´ımu. Pokud pˇr´ıkonkr´etn´ıaplikaci referenˇcn´ısvˇetlo ne- vytv´aˇr´ıvhodn´ybarevn´yvjem, nemus´ıznamenat hodnota Ra = 100 nejlepˇs´ıv´ysledek. Napˇr´ıklad pˇri hodnocen´ıLED svˇeteln´eho zdroje o teplotˇechromatiˇcnosti 4800–4900 K s c´ılem napodobit denn´ı spektrum svˇetla bude st´ale referenˇcn´ım zdrojem Planck˚uv z´aˇriˇc(ˇz´arovkov´esvˇetlo, standartizo- van´esvˇetlo CIE A). Metoda hodnocen´ıvjemu barvy Ra tedy srovn´av´aLED zdroj se ˇz´arovkov´ym svˇetlem. Pˇriˇcemˇznejlepˇs´ı v´ysledek (Ra = 100) nastane, kdyˇzsrovn´avan´yLED svˇeteln´yzdroj bude shodn´ys teplotn´ım z´aˇriˇcem. C´ılem je ale dos´ahnout denn´ıspektrum svˇetla, nikoliv spek- trum ˇz´arovkov´eho svˇetla. Pˇri n´avrhu sv´ıtidla je d˚uleˇzit´em´ıt povˇedom´ıo tomto rozporu a b´yt si vˇedom, ˇze dosaˇzen´ınejvyˇsˇs´ımoˇzn´ehodnoty pod´an´ıindexu barev nemus´ıvˇzdy zaruˇcit spr´avn´y v´ysledek [41,42]. Dalˇs´ım nedostatkem t´eto metody hodnocen´ı barevn´eho vjemu je pouˇzit´ıpouze 8 zm´ınˇen´ych vzork˚uk hodnocen´ıi pˇresto, ˇze dnes je jich dostupn´enepˇrebern´emnoˇzstv´ı. Nav´ıc jsou

24 barvy tˇechto 8 vzorku pastelov´e, nesaturovan´e, maj´ıtedy vysok´ypod´ıl b´ıl´esloˇzky a v˚ubec nezo- hledˇnuj´ıreflexn´ıvlastnosti materi´alu [33, 41, 43]. Z´asadn´ım omezen´ım metody je tak´efakt, ˇze lze srovn´avat pouze zdroje se stejnou teplotou chromatiˇcnosti, tedy hodnocen´yzdroj mus´ım´ıt stejnou

TCH jako referenˇcn´ı[42, 43]. V n´avaznosti na tyto nedostatky byla vyd´ana mezin´arodn´ınorma CIE 224:2017 Colour Fidelity Index for accurate scientific use (Index barevn´ereprodukce/pˇresn´y barevn´yindex pro vˇedeck´epouˇzit´ı), kter´aˇreˇs´ıtyto nedostatky a poskytuje i nˇekolik dalˇs´ıch v´yhod. Obdobou je tak´edokument IES TM–30 [33] vydan´yroku 2015 americkou IES (Illuminating Engi- neering Society) zab´yvaj´ıc´ıse totoˇzn´ym t´ematem.

CIE 2017: Colour Fidelity index Rf (CFI)

Colour Fidelity index Rf je pˇresn´yindex barevn´eshodnosti hodnocen´eho zdroje s referenˇcn´ım zdrojem urˇcen´yk vˇedeck´emu pouˇzit´ıpˇrev´aˇznˇepro b´ıl´ezdroje svˇetla. Index Rf v ˇz´adn´em pˇr´ıpadˇe nenahrazuje index pod´an´ıbarev Ra, ani pro ´uˇcely specifikace produktu, ani pro hodnocen´ıba- revn´eho vjemu. Jde v podstatˇepouze o vylepˇsen´yindex Ra. Je vhodn´ejej pouˇz´ıvat jako doplnˇek pro z´ısk´an´ıpˇresnˇejˇs´ıch a vˇerohodnˇejˇs´ıch v´ysledk˚uo kvalitˇebarvy b´ıl´ych svˇeteln´ych zdroj˚u. Sch´ema na obr´azku 1.17 vyjadˇruje metodu v´ypoˇctu index˚u Rf a Rg. Samotn´ykoneˇcn´yv´ypoˇcet se prov´ad´ı dle n´asleduj´ıc´ıch vzorc˚u[33, 42]

100 − 6, 73 · ∆E R = 10 · ln[exp a + 1], (1.27) f 10   100 − 6, 73 · ∆E R = 10 · ln[exp i + 1]. (1.28) f,i 10   V´aˇzen´yfaktor 6,73 v tˇechto rovnic´ıch byl zvolen tak, aby pr˚umˇern´ehodnoty CFI bˇeˇznˇepouˇz´ıvan´ych svˇetel byly podobn´ehodnot´am Ra a dalo se pracovat s obˇema tˇemito indexy z´aroveˇn. V´ysledn´e hodnoty vzorc˚u1.27 a 1.28 nemohou nab´yvat z´aporn´ych ˇc´ısel. U indexu Ra pˇri hodnotˇe∆Ei > 22 mohl v´ysledek nab´yvat z´aporn´ych hodnot [33, 42].

◦ Vstup: spektraln´ ´ı sloˇzen´ı Stanoven´ı Tch (2 pozorovatel) testovan´eho zdroje referenˇcn´ıho zdroje

Vypo´ ˇcet souˇradnic J', a', b' Vypo´ ˇcet souˇradnic J', a', b' testovan´eho zdroje refereˇcn´ıch vzork˚u

ˇ ´ı ´ı ´ ˇ Rozdelen dle odst nu (hues), Vypocet chyby barvy nasledn´ y´ vypo´ ˇcet

Colour fidelity index Rf Colour gamut index Rg

Obr´azek 1.17: Sch´ema metody v´ypoˇctu index˚uhodnot´ıc´ıvjem barvy Rf a Rg.Podle [33].

Metoda pouˇz´ıv´apro srovn´an´ınov´yreferenˇcn´ızdroj urˇcen´ypro teploty chromatiˇcnosti v rozmez´ı od 4000 K do 5000 K. Tento zdroj je line´arn´ı kombinac´ı Planckov´eho z´aˇriˇce a normalizovan´eho denn´ıho svˇetla dle vzorce 1.29 [33, 42]. V praxi m˚uˇze b´yt ˇcasto vhodnˇejˇs´ıpouˇz´ıt jako referenˇcn´ı

25 srovn´avac´ızdroj pro hodnoty tˇesnˇepod 5000 K denn´ıspektrum svˇetla nam´ısto Planckova z´aˇriˇce, kter´yje pˇri v´ypoˇctu indexu pod´an´ıbarev Ra urˇcen pro hodnoty pod 5000 K. Nov´yreferenˇcn´ızdroj ˇreˇs´ıtedy tuto omezuj´ıc´ıpodm´ınku v podobˇeostr´ehranice 5000 K.

T − 4000 ′ 5000 − T ′ S (λ) = ch · S (λ) + ch · S (λ), (1.29) r 1000 r,D 1000 r,P kde:

Tch je teplota chromatiˇcnosti, ′ Sr,D(λ) je spektr´aln´ısloˇzen´ınormalizovan´eho svˇetla zdroje D (denn´ıho svˇetla), ′ Sr,P (λ) je spektr´aln´ısloˇzen´ıPlanckova z´aˇriˇce.

Barevn´ysyst´em CIECAM02–UCS

Colour Fidelity Index Rf pouˇz´ıv´abarevn´ysyst´em CIECAM02–UCS, kter´ybyl vyvinut prouˇcely ´ experiment˚us barvami a jejich hodnocen´ım. Z´akladn´ısouˇradnice syst´emu jsou J’(svˇetelnost, m˚uˇze nab´yvat hodnot 0 aˇz100), a’(zeleno–ˇcerven´aosa), b’(ˇzluto–modr´a osa), viz obr´azek 1.18. Syst´em umoˇzˇnuje hodnotit barevn´erozd´ıly sv´ıtidel s odliˇsnou teplotou chromatiˇcnosti. Pracuje s hodno- tami adaptaˇcn´ıho jasu, jasu pozad´ı, pestrobarevnost´ı, saturac´ı, odst´ınem barvy a dalˇs´ımi vlast- nostmi obecnˇecharakterizuj´ıc´ımi barvu. Hlavn´ı oblast hodnocen´ı barevn´eho vjemu (stimulus) pouˇz´ıv´aCIE standartn´ıho pozorovatele 2◦. Pozad´ı vyuˇz´ıv´aoblast CIE standartn´ı uˇzivatel 10◦, kde je napˇr´ıklad moˇzn´ezadat adaptaˇcn´ıjas tohoto pozad´ı. Hodnocen´ıvjemu barvy svˇetla se po- tom prov´ad´ıs ohledem na jasov´epodm´ınky v okol´ıpozorovatele [33, 42, 43]. b0 Okol´ı

Pozad´ı

0 Stimulus a

Obr´azek 1.18: Barevn´ysyst´em CIECAM02-UCS: Vlevo vyobrazeny oblasti hodnocen´ıbarevn´eho vjemu. Vpravo 100 hodnot´ıc´ıch vzork˚utestovan´eho LED zdroje (ˇcerven´ebody tvaru ˇctverce) ve srovn´an´ıs referenˇcn´ım zdrojem (modr´ekruhov´ebody) v rovinˇea’b’ barevn´eho syst´emu [44]. Pouˇzit´e spektrum LED zdroje k nalezen´ıv pˇr´ıloze A.

26 Syst´em vyuˇz´ıv´ak hodnocen´ı99 barevn´ych vzork˚u, kter´e byly vyb´ır´any z datab´aze obsahuj´ıc´ı v´ıce jak 100 000 mˇeˇren´ych objekt˚u. Barevn´evzorky poch´az´ız re´aln´ych a existuj´ıc´ıch pˇredmˇet˚ua ne- sou informaci o odraznosti povrchu. Soubor zahrnuje pˇredmˇety jak se zrcadlov´ym, tak i s dif´uzn´ım odrazem. Zv´yˇsen´ıpoˇctu vzork˚ua jejich kvality poskytuje dostateˇcnˇestatisticky reprezentativn´ı jednotku pro hodnocen´ıkvality vjemu barvy. Vzorky jsou nav´ıc rozdˇeleny do 7 kategori´ı[39]:

• pˇr´ıroda, • barva k˚uˇze, • textilie, • barvy a n´atˇery, • plasty, • vytiˇstˇen´ymateri´al, • barevn´esyst´emy (Munsell, Natural Color System [NCS], German Institute for Standardi- zation [DIN] a dalˇs´ı).

CIECAM2–UCS obsahuje nˇekolik velice uˇziteˇcn´ych n´astroj˚u. Jedn´ım z nich je Colour Vector Graphics, n´astroj pro hodnocen´ısaturace barevn´eho odst´ınu, vyobrazen na obr´azku 1.19. Jeho ´ukolem je srovnat testovan´esvˇetlo s referenˇcn´ım a podat informaci, kter´ebarvy hodnocen´eho svˇetla jsou v´ıce a kter´em´enˇesaturovan´eoproti referenˇcn´ımu svˇetlu [33, 42, 43].

Tch = 3690 K;Ra = 90; 5;Duv = −0; 00541;Rf = 86; 9;Rg = 101; 8

vzestup saturace zmˇena odst´ınu (Rg = 100)

pokles saturace

referenˇcn´ı svˇetelny´ zdroj LED svˇetelny´ zdroj

Obr´azek 1.19: Barevn´ysyst´em CIECAM02–UCS: Colour Vector Graphics [44]. Pouˇzit´espektrum LED zdroje k nalezen´ıv pˇr´ıloze A.

27 Barevn´ysyst´em umoˇzˇnuje hodnotit sytost barvy i pomoc´ın´astroje zvan´eho Gamut index Rg. Jedn´ase o dalˇs´ıukazatel kvality svˇetla hodnot´ıc´ıvzr˚ust nebo pokles saturace. Vztah mezi pohodl´ım uˇzivatele a indexem Rg je pomˇernˇekomplexn´ıa individu´aln´ıv z´avislosti na aplikaci. Neexistuje vˇseobecnˇedoporuˇcovan´ahodnota indexu Rg. Svˇeteln´ezdroje s obecnˇevyˇsˇs´ısaturac´ıjsou pops´any jako pˇr´ıjemnˇejˇs´ıpro vˇetˇsinu pozorovatel˚u, avˇsak pˇr´ıliˇssaturovan´yzdroj m˚uˇze p˚usobit na ˇclovˇeka negativnˇedle [33]. Hodnota Rg rovna 100 pod´av´ainformaci, ˇze svˇeteln´yzdroj m˚uˇze produkovat sytosti barev osvˇetlovan´ych pˇredmˇet˚us velmi podobnou saturac´ı jako je dosaˇzeno pˇri denn´ım svˇetle pˇri cca 5500 K aˇz6500 K (standartizovan´esvˇetlo D55, D65). Pro hodnocen´ıLED svˇeteln´ych zdroj˚uje pˇrijateln´erozmez´ı hodnoty Rg od 60 do 140 pˇri podm´ınce Rf > 60, vyˇsˇs´ı hodnoty indexu vyjadˇruj´ıvyˇsˇs´ısaturaci a naopak [43]. Obr´azek 1.20 zn´azorˇnuje vztah mezi indexy Rf a

Rg. Na obr´azku lze vidˇet, ˇze CFI m˚uˇze nab´yvat hodnoty 100 pouze za podm´ınky nevyskytuj´ıc´ı se desaturace, tj. Gamut index bude roven tak´e100. Zmˇena saturace barvy, tj. odch´ylen´ı Rg od hodnoty 100 vede k poklesu Rf . Na obr´azku jsou d´ale patrn´edvˇebarevnˇevyznaˇcen´eplochy

(ˇsed´aa r˚uˇzov´a), kter´evyjadˇruj´ımaxim´alnˇenebo minim´alnˇedosaˇzitelnou hodnotu Rg pro dan´y fidelity index [33].

140 1 2

130

120

g 110

R Testovany´ LED zdroj 100

90

Gamut index

80

70

60 50 60 70 80 90 100

Colour fidelity index Rf 1 - hranice dosaˇziteln´a pro zdroje leˇz´ıc´ı na Planckovˇe kˇrivce 2 - hranice dosaˇziteln´a pro zdroje pouˇz´ıvan´ ´e v praxi

Obr´azek 1.20: Barevn´ysyst´em CIECAM02–UCS: Colour fidelity index Rf a Gamut index Rg.

Sedouˇ barvou vyznaˇcen´aplocha, ve kter´eneexistuje kombinace Rf a Rg pro b´ıl´ysvˇeteln´yzdroj. Svˇeteln´ezdroje vyskytuj´ıc´ıse v t´eto oblasti nemohou b´yt povaˇzov´any za b´ıl´yzdroj, jelikoˇzjsou pˇr´ıliˇs vzd´alen´eod Planckovy kˇrivky. Navazuj´ıc´ır˚uˇzov´aplocha vyjadˇruje nemoˇzn´ekombinace pro zdroje pouˇz´ıvan´ev praxi leˇz´ıc´ına Planckovˇekˇrivce teplotn´ıch z´aˇriˇc˚u. Spektrum testovan´eho LED zdroje k nalezen´ıv pˇr´ıloze A.

28 CFI je uˇziteˇcn´yn´astroj pro hodnocen´ıkvality svˇetla a vhodn´ydoplˇnek k indexu pod´an´ıba- rev Ra. V praxi se pro komerˇcn´ıaplikace a hodnocen´ıprodukt˚una trhu pouˇz´ıv´at´emˇeˇrvˇzdy vˇseobecn´yindex pod´an´ıbarev Ra hodnocen´ys osmi barevn´ymi vzorky. Mnohdy se vˇsak m˚uˇze zd´atnedostaˇcuj´ıc´ıa pro pˇresnˇejˇs´ıinformaci o kvalitˇe svˇetla je vhodn´yv´yˇse zm´ınˇen´yindex Rf . Proto byly pˇri n´avrhu sv´ıtidla pouˇz´ıv´any obˇemetody hodnot´ıc´ıvjem barvy, nebyla vˇsak dostupn´a norma CIE 224:2017 k hodnocen´ıindexu Rf a pouˇzit´ısyst´emu CIECAM02–UCS, ani jej´ıobdoba IES TM–30 [33]. Byl tedy pouˇzit bezplatn´yColorCalculator 7.23 od firmy Osram Sylvania, kter´y je volnˇedostupn´yna [45] v kombinaci s kalkul´atorem [46]. Oba kalkul´atory poskytuj´ımoˇznost v´ypoˇctu hodnot Rf a umoˇzˇnuj´ıpr´aci s nˇekter´ymi n´astroji tohoto barevn´eho syst´emu.

1.6.4 Index oslnˇen´ıUGR (Unified glare rating)

Pokud se vyskytuj´ıv zorn´em poli lidsk´eho oka pˇr´ıliˇsvelk´e jasy nebo jejich rozd´ıly, kter´ev´yraznˇe pˇrekraˇcuj´ımez adaptability zraku, vznik´aoslnˇen´ı. T´ım je omezena ˇcinnost zrakov´eho ´ustroj´ı, a tak naruˇsena zrakov´apohoda. Podle psychofyziologick´ych n´asledk˚u se oslnˇen´ıdˇel´ına [10, 11, 47]:

1. oslnˇen´ıpsychologick´e–pozorovateln´ea ruˇsiv´e, 2. oslnˇen´ıfyziologick´e–omezuj´ıc´ıa oslepuj´ıc´ı.

Psychologick´eoslnˇen´ınevyvol´av´amˇeˇriteln´ezmˇeny zrakov´ych funkc´ı. Naopak fyziologick´eoslnˇen´ı omezuj´ıc´ıjiˇzzhorˇsuje ˇcinnost zraku a zp˚usobuje sn´ıˇzen´ızrakov´ych schopnost´ı. Sniˇzuje se zrakov´a ostrost a kontrastn´ıcitlivost. Fyziologick´eoslnˇen´ıoslepuj´ıc´ıje vˇsak nejhorˇs´ı. Znemoˇzˇnuje ˇcinnost zraku v˚ubec, a to dokonce i nˇejakou dobu po z´aniku pˇr´ıˇciny vzniku tohoto oslnˇen´ı. Pro hodno- cen´ıoslnˇen´ıse od roku 2004 v r´amci evropsk´ych pˇredpis˚upouˇz´ıv´aSorensen˚uv vzorec neboli index oslnˇen´ıUGR. Tento vzorec a postup v´ypoˇctu je pops´anv [10,11,34] pro zdroje oslnˇen´ı, kter´ejsou pozorov´any pod prostorov´ym ´uhlem v rozmez´ı0,1 sr aˇz0,0003 sr. Prostorov´y´uhel 0,1 sr lze zmˇeˇrit napˇr´ıklad na vyzaˇrovac´ıploˇse kruhov´eho tvaru o pr˚umˇeru 107 cm ve vzd´alenosti 3 m. Kruhov´aplo- cha s pr˚umˇerem 20 cm odpov´ıd´aprostorov´emu ´uhlu 0,0003 sr ve vzd´alenosti 10 m. Pro menˇs´ızdroje je ˇcinitel UGR pˇr´ıliˇspˇresn´y, pro vˇetˇs´ızdroje naopak pˇrehnanˇebenevolentn´ı[47]. Pro tyto pˇr´ıpady osvˇetlen´ıvˇsak vyvinula Mezin´arodn´ıkomise pro osvˇetlov´an´ıCIE jinou metodu v´ypoˇctu uvedenou v CIE 147:2002, kterou se vˇsak tato pr´ace nebude zab´yvat. V´ypoˇcet indexu UGR zohledˇnuje:

• jas pozad´ıv m´ıstnosti, • odraznost povrch˚um´ıstnosti, • velikost sv´ıt´ıc´ıplochy sv´ıtidla, • sv´ıtivost sv´ıtidla ve smˇeru k oku pozorovatele, • ˇcinitel polohy podle Gutha pro kaˇzd´esv´ıtidlo podle jeho odklonu od smˇeru pohledu.

Index oslnˇen´ıUGR je krit´erium v praxi velmi ˇcasto pouˇz´ıvan´e, proto je tato metoda hodnocen´ı implementov´ana v softwarech pro n´avrh osvˇetlen´ı. Jedn´ım z tˇechto softwaru je program Relux od ˇsv´ycarsk´efirmy Relux Informatik AG. Dalˇs´ıhojnˇevyuˇz´ıvan´yvizualizaˇcn´ısvˇetelnotechnick´ypro- gram je Dialux. CSNˇ EN 12464–1 stanovuje pouˇz´ıvat pro hodnocen´ıindexu oslnˇen´ıˇradu UGR, viz tabulka 1.1. Tato ˇrada urˇcuje jak´erozd´ıly oslnˇen´ıje pozorovatel schopen rozliˇsit. Napˇr´ıklad mezi hodnotu UGR 13 a 16 je z pohledu oslnˇen´ıpozorovateln´yrozd´ıl. Pokud by se ale srovn´avaly hodnoty liˇs´ıc´ıse o m´enˇejak 3 jednotky, zmˇena jiˇzdle CSNˇ EN 12464–1 nen´ıpozorovatelem rozliˇsiteln´a.Po- zorovatel nen´ıschopen rozliˇsit oslnˇen´ıs indexem UGR=13 od hodnoty indexu UGR=14. Pˇri n´avrhu osvˇetlovac´ısoustavy nem´atedy obecnˇesmysl db´atna desetinn´am´ısta v´ysledku. Podle Hopkinso- nova krit´eria (obr. [11]) jsou osvˇetlovac´ısoustavy s hodnotou UGR menˇs´ıneˇz10 povaˇzov´any za

29 neschopn´egenerace nepˇr´ıjemn´eho oslnˇen´ı. Ide´aln´ıinteri´erov´eosvˇetlen´ıprostoru z hlediska hodno- cen´ıoslnˇen´ıje takov´e, kter´em´ahodnotu indexu UGR menˇs´ı neˇz10.

Tabulka 1.1: CSNˇ EN 12464-1: Hopkinsonovo krit´erium. Stav oslnˇen´ı Hodnota UGR

Neznateln´e 10 Pr´avˇeneznateln´e 13 Znateln´e 16 Pr´avˇepˇrijateln´e 19 Nepˇrijateln´e 22 Pr´avˇenepˇrijateln´e 25 Nepˇr´ıjemn´e 28

CSNˇ EN 12464–1 uv´ad´ıi nutnost clonˇen´ısvˇeteln´eho zdroje, kter´yje ve sv´ıtidle pˇr´ımo viditeln´y. Uhel´ clonˇen´ıje definov´anna obr´azku 1.21 a jeho minim´aln´ıhodnoty v tabulce 1.2. Poˇzadavek normy se nevztahuje na sv´ıtidla nepˇr´ım´a,s rozptyln´ymi kryty (difuzory) a pˇr´ım´ainstalovan´apod ´urovn´ı oˇc´ı.

sv´ıtidlo svˇetelny´ zdroj

α

Obr´azek 1.21: CSNˇ EN 12464–1: Uhel´ clonˇen´ı α.

Tabulka 1.2: CSNˇ EN 12464–1: Minim´aln´ı´uhly clonˇen´ıpro uveden´ejasy svˇeteln´ych zdroj˚u. Jas svˇeteln´eho zdroje (kcd · m−2) Minim´aln´ı´uhel clonˇen´ı α(◦)

20 aˇz¡50 15 50 aˇz¡500 20 ≥ 500 30

Pˇri n´avrhu samotn´eho sv´ıtidla je kromˇev´yˇse zm´ınˇen´ych informac´ıvhodn´ebr´atohled tak´ena od- raznost povrch˚uv osvˇetlovan´em´ıstnosti a vhodn´esmˇerov´an´ısv´ıtidel. Omezit oslnˇen´ılze volbou velk´esv´ıt´ıc´ıplochy, vyˇsˇs´ıodraznosti stropu a stˇen a vhodnou volbou povrch˚un´abytku v m´ıstnosti. Odraznost stˇen m´avˇsak v bˇeˇzn´epraxi z´asadn´ıvliv na index oslnˇen´ıUGR oproti vlivu povrchu n´abytku, kter´yje t´emˇeˇrzanedbateln´y[47]. V pˇr´ıpadˇedostupnosti informac´ıo adaptaˇcn´ım jasu v m´ıstnosti nebo moˇznosti jeho ovlivnˇen´ı, je pro n´ızk´eoslnˇen´ıvhodn´ez´ıskat, co nejv´ıce shodn´eho jasu sv´ıtidla s adaptaˇcn´ım jasem okol´ı.

30 1.6.5 Cinitelˇ cirkadi´ann´ı´uˇcinnosti

Existuje mnoho veliˇcin pro hodnocen´ıcirkadi´ann´ıch ´uˇcink˚usvˇetla na lidsk´yorganismus [32,48,49].

Jednou z nich je ˇcinitel cirkadi´ann´ı´uˇcinnosti av,mel, kter´ybyl poprv´edefinov´anDietrichem Gallem [29]. V´ypoˇcet se prov´ad´ıdle n´asledujic´ıho vzorce [32]

780 Xλ(λ) · smel(λ) · dλ 380 av,mel = Z 780 , (1.30) Xλ(λ) · V (λ) · dλ 380 Z kde:

av,mel je ˇcinitel cirkadi´ann´ı´uˇcinnosti,

Xλ(λ) je spektr´aln´ısloˇzen´ısvˇeteln´eho zdroje [-],

smel(λ) je kˇrivka citlivosti cirkadi´ann´ıho syst´emu (viz obr´azek 1.13), V (λ) je kˇrivka spektr´aln´ıcitlivosti fotopick´eho vidˇen´ınormalizovan´eho pozorovatele CIE.

1.6.6 Metoda α–osvˇetlen´ı

Dalˇs´ı veliˇcinou, kter´aslouˇz´ı k hodnocen´ı ´uˇcink˚udopadaj´ıc´ıho z´aˇren´ı na s´ıtnici je metoda α- osvˇetlen´ı. Tato metoda vyjadˇruje m´ıru p˚usoben´ı dan´eho spektr´aln´ıho sloˇzen´ı svˇeteln´eho zdroje na jednotliv´edruhy fotoreceptor˚u. M´ıra osvˇetlenosti dan´eho fotoreceptor˚use uv´ad´ıv jednotk´ach α-opic lux a poˇc´ıt´adle vzorce [14, 21, 49]

Eα = KN Ee,λNα(λ)dλ, (1.31) Z

kde:

Eα je osvˇetlen´ıdan´eho typu fotoreceptoru,

KN je konstanta KN = 72 983, 25 α−lm/W vypoˇcten´az rovnice ??, 2 Ee,λ celkov´eoz´aˇren´ı[W/m ],

Nα(λ) je spektr´aln´ıcitlivosti dan´eho fotoreceptoru (viz obr´azek 1.7.

KN = K(λ)dλ. (1.32) Z Z v´ypoˇctu konstanty KN (rovnice 1.32) je zˇrejm´e, ˇze v´ysledn´ehodnoty osvˇetlen´ı Eα jsou vztaˇzeny ke svˇeteln´efotopick´e´uˇcinnosti K(λ), tedy i ke kˇrivce V (λ). Hodnota KN svou velikost s typem fotoreceptoru nemˇen´ı. Pro v´ypoˇcty hodnot α-osvˇetlen´ıze zmˇeˇren´eho spektr´aln´ıho sloˇzen´ı svˇetla zdroje je v t´eto pr´aci pouˇzit volnˇedostupny kalkul´ator z http://linkinghub.elsevier. com/retrieve/pii/S0166223613001975 [13, 14, 21, 49].

1.7 Interi´erov´esv´ıtidlo v trendu HCL

Ukolem´ podkapitoly je vyvoˇrit ˇcten´aˇri pˇredstavu o sv´ıtidle v trendu HCL. Jak´efunkce by mˇelo interi´erov´esv´ıtidlo plnit a co vˇse uˇzivateli umoˇzˇnovat. Pˇri tvorbˇen´avrhu sv´ıtidla s ohledem na ne- vizu´aln´ıp˚usoben´ısvˇetla na lidsk´yorganismus jsou d˚uleˇzit´ehlavnˇetyto parametry [4]:

31 • spektr´aln´ısloˇzen´ızdroje svˇetla, • intenzita osvˇetlen´ısv´ıtidla, • aktu´aln´ıdenn´ıdoba, • svˇeteln´adistribuce sv´ıtidla.

Osvˇetlovac´ısoustava, u kter´elze regulovat intenzitu osvˇetlen´ıa teplotu chromatiˇcnosti svˇeteln´eho zdroje se naz´yv´adynamick´a.Je hlavn´ıa nezbytnou funkc´ı, kterou mus´ısv´ıtidlo v trendu Human Centric Lighting obsahovat. Zmˇena spektr´aln´ıho sloˇzen´ızdroje a intenzity vyzaˇrovan´eho svˇetla by mˇela b´yt provediteln´aplynule v ˇcase. V ˇc´asti 1.6.1 bylo uvedeno jako nejlepˇs´ımoˇzn´esvˇetlo denn´ı, tedy vyzaˇrovan´eSluncem. C´ılem by mˇela b´yt snaha, spektr´alnˇenapodobobit denn´ısvˇetlo. Avˇsak pokud ˇclovˇek vstoup´ıdo m´ıstnosti s intenzitou osvˇetlen´ı20 000 lx, bude se c´ıtit velmi nepohodlnˇea jeho vizu´aln´ıvjem bude naruˇsen oslnˇen´ım [50]. Naopak pˇri pobytu na denn´ım svˇetle o stejn´ein- tenzitˇebude vjem pˇrirozen´ya pˇr´ıjemn´y. Je nutno proto pohl´ıˇzet na tento ide´aln´ıc´ıl s urˇcit´ym odstupem. Jedn´ım z dokument˚u, kter´yse t´ımto t´ematem zab´yv´aje norma DIN SPEC 67600: Biolo- gically effective illumination–Design guidelines, vydan´av dubnu roku 2013, kter´apod´av´ainformace potˇrebn´epˇri n´avrhu sv´ıtidla v trendu HCL. Doporuˇcuje hodnoty teploty chromatiˇcnosti a intenzity vnitˇrn´ıho dynamick´eho osvˇetlen´ıdle typu prostoru a vykon´avan´eˇcinnosti. Napˇr´ıklad pro mateˇrsk´e ˇskoly jsou doporuˇcov´any dva zp˚usoby ˇr´ızen´ıdynamick´eho osvˇetlen´ı. Prvn´ıje zn´azornˇen na obr´azku 1.22 a jeho c´ılem je napodobit zmˇenu denn´ıho svˇetla bˇehem 24 hodin. Pr˚ubˇeh zmˇeˇren´ych parametr˚u denn´ıho svˇetla mˇen´ıc´ıse bˇehem dne je pro porovn´an´ına obr´azku 1.14. Intenzita osvˇetlen´ıi teplota chromatiˇcnosti umˇel´eho osvˇetlen´ıdle obr´azku 1.22 po probuzen´ırovnomˇernˇestoup´ak maximu poledn´ıch hodnot. Po poledni hodnoty postupnˇeklesaj´ık minimu cca mezi 20:00 a 21:00 hodinou, kdy nab´yv´aintenzita i teplota chromatiˇcnosti hladin, kter´ese udrˇzuj´ıpo celou noc a nezp˚usobuj´ı ˇz´adnou stimulaci cirkadi´ann´ıho syst´emu.

6000 160 [%] ´ı

5000 140

etlen ˇ 4000 120

cnosti [K]

ˇ

3000 100

2000 80 intenzita osv ´ı 1000 60

Teplota chromati

0 40 Relativn 00:00 06:00 12:00 18:00 00:00 ˇ Teplota chromatiˇcnosti cas Relativn´ı intenzita osvˇetlen´ı

Obr´azek 1.22: DIN SPEC 67600: R´ızen´ıvnitˇrn´ıhoˇ dynamick´eho osvˇetlen´ıbˇehem jednoho 24 hodi- nov´eho cyklu. C´ılem je napodobit zmˇenu denn´ıho svˇetla. Pˇrevzato z [51].

Druh´yzp˚usob ˇr´ızen´ıdynamick´eho osvˇetlen´ızohledˇnuje bˇeˇznou aktivitu ˇclovˇeka bˇehem dne a je na obr´azku 1.23. Bere v ´uvahu napˇr´ıklad ´unavu lidsk´eho organismu, kter´avˇetˇsinou nast´av´a po obˇedˇe. Aby se ˇclovˇek v t´eto dobˇemohl uvolnit, relaxovat a udˇelat si pauzu, sn´ıˇz´ıse hodnoty in-

32 tenzity i teploty chromatiˇcnosti. Po pauze n´asleduje opˇet zv´yˇsen´ıhodnot za ´uˇcelem povzbuzen´ıak- tivity a udrˇzen´ıbdˇelosti organismu. Castoˇ se lze setkat s t´ımto zp˚usobem ˇr´ızen´ıvnitˇrn´ıho osvˇetlen´ı v budov´ach s pevnˇenastaven´ym a pravidelnˇese opakuj´ıc´ım reˇzimem prov´adˇen´ych ˇcinnost´ı, jako napˇr´ıklad v kancel´aˇrsk´ych prostorech nebo ve vzdˇel´avac´ıch zaˇr´ızen´ıch. Pˇri ˇr´ızen´ıdynamick´eosvˇetovac´ı soustavy je vhodn´evyhnout se n´ahl´ym zmˇen´amve svˇeteln´eintenzitˇea teplotˇechromatiˇcnosti, protoˇze rychl´ezmˇeny mohou m´ıt naopak negativn´ı ´uˇcinky na cirkadi´ann´ı syst´em ˇclovˇeka [51]. Pokles a vzestup parametr˚uosvˇetlovac´ısoustavy by mˇel b´yt dodrˇzen dle obr´azk˚u1.22 a 1.23.

6000 160 [%] ´ı

5000 140

etlen ˇ 4000 120

cnosti [K]

ˇ

3000 100

2000 80 intenzita osv ´ı 1000 60

Teplota chromati

0 40 Relativn 00:00 06:00 12:00 18:00 00:00 ˇ Teplota chromatiˇcnosti cas Relativn´ı intenzita osvˇetlen´ı

Obr´azek 1.23: DIN SPEC 67600: R´ızen´ıvnitˇrn´ıhoˇ dynamick´eho osvˇetlen´ıbˇehem jednoho 24 hodi- nov´eho cyklu. Pˇrizb˚usobeno aktivitˇeˇclovˇeka bˇehem dne. Pˇrevzato z [51].

Oba zp˚usoby ˇr´ızen´ıdynamick´eho osvˇetlen´ıjsou na obr´azc´ıch 1.22 a1.23 uvedeny pro 25–ti let´eho pozorovatele. Pokud by bylo ´ukolem navrhnout dynamick´eosvˇetlen´ı prostoru s pobytem osob vyˇsˇs´ıho vˇeku, je nutn´evyn´asobit hodnoty intenzity osvˇetlen´ıkoeficientem 1,3 pro 50–ti let´eho a 2,2 pro 75–ti let´eho ˇclovˇeka. D˚uvodem je sniˇzov´an´ıpropustnosti zornice lidsk´eho oka s rostouc´ım vˇekem. Bez ohledu na m´ıstnost a jej´ıvyuˇzit´ı, norma DIN SPEC 67600 obecnˇedoporuˇcuje bˇehem dne a pˇrednostnˇer´ano, vertik´aln´ıosvˇetlenost v ´urovni oka pozorovatele v´ıce jak 250 lx pˇri teplotˇe chromatiˇcnosti 8000 K. Naopak v noci by nemˇela hodnota vertik´aln´ıosvˇetlenosti pˇrev´yˇsit 50 lx a pˇri teplotˇechromatiˇcnosti 2700 K. Interi´erov´esv´ıtidlo se zamˇeˇren´ım na ˇclovˇeka by mˇelo vyˇcn´ıvat mezi bˇeˇzn´ymi konvenˇcn´ımi sv´ıtidly. Mˇelo by se jednat o modern´ı sv´ıtidlo, kter´eoslov´ı uˇzivatele svou funkˇcnost´ı a sv´ymi moˇznostmi. Uˇzivateli produktu by mˇelo b´yt umoˇznˇeno dynamick´eˇr´ızen´ısvˇeteln´eho zdroje napˇr´ıklad pˇres aplikaci ve smartphonu, poˇc´ıtaˇci nebo ovl´adac´ım panelem um´ıstˇen´ym na zdi osvˇetlovan´e m´ıstnosti. Uˇzivatelsk´eprostˇred´ıpro ovl´ad´an´ıby mˇelo b´yt jednoduch´e, obsahovat jak automatick´y reˇzim ˇr´ızen´ı, tak moˇznost libovoln´eho nastaven´ıdle aktu´aln´ıvykon´avan´eˇcinnosti nebo dle pocit˚u uˇzivatele. Vhodn´ym pˇr´ıkladem takov´eho prostˇred´ıje software f.lux, kter´yje pro osobn´ıpouˇzit´ı bezplatn´ya dostupn´yna [52]. Uˇcelem´ softwaru je regulace parametr˚umonitoru elektronick´eho zaˇr´ızen´ı, at’ uˇzse jedn´ao smartphone, tablet, notebook nebo stoln´ıpoˇc´ıtaˇc. Vstupem pro soft- ware je pouze pˇribliˇzn´apoloha uˇzivatele, dle kter´esi zjist´ıaktu´aln´ıdenn´ıstav, dobu v´ychodu ˇci z´apadu Slunce a podle tˇechto informac´ıˇr´ıd´ıparametry monitoru elektronick´eho zaˇr´ızen´ıs ohledem na p˚usoben´ısvˇetla na ˇclovˇeka a HCL. Je tak zamezeno osvˇetlov´an´ıs´ıtnice svˇetlem zp˚usobuj´ıc´ım

33 cirkadi´ann´ıaktivitu pˇred sp´ankem (modr´ym svˇetlem) a nedoch´az´ık potlaˇcen´ıhladiny hormonu melatoninu v tˇele. Pouˇzit´ısoftwaru by mˇelo m´ıt pˇr´ızniv´e ´uˇcinky na lidsk´yorganismus, jeho fyzio- logick´ya psycholigick´ystav a z´aroveˇnzkvalitˇnovat sp´anek [52]. Doplˇnkem dynamick´eosvˇetlovac´ısoustavy se zamˇeˇren´ım na HCL m˚uˇze b´yt i sensor sn´ımaj´ıc´ı aktu´aln´ıparametry venkovn´ıoblohy. Dle dat poch´azej´ıc´ıch ze sensoru pak upravuje vnitˇrn´ıosvˇetlovac´ı soustava svˇeteln´eprostˇred´ıtak, aby bylo co nejv´ıce podobn´evenkovn´ımu. V osvˇetlovan´em prostoru se mohou nach´azet okna, pr˚uhledy, svˇetlovody nebo jak´ykoliv jin´ypˇr´ıspˇevek denn´ıho svˇetla. Zakom- ponov´an´ınˇekolika sensor˚udo m´ıstnosti vnitˇrn´ıho osvˇetlen´ım˚uˇze zajistit sn´ım´an´ıtohoto denn´ıho pˇr´ıspˇevku a regulaci cel´eho osvˇetlovac´ıho syst´emu s ohledem na aktu´aln´ıdenn´ısvˇetlo nach´azej´ıc´ı se v m´ıstnosti. Podstatou dynamick´eosvˇetlovac´ısoustavy zamˇeˇren´ena HCL nen´ıpouze vytvoˇrit vhodn´yne- vizu´aln´ıvjem zmˇenou parametr˚usv´ıtidla v ˇcase. Pˇri n´avrhu by mˇel b´yt br´anohled tak´ena vizu´aln´ı vn´ım´an´ısvˇetla a vˇse s n´ım spojen´e. Mˇelo by se zamezit napˇr´ıklad oslnˇen´ıpozorovatele a dodrˇzet rovnomˇern´erozloˇzen´ısvˇetla v rovinˇevykon´avan´eho ´ukonu. Ide´aln´ıosvˇetlovac´ısoustava vytv´aˇr´ıv ten sam´yokamˇzik vhodn´epodm´ınky pro vizu´aln´ıi nevizu´aln´ıvn´ım´an´ısvˇetla [51]. Nev´yhodou b´yv´au HCL osvˇetlen´ıobecnˇevyˇsˇs´ıpˇr´ıkon a spotˇreba, v [51] uv´ad´ı3 kr´atvyˇsˇs´ı instalovan´ypˇr´ıkon a o 25% vyˇsˇs´ıspotˇreba oproti konvenˇcn´ımu osvˇetlen´ı.

34 1.8 Normalizovan´edruhy svˇetla

Normalizovan´edruhy svˇetla se obvykle pouˇz´ıvaj´ı jako referenˇcn´ı srovn´avac´ı svˇetlo pˇri n´avrhu svˇeteln´eho zdroje, kdy je c´ılem dos´ahnout co nejvˇetˇs´ıpodobnosti tˇemto normovan´ym spektr´aln´ım sloˇzen´ım svˇetla. Mezin´arodn´ıkomise pro osvˇetlov´an´ıCIE stanovila druhy svˇetel, kter´ejsou zobra- zeny na obr´azku 1.24.

260

240

220

200

180

[% ]

´ı 160

ren

ˇ

a´

z

´ı 140

zen

ˇ

slo

´ı 120

aln´

100

Spektr

80

60

40

20

0 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 Vlnova´ d´elka λ [nm]

Normalizovan´e svˇetlo F11 Idealn´ ´ı za´ˇriˇc (absolutnˇe ˇcern´e tˇeleso) Normalizovan´e svˇetlo F7 Normalizovan´e svˇetlo D65 Normalizovan´e svˇetlo F2 Normalizovan´e svˇetlo C Normalizovan´e svˇetlo B Normalizovan´e svˇetlo E Normalizovan´e svˇetlo A

Obr´azek 1.24: Normalizovan´edruhy svˇetel [10].

35 1.9 Tepeln´ymanagement LED

Protoˇze jsou diody teplotou silnˇeovlivˇnov´any, m´ajejich tepeln´ymanagement v´yznamnou roli pˇri n´avrhu zdroje sv´ıtidla. Na ´urovni samotn´eLED diody je pˇredurˇcen jej´ım designem, tedy t´ım kdo a jak ji vyrobil [53]. Pˇri n´avrhu tepeln´eho managementu je vhodn´euvaˇzovat, zda pouˇz´ıt jednu LED s vysok´ym v´ykonem, nebo pouˇz´ıt v´ıce slabˇs´ıch. Jedna LED bude kompaktnˇejˇs´ı, s v´ıce menˇs´ımi diodami bude zase rovnomˇernˇejˇs´ırozloˇzen´ıtepla pˇri v´yvodu na DPS. Existuj´ıtak´emoduly, kter´e kombinuj´ıoboje a v jednom balen´ınab´ızej´ıv´ıce diod pˇri zachov´an´ımal´ych rozmˇer˚u. Jednou z nejd˚uleˇzitˇejˇs´ıch ˇc´ast´ıtepeln´eho managementu je tepeln´yodpor R, kter´yje d˚uleˇzit´eudrˇzovat na co nejniˇzˇs´ıch hodnot´ach. Pˇri spojen´ıdvou tˇeles vznikaj´ı v m´ıstˇestyku d´ıky nedokonal´emu povrchu mezery, kter´ese projevuj´ınedokonal´ym pˇrenosem tepla. Naneseme–li mezi spojovan´eplochy malou vrstvu v´yplˇnov´eho materi´alu s dostateˇcnou tepelnou vodivost´ı, pˇrenos tepla se v´yraznˇevylepˇs´ı. Tepeln´yodpor tohoto spojen´ıje pak pˇr´ımo ´umˇern´ytlouˇst’ce spojovac´ıvrstvy, nepˇr´ımo ´umˇern´y ploˇse a tepeln´evodivosti v´yplˇnov´eho materi´alu. Vztah pro v´ypoˇcet tepeln´eho odporu, kter´ylze pouˇz´ıt pro r˚uzn´emateri´aly je n´asleduj´ıc´ı[53–55]

L R = , (1.33) i λ · S kde:

−1 Ri je tepeln´yodpor [K · W ], L je d´elka materi´alu ve smˇeru ˇs´ıˇren´ı[m], S je plocha, kterou teplo prostupuje [m2] λ je tepeln´avodivost materi´alu [W · m−1 · K−1].

Z´akladn´ırozdˇelen´ıtepeln´eho syst´emu v´ykonn´eLED diody m´anˇekolik ´urovn´ı. Pro ´uˇcely t´eto pr´ace jsou uvaˇzov´any tˇri pˇrechody (tepeln´eodpory), kter´ejsou zobrazeny v tepeln´em sch´ematu na obr´azku 1.25. Prvn´ım je tepeln´yodpor mezi P–N pˇrechodem a p´ajkou znaˇcen´y Rj−sp (z an- glick´eho junction–solder point). P´ajka (tak´edielektrikum) je elektroizolaˇcn´ınosn´apodloˇzka mezi elektronick´ymi souˇc´astkami (napˇr´ıklad LED diodami) a DPS slouˇz´ıc´ıke zhotoven´ıvodiv´eho mo- tivu. Hodnota Rsp−pcb vyjadˇruje tepeln´yodpor mezi p´ajkou a deskou ploˇsn´ych spoj˚u (solder point–printed circuit board resistance). Tepeln´yodpor mezi deskou ploˇsn´ych spoj˚ua okol´ım vy- jadˇruje veliˇcina Rpcb−a (printed circuit board resistance–ambient). Celkov´ytepeln´y odpor lze pak spoˇc´ıtat jako souˇcet d´ılˇc´ıch odpor˚u[53, 54]

Rj−a = Rj−sp + Rsp−pcb + Rpcb−a. (1.34)

P-N pˇrechod Rj−sp LED R Pajka´ sp−pcb R DPS pcb−a

Obr´azek 1.25: Tepeln´esch´ema n´arvhu DPS: Veliˇciny Rj−sp, Rsp−pcb, Rpcb−a vyjadˇruj´ı tepeln´y odpor jednotliv´ych pˇrechod˚umezi LED, DPS a okol´ım. Pˇrevzato a upraveno z [55].

V tabulk´ach 2.1 a 2.2 vˇzdy ˇctvrt´ysloupec od konce uv´ad´ıtepeln´yodpor Rj−sp uv´adˇen´ypˇr´ımo v´yrobcem, kter´yslouˇz´ıjako krit´erium k hodnocen´ıkvality tepeln´eho managementu kaˇzd´eLED.

36 Jeho hodnota se m˚uˇze mˇenit v z´avislosti na materi´alu ˇcipu, rozmˇerech a vlastnostech prostˇred´ı (proudˇen´ıvzduchu a chlazen´ı). V´ypoˇcet se prov´ad´ıdle [53]

∆T Tj − Ta K R − = = , (1.35) j sp P P W t t   kde:

Tj je teplota na P–N pˇrechodu (junction temperature) [K],

Ta je teplota okol´ı(ambient temperature) [K],

Pt je tepeln´ytok [W] −1 Rj−sp je tepeln´yodpor mezi P–N pˇrechodem a p´ajkou [K/W ].

Tepeln´ytok Pt je pro zjednoduˇsen´ı poˇc´ıt´anjako 75 % z celkov´eho pˇr´ıkonu LED. Zbyl´ych 25 % pˇr´ıkonu se pˇremˇen´ına energii v podobˇesvˇeteln´eho z´aˇren´ı. Vzorce 1.34 a 1.35 jsou pouze pro z´akladn´ıv´ypoˇcet pˇrestupu tepla. Ten by mˇel b´yt v t´eto pr´aci dostaˇcuj´ıc´ıpro z´ısk´an´ıpˇribliˇzn´e informace, kter´aLED svˇeteln´adioda m´alepˇs´ıtepeln´ymanagement. Samotn´ytepeln´ymanagement LED je ale mnohem komplikovanˇejˇs´ım a rozs´ahlejˇs´ım oborem, neˇz bylo v t´eto kapitole pops´ano.

Obsah prvn´ıkapitoly dokazuje, ˇze m´asmysl zab´yvat se svˇetlem, kter´emu se kaˇzdodennˇevysta- vujeme jak z vˇedeck´eho hlediska, tak v roli bˇeˇzn´eho uˇzivatele vnitˇrn´ıosvˇetlovac´ısoustavy. Dneˇsn´ı doba nedovol´ıˇclovˇeku vyhnout se p˚usoben´ıumˇel´eho svˇetla a jeho znaˇcn´emu vlivu na lidsk´yor- ganismus. Proto by mˇel b´yt pˇri n´avrhu vnitˇrn´ıosvˇetlovac´ı soustavy kladen d˚uraz i na nevizu´aln´ı ´uˇcinky svˇetla a jejich dopad na lidsk´ezdrav´ı. Dos´ahnout takov´eho c´ıle v bˇeˇzn´epraxi nen´ıjed- noduch´ym ´ukolem. Prvn´ım krokem je obvykle vytvoˇrit popt´avku po sv´ıtidlech v trendu Human Centric Lighting, aby poskytovatel´esv´ıtidel uvedli na trh nab´ıdku tˇechto produkt˚u. Pokud pak bude ze strany uˇzivatele osvˇetlovac´ısoustavy kladen d˚uraz na tyto nevizu´aln´ıvlivy svˇetla a jeho kvalitu, budou i poskytovatel´eumˇel´eho osvˇetlen´ınuceni se t´ematem Human Centric Lighting v´ıce zab´yvat. Na konci prvn´ıkapitoly stoj´ıza to upozornit ˇcten´aˇre, ˇze souˇcasn´ystav pozn´an´ıje velmi da- leko od kompletn´ıho pochopen´ıvlivu svˇetla na cirkadi´ann´ı rytmus a lidsk´yorganismus. Avˇsak to, ˇze modr´esvˇetlo m´avliv na ˇclovˇeka je jednoznaˇcnˇev t´eto kapitole dok´az´ano. Objev ipRGCs odstartoval ˇradu nov´ych terapeutick´ych a l´eˇcebn´ych metod. Pouˇz´ıv´ase v medicinˇenapˇr´ıklad k l´eˇcbˇezimn´ıdeprese neboli sez´onn´ıafektivn´ıporuˇse (SAD), p´asmov´enemoci (jetlag) a m´aanti- depresivn´ı ´uˇcinky pˇri osvˇetlenosti vyˇsˇs´ıjak 2500 lx [8, 13]. Dalˇs´ım vyuˇzit´ınach´az´ıobor Human Centric Lighting napˇr´ıklad pˇri pr´aci na noˇcn´ıch smˇen´ach nebo delˇs´ım pobyt˚uosob ve vesm´ıru. Je velmi pravdˇepodobn´e, ˇze mnoˇzstv´ıaplikac´ı, kde je moˇzn´euplatnit tento obor svˇeteln´etechniky jeˇstˇedlouhou dobu poroste. Touto stranou konˇc´ıteoretick´y´uvod diplomov´epr´ace, ve kter´em byla uvedena vˇetˇsina informac´ıa veliˇcin potˇrebn´ych pro n´avrh a hodnocen´ısv´ıtidla v trendu HCL. N´asleduj´ıc´ıˇc´asti pr´ace se budou o znalosti z t´eto kapitoly op´ırat a ˇcasto se k n´ım vracet.

37

2 NAVRH´ SV´ITIDLA S OHLEDEM NA HCL A FINALN´ ´I INSTALACI SV´ITIDEL

Hlavn´ıˇc´asti diplomov´epr´ace je n´avrh sv´ıtidla s ohledem na vliv svˇetla na ˇclovˇeka. Do n´avrhu by tak mˇely b´yt zakomponov´any poznatky z prvn´ıkapitoly a sv´ıtidlo by mˇelo b´yt navrˇzeno s d˚urazem na Human Centric Lightig. Cel´atato kapitola bude uvedena n´avrhem svˇeteln´eho zdroje sv´ıtidla, kdy se od promyˇslen´evolby LED diody ˇcten´aˇrdosatne aˇzk dynamick´emu ˇr´ızen´ızdroje sv´ıtidla. Na kvalitˇesimulace svˇeteln´eho zdroje totiˇzznaˇcnˇez´avis´ıkvalita n´avrhu cel´eho optick´eho syst´emu. Pro pˇresnˇejˇs´ıvstupn´ıdata do simulace bude proto provedeno re´aln´emˇeˇren´ısektr´aln´ıho sloˇzeni svˇeteln´eho zdroje. Ve stˇeˇzejn´ıˇc´asti pr´ace, optick´em n´avrhu sv´ıtidla, bude n´aslednˇepops´anv´yvoj jednotliv´ych ˇc´ast´ısv´ıtidla s pˇredstaven´ım fin´aln´ıho n´avrhu na z´avˇer kapitoly. Na samotn´em zaˇc´atku n´avrhu sv´ıtidla je vˇsak nejd˚uleˇzitˇejˇs´ım bodem stanovit si c´ıl´ea poˇzadavky kladen´ena v´ysledn´y produkt.

2.1 Definice poˇzadavk˚una n´avrh a jeho c´ıle

V podkapitol´ach 1.6 a 1.7 byly pops´any z´akladn´ı krit´eria k hodnocen´ı kvality svˇetla a n´avrhu sv´ıtidla. V n´asleduj´ıc´ım textu budou tyto teoretick´ez´aklady prakticky pouˇzity k n´avrhu sv´ıtidla. Ukolem´ je struˇcnˇeshrnout a nadefinovat c´ıle a poˇzadavky, kter´e by mˇelo sv´ıtidlo v trendu HCL plnit: 1. Spektr´aln´ısloˇzen´ısvˇetla vyzaˇrovan´eho sv´ıtidlem by mˇelo b´yt co nejv´ıce podobn´edenn´ımu svˇetlu s ohledem na fyzik´aln´ı omezen´ı urˇcen´epolovodiˇcovou souˇc´astkou emituj´ıc´ı svˇetlo, neboli LED diodou (ˇc´ast 1.6.1). 2. Hodnoty teploty chromatiˇcnosti sv´ıtidla a intenzity osvˇetlen´ıby mˇely b´yt promˇenn´ev ˇcase a odpov´ıdat grafu na obr´azku 2.2 (podkap. 1.7).

3. Odchylka Duv by se mˇela vˇzdy pohybovat v rozmez´ıod −0, 006 do +0, 006 (ˇc´ast 1.6.2).

4. Hodnota odchylky ∆uv by se mˇela vˇzdy nach´azet uvnitˇrrozsahu ±0, 0054 (ˇc´ast 1.6.2). 5. Vjem osvˇetlovan´ych pˇredmˇet˚ulidsk´ym okem by mˇel co nejv´ıce napodobovat vjem, kter´ytvoˇr´ı

denn´ısvˇetlo (Slunce). Tedy hodnoty index˚u Ra,Rf ,Rg by se mˇely bl´ıˇzit co nejv´ıce hodnotˇe rovn´e100 s uv´aˇzen´ım, ˇze tato hodnota nemus´ınutnˇeznamenat nejlepˇs´ıv´ysledek a ide´aln´ı napodoben´ıdenn´ıho svˇetla (ˇc´ast 1.6.3). 6. Velikost saturace a desaturace zobrazovan´en´astrojem Colour Vector Graphics by mˇela b´yt co nejmenˇs´ı(ˇc´ast 1.6.3). 7. Osvˇetlovac´ısoustava tvoˇren´asv´ıtidly navrˇzen´ymi v t´eto pr´aci by nemˇela zp˚usobovat oslnˇen´ı, tedy hodnota indexu UGR by mˇela co nejv´ıce klesat k ˇc´ıslu 10, kdy uˇznedoch´az´ık pozoro- vateln´emu oslnˇen´ı(ˇc´ast 1.6.4). 8. V pr˚ubˇehu n´avrhu by mˇel b´yt kladen d˚uraz pˇrev´aˇznˇena kvalitu vyzaˇrovan´eho svˇetla, jeho svˇetelnou distribuci a dynamick´eˇr´ızen´ıspektr´aln´ıho sloˇzen´ı. Uˇcinnost´ a cena jsou druhoˇrad´ymi poˇzadavky.

2.2 Svˇeteln´yzdroj

Ned´ılnou souˇc´asti optick´eho n´avrhu sv´ıtidla je n´avrh a definice svˇeteln´eho zdroje. Aktu´alnˇenej- pouˇz´ıvanˇejˇs´ımi svˇeteln´ymi zdroji v oblasti svˇeteln´e techniky a vnitˇrn´ıch osvˇetlovac´ıch soustav jsou polovodiˇcov´esouˇc´astky obsahuj´ıc´ıP–N pˇrechod naz´yvan´eLED diody (z anglick´eho Light–Emitting

39 Diode). Definice svˇeteln´eho zdroje pro sv´ıtidlo v trendu HCL bude v t´eto pr´aci zuˇzena pouze na v´ybˇer LED, kter´ejsou v dneˇsn´ıdobˇestandartn´ım svˇeteln´ym zdrojem vnitˇrn´ıch osvˇetlovac´ıch soustav. Porovn´an´ı LED s ostatn´ımi svˇeteln´ymi zdroji je zpracov´ano v nespoˇcetn´em mnoˇzstv´ı z´avˇereˇcn´ych prac´ıjako napˇr´ıklad v [57, 58], kde je moˇzn´edohledat veˇsker´ev´yhody tˇechto zdroj˚u emituj´ıc´ıch viditelnou ˇc´ast elektromagnetick´eho z´aˇren´ı.

2.2.1 V´ybˇer LED svˇeteln´ediody

Dneˇsn´ıtrh nab´ız´ıvelk´emnoˇzstv´ıposkytovatel˚utˇechto polovodiˇcov´ych elektronick´ych souˇc´astek. Pro zjednoduˇsen´ıbyly v t´eto pr´aci vyb´ır´any LED svˇeteln´ezdroje od dvou spoleˇcnost´ı, kter´epatˇr´ı mezi l´ıdry ve v´yrobˇepolovodiˇcov´ych LED diod emituj´ıc´ıch svˇetlo. Jedn´ase o firmu OSRAM Opto Semiconductors se s´ıdlem v Nˇemecku zaloˇzenou roku 1919 v Berl´ınˇea americk´eho svˇetov´eho v´yrobce svˇeteln´ych diod Cree Inc. V´ybˇer byl prov´adˇen z aktu´aln´ınab´ıdky produkt˚una webov´ych str´ank´ach spoleˇcnost´ıs filtrov´an´ım v´ysledk˚u. Prvn´ım filtrem bylo omezen´ıv´ybˇeru pouze na LED di- ody s vyzaˇrovac´ım ´uhlem minim´alnˇe100◦ z d˚uvodu dosaˇzen´ıv´ıce homogenn´ıho barevn´eho v´ystupu. Pˇr´ıklad lze vidˇet na obr´azku 2.1. C´ımˇ v´ıce se svˇeteln´ekuˇzely jednotliv´ych LED zdroj˚upˇrekr´yvaj´ı, t´ım je v´ystup svˇetla barevnˇev´ıce homogenn´ıho. V´ıce o barevn´ehomogenitˇesvˇetla t´ykaj´ıc´ı se optick´eho n´avrhu sv´ıtidla v ˇc´asti 2.3.3.

α1 α1 α2 α2 LED LED

◦ ◦ α1 = 80 α2 = 120

Obr´azek 2.1: Vyzaˇrovac´ı´uhel LED: U dvojice svˇeteln´ych diod s ´uhlem vyzaˇrov´an´ı120◦ doch´az´ık mnohem vˇetˇs´ımu pˇrekryvu svˇeteln´ych kuˇzel˚u(vyznaˇceno modrou barvou) v porovn´an´ıs dvojic´ı diod s vyzaˇrovac´ım ´uhlem 80◦. Vˇetˇs´ı´uhel vyzaˇrov´an´ıtedy znamen´alepˇs´ıbarevnou homogenitu svˇetla vystupujic´ıho ze svˇeteln´eho zdroje.

V´ybˇer kombinace barev svˇeteln´ych diod je d˚uleˇzitou souˇc´ast´ın´avrhu zdroje sv´ıtidla v trednu HCL. C´ılem je z´ıskat takov´ysvˇeteln´yzdroj, kter´yumoˇzn´ı mˇenit sv´espektr´aln´ısloˇzen´ıtak, aby bylo co nejv´ıce podobn´edenn´ımu svˇetlu. Prvn´ım pˇredpokladem k dosaˇzen´ıtohoto c´ıle je vybrat takov´eLED, aby pˇrevaˇzuj´ıc´ıˇc´ast svˇeteln´eho zdroje byla tvoˇrena b´ıl´ym svˇetlem, tedy b´ıl´ymi dio- dami. Dle poˇzadavk˚un´avrhu a normy DIN SPEC 67600 (podkap. 1.7) je doporuˇceno dynamicky mˇenit teplotu chromatiˇcnosti svˇetla od 3000 K do 5000 K. Tohoto c´ıle lze nejl´epe dos´ahnout volbou kombinace b´ıl´eLED o teplotˇechromatiˇcnosti 4000 K s barevn´ymi diodami. D´ıky t´eto kombinaci bude pak dosaˇzen vysok´ybarevn´ygamut svˇeteln´eho zdroje, kter´yvyjadˇruje rozsah vˇsech barev, kter´eje zaˇr´ızen´ıschopno vytvoˇrit. Druh´yfiltr tedy omezil v´ybˇer pouze tˇech LED, kter´enab´ızej´ı R, G, B, W (ˇcervenou, zelenou, modrou a b´ılou) variantu vyzaˇruj´ıc´ıkonkr´etn´ıˇc´ast viditeln´eho elektromagnetick´eho z´aˇren´ıemitovan´eho diodou. D´ıky tˇemto filtr˚um bylo vyb´ır´ano pouze ze tˇr´ıtyp˚uLED od spoleˇcnosti OSRAM, viz tabulka 2.1 a ˇctyˇrdruh˚uze skupiny vysokov´ykonn´ych svˇeteln´ych diod Cree XLamp High–Power LEDs, viz tabulka 2.2. Obˇetabulky byly vypracov´any pro porovn´an´ıparametr˚utˇechto 7 druh˚uLED. Obsahuj´ız´akladn´ıinformace jako oznaˇcen´ıproduktu, barvu vyzaˇrovan´eho svˇetla, velikost diody nebo hodnotu vlnov´ed´elky, na kter´evyz´aˇr´ıP–N pˇrechod nejv´ıce energie. V tabulk´ach 2.1 a 2.2 jsou

40 zobrazeny tak´ehodnoty potˇrebn´epro v´ypoˇcet svˇeteln´eho toku LED diody s ohledem na dopˇredn´y proud (Id) a teplotu na ˇcipu (Tj), kter´yse poˇc´ıt´aza pomoc´ıinformac´ıdostupn´ych na str´ank´ach v´yrobce LED (data sheet). Vstupem do v´ypoˇctu je hodnota minim´aln´ıho svˇeteln´eho toku Φe,min z´ıskan´apˇr´ımo z katalogu liˇs´ıc´ı se dle typu pouˇzit´eho BINu. Jelikoˇzje v´yroba LED diod tech- nologicky n´aroˇcn´ya sofistikovan´yproces, pˇri kter´em vˇzdy vznikne v procesu v´yroby na z´akladˇe statistick´eho rozloˇzen´ıdle Gaussovy kˇrivky velk´emnoˇzstv´ıdiod s r˚uzn´ymi vlastnostmi, tˇr´ıd´ıse vyroben´ediody podle sv´ych dominantn´ıch vlastnost´ıdo skupin naz´yvan´ych BINy. LED BIN, ve- dle oznaˇcen´ıtypu LED, upˇresˇnuje jejich konkr´etn´ıvlastnosti. Kompletn´ıznˇen´ıBINu se skl´ad´az informac´ıo:

• sv´ıtivosti – sv´ıtivostn´ıBIN (Luminous Intensity Bin Code), • barevn´eteplotˇeLED – BIN barevn´eteploty (Chromaticity Coordinates Bin Code), • dopˇredn´em napˇet´ı– napˇet’ov´yBIN (Forward Voltage Bin Code).

Pro z´ısk´ani pˇribliˇzn´eho mnoˇzstv´ıenergie, kter´eLED dioda vyz´aˇr´ıje nutn´evyn´asobit hodnotu min. svˇeteln´eho toku Φe,min (pˇr´ısluˇs´ıc´ıkonkr´etn´ımu BINu a ud´avanou v´yrobcem v jednotk´ach lm ◦ nebo W) koeficientem k1 zohledˇnuj´ıc´ım teplotu P–N pˇrechodu Tj [ C] a koeficientem k2 dopˇredn´eho proudu Id [A]. Hodnota Tj je oznaˇcen´ıpro teplotu polovodiˇcov´eho P–N pˇrechodu v m´ıstˇekontak- tov´an´ıvnitˇrn´ıho pˇr´ıvodu ˇcipu v LED diodˇe. Dopˇredn´y proud Id vyjadˇruje elektrick´ystejnosmˇern´y proud, kter´yproch´az´ıP–N pˇrechodem v propustn´em smˇeru. Napˇr´ıklad pro LED OSRAM Oslon SSL 150 s oznaˇcen´ım GR CSHPM1.23 je dle tabulky 2.1 v´ypoˇcet vyz´aˇren´eho svˇeteln´eho toku diodou n´asleduj´ıc´ı

Φe = Φe,min · k1 · k2· = 73, 5 · 0, 54 · 2, 6 = 103, 2 lm.

D´ale byly pouˇz´ıv´any pˇri v´ybˇeru svˇeteln´eho zdroje krit´eria jako index pod´an´ıbarev Ra, cena pˇri koupi 1 ks LED a nebyl opomenut ani tepeln´ymanagement, kter´ybyl v prvotn´ıf´azi hodnocen pouze na z´akladˇehodnoty tepeln´eho odporu Rj−sp.

41 Tabulka 2.1: Porovn´an´ıparametr˚uLED diod od spoleˇcnosti Osram Opto Semiconductors [59].

a b c Typ Oznaˇcen´ı Barva λ [nm], Velikost BIN Φe, min k1 (pˇri k2 (pˇri Svˇeteln´y Rj−sp Vyzaˇrovac´ı Ra,min Cena pˇri −1 TCH [K] diody [lm], Tj = Id = tok Φe [K/W ] ´uhel [-] koupi [mm x [mW] 100◦C) 1 A) [-] [lm], svˇeteln´eho 1ks mm] [-] [mW] zdroje [◦] [Kˇc/ks]d

LE R Q8WP R 625,0 [nm] LB 160,0 0,43 0,75 51,6 3,6 120 - - O. Ostar LE T Q8WP G 530,0 [nm] NA 317,0 0,85 0,70 188,6 3,6 120 - - Projection LE B Q8WP B 459,0 [nm] 3,8 x 3,8 6B 2125,0e 0,95 0,75 1514,1e 3,6 120 - - Compact LE UW Q8WP CW 6500 [K] PA 505,0 0,88 0,75 333,3 3,6 120 - - GR CSHPM1.23 R 634,0 [nm] KP 73,5 0,54 2,60 103,2 2,5 150 - 48,0 OSRAM GA CSHPM1.23 A 625,0 [nm] KT 100,6 0,60 2,60 156,9 5,3 150 - 35,1 Oslon GT CSHPM1.13 TG 521,0 [nm] LS 147,0 0,81 2,15 256,0 6,4 150 - 49,4 3,1 x 3,1 SSL 150 GB CSHPM1.13 B 465,0 [nm] HY 36,0 1,13 2,10 85,4 4,6 150 - 41,7 42 GW CSHPM1.PM W 4000 [K] LR 130,0 0,96 2,30 287,0 3,7 150 70 48,1 GW CSHPM1.CM W 4000 [K] KU 104,2 0,96 2,35 235,1 4,2 150 90 48,1 LJ CKBP R 625,0 [nm] JZ 66,0 0,45 2,50 74,3 9,6 125 - 39,2 OSRAM LT CQBP TG 528,0 [nm] LX 121,0 0,88 2,00 213,0 9,6 130 - 45,3 Oslon LB CRBP B 475,0 [nm] 3 x 3 HZ 33,0 1,15 2,10 79,7 9,6 120 - 43,3 Signal LV CQBP V 505,0 [nm] JZ 61,0 0,89 2,10 114,0 9,6 130 - 64,5 LUW CRBP W 5200 [K] LY 140,0 0,87 2,25 274,1 9,6 120 81f 51,0

aHodnoty v tabulce odpov´ıdaj´ıvˇzdy mnoˇzstv´ı1 ks LED diody. bBarva vyzaˇrovan´eho svˇetla LED diodou: R (red), A(amber)⇒ˇcerven´a; TG (true green), G(green)⇒zelen´a; B (blue), V(verde), RB(royal blue)⇒modr´a; CW(cool white), NW(neutral white), WW (warmwhite)⇒b´ıl´a cByly vyb´ır´any pˇrev´aˇznˇeBINy se stˇredn´ım a vyˇsˇs´ım svˇeteln´ym tokem dCeny pˇrevzaty z www.cz.mouser.com, www.digikey.be, www.cz.rs-online.com vˇzdy pˇri odbˇeru mnoˇzstv´ı v poˇctu 1 ks. Cena odpov´ıd´a pˇr´ısluˇsn´emu BINU a mi- nim´aln´ımu svˇeteln´emu toku uveden´emu v t´eto tabulce. Zpracov´ano v dubnu 2018. eHodnota je uveden´av jednotk´ach [mW]. f Hodnota indexu pod´an´ıbarev Ra dopoˇc´ıt´ana ze spektr´aln´ıho sloˇzen´ıud´avan´eho v´yrobcem na webov´ych str´ank´ach Tabulka 2.2: Porovn´an´ıparametr˚uLED diod od spoleˇcnosti Cree [60].

Oznaˇcen´ı Barva λ [nm], Velikost BIN Φe, min k1 (pˇri k2 (pˇri Svˇeteln´y Rj−sp Vyzaˇrovac´ı Ra,min Cena −1 TCH [K] diody [lm], Tj = Id = 1 A) tok Φe [K/W ] ´uhel [-] pˇri [mm x [mW] 100◦C) [-] [lm], svˇeteln´eho koupi mm] [-] [mW] zdroje [◦] 1ks [Kˇc/ks]

R 625,0 [nm] N2 51,7 0,56 2,60 75,3 5,0 125 - - G 527,5 [nm] Q3 94,0 0,80 1,85 139,1 9,0 130 - - RB 457,5 [nm] N 550,0e 0,89 2,40 1174,8e 6,0 130 - - XQ E HI 1,6 x 1,6 WW 3000 [K] Q5 107,0 0,94 2,20 221,3 6,0 120 70 24,8 CW 6500 [K] R3 122,0 0,94 2,20 252,3 6,0 120 90 27,4 NW 4750 [K] R2 114,0 0,94 2,20 235,8 6,0 120 95 23,5

43 R 625,0 [nm] P2/P3 70,0 0,56 2,60 101,9 5,0 130 - 28,2 G 527,5 [nm] Q5 107,0 0,81 1,82 157,7 9,0 125 - 30,2 RB 457,5 [nm] P 575,0e 0,85 2,35 1148,6e 6,0 125 - 34,8 XQ E HD 1,6 x 1,6 WW 3000 [K] P4 80,6 0,96 2,20 170,2 6,0 110 70 27,4 CW 6500 [K] R3 122,0 0,96 2,20 257,7 6,0 110 90 24,4 NW 4750 [K] R2 114,0 0,96 2,20 240,8 6,0 110 75 22,3 R 625,0 [nm] N4 62,0 0,52 2,60 83,8 5,0 140 - 28,0 G 527,5 [nm] Q3 94,0 0,94 1,70 150,2 11,0 135 - 21,0 XB D B 475,0 [nm] 2,45 x 2,45 K3 35,2 0,92 2,00 64,8 6,5 135 - 21,0 NW 4400 [K] Q3 114,0 0,96 2,25 246,2 6,5 115 80 16,4 R 625,0 P3 74,0 0,58 2,55 109,4 5,0 130 - 31,0 G 525,0 [nm] R2 114,0 0,85 1,90 184,1 15,0 135 - 33,2 XP E2 B 475,0 [nm] 3,45 x 3,45 K3 35,2 0,96 2,15 72,7 9,0 135 - 30,0 WW 2200 [K] P2 67,2 0,95 2,20 140,4 9,0 110 80 28,7 CW 6500 [K] R2 114,0 0,95 2,20 238,3 9,0 110 70 28,0 Pˇri porovn´an´ıparametr˚ujednotliv´ych LED uveden´ych v tabulk´ach 2.1 a 2.2 bylo zam´ıtnuto nˇekolik typ˚usvˇeteln´ych diod k pouˇzit´ıpro zdroj sv´ıtidla v trendu HCL z n´asleduj´ıc´ıch d˚uvod˚u:

• Cree XLamp XB-D z d˚uvodu n´ızk´eho indexu Ra a vysok´ehodnoty tepeln´eho odporu Rj−sp svˇeteln´ediody s dominantn´ıvlnovou d´elkou 527,5 nm (zelen´a)ve srovn´an´ıs ostatn´ımi LED.

• Cree XLamp XP-E2 kv˚uli pˇr´ıliˇsvysok´ehodnotˇetepeln´eho odporu Rj−sp svˇeteln´ediody s dominantn´ıvlnovou d´elkou 527,5 nm (zelen´a).

• Osram Ostar Projection Compact z d˚uvodu chybˇej´ıc´ıb´ıl´eLED s hodnotou TCH cca 4000 K. • Osram Oslon Signal z d˚uvodu vyˇsˇs´ı cenov´en´aroˇcnosti a pˇribliˇznˇedvakr´atvyˇsˇs´ı hodnoty

tepeln´eho odporu Rj−sp ve srovn´an´ıs Osram Oslon SSL150 pˇri t´emˇeˇrstejn´evelikosti diody.

Tak´eb´ıl´aLED m´an´ızkou hodnotu indexu Ra.

Srovn´an´ıOsram Oslon SSL150 a Cree XLamp XQ-E

Po sn´ıˇzen´ımoˇznost´ıv´ybˇeru bylo nutn´erozhodnout mezi diodami Cree XLamp XQ-E a Osram Oslon SSL150. Pro pˇresnˇejˇs´ıporovn´an´ıtˇechto dvou z´astupc˚u bylo provedeno re´aln´emˇeˇren´ıjednot- liv´ych LED. Hlavn´ım d˚uvodem mˇeˇren´ısvˇeteln´ych diod bylo vˇsak z´ısk´an´ıpˇresn´ych vstupn´ıch dat pro n´asleduj´ıc´ıˇc´ast 2.2.3. R´ızen´ıspektr´aln´ıhoˇ sloˇzen´ısvˇeteln´eho zdroje a pro optick´yn´avrh sv´ıtidla (podkap. 2.3). Mˇeˇren´ıprob´ıhalo za asistence odborn´ık˚uve svˇeteln´elaboratoˇri na Ustavu´ Elektro- energetiky nach´azej´ıc´ıse na Fakultˇeelektrotechniky a komunikaˇcn´ıch technologi´ıVUT v Brnˇe. Jednalo se o bˇeˇzn´emˇeˇren´ısvˇeteln´eho toku a spektr´aln´ıho sloˇzen´ısvˇeteln´eho zdroje, kter´ebylo provedeno v kulov´em integr´atoru s pouˇzit´ım spektroradiometru Jeti Specbos 1211UV. Kompletn´ı v´ysledn´anamˇeˇren´adata a podrobnˇejˇs´ı´udaje z mˇeˇren´ıjsou uvedena v pˇr´ıloze B a C. V tabulce 2.3 jsou zobrazena zmˇeˇren´adata pouˇzit´apro srovn´an´ıCree XLamp XQ-E a Osram Oslon SSL150. Hodnoty jsou uvedeny vˇzdy pro jednu LED diodu. Dle porovn´an´ıv tabulk´ach 2.1, 2.2 a 2.3 byly vybr´any pro zdroj sv´ıtidla v trendu HCL svˇeteln´e diody OSRAM Oslon SSL150. D˚uvody jsou n´asleduj´ıc´ı:

• Vyˇsˇs´ısvˇeteln´ytok ˇcerven´e(R) a zelen´e(G, TG) diody oproti Cree XQ E.

• Vyˇsˇs´ıhodnoty index˚u Ra a Rf diody Oslon SSL 150 GW CSHPM1.CM oproti Cree XQ E b´ıl´ym diod´am. Pod osvˇetlen´ım tohoto typu LED bude tedy vjem pˇredmˇetu pro lidsk´eoko pˇrirozenˇejˇs´ı, pˇr´ıjemnˇejˇs´ıa podobnˇejˇs´ıdenn´ımu svˇetlu. • Diody OSRAM Oslon SSL150 maj´ıobecnˇeu vˇsech barev lepˇs´ıtepeln´ymanagement. Niˇzˇs´ı

hodnota tepeln´eho odporu Rj−sp a t´emˇeˇrdvakr´atvˇetˇs´ıplocha LED diody znaˇc´ırychlejˇs´ı pˇrestup tepla. Snaha je zajistit co nejmenˇs´ırozd´ıl teplot mezi rozhran´ımi. • LED SSL150 GW CSHPM1.CM je nejbl´ıˇze zvolen´eide´aln´ıhodnotˇeteploty chromatiˇcnosti 4000 K pro aplikaci v t´eto pr´aci.

Mezi nev´yhody svˇeteln´ych diod SSL150 patˇr´ızejm´ena vˇetˇs´ıcenov´an´aroˇcnost a m´ırnˇevyˇsˇs´ı hodnota odchylky od ˇc´ary teplotn´ıch z´aˇriˇc˚u∆uv ve srovn´an´ıs Cree XQ E. Jelikoˇzje finanˇcn´ıstr´anka pˇri n´avrhu sv´ıtidla druhoˇrad´ym krit´eriem a hodnota odchylky ∆uv je v r´amci mez´ıstanoven´ych v ˇc´asti 1.6.2 (±0, 0054), jsou tyto nedostatky zcela pˇrijateln´e.

2.2.2 V´ypoˇcet svˇeteln´eho toku zdroje sv´ıtidla

Na z´akladˇezpracov´an´ın´avrhu osvˇetlen´ım´ıstnosti v softwaru Dialux EVO, kter´ybyl tvoˇren para- lelnˇes kapitolou 2 t´eto pr´ace, byla zjiˇstˇena pˇribliˇzn´a hodnota svˇeteln´eho toku, kter´yby mˇelo sv´ıtidlo do prostoru vyzaˇrovat. Celkov´ysvˇeteln´ytok sv´ıtidla by mˇel dle simulace dosahovat hodnoty 3100 lm

44 Tabulka 2.3: Srovn´an´ısvˇeteln´ych diod Cree XLamp XQ-E a Osram Oslon SSL150 na z´akladˇenamˇeˇren´ych dat (pˇr´ıloha B, C).

N´azev Oznaˇcen´ı Barva Svˇeteln´y Index Colour Gamut ∆uv [-] TCH [K] Dopˇredn´e Dopˇredn´y

tok [lm] pod´an´ı fidelity index Rg napˇet´ı proud Id a barev Ra index Rf [-] Ud [V] [A] [-] [-]

GR CSHPM1.23 R 134,7 - - - - - 2,47 1,00 OSRAM GT CSHPM1.13 TG 224,0 - - - - - 3,59 1,00 Oslon GB CSHPM1.13 B 42,9 - - - - - 3,17 1,00 Signal

45 GW CSHPM1.CM W 249,7 91,3 89,0 96,0 0,0036 4119 3,20 1,00 Cree XLamp XQ E HI R 91,5 - - - - - 2,58 1,00 (High Intensity) G 160,2 - - - - - 3,52 1,00 RB 43,1 - - - - - 3,40 1,00 NW 254,3 81,2 79,0 98,0 0,0010 4611 3,14 1,00 Cree XLamp XQ E HD R 112,1 - - - - - 2,54 1,00 (High Density) G 174,7 - - - - - 3,52 1,00 RB 1261,1 - - - - - 3,40 1,00 NW 251,3 75,7 74,0 95,0 0,0007 4682 3,13 1,00

a Dopˇredn´enapˇet´ı Ud jedn´eLED poˇc´ıt´ano dˇelen´ım celkov´eho zmˇeˇren´eho napˇet´ıpˇri nap´ajen´ıvˇsech 6 LED diod jejich poˇctem. pˇri vyzaˇrov´an´ıb´ıl´eho svˇetla. Aby ale bylo moˇzn´edos´ahnout takov´eho svˇeteln´eho toku, je nutn´e zvolit pˇredpokl´adanou hodnotu ´uˇcinnosti sv´ıtidla a dle parametr˚uzmˇeˇren´ych v pˇredchoz´ıˇc´asti vypoˇc´ıtat mnoˇzstv´ıLED diod, kter´ebude pro dosaˇzen´ıhodnoty 3100 lm dostaˇcuj´ıc´ı. Pro sv´ıtidla podobn´ekonstrukce nab´yv´a´uˇcinnost obvykle hodnoty 65 %, proto bylo poˇc´ıt´ano s t´ımto ˇc´ıslem jako odhadovanou ´uˇcinnost´ıcel´eho syst´emu. Svˇeteln´yzdroj mus´ıtedy vyzaˇrovat svˇeteln´ytok

3100 Φ = · 100 = 4769 lm. e 65 Zdroj se svˇeteln´ym tokem 4769 lm lze vytvoˇrit pomoc´ı30 ks LED diod OSRAM Oslon SSL150 vˇzdy po 6ks v barv´ach R, G, B a v mnoˇzstv´ı12ks b´ıl´eled. Je d˚uleˇzit´esi pˇri v´ypoˇctu uvˇedomit, ˇze maxim´aln´ısvˇeteln´ytok, kter´ym˚uˇze sv´ıtidlo s takov´ymto zdrojem vyzaˇrovat je nutn´epoˇc´ıtat pro pˇr´ıpad, kdy ze sv´ıtidla vystupuje svˇetlo b´ıl´ebarvy. V praxi totiˇzt´emˇeˇrnikdy nenastane situ- ace, kdy jsou kan´aly vˇsech barevn´ych LED diod nap´ajeny na maxim´aln´ısvˇeteln´ytok. Informace v jak´em pomˇeru pˇribliˇznˇenastavit svˇeteln´ytok jednotliv´ych R, G, B diod tak, aby tvoˇrily aditivn´ım m´ıch´an´ım barev b´ıl´esvˇetlo cca 6500 K (cx = 0, 3127, cy = 0, 329), byla z´ısk´ana pomoc´ıoptimalizace v softwaru LightTools. Do prostˇred´ıtohoto softwaru pro optick´ydesign byly vloˇzeny 3 barevn´eLED diody (GR CSHPM1.23, GT CSHPM1.13 a GB CSHPM1.13), um´ıstˇen detektor sn´ımaj´ıc´ı TCH a

CIE souˇradnice cx a cy. LED GT CSHPM1.13 vyzaˇruj´ıc´ızelenou barvou svˇetla byla ponech´ana na maxim´aln´ı moˇzn´ysvˇeteln´ytok (224 lm). N´aslednˇebylo optimalizac´ı zjiˇstˇeno, ˇze dos´ahnout b´ıl´eho svˇetla pomoc´ıR, G, B diod lze jednak nastaven´ım ˇcerven´eLED GR CSHPM1.23 pˇribliˇznˇe na 48 % maxim´aln´ıho svˇeteln´eho toku zelen´eLED. A modr´esvˇeteln´ediody GB CSHPM1.13 na

12 % svˇeteln´eho toku zelen´eLED. V´ystupem je tak b´ıl´esvˇetlo o TCH = 5865 K a souˇradnic´ıch cx = 0, 32526, cy = 0, 32224. V´ypoˇcet svˇeteln´eho toku zdroje sv´ıtidla je potom n´asleduj´ıc´ı

Φe,i = svˇeteln´ytok 1 ks LED (tab. 2.3) · procentu´aln´ısn´ıˇzen´ıtoku · celkov´ypoˇcet LED, (2.1)

Φe,RED = 134, 7 · 0, 48 · 6 = 387, 9 lm,

Φe,GREEN = 224 · 1 · 6 = 1344 lm,

Φe,BLUE = 42, 9 · 0, 12 · 6 = 30, 9 lm,

Φe,W HIT E = 249, 7 · 1 · 12 = 2996, 4 lm. Pˇredpokl´adan´ysvˇeteln´ytok z cel´eho zdroje se potom rovn´a

Φcelk = Φe,RED + Φe,GREEN + Φe,BLUE + Φe,W HIT E = 4759, 2 lm. Dle tohoto v´ypoˇctu byly pˇri optick´em n´avrhu sv´ıtidla v podkapitole 2.3 nastaveny hodnoty svˇeteln´eho toku zdroje jednotliv´ych LED diod v softwaru LightTools na vˇsech simulac´ıch.

2.2.3 R´ızen´ıspektr´aln´ıhoˇ sloˇzen´ısvˇeteln´eho zdroje

Z´akladn´ıvlastnost, kterou nem˚uˇze sv´ıtidlo zamˇeˇren´ena p˚usoben´ısvˇetla na ˇclovˇeka postr´adat, je dynamick´eˇr´ızen´ıhodnoty TCH a intenzity osvˇetlen´ı. V podkapitole 1.7 byly definov´any dva moˇzn´e zp˚usoby ˇr´ızen´ısv´ıtidla dle normy DIN SPEC 67600. Jelikoˇzosvˇetlovac´ısoustava bude navrhov´ana pro prostory mateˇrsk´eˇskoly, bylo zvoleno ˇr´ızen´ıvnitˇrn´ıho osvˇetlen´ıpˇrizp˚usoben´eaktivit´amosob

46 pob´yvaj´ıc´ıch v osvˇetlovan´ych prostorech. Pro n´azorn´ypˇr´ıklad byl zcela n´ahodnˇevybr´andenn´ı ˇcasov´yharmonogram Mateˇrsk´eˇskoly Leskovec n. M., dle kter´eho byl upraven graf ˇr´ızen´ızdroje na obr´azku 1.23 [56]. Harmonogram je zobrazen v tabulce 2.4.

Tabulka 2.4: Denn´ıˇcasov´yharmonogram Mateˇrsk´eˇskoly Leskovec n. M. [56]. 6:30 – 7:30 sch´azen´ıdˇet´ı, rann´ıhry, individu´aln´ıˇcinnosti s dˇetmi, ˇcinnosti ˇr´ızen´euˇcitelkou 7:30 – 8:00 individu´aln´ıpr´ace s dˇetmi s odloˇzenou ˇskoln´ıdoch´azkou, didakticky zac´ılen´eˇcinnosti 8:00 – 8:30 rann´ıcviˇcen´ı 8:30 – 9:00 hygiena, svaˇcina 9:00 – 9:30 ˇr´ızen´aˇcinnost 9:30 – 11:30 pˇr´ıprava na pobyt venku, pobyt venku 11:30 – 12:00 hygiena, obˇed 12:00 – 12:30 hygiena, pˇr´ıprava na sp´anek 12:30 – 14:00 odpoˇcinek, n´ahradn´ıaktivity m´ısto sp´anku 14:00 – 14:30 hygiena, odpoledn´ısvaˇcina 14:30 – 15:30 voln´ehry, odchod dom˚u

Jelikoˇzje ˇcas obˇedu a odpoˇcinku stanoven dle harmonogramu od 11:30 do 14:00, je nutn´e upravit kˇrivku ˇr´ızen´ıspektr´aln´ıho sloˇzen´ıa intenzity zdroje sv´ıtidla. Na obr´azku 2.2 je zobrazena upraven´aˇc´ast zelenou barvou. Uprava´ zahrnovala pouze prodlouˇzen´ıˇcasu odpoˇcinku posunut´ım doby n´ar˚ustu hodnot TCH a intenzity osvˇetlen´ıo jednu celou hodinu.

14:00

6000 160 [%] ´ı

5000 140

etlen ˇ 4000 120

cnosti [K]

ˇ

3000 100

2000 80 intenzita osv ´ı 1000 60

Teplota chromati

0 40 Relativn 00:00 06:00 12:00 18:00 00:00 ˇ Teplota chromatiˇcnosti cas Relativn´ı intenzita osvˇetlen´ı

Obr´azek 2.2: R´ızen´ıvnitˇrn´ıhoˇ dynamick´eho osvˇetlen´ıbˇehem jednoho 24 hodinov´eho cyklu upraven´e pro konkr´etn´ıaplikaci v pˇredˇskoln´ım zaˇr´ızen´ıMateˇrsk´aˇskola Leskovec n. M. Zelenou a fialovou barvou jsou vyznaˇceny upraven´ekˇrivky.

K optimalizaci spektr´aln´ıho sloˇzen´ızdroje sv´ıtidla byl pouˇzit kalkul´ator ColorCalculator 7.23 od firmy Osram Sylvania, kter´yumoˇzˇnuje pouˇz´ıvat t´emˇeˇrvˇsechny n´astroje hodnot´ıc´ıkvalitu n´avrhu zm´ınˇen´ev podkapitole 1.6. Jako vstup do kalkul´atoru byla pouˇzita namˇeˇren´adata spektr´aln´ıho sloˇzen´ızdroje sv´ıtidla z ˇc´asti 2.2.1, kter´ajsou uvedena v pˇr´ıloze B a C. K ˇr´ızen´ızdroje navrhovan´eho

47 sv´ıtidla m˚uˇze b´yt pouˇzit napˇr´ıklad digit´aln´ıprotokol pro ovl´ad´an´ısvˇeteln´ych zaˇr´ızen´ıDMX512, u kter´eho lze rozliˇsit aˇz256 r˚uzn´ych stav˚u. Proto byly jednotliv´ekan´aly LED diod nav´az´any na tento protokol a byl vytvoˇren tak model line´arn´ıho ˇr´ızen´ı svˇeteln´eho zdroje pomoc´ıˇctyˇrkan´al˚u (R, G, B, W) s rozsahem od 0 do 256. V´ysledn´eoptimalizovan´eDMX hodnoty jednotliv´ych kan´al˚u LED jsou pro rozmez´ıteplot chromatiˇcnosti od 3000 K do 5000 K s krokem 100 K ±30K zobrazeny v tabulce 2.5 spoleˇcnˇes veliˇcinami hodnot´ıc´ımi kvalitu svˇetla vyzaˇrovan´eho zdrojem. Jelikoˇznen´ı optimalizace zdroje spektr´aln´ıho sloˇzen´ısv´ıtidla jednou z hlavn´ıch ˇc´ast´ıt´eto pr´ace, bude jej´ıpopis a postup ´umyslnˇeopomenut. Z tabulky 2.5 urˇcen´ek ˇr´ızen´ıspektr´aln´ıho sloˇzen´ızdroje sv´ıtidla je moˇzn´eposoudit kvalitu na- vrhovan´eho zdroje svˇetla. To umoˇzˇnuj´ıpr˚umˇern´ehodnoty jednotliv´ych veliˇcin, poˇc´ıtan´ejako arit- metick´ypr˚umˇer vˇzdy z cel´eho sloupce tabulky. V´ysledn´e hodnoty jsou n´asleduj´ıc´ı: Ra = 91, 6; Rf =

91, 6; Rg = 104, 2; ∆uv = 0, 00289; Duv = 0, 003. Sv´ıtidlo v trendu HCL tedy dosahuje pomˇernˇevy- sok´ych hodnot index˚uhodnot´ıc´ıch vjem barvy Ra, Rf a m´aznaˇcnou podobnost s denn´ım svˇetlem.

Byly tak´edodrˇzeny odchylky ∆uv a Duv urˇcuj´ıc´ı, do jak´em´ıry se vyzaˇrovan´espektrum sv´ıtidla podob´ab´ıl´emu denn´ımu svˇetlu. Hodnota Gamut indexu Rg = 104, 2 pod´av´ainformaci, ˇze navr- hovan´esv´ıtidlo bude produkovat sytosti barev velmi podobn´ejako pˇri osvˇetlen´ıdenn´ım svˇetlem. Odst´ıny osvˇetlovan´ych pˇredmˇet˚unebudou znaˇcnˇepˇresaturovan´eani podsaturovan´e. V t´eto f´azi n´avrhu jsou splnˇeny dvˇez´akladn´ıpodm´ınky, abychom mohli sv´ıtidlo zaˇradit do kategorie Human Cetric Lighting osvˇetlen´ı. A to dynamick´eˇr´ızen´ısv´ıtidla v ˇcase a znaˇcn´apodobnost spektr´aln´ıho sloˇzen´ıs denn´ım svˇetlem. Cena, kterou bude muset uˇzivatel zaplatit za takov´eto umˇel´eosvˇetlen´ı je vˇetˇs´ıspotˇreba energie d´ıky niˇzˇs´ımu svˇeteln´emu v´ytˇeˇzku [lm/W] a vysok´apoˇrizovac´ıcena. V posledn´ıch 7 sloupc´ıch tabulky 2.5 jsou zobrazeny veliˇciny hodnot´ıc´ıp˚usoben´ısvˇetla na lidsk´y organismus, konkr´etnˇena jednotliv´efotopigmenty obsaˇzen´ev s´ıtnici oka. Pro n´azornost je na obr´azku 2.3 porovn´ano, jak moc stimuluje vyzaˇrovan´esvˇetlo fotoreceptory lidsk´eho oka pro nastaven´ızdroje na teplotu chromatiˇcnosti 5000 K a 3000 K. Nejvˇetˇs´ırozd´ıl je patrn´yu fotopigmentu melanopsinu a S jodpsinu. Pro nastaven´ı5000 K jsou tyto dva fotopigmenty v´ıce osvˇetlov´any, ˇc´ımˇzdoch´az´ık vˇetˇs´ımu stimulu cirkadi´ann´ıho rytmu, a tak k povzbuzen´ı bdˇelosti a aktivity osob pob´yvaj´ıc´ıch pod t´ımto svˇetlem. Posledn´ısloupec tabulky 2.5 zobrazuje ˇcinitel cirkadi´ann´ı´uˇcinnosti, kter´ys jeho rostouc´ıhodnotou znaˇc´ıtak´erostouc´ıstimulus cirkadi´ann´ıho syst´emu lidsk´eho tˇela. Pˇri teplotˇe

5000 K se jeho hodnota av,mel = 0, 72 velmi bl´ıˇz´ıˇc´ıslu, jak´enab´yv´anormalizovan´edenn´ısvˇetlo

D50 (av,mel,D50 = 0, 77).

48 Tabulka 2.5: Optimalizovan´ehodnoty dynamick´eho ˇr´ızen´ısvˇeteln´eho zdroje pomoc´ıdigit´aln´ıho protokolu DMX512.

a b c TCH,h DMX DMX DMX DMX Φ TCH Ra ∆uv [- Duv [-] Rf Rg Jod. S Jod. M Jod. L Melan. Rhod. Jod. amel,v [K] R [-] G [-] B [-] W [lm] [K] [-] ] [-] [-] [α-opic [α-opic [α-opic [α-opic [α-opic [α-opic [-] [-] lux] lux] lux] lux] lux] lux]

3000 52 26 0 133 1779 3023 71,1 0,00533 -0,00536 81,2 111,2 1,71 3,56 4,20 2,82 3,13 4,15 0,62 3100 47 22 0 141 1844 3098 74,9 0,00528 -0,00537 83,7 110,3 1,70 3,41 3,98 2,70 2,99 3,95 0,62 3200 41 18 0 150 1920 3184 79,2 0,00525 -0,00532 86,5 109,1 1,69 3,26 3,77 2,58 2,85 3,75 0,62 3300 34 13 0 159 1989 3284 84,0 0,00510 -0,00519 89,4 107,7 1,68 3,11 3,56 2,47 2,71 3,55 0,63 3400 23 3 0 171 2060 3424 91,5 0,00532 -0,00540 92,9 105,1 1,67 2,89 3,26 2,29 2,51 3,27 0,63 3500 21 3 0 177 2128 3519 93,4 0,00401 -0,00412 93,3 103,9 1,67 2,88 3,22 2,29 2,51 3,24 0,64 3600 18 4 0 184 2211 3620 95,4 0,00264 -0,00273 93,6 102,8 1,67 2,87 3,18 2,29 2,50 3,21 0,64 3700 18 7 0 188 2273 3692 95,3 0,00084 -0,00094 93,4 102,5 1,68 2,93 3,23 2,35 2,57 3,26 0,64 3800 12 4 0 197 2354 3830 98,2 0,00091 +0,00031 93,2 100,5 1,67 2,85 3,10 2,29 2,50 3,14 0,64 49 3900 12 8 0 201 2422 3907 98,0 0,00231 +0,00218 93,2 100,2 1,68 2,91 3,14 2,35 2,57 3,20 0,65 4000 12 12 0 205 2490 3978 97,7 0,00418 +0,00403 93,0 99,7 1,68 2,97 3,19 2,41 2,64 3,25 0,65 4100 20 20 4 206 2557 4089 93,3 0,00146 -0,00155 93,1 104,5 2,14 3,16 3,38 2,68 2,88 3,43 0,68 4200 17 21 4 212 2628 4206 95,0 0,00020 +0,00006 93,5 103,4 2,14 3,15 3,34 2,68 2,88 3,40 0,68 4300 17 25 4 216 2696 4273 95,0 0,00208 +0,00188 93,4 103,0 2,14 3,21 3,38 2,73 2,95 3,45 0,68 4400 13 26 4 223 2778 4396 96,3 0,00372 +0,00360 93,6 101,8 2,14 3,20 3,34 2,73 2,95 3,42 0,69 4500 18 27 9 228 2850 4513 93,0 0,00333 -0,00345 92,3 105,4 2,59 3,25 3,41 2,89 3,05 3,46 0,72 4600 18 32 9 231 2912 4579 93,2 0,00153 -0,00158 92,5 105,2 2,59 3,31 3,45 2,95 3,12 3,51 0,72 4700 14 33 9 238 2993 4714 94,7 0,00033 +0,00016 92,9 104,1 2,59 3,30 3,41 2,95 3,12 3,48 0,72 4800 14 38 9 241 3055 4776 94,7 0,00217 +0,00201 93,1 103,8 2,59 3,36 3,46 3,00 3,19 3,53 0,72 4900 10 39 10 247 3124 4916 95,3 0,00397 +0,00385 93,1 102,6 2,59 3,35 3,41 3,00 3,19 3,50 0,72 5000 5 35 10 255 3190 5002 94,0 0,00083 +0,00390 92,2 101,8 2,59 3,28 3,33 2,95 3,12 3,42 0,72

aHledan´ateplota chromatiˇcnosti bSvˇeteln´ytok zdroje sv´ıtidla cV´ysledn´ateplota chromatiˇcnosti TCH =5000 K TCH =3000 K 4 5 eho 3 ´ eho ´ 4 -opic lux] -opic lux] α α 2 3

etlenost dan 2 ˇ etlenost dan ˇ 1 Osv

Osv 1 fotoreceptoru [ fotoreceptoru [

Jodopsin S Rhodopsin Jodopsin L Jodopsin S Rhodopsin Jodopsin L Melanopsin Jodopsin M Melanopsin Jodopsin M

Obr´azek 2.3: Metoda α-osvˇetlen´ı: Grafy vyjadˇruj´ıc´ı m´ıru stimulu jednotliv´ych fotopigment˚u lidsk´eho oka pˇri osvˇetlov´an´ınavrˇzen´ym svˇeteln´ym zdrojem, vlevo pro nastaven´ızdroje na hod- notu TCH 5000 K, vpravo pro 3000 K.

Na konci t´eto ˇc´asti je d˚uleˇzit´epoznamenat, ˇze v´yˇse proveden´ypostup ˇr´ızen´ıspektr´aln´ıho zdroje sv´ıtidla m˚uˇze b´yt aplikov´anpouze na prostory mateˇrsk´eˇskoly. Pokud by se jednalo o jin´ytyp osvˇetlovan´eho prostoru, je vhodn´eprov´est n´avrh znovu a zv´aˇzit zejm´ena rozsah mˇen´ıc´ıch se hodnot

TCH a svˇeteln´eho toku z´aˇr´ıc´ıho ze zdroje sv´ıtidla. Nab´ız´ı se tak´evyuˇzitelnost n´avrhu a ˇr´ızen´ı spektr´aln´ıho sloˇzen´ızdroje sv´ıtidla uveden´ym v t´eto pr´aci i v jin´ych v´yrobc´ıch obsahuj´ıc´ıch RGBW LED diody. Postup n´avrhu svˇeteln´eho zdroje HCL sv´ıtidla by vˇsak bylo nutn´eproj´ıt znova od sam´eho zaˇc´atku.

2.3 Optick´yn´avrh sv´ıtidla

V podkapitole 2.1 byly definov´any c´ıle n´avrhu, na z´akladˇekter´ych byl n´aslednˇedefinov´ansvˇeteln´y zdroj v podkapitole 2.2. Ten slouˇz´ıjako vstupn´ıprvek optick´emu n´avrhu sv´ıtidla, kter´yje stˇeˇzejn´ı ˇc´ast´ıt´eto pr´ace. Cel´yoptick´yn´avrh prob´ıhal v softwaru pro optick´ydesign LightTools. Software nab´ız´ıamerick´aspoleˇcnost Synopsys a pro ´uˇcely t´eto pr´ace byla poskytnuta pln´averze toho pro- gramu firmou Robe Lighting s.r.o. Bˇehem zpracov´an´ın´arvhu je d˚uleˇzit´epom´yˇslet na kvalitu svˇetla jako na prioritn´ıparametr n´avrhu a finanˇcn´ıstr´anku ˇradit mezi m´enˇed˚uleˇzit´easpekty optick´eho n´avrhu. Ovˇeˇren´ıfunkˇcnosti a plnˇen´ız´akonn´ych poˇzadavk˚uinteri´erov´eho osvˇetlen´ıbude n´aslednˇe ovˇeˇreno v kapitole 3 a 4, kde bude optick´yn´avrh uˇzit´yjako funkˇcn´ıprodukt osvˇetlovac´ısoustavy. Vlastnosti povrch˚ujednotliv´ych d´ıl˚uoptick´eho n´avrhu jsou vyrobiteln´ea byly voleny pˇrev´aˇznˇe z knihovny obashuj´ıc´ısoftware LightTools.

2.3.1 Koncept

Pˇri tvorbˇekonceptu sv´ıtidla bylo v prv´eˇradˇed˚uleˇzit´e zvolit zp˚usob osvˇetlen´ı prostoru. Podle rozloˇzen´ısvˇeteln´eho toku vych´azej´ıc´ıho ze zdroje svˇetla do doln´ıho nebo horn´ıho poloprostoru se rozliˇsuj´ıosvˇetlovac´ısoustavy na pˇr´ım´e, sm´ıˇsen´ea nepˇr´ım´e. U pˇr´ım´eosvˇetlovac´ısoustavy je veˇsker´y svˇeteln´ytok smˇeˇrov´ando doln´ıho poloprostoru a dopad´apˇr´ımo na osvˇetlovan´eplochy (pracovn´ı st˚ul, podlaha apod.). T´ım, ˇze svˇeteln´ytok dopad´ana osvˇetlovan´eplochy pˇr´ımo a t´emˇeˇrbeze ztr´at,

50 je tato soustava nejhospod´arnˇejˇs´ıpro danou hodnotu osvˇetlenosti. Nev´yhodou pˇri pouˇzit´ıpouze jednoho sv´ıtidla je, ˇze v m´ıstnosti doch´az´ık tvorbˇeostr´ych tmav´ych st´ın˚ua velk´ych kontrast˚ujasu. D˚usledkem toho je v´yrazn´anerovnomˇernost osvˇetlenosti a velk´apravdˇepodobnost oslnˇen´ıosob, prov´adˇej´ıc´ıch zrakov´e´ukony v tomto prostoru. Tuto nev´yhodu pˇr´ım´eosvˇetlovac´ısoustavy je moˇzn´e sn´ıˇzit, popˇr´ıpadnˇezcela eliminovat volbou sm´ıˇsen´eˇci nepˇr´ım´eosvˇetlovac´ı soustavy. U sm´ıˇsen´e osvˇetlovac´ısoustavy zdroj svˇetla vyzaˇruje sv˚uj svˇeteln´ytok z´aroveˇndo doln´ıho i horn´ıho polo- prostoru. Na osvˇetlovanou plochu tak dopad´anejen pˇr´ım´esvˇetlo ze zdroje, ale i odraˇzen´eod stˇen a stropu. Rovnomˇernost osvˇetlen´ıje vyˇsˇs´ıa v osvˇetlovan´em prostoru vznikaj´ımˇekˇc´ıst´ıny a menˇs´ı kontrasty. D´ıky tomu je moˇznost oslnˇen´ıv zorn´em poli menˇs´ı, neˇzu pˇr´ım´eosvˇetlovac´ısoustavy. Nepˇr´ım´aosvˇetlovac´ısoustava je prav´ym opakem pˇr´ım´esoustavy. Vˇsechen vyzaˇrovan´ysvˇeteln´ytok je smˇeˇrov´ando horn´ıho poloprostoru. T´ım na osvˇetlovanou plochu nedopad´aˇz´adn´epˇr´ım´esvˇetlo, ale pouze svˇetlo odraˇzen´eprostˇrednictv´ım stˇen a stropu m´ıstnosti, kter´ese chovaj´ıjako sekund´arn´ı zdroje svˇetla. Pˇri pouˇzit´ıt´eto osvˇetlovac´ısoustavy je osvˇetlen´ım´ıstnosti t´emˇeˇrrovnomˇern´e, st´ıny se v prostoru v podstatˇenevyskytuj´ıa pˇr´ım´ei odraˇzen´eoslnˇen´ıje prakticky vylouˇceno. Nev´yhodou je, ˇze je t´ım zt´ıˇzeno rozliˇsov´an´ı, orientace v prostoru i odhad vzd´alenosti. V porovn´an´ıs ostatn´ımi soustavami je nepˇr´ım´aosvˇetlovac´ısoustava nejm´enˇehospod´arn´a,a to kv˚uli sv´evyˇsˇs´ıenergetick´e n´aroˇcnosti a n´arok˚um na ´udrˇzbu. To je d´ano t´ım, ˇze svˇeteln´ytok z prvotn´ıch zdroj˚usvˇetla dopad´a nejdˇr´ıve na plochu stropu m´ıstnosti, od kter´ese n´aslednˇe odr´aˇz´ıa rozptyluje do prostoru. Protoˇze povrch stropu nebude rozhodnˇeide´aln´ızrcadlo, budou zde vznikat ztr´aty. Aby byla tedy dosaˇzena u t´eto soustavy intenzita osvˇetlen´ına ploˇse zrakov´eho ´ukonu stejn´ajako u pˇr´ım´eosvˇetlovac´ısou- stavy, je zapotˇreb´ımnohem vyˇsˇs´ıho v´ykonu prim´arn´ıch zdroj˚usvˇetla [10]. Na z´akladˇedefinovan´ych poˇzadavk˚ua c´ıl˚uv podkapitole 2.1 byl vytvoˇren koncept z´avˇesn´eho sv´ıtidla s d˚urazem na kvalitu svˇetla a vliv na ˇclovˇeka. Uˇcinnost´ a finanˇcn´ıstr´anka cel´eho optick´eho syst´emu byly povaˇzov´any za druhoˇrad´e. Vznikl´ykoncept vedouc´ı k fin´aln´ımu ˇreˇsen´ı je typem sm´ıˇsen´eho osvˇetlen´ı, jak je vidˇet na obr´azku 2.4.

ˇ Cast´ sv´ıtidla tvoˇr´ıc´ı pˇr´ım´e svˇetlo (osvˇetlen´ı podlahy m´ıstnosti) ˇ Cast´ sv´ıtidla tvoˇr´ıc´ı nepˇr´ım´e svˇetlo (osvˇetlen´ı stropu m´ıstnosti)

DPS Homogeniz´er

Obr´azek 2.4: Koncept z´avˇesn´eho sv´ıtidla v trendu HCL.

Skl´ad´ase ze ˇctyˇrˇc´ast´ı: DPS, homogeniz´er, ˇc´ast sv´ıtidla tvoˇr´ıc´ınepˇr´ım´esvˇetlo a ˇc´ast sv´ıtidla tvoˇr´ıc´ıpˇr´ım´esvˇetlo. Deska ploˇsn´ych spoj˚uslouˇz´ık osazen´ıLED svˇeteln´ych diod a elektronick´ych souˇc´astek, kter´ejsou propojeny vodiˇci tvoˇren´ymi tenkou plochou kovovou vrstvou na povrchu desky. Homogeniz´er slouˇz´ı v optick´esoustavˇek prom´ıch´an´ı barev“ a dosaˇzen´ı barevnˇehomo- ”

51 genn´ıho v´ystupu ze sv´ıtidla. Ukolem´ zbyl´ych dvou ˇc´ast´ısv´ıt´ıdla je tvarovat svˇeteln´yv´ystup z ho- mogeniz´eru do doln´ıho (pˇr´ım´esvˇetlo) a horn´ıho (nepˇr´ım´esvˇetlo) poloprostoru.

Soubˇeˇznˇes celou podkapitolou 2.3 byl vypracov´av´ann´avrh osvˇetlen´ımateˇrsk´eˇskoly v softwaru Dialux EVO (v´ıce v kapitole 3), ve kter´em byla zvolena bˇeˇzn´ahodnota v´yˇsky m´ıstnosti 3,1 m a d´elka z´avˇesu sv´ıtidla 0,5 m pod stropem.

2.3.2 DPS

V podkapitole 2.2 byla zpracov´ana ˇc´ast n´avrhu desky ploˇsn´ych spoj˚u. Byl zvolen typ LED diody, jejich poˇcet a zmˇeˇren svˇeteln´ytok a spektr´aln´ısloˇzen´ıcel´eho zdroje sv´ıtidla. V t´eto ˇc´asti zb´yv´a definovat rozmˇery DPS, rozm´ıstˇen´ıLED diod a prov´est z´akladn´ıv´ypoˇcet tepeln´eho managementu. Jelikoˇzbude m´ıt sv´ıtidlo symetrick´ysvˇeteln´yv´ystup, je vhodn´erozm´ıstit LED diody tak´esyme- tricky. Diody byly tedy rozm´ıstˇeny na DPS do tvaru kruˇznice. Souˇradnice x, y kaˇzd´ediody byly nav´az´any v softwaru LightTools na parametr K, aby bylo moˇzn´emˇenit pr˚umˇer øDLED kruˇznice LED diod v pr˚ubˇehu n´avrhu ostatn´ıch ˇc´ast´ısv´ıtidla. Pˇri volbˇeuspoˇr´ad´an´ısvˇeteln´ych diod na DPS byla snaha, co nejv´ıce od sebe odd´alit diody ˇcerven´ea zelen´ebarvy. D˚uvodem je skuteˇcnost, ˇze lidsk´eoko je dle kˇrivky pomˇern´espektr´aln´ıcitlivosti fotopick´eho V (λ) vidˇen´ına obr´azku 1.8 pˇri v´ybˇeru dvou barev ze skupiny ˇcerven´e, modr´ea zelen´eLED, nejcitlivˇejˇs´ı na barevnou kombi- naci ˇcerven´ea zelen´ediody [64]. Clovˇekˇ potom pˇri pobytu v osvˇetlovan´em prostoru nejl´epe za- chyt´ılidsk´ym okem barevnou nehomogenitu svˇeteln´eho v´ystupu mezi ˇcervenou a zelenou diodou. Rozm´ıstˇen´ıLED je zobrazeno na obr´azku 2.5.

a) c) W G W B T 1; 6 R B W G 30 × 12◦ W R

LED D ø b)

øDDP S;2 øDDP S;1

Obr´azek 2.5: N´avrh DPS: a) sch´ema rozm´ıstˇen´ıLED a rozmˇer˚uDPS; b) 3D model desky ploˇsn´ych spoj˚uv prostˇred´ısoftwaru LightTools; c) Osram Oslon SSL150 GW CSHPM1.CM (pˇrevzato z www.osram.com).

52 V´ypoˇcet tepeln´eho managementu zdroje sv´ıtidla

Zjednoduˇsen´yv´ypoˇcet tepeln´eho managementu v t´eto pr´aci zahrnuje zohlednˇen´ıpˇrechod˚umezi dvˇema ˇc´astma svˇeteln´eho zdroje a okol´ım: LED–DPS–Okol´ı. Prvn´ıpˇrechod mezi LED a DPS je charakterizov´anvlastnostmi p´ajky (dielektrika), kter´ejsou zad´any v´yrobcem desky ploˇsn´ych spoj˚u. Druh´ypˇrechod je poˇc´ıt´anz ´udaj˚uo tlouˇst’ce DPS, jej´ıtepeln´evodivosti a plochy, skrz kterou teplo prostupuje. Pro ´uˇcely t´eto pr´ace byl zvolen jako materi´aldielektrika bˇeˇznˇepouˇz´ıvan´y izolovan´ykovov´ysubstr´at(Insulated Metallic Substrate) s tlouˇst’kou vrtsvy 75 · 10−6 m a tepelnou vodivost´ı2 W · m−1 · K−1 [68]. Tlouˇst’ka DPS byla zvolena 1,6 mm, materi´alhlin´ık (Al) o tepeln´e −1 −1 vodivosti 237 W · m · K [54]. Hodnota tepeln´eho pˇrechodu Rj−sp a velikost diody je vˇzdy ud´avan´av´yrobcem diody (tab. 2.1). Tepeln´epˇrechody mezi p´ajkou, DPS a okol´ım jsou vypoˇcteny n´asledovnˇe(podkap. 1.9)

−6 L1 75 · 10 −1 −1 Rsp−pcb = = 2 = 3, 9 W · m · K , λ1 · S1 2 · 0, 0031

−3 L2 L2 1, 6 · 10 Rpcb−a = = 2 2 = 2 2 λ2 · S2 D D 0, 06 0, 036 · DP S,1 − DP S,2 237 π · − λ2 π 4 4 " 4 4 #   − − = 0, 003731 W · m 1 · K 1.

C´ılem v´ypoˇctu tepeln´eho managementu LED je nalezen´ıtakov´e hodnoty maxim´aln´ıteploty chladic´ısoustavy, aby byla dodrˇzena v´yrobcem ud´avan´ahorn´ı mez teploty PN pˇrechodu (junction temperature). Pro Osram Oslon SSL150 by dle v´yrobce nemˇela teplota na PN pˇrechodu pˇres´ahnout 135◦C. V tabulce 2.6 jsou uvedeny hodnoty tepeln´ych odpor˚ua teplotn´ıch rozd´ıl˚ujednotliv´ych pˇrechod˚upro vˇsechny ˇctyˇri barvy svˇeteln´ych diod. N´aslednˇeje v posledn´ım sloupci tabulky 2.6 uvedena tato maxim´aln´ıteplota chlad´ıc´ısoustavy. Nejniˇzˇs´ı a z hlediska teplotn´ıho managementu kritick´ahodnota 107◦C je u zelen´ediody GT CSHMP1.13. Jelikoˇzbyl vynech´anvliv pˇrechodu mezi DPS a chlad´ıc´ısoustavou, bude vhodn´evytvoˇrit urˇcitou teplotn´ırezervu a stanovit jako maxim´aln´ı moˇznou teplotu chlad´ıc´ısoustavy 100◦C.

53 Tabulka 2.6: Z´akladn´ıv´ypoˇcet tepeln´eho managementu LED Osram Oslon SSL150. Oznaˇcen´ı Tepeln´y tok Tepeln´y Teplotn´ı Tepeln´y od- Teplotn´ı Teplotn´ı Celkov´ytep- Maxim´aln´ı moˇzn´a a b Pt [W] odpor Rj−sp rozd´ıl por Rsp−pcb rozd´ıl rozd´ıl lotn´ı rozd´ıl teplota chlad´ıc´ı −1 −1 −1 −1 ◦ c W m K ∆Tj−sp W m K ∆Tsp−pcb ∆Tpcb−a ∆T [ C] soustavy ◦ ◦ ◦   [ C]   [ C] [ C]

GR CSHPM1.23 1,85 2,5 4,6 3,9 7,2 0,209 12,1 122,9 54 GT CSHPM1.13 2,69 6,4 17,2 3,9 10,5 0,209 27,9 107,1 GB CSHPM1.13 2,38 4,6 10,9 3,9 9,3 0,209 20,4 114,6 GW CSHPM1.CM 2,40 4,2 10,1 3,9 9,4 0,209 19,6 115,4

a Tepeln´ytok je poˇc´ıt´an dle namˇeˇren´ych dat uveden´ych v tabulce 2.3 jako: Pt = 0, 75 · Id · Ud [W]. b Celkov´yteplotn´ırozd´ıl je poˇc´ıt´an jako souˇcet d´ılˇc´ıch teplotn´ıch rozd´ıl˚u: ∆T = ∆Tj−sp + ∆Tsp−pcb + ∆Tpcb−a. c ◦ Teplota chlad´ıc´ısoustavy, po jej´ıˇzpˇrekroˇcen´ınen´ızaruˇceno dodrˇzen´ıv´yrobcem ud´avan´emaxim´aln´ıteploty PN pˇrechodu (pro OSRAM Oslon SSL150 Tj,max = 135 C) Teplotn´ırozd´ıl ∆Tpcb−a uveden´yv tabulce 2.6 byl poˇc´ıt´andle (podkap. 1.9)

∆Tpcb−a = Rpcb−a · 0, 75 · (6 · PRED + 6 · PGREEN + 6 · PBLUE + 12 · PWHITE) = 0, 003731 · (6 · 2, 47 + 6 · 3, 59 + 6 · 3, 17 + 12 · 3, 2) ◦ = 0, 003731 · 0, 75 · 74, 58 = 0, 209 C.

Z tohoto v´ypoˇctu je zˇrejm´e, ˇze celkov´ymaxim´aln´ıpˇr´ıkon zdroje sv´ıtidla navrhovan´eho v t´eto pr´aci je pˇribliˇznˇe75 W.

Optick´evlastnosti povrchu DPS

Povrch desky ploˇsn´ych spoj˚ua jej´ı optick´evlastnosti byly voleny dle nˇemeck´eho v´yrobce Pe- ters Group. B´ıl´amaska na povrchu DPS (white solder mask) Elpemer SD 2491 SG–TSW–R5 m´adle [65] odraznost t´emˇeˇr93 % na cel´em rozsahu viditeln´eˇc´asti svˇetla s poklesem pˇri niˇzˇs´ıch vlnov´ych d´elk´ach (od 460 nm n´ıˇze). Jelikoˇzjsou ale na DPS osazeny LED svˇeteln´ediody, kter´epo- hlt´ısvˇetlo na nˇedopadaj´ıc´ı, je v re´aln´em pˇr´ıpadˇe´uˇcinnost povrchu DPS niˇzˇs´ı. V optick´em n´avrhu v t´eto pr´aci zab´ır´aplocha vˇsech diod zhruba ˇctvrtinu celkov´eopticky ´uˇcinn´eplochy desky ploˇsn´ych spoj˚u. Proto byla nastavena pˇri simulaci v LightTools vlastnost povrchu DPS na tzv. smooth op- ” tical“ (tato optick´avlastnost umoˇzˇnuje nastavit uˇzivateli hodnoty fresnelov´ych koeficent˚uodrazu, lomu a absorpce v jednotk´ach %) s ´uˇcinnost´ıo 23 % niˇzˇs´ıneˇzm´a b´ıl´amaska Elpemer SD 2491 SG–TSW–R5. Povrch DPS se tedy chov´atak, ˇze 70 % energie kaˇzd´eho dopadaj´ıc´ıho paprsk˚use odraz´ı, zbyl´ych 30 % absorbuje materi´alDPS a pˇremˇen´ıse v teplo. Je d˚uleˇzit´ezm´ınit, ˇze zmˇena smˇeru a zmˇena energie paprsku po odrazu je tak´ez´avisl´ana ´uhlu dopadu paprsku na plochu DPS. Pˇri definici optick´ych vlastnost´ıDPS vˇsak tento fakt zanedb´av´ame. Bˇehem n´avrhu sv´ıtidla je nutn´emyslet na voln´yprostor potˇrebn´ypro um´ıstˇen´ıa mont´aˇzDPS, na kter´em bude kromˇesvˇeteln´ych diod um´ıstˇeno tak´enˇekolik dalˇs´ıch elektronick´ych souˇc´astek a vodiv´ych cest mezi nimi. Ray data potˇrebn´apro simulaci v softwaru LightTools byly staˇzeny ze str´anek v´yrobce OSRAM Oslon SSL150 a vloˇzeny do prostˇred´ısoftwaru. Svˇeteln´ytok kaˇzd´e z LED byl nastaven shodnˇes ˇc´asti 2.2.2.

2.3.3 Homogeniz´er

Jedn´ase o prvek optick´esoustavy, kter´yje tvoˇren tˇelesem vedouc´ısvˇetlo od DPS k prvku tvoˇr´ıc´ımu pˇr´ım´eosvˇetlen´ı(zˇrejmˇereflektoru). Jak lze ch´apat z n´azvu optick´eho ˇclenu soustavy, je hlavn´ım ´uˇcelem homogeniz´eru zajistit barevnˇehomogenn´ıv´ystup z obou stran tohoto d´ılu. Tedy zajistit dostateˇcn´e prom´ıch´an´ıbarev“ jednotliv´ych LED diod. Kromˇetohoto je ale nutn´ebr´atohled i ” na dalˇs´ıparametry. Pˇri n´avrhu homogeniz´eru je kladen d˚uraz na: • barevnou homogenitu svˇetla vyzaˇrujic´ıcho z obou v´ystup˚uhomogeniz´eru, • rovnomˇern´erozloˇzen´ıintenzity na obou v´ystupech homogeniz´eru, • pomˇer svˇeteln´eho toku z´aˇric´ıho z v´ystupu na strop ku v´ystupu na podlahu m´ıstnosti, • energetick´eztr´aty homogeniz´eru.

Kromˇetˇechto ˇctyˇruveden´ych krit´eri´ıje snaha o dosaˇzen´ıco nejmenˇs´ıvelikosti svˇeteln´eho zdroje optick´esoustavy sv´ıtidla. Dle obecn´evlastnosti svˇetla typicky pouˇz´ıvan´ev nezobrazovac´ıoptice naz´yvan´e Etendue“, optick´yinvarinat“ nebo Lagrange˚uv invariant“ (tak´ev anglick´em jazyce ” ” ” extent“, throughput“ nebo acceptance“), je vhodn´eu optick´eho syst´emu tohoto typu dos´ahnout ” ” ” pro jednotliv´eˇcleny optick´esoustavy co nejmenˇs´ı velikosti svˇeteln´eho zdroje [61, 62]. V´ypoˇcet

55 podm´ınky Etendue pro reflektor lze dohledat v [62] na stranˇe385, kde dle vzorce A3.3 je pa- trn´e, ˇze s rostouc´ıvelikost´ızdroje roste i mnoˇzstv´ısvˇetla vyzaˇrujic´ıho z homogeniz´eru, kter´enen´ı ovlivnˇeno ˇc´ast´ısv´ıtidla tvaruj´ıc´ısvˇeteln´ysvazek (napˇr´ıklad reflektorem). Takov´esvˇetlo pak tvoˇr´ı kolem sv´ıtidla parazitn´ıpaprsky, kter´emohou zp˚usobovat napˇr´ıklad oslnˇen´ınebo osvˇetlen´ıtˇech ˇc´ast´ıprostoru, kter´enejsou pro to urˇceny.

Prvn´ın´avrh

Prvn´ın´avrh vych´az´ıt´emˇeˇrz nejjednoduˇsˇs´ıho moˇzn´eho tvaru tˇelesa, kter´ym je v´alec. Je vyobrazen na obr´azku 2.6 a skl´ad´ase z DPS, tˇelesa pro veden´ısvˇetla (v´alec) a kryc´ıho skla.

2,55 20 19,5 2,8

1,6 A1 A2 Kryc´ı sklo 1 LED Tˇeleso Difuzn´ ´ı folie´

x 36 50 52 ø ø

z ø

DPS Vystup´ Vystup´ strop podlaha 40 2,2

Obr´azek 2.6: Homogeniz´er–prvn´ın´avrh: Vlevo sch´ema s rozmˇery homogeniz´eru, vpravo 3D model v softwaru LightTools.

Materi´ala optick´evlastnosti povrchu DPS byly definov´any v pˇredchoz´ıˇc´asti. Otvor pro pro- stup svˇetla za ´uˇcelem nasv´ıcen´ıstropu je nastaven na nejvˇetˇs´ımoˇzn´ypr˚umˇer øDDP S,2 = 36 mm pˇri nejmenˇs´ım moˇzn´em pr˚umˇeru kruhu diod øD = 44 mm (d˚uvod viz Etendue“). Velikost LED ” vnˇejˇs´ıho pr˚umˇeru DPS je pouze orientaˇcnˇezvolena na øDDP S,2 = 60 mm, jeho hodnota vˇsak z´avis´ı na n´avrhu elektroniky um´ıstˇen´ena DPS, kterou se ale tato pr´ace nezab´yv´a.Dalˇs´ım d˚uleˇzit´ym prv- kem homogeniz´eru je tˇeleso. Aby nebyla volba opticky ´uˇcinn´eho povrchu tˇelesa pro veden´ısvˇetla z´avisl´ana technologii jeho v´yroby, je uvaˇzov´ano vloˇzen´ıf´olie s definovanou odraznost´ına vnitˇrn´ı povrch tˇelesa. Jelikoˇzje hlavn´ım c´ılem homogeniz´eru dos´ahnout barevnˇehomogenn´ıho v´ystupu ze sv´ıtidla, byla zvolena dif´uzn´ıodrazn´af´olie (reflective film) od firmy Fusion Optix. D´ıky dif´uzn´ımu povrchu tˇelesa bude uvnitˇrhomogeniz´eru doch´azet k znaˇcnˇe vˇetˇs´ımu mnoˇzstv´ıodraz˚usvˇetla neˇz pˇri pouˇzit´ızrcadlov´eho povrchu. Dif´uzn´ırozptyl svˇetla by mˇel tedy zajistit dostateˇcnou barevnou homogenitu na obou v´ystupech. Odrazn´af´olie m´aoznaˇcen´ıPET97WR–150A, hodnota odraznosti

56 dosahuje 97%, z ˇcehoˇzzastupuje 91 % dif´uzn´ıodraz a zbyl´ych 6 % odraz zrcadlov´y. Data pro si- mulaci v LightTools byly poskytnuty firmou ROBE Lighting ve form´atu BSDF (viz pˇr´ıloha D). Tento form´atdat ud´av´afresnelovy koeficienty odrazu, lomu a abrobrce (R, T, A) pro jednotliv´e ´uhly dopadu na povrch materi´alu. Nezohledˇnuje vˇsak zmˇenu smˇeru ˇs´ıˇren´ıpaprsk˚ua zmˇenu ener- gie v z´avislosti na vlnov´ed´elce λ dopadajic´ıcho svˇetla. Kryc´ısklo je v n´avrhu uvaˇzov´ano pouze za ´uˇcelem uzavˇren´ısvˇeteln´eho zdroje z d˚uvodu zamezen´ıvzniku prachu, t´ım zv´yˇsen´ıˇzivotnosti sv´ıtidla. Totoˇzn´esklo bude pozdˇeji um´ıstˇeno i na druh´y v´ystup homogeniz´eru osvˇetluj´ıc´ıstrop. Materi´alskla je bˇeˇznˇepouˇz´ıvan´eoptick´esklo BK7 o tlouˇst’ce 2 mm s opatˇren´ım antireflexn´ıvrstvy na obou stran´ach skla pro sn´ıˇzen´ıztr´atpˇri pr˚uchodu svˇetla materi´alem.

Optimalizace homogeniz´eru je provedena v softwaru LightTools. Poˇcet paprsk˚utrasovan´ych z kaˇzd´eho zdroje je nastaven na 300 000, poˇcet paprsk˚uvych´azej´ıc´ıch z cel´eho svˇeteln´eho zdroje sv´ıtidla je tedy roven ˇc´ıslu 12 600 000. N´aslednˇejsou do prostˇred´ısoftwaru um´ıstˇeny 4 ploˇsn´e detektory ve tvaru kruhu o pr˚umˇeru 60 mm ve vzd´alenostech 2,55 mm; 20 mm; 39,5 mm a 42,5 mm od DPS. Roviny jsou zobrazeny na obr´azku 2.6 ˇcervenou barvou. N´azvy detektor˚ubyly zvoleny na V´ystup strop, A1, A2 a V´ystup podlaha. Rozliˇsen´ırovin je nastaveno na hodnotu 80×80 bin˚u pro anal´yzu barevn´ehomogenity svˇetla vyzaˇrujic´ıho z obou v´ystup˚uhomogeniz´eru. Jedna buˇnka je tedy rovna ˇctverci o stranˇe0,6 mm, hodnota error estimate average se u vˇsech ploˇsn´ych detektro˚u pohybuje v rozmez´ı od 8,9 % do 12,2 %. Rozloˇzen´ı intenzity na obou v´ystupech je sledov´ano na totoˇzn´ych rovin´ach o velikosti 80×80 bin˚u, kde na jednu buˇnku pˇripad´a1260 paprsk˚u. D´ale byl v simulaci um´ıstˇen detektor ve vzd´alen´em poli ve tvaru koule s nekoneˇcn´ym pr˚umˇerem. Na tomto detektoru je nastavena velikost jedn´ebuˇnky na 5◦.

Po simulaci chodu paprsk˚uoptickou soustavou vytvoˇrenou v programu LightTools je moˇzn´e na detektoru ve vzd´alen´em poli na obr´azku 2.7 vlevo pozorovat pol´arn´ıgraf vystupuj´ıc´ıho svˇetla z obou otvor˚uhomogeniz´eru, na kter´em je vidˇet pˇr´ıliˇsvelk´a stˇredov´aintenzita v rozmez´ıod -10◦ do 10◦ na detektoru V´ystup podlaha do spodn´ıho poloprostoru (podlaha). Naopak na V´ystupu strop ´uplnˇechyb´ısvˇetlo v ´uhlu od -160◦ do 160◦. Potvrdit si to je moˇzn´ena detektorech zobrazuj´ıc´ıch rozloˇzen´ısvˇetla na obr´azku 2.8, kde je tento nedostatek zn´azornˇen zˇretelnˇeji. Ploˇsn´edetektory A1 a A2 jsou zobrazeny na obr´azku 2.9 z d˚uvodu porovn´an´ırozloˇzen´ıintenzity a barevn´ehomo- genity pˇribliˇznˇev polovinˇed´elky homogeniz´eru a tˇesnˇepˇred kryc´ım sklem. D´ale lze z v´ysledk˚u zobrazen´ych na tˇechto sn´ımaˇc´ıch usoudit, ˇze kryc´ısklo nem´avliv na rozloˇzen´ıintenzity a barevnou homogenitu detektoru V´ystup podlaha. Barevnou homogenitu lze posuzovat na obr´azku 2.7 vpravo, na kter´em jsou zobrazena data vˇsech ˇctyˇrploˇsn´ych detektor˚u. Pouze na detektoru V´ystup strop je pozorovateln´ahomogenita, ostatn´ıdetektory zobrazuj´ıbarevnˇenehomogenn´ıdata. Prvn´ın´avrh tedy zcela nevyhovuje z hlediska rovnomˇern´eho rozloˇzen´ı intenzity na obou v´ystupech. V´ystup do spodn´ıho poloprostoru nav´ıc nevyhovuje z hlediska barevn´ehomogenity.

57 58

Obr´azek 2.7: Prvn´ın´avrh homogeniz´eru: Vlevo zobrazeny kˇrivky sv´ıtivosti na detektoru ve vzd´alen´em poli. Vpravo barevn´anehomogenita na vˇsech detektorech zobrazena n´astrojem True Color Raster Chart. 59

Obr´azek 2.8: Prvn´ın´avrh homogeniz´eru: Na v´ystupu homogeniz´eru do spodn´ıho poloprostoru (vlevo) i horn´ıho poloprostoru (vpravo) je patrn´enerovnomˇern´e rozloˇzen´ıintenzity svˇetla. 60

Obr´azek 2.9: Prvn´ın´avrh homogeniz´eru: Z´aznam sv´ıtivosti na rovinn´em detektoru v polovinˇed´elky homogeniz´eru a ve vzd´alenosti 0,6 mm pˇred kryc´ım sklem 1. Pro odstranˇen´ınˇekter´ych nedostatk˚uprvn´ıho n´avrhu je pouˇzita symetrick´adif´uzn´ıf´olie (Li- ght diffusing film) 80×80 od firmy Luminit, kter´aje dostupn´av knihovnˇeLightTools. Jedn´ase o tenkou polymern´ıf´olii o tlouˇst’ce cca od 0,2 do 0,3 mm. Je vyrobena z polykarbon´atu a na jedn´e stranˇeopatˇren´eho strukturou, kter´aovlivˇnuje proch´azej´ıc´ıpaprsek svˇetla. Pˇri pr˚uchodu kolimo- van´eho paprsku tvaruje struktura vytvoˇren´ana povrchu f´olie proch´azej´ıc´ısvˇetlo do kuˇzele, kter´y je definovan´ytypem struktury a oznaˇcen´ım f´olie, viz obr´azek 2.10. Napˇr´ıklad oznaˇcen´ıLuminit 80×80 vyjadˇruje velikost ´uhlu kuˇzele θ = 80◦ v obou na sebe kolm´ych rovin´ach. Takov´af´olie se

naz´yv´asymetrick´a.Existuj´ıi asymetrick´ef´olie, u kter´e je ´uhel θ v obou rovin´ach odliˇsn´y[63]. 90

Difuzn´ ´ı folie´ ×

Kolimovany´ paprsek svˇetla

θ

Struktura povrchu

olie Luminit 90 ´ f

1

×

Kuˇzel svˇetla vystupuj´ ´ıc´ı z difuzn´ ´ı folie´ pod uhlem´ θ

olie´ Luminit 60

Struktura povrchu

f

Obr´azek 2.10: Dif´uzn´ıf´olie: Vlevo zobrazen princip funkce dif´uzn´ıf´olie. Vpravo sn´ımky mikrostruk- tury povrchu f´olie poˇr´ızeny na skenovac´ım (rastrovac´ım) elektronov´em mikroskopu (SEM). Horn´ı sn´ımek zobrazuje strukturu dif´uzn´ıf´olie 90×90 tvoˇr´ıc´ısymetrick´yv´ystup, struktura na spodn´ım sn´ımku je pro asymetrickou 60×1 f´olii. [63].

Po pˇrid´an´ıdif´uzn´ıf´olie mezi tˇeleso homogeniz´eru a kryc´ısklo 1 jsou v´ysledky simulace zobrazeny na obr´azc´ıch 2.11 a 2.12. Pˇrid´an´ım f´olie bylo dosaˇzeno rovnomˇern´eho rozloˇzen´ıintenzity a barevn´e homogenity na v´ystupu homogeniz´eru do spodn´ıho poloprostoru. Na pol´arn´ım grafu na obr´azku 2.11 vpravo jsou zobrazen´adata vyzaˇruj´ıc´ıho svˇetla do spodn´ıho poloprostoru velice podobn´a vyzaˇrov´an´ı, jak´em´aLambertovsk´yz´aˇriˇc. To je ˇz´adouc´ı pro pozdˇejˇs´ıtvarov´an´ısvˇeteln´eho svazku reflektorem (ˇc´ast 2.3.5). V´ystup strop je barevnˇehomogenn´ı, avˇsak st´ale chyb´ıznaˇcn´aˇc´ast svˇetla v ´uhlu od -160◦ do 160◦. Tento probl´em bude vyˇreˇsen pozdˇeji v ˇc´asti 2.3.4.

61 62

Obr´azek 2.11: Prvn´ın´avrh homogeniz´eru s dif. f´olii: Vlevo zobrazen pol´arn´ıgraf. Vpravo barevn´ahomogenita na detektoru V´ystup podlaha. 63

Obr´azek 2.12: Prvn´ın´avrh homogeniz´eru s dif´uzn´ıf´olii: Detektor V´ystup podlaha (vlevo) zobrazuje rovnomˇern´erozloˇzen´ısvˇetla klesaj´ıc´ı od stˇredu k okraj˚um obrazce tvoˇren´eho svˇetlem na rovinˇedetektoru. Druh´ydetektor V´ystup strop je st´ale nerovnomˇernˇeosvˇetlen s mal´ym pˇr´ıbytkem energie ve stˇredu v´ystupu. Pomˇer svˇeteln´eho toku vystupuj´ıc´ıho z obou otvor˚uhomogeniz´eru je spoleˇcnˇes ´uˇcinnost´ıcel´eho syst´emu zobrazen v tabulce 2.7. Z´ısk´an´ı informace, jak´ysvˇeteln´ytok je potˇreba pro nasv´ıcen´ı pˇr´ım´ea nepˇr´ım´eˇc´asti osvˇetlen´ı, bylo doc´ıleno pomoc´ısimulace kompletn´ıho osvˇetlen´ım´ıstnosti, jako celku v softwaru Dialux EVO. Pomoc´ıt´ebylo zjiˇstˇeno, ˇze c´ılem je dos´ahnout n´asleduj´ıc´ıch hodnot: Detektor V´ystup strop → 23 %, Detektor V´ystup podlaha → 77 %.

Tabulka 2.7: Pˇrehled poklesu ´uˇcinnosti syst´emu na jednotliv´ych prvc´ıch prvn´ıho n´avrhu. C´astˇ homogeniz´eru Uˇcinnost´ cel´eho syst´emu

Pouze DPS 100,00 % + tˇeleso homogeniz´eru 85,45 % + kryc´ısklo 1 83,14 % + dif´uzn´ıf´olie 76,49 %

Detektor V´ystup strop → 35,02 %a Detektor V´ystup podlaha → 64,98 %a

aMnoˇzstv´ıenergie v % vyz´aˇren´ez jednoho v´ystupu vztaˇzen´ek celkov´emu vystu- puj´ıc´ımu toku z homogeniz´eru

Druh´yn´avrh

Pro dosaˇzen´ıpotˇrebn´eho pomˇeru v´ystupu z obou otvor˚uhomogeniz´eru byly nalezeny dvˇemoˇznosti.

Prvn´ı, m´enˇev´yhodn´ametoda je zmenˇsen´ıpr˚umˇeru øDDP S,2 otvoru homogeniz´eru osvˇetlujic´ıho strop m´ıstnosti na hodnotu 25,2 mm pˇri souˇcasn´em zachov´an´ırozmˇer˚uostatn´ıch d´ıl˚u. Uˇcinnost´ syst´emu tak klesne o t´emˇeˇr6 %. Na BSDF datech(fresnelovy koeficienty R, T, A) pouˇzit´edif´uzn´ı f´olie Luminit 80×80 obsaˇzen´ych v knihovnˇeLightTools lze pozorovat, ˇze znaˇcn´aˇc´ast svˇetla dopa- daj´ıc´ıho na f´olii se odraz´ızpˇet do tˇelesa homogeniz´eru. Nejvˇetˇs´ıˇc´ast tohoto odraˇzen´eho svˇetla by mˇela b´yt tak pouˇzita na osvˇetlen´ıstropu. Zmenˇsen´ım pr˚umˇeru øDDP S,2 doch´az´ık vˇetˇs´ımu uzavˇren´ı vnitˇrn´ıho prostoru homogeniz´eru, omezen´ı pˇr´ım´eho svˇetla vedouc´ıho od dif´uzn´ı f´olie na strop, poˇcetnˇejˇs´ım odraz˚um svˇetla uvnitˇrtˇelesa homogeniz´eru a tak poklesu ´uˇcinnosti cel´eho syst´emu. To je hlavn´ım d˚uvodem, proˇcnebyla tato moˇznost akceptov´ana. Druh´a,v´yhodnˇejˇs´ıvarianta homo- geniz´eru je zobrazena na obr´azku 2.13. Pr˚umˇer øDDP S,2 byl ponech´anna p˚uvodn´ıhodnotˇe36 mm a poˇzadovan´eho pomˇeru svˇeteln´eho toku z´aˇric´ıho z v´ystupu na strop a podlahu bylo dosaˇzeno tva- rov´an´ım tˇelesa homogeniz´eru. Pˇri zvyˇsov´an´ıvelikosti pr˚umˇeru v´ystupu homogeniz´eru na podlahu se souˇcasn´ym zachov´an´ım ostatn´ıch rozmˇer˚use d´ıky zmˇenˇe tvaru tˇelesa odraz´ım´enˇesvˇetla zpˇet do homogeniz´eru, a v´ıce energie prostoup´ıskrz dif´uzn´ıf´olii na podlahu. Zvyˇsuje se tak ´uˇcinnost cel´eho syst´emu a kles´amnoˇzstv´ıenergie vyzaˇruj´ıc´ı na strop m´ıstnosti.

64 Kryc´ı sklo

Tˇeleso LED Difuzn´ ´ı folie´

x 2 ; 64 36 66 ø ø 51 z ø ø

DPS 40 2,2

Obr´azek 2.13: Druh´yn´avrh homogeniz´eru: Vlevo sch´ema s rozmˇery homogeniz´eru, vpravo 3D model v softwaru LightTools.

Vˇsechny parametry simulace (i polohy a nastaven´ıdetektor˚u) byly totoˇzn´es nastaven´ım u prvn´ıho n´avrhu. V´ysledky jsou zobrazeny na n´asleduj´ıc´ıch obr´azc´ıch 2.14 a 2.15. V tabulce 2.8 jsou uvedeny hodnoty ´uˇcinnosti druh´eho n´avrhu a procentu´aln´ırozdˇelen´ısvˇeteln´eho toku vych´azej´ıc´ıho z jed- notliv´ych otvor˚u. Potˇrebn´eho pomˇeru je dosaˇzeno dokonce s ´uˇcinnost´ıo 3 % vyˇsˇs´ıoproti prvn´ımu n´avrhu.

Tabulka 2.8: Pˇrehled poklesu ´uˇcinnosti syst´emu na jednotliv´ych prvc´ıch druh´eho n´avrhu. C´astˇ homogeniz´eru Uˇcinnost´ cel´eho syst´emu

Pouze DPS 100,00 % + tˇeleso homogeniz´eru 88,32 % + kryc´ısklo 1 87,51 % + dif´uzn´ıf´olie 79,56 %

Detektor V´ystup strop → 22,82 %a Detektor V´ystup podlaha → 77,18 %a

aMnoˇzstv´ıenergie v % vyz´aˇren´ez jednoho v´ystupu vztaˇzen´ek celkov´emu vystu- puj´ıc´ımu toku z homogeniz´eru

65 66

Obr´azek 2.14: Druh´yn´avrh homogeniz´eru: Vlevo zobrazeny kˇrivky sv´ıtivosti na detektoru ve vzd´alen´em poli. Vpravo patrn´abarevn´a homogenita na detek- torech V´ystup podlaha i V´ystup strop, kterou lze porovnat s nehomogenitou na detektorech A1 a A2 um´ıstˇen´ych uvnitˇrhomogeniz´eru. 67

Obr´azek 2.15: Druh´yn´avrh homogeniz´eru: Detektor V´ystup podlaha (vlevo) zobrazuje rovnomˇern´erozloˇzen´ısvˇetla t´emˇeˇrshodnˇes prvn´ım n´avrhem, pouze o 100 lx vzrostla maxim´aln´ıosvˇetlenost´ı. Vpravo uveden detektor V´ystup strop, kter´yje st´ale nerovnomˇernˇeosvˇetlen. Druh´yn´avrh splˇnuje t´emˇeˇrvˇsechny stanoven´epoˇzadavky na homogeniz´er, kromˇerovnomˇernosti rozloˇzen´ıintenzity detektoru V´ystup na strop. Je moˇzn´etedy povaˇzovat n´avrh homogeniz´eru jako fin´aln´ıa pˇrej´ıt k tvorbˇedalˇs´ıch ˇc´asti optick´eho n´avrhu sv´ıtidla.

2.3.4 C´astˇ sv´ıtidla tvoˇr´ıc´ınepˇr´ım´esvˇetlo

Ukolem´ t´eto ˇc´asti optick´eho n´avrhu je dos´ahnout poˇzadovan´edistribuce svˇetla z v´ystupu homo- geniz´eru, kter´ytvoˇr´ıosvˇetlen´ım´ıstnosti nepˇr´ım´ym svˇetlem. V prvn´ıˇradˇeje d˚uleˇzit´eponech´an´ı prostoru na chlad´ıc´ısoustavu a pˇrid´an´ıkryc´ıho skla k uzavˇren´ıprostoru homogeniz´eru. Voln´ypro- stor pro z´astavbu chlad´ıc´ısoustavy je zobrazen na obr´azku 2.16. Obˇe kryc´ıskla jsou z totoˇzn´eho materi´alu o stejn´etlouˇst’ce (2 mm) pouze s r˚uzn´ymi pr˚umˇery. Opticky ´uˇcinn´ypovrch chladiˇce vedouc´ımezi DPS a kryc´ım sklem 2 je v simulaci nastaven jako hlin´ık (v knihovnˇesoftwaru Light- Tools optick´avlastnost naz´yvan´a Alumunium“), u kter´eho se odraznost pohybuje cca od 80 % ” do 92 % v z´avislosti na vlnov´ed´elce dopadaj´ıc´ıcho svˇetla auhlu ´ dopadu paprsku na plochu. Graf t´eto z´avislosti je uveden v pˇr´ıloze E.

Volny´ prostor pro chlad´ıc´ı soustavu Kryc´ı sklo 1

Kryc´ı sklo 2 Tˇeleso LED Difuzn´ ´ı folie´

x 44 36 ø

ø z

20

DPS

Volny´ prostor pro chlad´ıc´ı soustavu

Obr´azek 2.16: Sch´ema optick´eho n´avrhu uzavˇren´eho homogeniz´eru: Vyobrazen zejm´ena voln´y z´astavbov´yprostor pro chlad´ıc´ısoustavu a dalˇs´ıkryc´ısklo.

Parametry simulac´ı pro celou tuto ˇc´ast byly totoˇzn´es nastaven´ım z posledn´ı simulace. Ve vzd´alenosti 1 mm za v´ystup homogeniz´eru do spodn´ıho poloprostoru byla vloˇzena v prostˇred´ıLi- ghtTools opˇet absorbˇcn´ıdeska, kter´apohlt´ıveˇsker´esvˇetlo dopadaj´ıc´ıze sv´ıtidla do spodn´ıho polo- prostoru. Jelikoˇzje pˇredmˇetem z´ajmu t´eto ˇc´asti v´ystup homogeniz´eru do horn´ıho poloprostoru, je vhodnˇejˇs´ızobrazovat na detektorech pouze data t´ykaj´ıc´ıse tohoto v´ystupu. Sn´ımac´ıdetektor ve

68 vzd´alen´em poli nav´ıc d´ıky vloˇzen´ıabsorbˇcn´ıdesky zobrazuje pol´arn´ıgraf s vˇetˇs´ım rozliˇsen´ım. D´ale byla vloˇzena do vzd´alenosti 550 mm od poˇc´atku souˇradnic homogeniz´eru ve smˇeru z´aporn´eosy z p´at´adetektor reprezentuj´ıc´ıstrop m´ıstnosti. Tento ploˇsn´ydetektor kruhov´eho tvaru byla nazvan´a v prostˇred´ıLightTools jako Strop. Velikost jej´ıho pr˚umˇeru je 4 m, rozliˇsen´ı100×100 bin˚u(error estimate 13,4 %), jedna buˇnka m´atedy d´elku strany 40 mm. V´ysledky simulace v´ystupu homoge- niz´eru do horn´ıho poloprostoru po pˇrid´an´ız´astavbov´eho prostoru pro chlad´ıc´ısoustavu a druh´eho kryc´ıho skla jsou na obr´azc´ıch 2.17 a 2.18. Na v´ysledc´ıch lze pozorovat, ˇze nerovnomˇern´erozloˇzen´ı intenzity na v´ystupu z homogeniz´eru se zobraz´ına strop a tvoˇr´ı neˇz´adouc´ıkruh s ´ubytkem intenzity v jeho stˇredu (obr. 2.18 vpravo). D´ale lze pozorovat na detektoru ve vzd´alen´em poli na obr´azku 2.17, ˇze svˇetlo vych´azej´ıc´ız homogeniz´eru se ˇs´ıˇr´ıdo prostoru v rozmez´ı´uhlu od -100 % do 100 %. Pˇri n´avrhu by mˇelo b´yt snahou dos´ahnout co nejvˇetˇs´ıho rozmez´ıtˇechto ´uhlu, aby byl strop rovnomˇernˇeosvˇetlen a nevznikaly pˇresv´ıcen´am´ısta.

69 Obr´azek 2.17: Homogeniz´er bez prvku tvarujic´ıho svˇetlo vyzaˇruj´ıc´ıdo horn´ıho poloprostoru: Kˇrivky sv´ıtivosti zaznamen´any detektorem ve vzd´alen´em poli.

70 71

Obr´azek 2.18: Homogeniz´er bez prvku tvarujic´ıho svˇetlo vyzaˇruj´ıc´ıdo horn´ıho poloprostoru: Vlevo detekov´ana nerovnomˇernˇerozloˇzen´aintenzita na detektoru V´ystup strop, coˇzse n´aslednˇeprojev´ına rovinˇe Strop zastupuj´ıc´ıstrop osvˇetlovan´eho prostoru. Bˇehem v´yvoje prvku sv´ıtidla tvoˇr´ıc´ınepˇr´ım´esvˇetlo, kter´epovede k definovan´ym c´ıl˚um n´avrhu bylo simulov´ano v softwaru LightTools nˇekolik n´apad˚u. Jedn´ım z nich bylo pˇrid´an´ıdif´uzn´ıf´olie pod kryc´ı sklo 2 a t´ım doc´ılen´ı rovnomˇern´eho rozloˇzen´ı intenzity na stropˇe. F´olie vˇsak znaˇcnˇe zmenˇsila velikost svˇeteln´eho kuˇzele a tak´erozmez´ı´uhlu, pod kter´ym svˇetlo z homogeniz´eru vy- stupuje. T´ımto byl sice odstranˇen probl´em s chybˇej´ıc´ım svˇetlem ve stˇredu v´ystupu, ale st´ale byl na stropˇeviditeln´ypˇrechod mezi vyˇsˇs´ımi a niˇzˇs´ımi intenzitami svˇetla, nebo–li ostr´yohraniˇcen´y svˇeteln´ykruh. Stejn´yprobl´em se vyskytoval pˇri n´avrhu jednoduch´eho reflektoru uvaˇzovan´eho v poˇc´atku tvorby konceptu (obr. 2.4), kter´ybyl tvoˇren pˇr´ımo ˇc´ast´ı chlad´ıc´ı soustavy a jeho ´uˇcelem bylo doplnit svˇetlo do stˇredu v´ystupu sv´ıtidla na strop m´ıstnosti, a tak doc´ılit rovnomˇern´e osvˇetlenosti stropu. V´ysledn´ym prvkem, kter´ysplnil kladen´epoˇzadavky, je st´ın´ıc´ı kruh tvoˇren ˇctyˇrmi pruhy do kruhu tvarovan´eho plechu s definovan´ymi optick´ymi vlastnostmi povrchu. St´ın´ıc´ı kruh je zn´azornˇen na obr´azku 2.19. Povrch d´ılu je zvolen opˇet z knihovny LightTools. Byl vy- hled´anpovrch s velk´ym pod´ılem dif´uzn´ıho odrazu. Svˇetlo tak bylo odraˇzeno od st´ın´ıc´ıho kruhu mimo sv´ıtidlo, coˇzzapˇr´ıˇcinilo jeho rozpt´ylen´ı, a t´ım p´adem tak nedoch´azelo k neˇzadouc´ım ostr´ym odraz˚um. Povrch st´ın´ıc´ıho krouˇzku je opatˇren hlin´ıkov´ym povlakem Almeco VEGA 95127 s od- raznosti nejm´enˇe94 %, z ˇcehoˇztvoˇr´ı92-94 % odraz dif´uzn´ı. Uˇcinnost´ cel´eho optick´eho syst´emu je k nahl´ednut´ıv tabulce 2.9. Pomˇer svˇeteln´eho toku z´aˇr´ıc´ıho z v´ystupu na strop a v´ystupu na podlahu nebyl z´asadnˇeovlivnˇen pˇrid´an´ım chlad´ıc´ısoustavy, kryc´ıho skla a st´ın´ıc´ım kruhem.

4,2 Kryc´ı sklo 2 6 40 30 51 52,8 ø 14,6 ø ø 38,6 24,4 ø ø ø ø ø

15,2

Obr´azek 2.19: St´ın´ıc´ıkruh: Vlevo 3D model z programu LightTools, vpravo sch´ema s rozmˇery.

V t´eto f´azi n´avrhu bylo dosaˇzeno vˇsech poˇzadavk˚ustanoven´ych na zaˇc´atku ˇc´asti 2.4.3, jak lze vidˇet na obr´azku 2.20. Chyb´ıpouze navrhnout posledn´ıˇc´ast optick´esoustavy sv´ıtidla, kter´abude tvarovat svˇeteln´ysvazek nasvˇetluj´ıc´ıpodlahu m´ıstnosti.

72 73

Obr´azek 2.20: Homogeniz´er se st´ın´ıc´ım kruhem: Z pol´arn´ıho grafu (vlevo) je patrn´adistribuce svˇetla t´emˇeˇrdo vˇsech ´uhl˚u horn´ıho poloprostoru. Z detekce osvˇetlenosti na rovinˇe Strop je zˇrejm´arovnomˇernˇerozloˇzen´aintenzita dopadaj´ıc´ıho svˇetla klesaj´ıc´ısmˇerem od stˇredu detektoru (maximum 219 lx). Tabulka 2.9: Pˇrehled poklesu ´uˇcinnosti syst´emu na jednotliv´ych prvc´ıch po pˇrid´an´ıst´ın´ıc´ıho kruhu. C´astˇ homogeniz´eru Uˇcinnost´ cel´eho syst´emu

Pouze DPS 100,00 % + tˇeleso homogeniz´eru 88,32 % + kryc´ısklo 1 87,51 % + dif´uzn´ıf´olie 79,56 % + chlad´ıc´ısoustava 77,69 % + kryc´ısklo 2 77,53 % + st´ın´ıc´ıkruh 76,34 %

2.3.5 C´astˇ sv´ıtidla tvoˇr´ıc´ıpˇr´ım´esvˇetlo

Posledn´ıˇc´asti sv´ıtidla tvoˇren´ev softwaru LightTools je reflektor, jehoˇz´uˇcelem je tvarovat v´ystup svˇetla z homogeniz´eru do spodn´ıho poloprostoru m´ıstnosti. Aby bylo moˇzn´ev simulaci posoudit osvˇetlenost na podlaze m´ıstnosti, kterou bude sv´ıtidlo osvˇetlovat, je pˇrid´anposledn´ıploˇsn´ydetektor nazvan´a Podlaha“. Jedn´ase o rovinu opˇet kruhov´eho tvaru o pr˚umˇeru 8 m s rozliˇsen´ım 100×100 ” bin˚u(error estimate nab´yv´ahodnoty 20,1 %) um´ıstˇenou ve vzd´alenosti 2,5 m od kryc´ıho skla 1 v kladn´em smˇeru osy z. Povrch reflektoru byl zvolen takov´y, aby netvoˇril pˇr´ıliˇsostˇre ohraniˇcen´y obraz zdroje na detektoru a zajistil rovnomˇern´ypokles intenzity od stˇredu v´ystupu smˇerem k jeho okraj˚um. Jedn´ase o Almeco Sandblast E s odraznost´ıcca 78 %. Samotn´y reflektor byl tvoˇren pomoc´ıfunkce SweptSheet“ obsaˇzen´ev LightTools, kter´aumoˇzˇnuje rotovat kolem zvolen´eosy ” kˇrivku definovanou nˇekolika body a tak vytvoˇrit plochu. Pro n´avrh reflektoru v t´eto pr´aci je pouˇzito pˇet bod˚u, kter´ejsou proloˇzeny hladkou spline kˇrivkou. Data ke kˇrivce, rozmˇery a um´ıstˇen´ıreflektoru jsou zobrazeny na obr´azku 2.21. Svˇeteln´yv´ystup tvarovan´yreflektorem je zobrazen na obr´azku 2.22. Na obr´azku 2.14 vlevo je pro porovn´an´ızobrazen v´ystup z homogeniz´eru bez tohoto optick´eho ˇclenu tvaruj´ıc´ıho pˇr´ım´esvˇetlo. N´avrh reflektoru je zpracov´anz´amˇernˇese snahou o dosaˇzen´ıvelk´eho vnˇejˇs´ıho pr˚umˇeru reflektoru. D˚uvodem je jeden z c´ıl˚u definovan´ych v podkapitole 2.1, a to n´ızk´a hodnota oslnˇen´ıosob vyskytuj´ıc´ıch se v osvˇetlovan´em prostoru. N´ızk´ehodnoty UGR lze dos´ahnout pomoc´ızvyˇsov´an´ıvelikosti sv´ıt´ıc´ıplochy a odstranˇen´ım parazitn´ıho svˇetla, kter´edopad´amimo osvˇetlovanou plochu (podkap. 1.6.4).

Z v´ysledk˚usimulace proveden´ese stejn´ymi parametry jako doposud, lze zhodnotit na obr´azku 2.22, ˇze sv´ıtidlo bude na podlaze osvˇetlovat plochu cca o pr˚umˇeru 5,5 m, kdy intenzita osvˇetlen´ı na ploˇse kles´arovnomˇernˇeod stˇredu k okraj˚um, coˇzje dle soubˇeˇznˇeprov´adˇen´esimulace osvˇetlen´ı prostoru v softwaru Dialux EVO ˇz´adouc´ı. V re´aln´em pouˇzit´ıby tak nemˇely vznikat lidsk´ym okem viditeln´epˇrechody mezi niˇzˇs´ıa vyˇsˇs´ıintenzitou svˇetla.

74 ø500 eflektrou. 250

z y 2,2 wpSet.Vrv esheaikyoc´phe sSweptSheet“. r rozmˇery Vpravo je sch´ematick´yboˇcn´ıpohled ” b´zk2.21:Obr´azek Reflektor: Velvo zobrazeno prostˇred´ın´astroje

75 76

Obr´azek 2.22: Homogeniz´er s reflektorem tvaruj´ıc´ım svˇetlo vyzaˇruj´ıc´ıdo doln´ıho poloprostoru: Detektor Podlaha (vlevo) je rovnomˇernˇeosvˇetlen s poklesem intenzity od stˇredu ke kraj˚um (maximum 360 lx). Pol´arn´ıgraf zobrazuje poloviˇcn´ı´uhel FWHM 75◦ t´emˇeˇrbez parazitn´ıho svˇetla. 2.3.6 Fin´aln´ın´avrh

V t´eto ˇc´asti bude pˇredstaven optick´yn´avrh sv´ıtidla jako celek a vyzdviˇzeny jeho v´yhody. Na obr´azku 2.23 je zobrazen 3D model opticky ´uˇcinn´ych ˇc´ast´ısv´ıtidla v prostˇred´ısoftwaru LightTools, kter´yje n´aslednˇepˇriloˇzen v t´eto pr´aci na CD. Vedle 3D modelu je boˇcn´ısch´ematicky pohled se z´akladn´ımi rozmˇery cel´eho optick´eho n´avrhu. Fin´aln´ın´avrh reprezentuje z´avˇesn´esv´ıtidlo poskytuj´ıc´ısm´ıˇsen´e osvˇetlen´ıprostoru s n´asleduj´ıc´ımi parametry:

Typ sv´ıtidla: z´avˇesn´e, sm´ıˇsen´e D´elka z´avˇesu: 0,5 m Typ zdroje: LED Osram Oslon SLL 150 RGBW Pˇr´ıkon zdroje: 75 W Svˇeteln´ytok sv´ıtidla: 3200 lm Uˇcinnost´ sv´ıtidla: 67 % Teplota chromatiˇcnosti: 3000–5000 K Vyzaˇrovac´ı´uhel: 75◦

Index pod´an´ıbarev (Ra): > 90 Doporuˇcen´amont´aˇzn´ıv´yˇska: 2,5 m

Aby bylo dosaˇzeno pˇresnˇejˇs´ıch v´ysledk˚usimulace fin´aln´ıho n´avrhu, byl nastaven celkov´ypoˇcet trasovan´ych paprsk˚una 33 600 000 se zachov´an´ım nastaven´ı ostatn´ıch parametr˚uz pˇredchoz´ı simulace. Na obr´azku 2.24 je vyobrazen symetrick´ypol´arn´ıgraf sv´ıtivosti zaznamenan´ydetekto- rem ve vzd´alen´em poli. Do spodn´ıho poloprostoru vyzaˇruje sv´ıtidlo cca 83 % sv´eho svˇeteln´eho toku jako pˇr´ımou sloˇzku sm´ıˇsen´eho osvˇetlen´ı. Zbytek energie osvˇetluje strop m´ıstnosti a reprezen- tuje nepˇr´ımou sloˇzku osvˇetlen´ı. Takto vyv´aˇzen´erozdˇelen´ı svˇeteln´eho toku zajist´ı rovnomˇernou osvˇetlenost prostoru, sn´ıˇz´ı mnoˇzstv´ı tmav´ych st´ınu a velk´ych kontrast˚ujas˚u, ˇc´ımˇzbude cel´y osvˇetlovan´yprostor pro ˇclovˇeka pohodlnˇejˇs´ı. Bude doch´azet k lepˇs´ımu vizu´aln´ımu vjemu lidsk´eho oka a zlepˇs´ıse svˇeteln´apohoda tohoto prostˇred´ı. Pomˇer svˇeteln´eho toku dopadl´eho ze sv´ıtidla na detektoru Strop a Podlaha a pokles ´uˇcinnosti na jednotliv´ych d´ılech sv´ıtidla je uveden v tabulce 2.10. Je d˚uleˇzit´evyzdvihnout, ˇze optick´yn´avrh m´apomˇernˇe vysokou hodnotu ´uˇcinnosti (67,4 %), coˇzb´yv´aˇcast´ym probl´emem pˇri n´avrhu sv´ıtidel se zdrojem obsahuj´ıc´ım barevn´ediody RGBW. Do stˇretu se dost´av´abarev´ahomogenita v´ystupu z homogeniz´eru s jeho ´uˇcinnost´ı. Pˇri n´avrhu bylo proto nutn´evolit kompromis mezi ´uˇcinnost´ıa barevnou homogenitou obou v´ystup˚u, kter´ybyl nalezen na d´elce tˇelesa homogeniz´eru 40 mm. Obr´azek 2.25 zobrazuje intenzitu osvˇetlen´ı detektor˚u Podlaha a Strop m´ıstnosti v ˇsed´ych barv´ach. Opˇet je na rovin´ach potvrzeno, ˇze bylo pˇri n´avrhu sv´ıt´ıdla dosaˇzeno rovnomˇern´eho po- klesu intenzity od stˇredu k okraj˚um svˇeteln´eho v´ystupu. Sv´ıtidlo by tak nemˇelo tvoˇrit na stropu nebo podlaze osvˇetlovan´eho prostoru neˇz´adouc´ıa lidsk´ym okem pozorovateln´eostr´ekotrasty jas˚u povrchu, obrazce nebo intenzitn´ıpropady. Pˇri slouˇcen´ınˇekolika sv´ıtidel tohoto typu do osvˇetlovac´ı soustavy by mˇela b´yt dosaˇzena jak rovnomˇern´aosvˇetlenost cel´eho prostoru, tak plnˇen´ız´akonn´ych poˇzadavk˚urovnomˇernosti. Na stropˇevytv´aˇr´ısv´ıtidlo kruh o pr˚umˇeru cca 4 m s maxim´aln´ıhodnotou intenzity ve tˇredu kruhu 196 lx. Podlaha m´ıstnosti je osvˇetlena tak, ˇze pˇri um´ıstˇen´ıpouze jednoho sv´ıtidla do prostoru na n´ı, vznikne kruh o pr˚umˇeru cca 5,5 m s maxim´aln´ıstˇredovou osvˇetlenost´ı326 lx. Osvˇetlen´ıtakto velk´eplochy prostoru pˇr´ın´aˇs´ız´asadn´ıv´yhodu v poˇctu sv´ıtidel potˇrebn´ych pro jeho osvˇetlen´ı. C´ımˇ vˇetˇs´ıplochu bude jedno sv´ıtidlo osvˇetlovat, t´ım m´enˇe je potˇreba sv´ıtidel k osvˇetlen´ıcel´eho prostoru. To se n´aslednˇeprojev´ıve sn´ıˇzen´ıpoˇrizovac´ıceny cel´eho osvˇetlen´ı.

77 Na dalˇs´ım obr´azku 2.26 je zobrazena barevn´ahomogenita svˇeteln´eho v´ystupu z obou ˇc´ast´ı sv´ıtidla. Nejsou zde viditeln´eˇz´adn´ebarevn´erozd´ıly (nehomogenita) a v´ystup je zcela vyhovuj´ıc´ı. Pˇri ˇr´ızen´ızdroje sv´ıtidla by tak nemˇelo doch´azet k viditeln´ym barevn´ym rozd´ıl˚um a vyzaˇruj´ıc´ısvˇetlo by mˇelo b´yt mˇekk´e, homogenn´ıa v kaˇzd´em smˇeru co nejv´ıce spektr´alnˇeshodn´e. Svou konstrukc´ıpln´ı optick´yn´avrh z´akonn´ypoˇzadavek normy CSNˇ EN 12464–1 minim´aln´ıho ´uhlu clonˇen´ısvˇeteln´eho zdroje, kter´ynab´yv´ahodnoty 47 ◦.

Tabulka 2.10: Pˇrehled poklesu ´uˇcinnosti syst´emu na jednotliv´ych prvc´ıch fin´aln´ıho n´avrhu sv´ıtidla. C´astˇ homogeniz´eru Uˇcinnost´ cel´eho syst´emu

Pouze DPS 100,00 % + tˇeleso homogeniz´eru 88,32 % + kryc´ısklo 1 87,51 % + dif´uzn´ıf´olie 79,56 % + chlad´ıc´ısoustava 77,69 % + kryc´ısklo 2 77,53 % + st´ın´ıc´ıkruh 76,34 % + reflektor 67,41 %

Detektor Strop → 17,3a % (celkem 555 lm) Detektor Podlaha → 82,7a % (celkem 2645 lm)

aMnoˇzstv´ıenergie v % vyz´aˇren´ez jednoho v´ystupu vztaˇzen´ek celkov´emu vystu- puj´ıc´ımu toku z homogeniz´eru

78 elu syst´emu optick´eho

ø500 ´ypohled na celou 3D optickou soustavu. mod Vpravo se nach´az´ıobr´azek 307,4

z y v softwaru LightTools. b´zk22:Fnanı´vh Vlevo vyobrazen boˇcn´ısch´ematick 2.23:Obr´azek Fin´aln´ın´avrh:

79 Obr´azek 2.24: Fin´aln´ı n´avrh: Pol´arni graf sv´ıtidla v trendu HCL zobrazen´yna detektoru ve vzd´alen´em poli.

80 81

Obr´azek 2.25: Fin´aln´ın´avrh: Osvˇetlenost a jej´ırozloˇzen´ına konkr´etn´ıch ploch´ach m´ıstnosti zaznamen´ana pomoc´ırovinn´ych detektor˚u Podlaha (vlevo) a Strop (vpravo). 82

Obr´azek 2.26: Fin´aln´ın´avrh: Barevn´ahomogenita na konkr´etn´ıch ploch´ach m´ıstnosti zaznamen´ana pomoc´ırovinn´ych detektor˚u Podlaha (vlevo) a Strop (vpravo). 3 NAVRH´ VYUZITˇ ´I SV´ITIDLA V INTERIERU´

Za ´uˇcelem ovˇeˇren´ı funkˇcnosti sv´ıtidla navrˇzen´eho v kapitole 2, je vytvoˇren n´avrh osvˇetlen´ı v softwaru Dialux EVO. Pˇr´ıkladem osvˇetlen´ı, kde bude sv´ıtidlo aplikov´ano, a bude vytvoˇrena i cel´aosvˇetlovac´ısoustava je mateˇrsk´aˇskola. Jedn´ase o prostory s d´ele trvaj´ıc´ım v´yskytem osob pod umˇel´ym osvˇetlen´ım, ve kter´ych je dle [51] silnˇedoporuˇcov´ano pouˇz´ıvat dynamick´eosvˇetlen´ı s ohledem na vliv svˇetla na ˇclovˇeka. Vytvoˇren´yn´avrh mateˇrsk´eˇskoly je zcela smyˇslen´yautorem t´eto pr´ace. Pro n´azornost a ovˇeˇren´ıfunkˇcnosti sv´ıtidla je vˇsak plnˇedostaˇcuj´ıc´ı.

3.1 Normativn´ıpoˇzadavky na osvˇetlen´ıv mateˇrsk´ych ˇskol´ach

Ukolem´ t´eto podkapitoly je struˇcnˇeuv´est nˇekolik z´akonn´ych poˇzadavk˚u, kter´eby mˇela osvˇetlovac´ı soustava a n´avrh osvˇetlen´ımateˇrsk´eˇskoly splˇnovat. Pˇri n´avrhu osvˇetlovac´ısoustavy byl kladen d˚uraz zejm´ena na tyto tˇri dokumenty:

1. CSNˇ EN 12464–1 Svˇetlo a osvˇetlen´ı–Osvˇetlen´ıpracovn´ıch prostor˚u–C´astˇ 1: Vnitˇrn´ıpracovn´ı prostory. 2. Vyhl´aˇska 410/2005 Sb., o hygienick´ych poˇzadavc´ıch na prostory a provoz zaˇr´ızen´ıa provozo- ven pro v´ychovu a vzdˇel´av´an´ıdˇet´ıa mladistv´ych 3. Vyhl´aˇska 343/2009 Sb., kterou se mˇen´ıvyhl´aˇska ˇc. 410/2005 Sb., o hygienick´ych poˇzadavc´ıch na prostory a provoz zaˇr´ızen´ıa provozoven pro v´ychovu a vzdˇel´av´an´ıdˇet´ıa mladistv´ych

Tyto normativn´ıdokumenty obsahuj´ız´akonn´epoˇzadavky, jako napˇr´ıklad:

• Pˇri osvˇetlenosti m´ısta zrakov´eho ´ukolu mus´ı dosahovat stˇredn´ı hodnota osvˇetlenosti mi- nim´alnˇe500 lx na t´eto ploˇse, oblast bezprostˇredn´ıho okol´ı´ukolu min. 300 lx s rovnomˇernost´ı osvˇetlen´ı U0 ≥ 0, 40, pozad´ı´ukolu mus´ısplˇnovat podm´ınku U0 ≥ 0, 10 [34]. • Doporuˇcen´ahodnota ˇcinitele odrazu je pro podlahu 0,2–0,4; stˇeny 0,5–0,8 a strop 0,7–0,9 [34]. • Velk´ejasy maj´ıb´yt vylouˇceny pro smˇery pohledu zdola pouˇzit´ım rozptyln´ych kryt˚u[34].

• Barevn´yt´onumˇel´eho svˇetla volit pro hodnoty Em ≤ 200 lx teple b´ıl´y; 200 lx < Em ≤ 1000 lx

neutr´alnˇeb´ıl´y; Em > 1000 lx chladnˇeb´ıl´ypodle normov´ych poˇzadavk˚u14). • V loˇznic´ıch ubytovac´ıch zaˇr´ızen´ımus´ıdenn´ıosvˇetlen´ıvyhovovat normov´ym hodnot´ampro obytn´em´ıstnosti 12). Celkov´eumˇel´eosvˇetlen´ıv niˇc´ım neclonˇen´esrovn´avac´ırovinˇev ´urovni

podlahy mus´ı m´ıt Em = 100 lx. Sv´ıtidla m´ıstn´ıho osvˇetlen´ı mus´ı b´yt polohovateln´atak, aby se osvˇetlen´ı dalo pˇrizp˚usobit zrakov´ym potˇreb´amuˇzivatel˚ua zajistila se osvˇetlenost

Em = 300 lx. • V´yˇska horizont´aln´ıch srovn´avac´ıch rovin pro n´avrh a posouzen´ıosvˇetlen´ım´ısta zrakov´eho ´ukolu u umˇel´eho osvˇetlen´ıv zaˇr´ızen´ıch pro v´ychovu a vzdˇel´av´an´ıa provozovn´ach pro v´ychovu a vzdˇel´av´an´ıpro dˇeti pˇredˇskoln´ıho vˇeku je 0,45 m nad podlahou.

Norma CSNˇ EN 12464–1 ud´av´atabulku poˇzadovan´ych hodnot osvˇetlenosti, jej´ı rovnomˇernosti, indexu oslnˇen´ıa indexu pod´an´ıbarev urˇcenou pro pˇredˇskoln´ızaˇr´ızen´ı:

83 Tabulka 3.1: CSNˇ EN 12464-1: Vzdˇel´avac´ızaˇr´ızen´ı–Mateˇrsk´eˇskoly a jesle [34].

Druh prostoru, ´ukolu Em[lx] UGRL U0 Ra nebo ˇcinnosti

m´ıstnost pro dˇetsk´ehry 300 22 0,4 80 dˇetsk´epokoje 300 22 0,4 80 m´ıstnost pro ruˇcn´ıpr´ace 300 19 0,6 80

3.2 Simulace osvˇetlen´ıv softwaru Dialux Evo

Tvorba simulace osvˇetlen´ıpˇredˇskoln´ıho zaˇr´ızen´ıprob´ıhala souˇcasnˇes n´avrhem sv´ıtidla v trendu HCL v kapitole 2. Navrˇzen´esv´ıtidlo je tak vytvoˇreno k aplikaci nejl´epe na tento typ osvˇetlovan´ych prostor˚u. Pokud by se zmˇenila napˇr´ıklad d´elka z´avˇesu sv´ıtidla, v´yˇska m´ıstnosti nebo druh osvˇetlovan´eho prostoru a t´ım z´akonn´epoˇzadavky, bylo by nutn´efunkˇcnost cel´eho n´avrhu opˇet ovˇeˇrit pomoc´ısimu- lace osvˇetlen´ı. Pak je v pˇr´ıpadˇejak´ykoliv nedostatk˚umoˇzn´e zmˇenit spektr´aln´ıˇr´ızen´ısv´ıtidla nebo vyzaˇrovac´ıcharakteristiku pomoc´ızmˇeny optick´ych prvk˚u sv´ıtidla. Pokud byl napˇr´ıklad poˇzadov´an vˇetˇs´ısvˇeteln´ytok sv´ıtidla, je moˇzn´eho z´ıskat zmˇenou ˇr´ızen´ıR, G, B kan´alu zdroje sv´ıtidla. Je- likoˇzv souˇcasn´em n´avrhu jsou tyto kan´aly vyuˇz´ıv´any pouze na 10–15 % moˇzn´eho maxim´aln´ıtoku, vznik´azde nevyuˇzit´aˇc´ast kapacity svˇeteln´eho zdroje (ˇc´ast 2.2.3). U sv´ıtidla navrˇzen´eho v t´eto pr´aci by vˇsak vedlo zvyˇsov´an´ısvˇeteln´eho toku zdroje ke sn´ıˇzen´ıkvality svˇetla a zmˇenˇejeho vlivu na psy- chologick´ea fyziologick´eprocesy v lidsk´em tˇele. Proto je nutn´epˇristupovat k t´eto problematice uv´aˇzlivˇea kl´ast d˚uraz zejm´ena na definici poˇzadavk˚ua c´ıl˚u, kter´eby mˇelo osvˇetlen´ısplˇnovat.

Struˇcn´ypopis

Smyˇslen´yn´avrh mateˇrsk´eˇskoly zahrnuje dvˇem´ıstnosti. Prvn´ım´ıstnosti je Herna“, kter´aslouˇz´ı ” jako hlavn´ıprostor pro vˇetˇsinu ˇcinnost´ıbˇeˇznˇeprob´ıhaj´ıc´ıch v pˇredˇskoln´ım zaˇr´ızen´ı, kromˇesp´anku a odpoˇcinku. K tomu je urˇcen druh´yprostor pojmenovan´yv prostˇred´ısoftwaru jako Oddechov´a ” m´ıstnost“. Rozmˇery obou prostor˚ubyly voleny n´ahodnˇe. Jejich v´yˇska je 3,1 m, coˇzm˚uˇze b´yt povaˇzov´ano za bˇeˇznou v´yˇsku patra budovy. Do dvou roh˚um´ıstnosti bylo vloˇzeno nˇekolik r˚uznˇevy- sok´ych stol˚ua ˇzidl´ı. Pro m´ısto zrakov´eho ´ukonu na tˇechto ploch´ach, bezprostˇredn´ıho okol´ı´ukonu a pro pozad´ı´ukonu byly vytvoˇreny s´ıtˇekontroln´ıch bod˚u. Ty slouˇzily k v´ypoˇctu a kontrole hod- not osvˇetlenosti dle CSNˇ EN 12 464–1. Odraznosti jednotliv´ych ploch obou m´ıstnost´ıbyly zvo- leny z knihovny programu Dialux EVO. Herna m´aodraznost podlahy 55 %, stropu 90 % a stˇeny m´ıstnosti maj´ıstupeˇnodrazu 86 % a 65 %. Je d˚uleˇzit´ezanechat barvu stropu osvˇetlovan´em´ıstnosti vˇzdy b´ılou s vysok´ym stupnˇem odraznosti, aby tak doch´azelo k dif´uzn´ımu odrazu nepˇr´ım´eho svˇetla a dobr´eosvˇetlenosti m´ıstnosti. Oddechov´am´ıstnost odr´aˇz´ısvˇetlo dopadaj´ıc´ına podlahu se stupnˇem odrazu 4 %. Stˇeny Oddechov´em´ıstnosti maj´ıjednotn´ystupeˇnodrazu 70 % a strop stejnˇejako Herna 90 % (b´ıl´aom´ıtka). Jako vstupn´ıdata pro simulaci byl pouˇzit form´atsouboru zn´am´ypod oznaˇcen´ım EULUMDAT s koncovkou .ldt, kter´ylze velmi jednoduˇse exportovat ze soft- waru LightTools. Datov´yform´atobsahuje kromˇejin´eho i kˇrivky sv´ıtivosti navrhovan´eho sv´ıtidla a lze proto pouˇz´ıt do simulace jako zjednoduˇsen´ysvˇeteln´y zdroj. Pro ´uˇcely porovn´an´ıa ovˇeˇren´ı funkˇcnosti n´avrhu sv´ıtidla v trendu HCL je dostaˇcuj´ıc´ıtento datov´yform´atsouboru pro teplotu chromatiˇcnosti 5000 K a 3000 K. Oba jsou k t´eto pr´aci pˇriloˇzeny spolu s n´avrhem osvˇetlen´ına CD.

84 Udrˇzovac´ıˇcinitel

Vˇsechny osvˇetlovac´ısoustavy se od okamˇziku uveden´ıdo provozu postupnˇeznehodnocuj´ı. Ztr´aty jsou zp˚usoben´ezneˇciˇst’ov´an´ım sv´ıtidla nebo tak´est´arnut´ım svˇeteln´ych zdroj˚ua sv´ıtidla. Pokud nen´ıtento jev br´anv ´uvahu, osvˇetlenost klesne a soustava se stane energeticky ne´uˇcinnou a ne- bezpeˇcnou. Ztr´atu svˇeteln´eho toku v ˇcase je nutn´eodhadnout uˇzve f´azi navrhov´an´ısoustavy a do v´ypoˇctu zahrnout tuto opravu ve formˇeudrˇzovac´ıho ˇcinitele, kter´yje z´avisl´yna typu soustavy, prostˇred´ıa pl´anu ´udrˇzby. Udrˇzovac´ıˇcinitel vnitˇrn´ı osvˇetlovac´ısoustavy se bˇeˇznˇepoˇc´ıt´adle TNI 36 0451 (CIE 97:2005). Pro soustavy se svˇeteln´ymi diodami (LED) nejsou v TNI 36 0451 dostupn´a ˇz´adn´adata [67]. V´ypoˇcet udrˇzovac´ıho ˇcinitele byl tedy v t´eto pr´aci proveden za pomoc´ıkalkul´atoru dostupn´eho online na http://www.svetloblog.cz. Zadan´eparametry jsou uvedeny v tabulce 3.2, kde je v´ysledn´ahodnota udrˇzovac´ıho ˇcinitele rovna 0,77.

Tabulka 3.2: V´ypoˇcet udrˇzovac´ıho ˇcinitele vnitˇrn´ıosvˇetlovac´ısoustavy MF [67]. Zadan´eparametry: Typ sv´ıtidla: otevˇren´esv´ıtidlo bez horn´ıho krytu Vyzaˇrov´an´ı: pˇr´ımo–nepˇr´ım´e Typ svˇeteln´eho zdroje: LED ˇci vlastn´ızad´an´ıLLMF/LSF Poˇcet provozn´ıch hodin: 1 140 h/rok (vzdˇel´avac´ızaˇr´ızen´ı) Kategorie zneˇciˇstˇen´ı: ˇcist´e Cinitel´eodrazuˇ (strop / stˇeny / podlaha): 0,80 / 0,70 / 0,20 Interval skupinov´ev´ymˇeny svˇeteln´ych zdroj˚u: LED ˇci vlastn´ızad´an´ıLLMF/LSF Individu´aln´ıv´ymˇena vyhoˇrel´ych zdroj˚u: LED ˇci vlastn´ızad´an´ıLLMF/LSF Interval ˇciˇstˇen´ısv´ıtidel a povrch˚um´ıstnosti: 0,5 roku Voliteln´ezad´an´ı: Cinitelˇ st´arnut´ısvˇeteln´eho zdroje (LLMF): 0,90 Vypoˇcten´eparametry: Doba sv´ıcen´ıdo skupinov´ev´ymˇeny: LED ˇci vlastn´ızad´an´ıLLMF/LSF Pr˚umˇern´adoba ˇzivota svˇeteln´eho zdroje: 70 000 hodin Pr˚umˇern´adoba do v´ymˇeny svˇeteln´ych zdroj˚u(sv´ıtidel): 61,4 roky Cinitelˇ funkˇcn´ıspolehlivosti svˇeteln´ych zdroj˚u(LSF): 1,00 Udrˇzovac´ıˇcinitel sv´ıtidla (LMF): 0,95 Udrˇzovac´ıˇcinitel povrch˚u(RSMF): 0,90 Udrˇzovac´ıˇcinitel (MF): 0,77

V´ysledky

Podrobn´azpr´ava (ve form´atu dokumentu PDF) s v´ysledky n´avrhu osvˇetlen´ı a jeho funkˇcnosti je pˇriloˇzena k diplomov´epr´aci na CD. V t´eto podkapitole bude ke zn´azornˇen´ıfunkˇcnosti n´avrhu sv´ıtidla a plnˇen´ız´akonn´ych poˇzadavk˚upouˇzit pˇrehled v´ysledk˚u, kter´yposkytuje prostˇred´ısoftwaru Dialux EVO. Anal´yza byla provedena na krajn´ıch hodnot´ach nastaven´ızdroje sv´ıtidla. Na obr´azc´ıch

3.1 a 3.2 jsou zobrazeny v´ysledky dosaˇzen´epˇri nejvyˇsˇs´ıch hodnot´ach TCH = 5000 K a svˇeteln´eho toku na zdroji Φ = 3190 lm, kter´ebyly definov´any v ˇc´asti 2.2.3, zab´yvaj´ıc´ıse ˇr´ızen´ım svˇeteln´eho zdroje sv´ıtidla. Obr´azky 3.3 a 3.4 zobrazuj´ıpˇrehled v´ysledk˚unaopak pro nastaven´ısv´ıtidla na

TCH = 3000 K a Φ = 1779 lm na zdroji.

85 Obr´azek 3.1: Dialux EVO–pˇrehled v´ysledk˚um´ıstnosti Herna pro 5000 K: Kaˇzd´asrovn´avac´ırovina je pojmenov´ana podle um´ıstˇen´ıa veliˇciny, kterou na n´ıhodnot´ıme. U kaˇzd´eroviny pak sloupec vlevo zobrazuje stˇredn´ıhodnotu osvˇetlenosti v jednotk´ach lx. Vpravo je vyobrazena rovnomˇernost osvˇetlen´ı, kter´ajednotku nem´a.Zelen´yˇctverec zcela vpravo znaˇc´ıplnˇen´ız´akonn´ych poˇzadavk˚upro mateˇrsk´eˇskoly. Cerven´abarvaˇ tohoto znaku vyjadˇruje opak.

86 Obr´azek 3.2: Dialux EVO–pˇrehled v´ysledk˚uOddechov´em´ıstnosti pro 5000 K: Kaˇzd´asrovn´avac´ı rovina je pojmenov´ana podle um´ıstˇen´ıa veliˇciny, kterou na n´ıhodnot´ıme. U kaˇzd´eroviny pak sloupec vlevo zobrazuje stˇredn´ıhodnotu osvˇetlenosti v jednotk´ach lx. Vpravo je vyobrazena rov- nomˇernost osvˇetlen´ı, kter´ajednotku nem´a.Zelen´yˇctverec zcela vpravo znaˇc´ıplnˇen´ız´akonn´ych poˇzadavk˚upro mateˇrsk´eˇskoly. Cerven´abarvaˇ tohoto znaku vyjadˇruje opak.

87 Obr´azek 3.3: Dialux EVO–pˇrehled v´ysledk˚um´ıstnosti Herna pro 3000 K: Kaˇzd´asrovn´avac´ırovina je pojmenov´ana podle um´ıstˇen´ıa veliˇciny, kterou na n´ıhodnot´ıme. U kaˇzd´eroviny pak sloupec vlevo zobrazuje stˇredn´ıhodnotu osvˇetlenosti v jednotk´ach lx. Vpravo je vyobrazena rovnomˇernost osvˇetlen´ı, kter´ajednotku nem´a.Zelen´yˇctverec zcela vpravo znaˇc´ıplnˇen´ız´akonn´ych poˇzadavk˚upro mateˇrsk´eˇskoly. Cerven´abarvaˇ tohoto znaku vyjadˇruje opak.

88 Obr´azek 3.4: Dialux EVO–pˇrehled v´ysledk˚uOddechov´em´ıstnosti pro 3000 K: Kaˇzd´asrovn´avac´ı rovina je pojmenov´ana podle um´ıstˇen´ıa veliˇciny, kterou na n´ıhodnot´ıme. U kaˇzd´eroviny pak sloupec vlevo zobrazuje stˇredn´ıhodnotu osvˇetlenosti v jednotk´ach lx. Vpravo je vyobrazena rov- nomˇernost osvˇetlen´ı, kter´ajednotku nem´a.Zelen´yˇctverec zcela vpravo znaˇc´ıplnˇen´ız´akonn´ych poˇzadavk˚upro mateˇrsk´eˇskoly. Cerven´abarvaˇ tohoto znaku vyjadˇruje opak.

Na v´yˇse zobrazen´ych v´ysledc´ıch je t´emˇeˇrve vˇsech pˇr´ıpadech zobrazen zelen´ysymbol znaˇc´ıc´ı plnˇen´ız´akonn´ych poˇzadavk˚u. Na m´ıstech zrakov´eho ´ukonu (stolech) lze pozorovat rovnomˇernost osvˇetlen´ıbl´ızkou ˇc´ıslu 1, kter´eznaˇc´ıide´aln´ıpˇr´ıpad rozloˇzen´ıintenzity na ploˇse. Intenzita osvˇetlen´ı na vˇsech tˇechto ploch´ach pˇrevyˇsuje hodnotu 500 lx, kter´aje poˇzadov´ana. Pˇri hodnocen´ıv´ysledk˚u nejd˚uleˇzitˇejˇs´ıplochy n´avrhu, srovn´avac´ıroviny Herna–osvˇetlenost (0,45 m)“, pˇrevyˇsuje osvˇetlenost ” plochy, jej´ırovnomˇernost a index UGR minim´aln´ıpoˇzadovan´e hodnoty, kter´ejsou urˇceny tabulkou 3.1. D´ale lze pozorovat velmi n´ızkou hodnotu indexu oslnˇen´ıUGR, na kterou byl kladen znaˇcn´y d˚uraz bˇehem n´avrhu sv´ıtidla. Maxim´aln´ı hodnoty nab´yv´aindex UGR v Oddechov´em´ıstnosti na rovinˇeve v´yˇsce 1,08 m pˇri nejvˇetˇs´ıhodnotˇesvˇeteln´eho toku zdroje (nastaven´ı5000 K). Hod- noty teploty chromatiˇcnosti 5000 K vˇsak nab´yv´aosvˇetlovac´ısoustava pouze na kr´atk´yokamˇzik v ˇcase nejvˇetˇs´ı aktivity, ve kter´em by se v Oddechov´em´ıstnosti nemˇel nikdo pohybovat. Nao- pak pˇri hodnotˇeminim´aln´ıho svˇeteln´eho toku sv´ıtidla (nastaven´ı3000 K) je cel´yprostor mateˇrsk´e ˇskoly t´emˇeˇrbez oslnˇen´ı. V cel´em n´avrhu osvˇetlen´ıpˇredˇskoln´ıho zaˇr´ızen´ınen´ısplnˇen poˇzadavek na minim´aln´ıosvˇetlenost 300 lx pouze pˇri nastaven´ıosvˇetlovac´ı soustavy na relaxaˇcn´ıreˇzim v Od- dechov´em´ıstnosti pˇri teplotˇechromatiˇcnosti 3000 K. U tohoto nedostatku je vhodn´ezv´aˇzit, zda je pˇri pl´anovan´em odpoˇcinku po obˇedˇeod 12:00 do 14:00 (tab. 2.4) nutn´aosvˇetlenost prostoru na hodnotu 300 lx.

Index UGR

Rovina hodnocen´ıoslnˇen´ıpomoc´ıindexu UGR byla v simulaci osvˇetlen´ınastavena podle vyhl´aˇsky 410/2005 Sb. do v´yˇsky 0,45 m. Dle r˚ustov´eho grafu se vˇsak v´yˇska dˇet´ıve vˇeku od tˇr´ıdo ˇsesti let

89 rovn´apr˚umˇern´ehodnotˇe1,08 m. Tento ´udaj byl z´ısk´anz r˚ustov´ych graf˚udostupn´ych na http: //www.szu.cz. Pr˚umˇern´av´yˇska d´ıtˇete v z´avislosti na jeho vˇeku a pohlav´ıje uvedena v tabulce 3.3. Do prostˇred´ıprogramu pro n´avrh osvˇetlen´ıbyla tak vloˇzena dalˇs´ısrovn´avac´ırovina hodnot´ıc´ı index oslnˇen´ıUGR ve v´yˇsce 1,08 m, kter´azohledˇnuje pr˚umˇernou v´yˇsku d´ıtˇete a hodnot´ıoslnˇen´ı pˇri pohybu dˇet´ıv osvˇetlovan´em prostoru.

Tabulka 3.3: Pr˚umˇern´av´yˇska d´ıtˇete v z´avislosti na jeho vˇeku a pohlav´ı. Pˇrevzato z http://www. szu.cz Vˇek [let] Pr˚umˇern´av´yˇska d´ıvky [m] Pr˚umˇern´av´yˇska chlapce [m]

3 0,96 0,98 4 1,04 1,06 5 1,12 1,12 6 1,18 1,19

Aritmetick´ypr˚umˇer: 1,07 1,08

Pozn´amka

Dialux Evo pouˇz´ıv´apro v´ypoˇcet osvˇetlenosti bodovou metodu. Za bodov´yzdroj se povaˇzuje sv´ıtidlo (resp. svˇeteln´yzdroj), jehoˇzrozmˇery sv´ıt´ıc´ıho povrchu jsou zanedbateln´ev porovn´an´ıse vzd´alenost´ı od osvˇetlovan´eho okol´ıkontroln´ıho bodu. Pokud je nejvˇetˇs´ı rozmˇer sv´ıt´ıc´ıplochy sv´ıtidla menˇs´ı, neˇzjedna pˇetina vzd´alenosti sv´ıtidla od nejbliˇzˇs´ıho kontroln´ıho m´ısta, je chyba v´ypoˇctu menˇs´ı neˇz5 % [10]. V n´avrhu osvˇetlen´ıprostoru navrˇzen´ym sv´ıtidlem nen´ıtato podm´ınka splnˇena ani pro jeden z poloprostor˚u. Nejvˇetˇs´ırozmˇer sv´ıt´ıc´ıplochy sv´ıtidla nen´ıani v jednom pˇr´ıpadˇemenˇs´ı, neˇzjedna pˇetina vzd´alenosti sv´ıtidla od nejbliˇzˇs´ıho kontroln´ıho m´ısta. V n´avrhu osvˇetlen´ıv t´eto pr´aci nen´ıtedy zaruˇceno, ˇze chyba v´ypoˇctu je niˇzˇs´ıjak 5 %.

90 4 POROVNAN´ ´INAVRHU´ OSVETLENˇ ´I S KONVENCNˇ ´IM NAVRHEM´ Z HLEDISKA ENERGETICKEN´ ARO´ CNOSTIˇ A KVALITY OSVETLENˇ ´I

Konvenˇcn´ım sv´ıtidlem, se kter´ym je navrˇzen´eosvˇetlen´ıv trendu HCL porovn´av´ano v t´eto kapi- tole je bˇeˇzn´ekancel´aˇrsk´estropn´ısv´ıtidlo ECOLITE PILO TL240–LED36W 120CM [69]. Kˇrivky sv´ıtivosti obou produkt˚ujsou uvedeny na obr´azku 4.1. V prvn´ıf´azi jsou shrnuty a uvedeny para- metry tˇechto dvou sv´ıtidel v tabulce 4.1. V n´asleduj´ıc´ım kroku je n´avrh prostoru mateˇrsk´eˇskoly vytvoˇren´yv kapitole 3 osvˇetlen konvenˇcn´ım produktem Ecolite PILO. Podrobn´azpr´ava osvˇetlen´ı prostoru je opˇet k nalezen´ına pˇriloˇzen´em CD.

Obr´azek 4.1: Pol´arn´ıgrafy srovn´avan´ych sv´ıtidel: Vlevo kˇrivka sv´ıtivosti HCL produktu. Vpravo konvenˇcn´ısv´ıtidlo Ecolite PILO TL240.

Uˇzz tabulky porovn´an´ı4.1 lze posoudit tato dvˇesv´ıtidla. Kromˇe toho, ˇze HCL sv´ıtidlo je zˇrejmˇeˇrazeno do vyˇsˇs´ıkategorie sv´ıtidel d´ıky moˇznosti dynamick´eho ˇr´ızen´ızdroje a sm´ıˇsen´emu typu osvˇetlen´ıprostoru, pˇrevyˇsuje nad konvenˇcn´ıvariantou Ecolite PILO zejm´ena ve faktorech ovlivˇnuj´ıc´ıch pocitov´ystav osob vyskytuj´ıc´ıch se v osvˇetlovan´em prostoru. HCL produkt m´aznaˇcnˇe vyˇsˇs´ıhodnotu indexu pod´an´ıbarev Ra, coˇzznaˇc´ıvˇetˇs´ıpodobnost denn´ımu svˇetlu. Jak moc je d˚uleˇzit´epro ˇclovˇeka denn´ısvˇetlo, bylo jiˇzpops´ano v prvn´ıpolovinˇeteoretick´eˇc´asti t´eto pr´ace (kap. 1). Sv´ıtidlo v trendu HCL d´ale nezp˚usobuje t´emˇeˇrˇz´adn´eoslnˇen´ıa tak dopˇr´av´avˇetˇs´ızra- kovou pohodu. Srovn´avan´ykonvenˇcn´ıprodukt zato vytv´aˇr´ınadmˇern´eoslnˇen´ı, kter´edokonce dle konkr´etn´ısmyˇslen´esimulace osvˇetlen´ıv Dialuxu Evo nepln´ız´akonn´epoˇzadavky. Ovˇeˇrit si toto tvrzen´ıje moˇzn´evloˇzen´ım pˇriloˇzen´eho souboru obsahuj´ıc´ıho kˇrivky sv´ıtivosti sv´ıtidla Ecolite PILO TL240 do prostˇred´ıDialuxu Evo a prov´est simulaci osvˇetlen´ıprostoru mateˇrsk´eˇskoly. Dalˇs´ıvel- kou v´yhodou sm´ıˇsen´eho osvˇetlen´ıa HCL produktu je, ˇze oproti pˇr´ım´emu osvˇetlen´ınedoch´az´ıtolik k tvorbˇeostr´ych tmav´ych st´ın˚ua velk´ych kontrast˚ujas˚u. Jelikoˇzvyzaˇruje svˇeteln´ytok HCL sv´ıtidla z´aroveˇndo doln´ıho i horn´ıho poloprostoru, mˇelo by doch´azet k vyˇsˇs´ırovnomˇernosti osvˇetlen´ıa v osvˇetlovan´em prostoru tak vznikat mˇekˇc´ıa pˇr´ıjemnˇejˇs´ı st´ıny. Naopak mezi nev´yhody HCL sv´ıtidla patˇr´ızejm´ena vysok´apoˇrizovac´ıcena a spotˇreba elektrick´e

91 energie. Ve srovn´an´ıs konvenˇcn´ım sv´ıtidlem od v´yrobce Ecolite m´apoloviˇcn´ıhodnotu svˇeteln´eho v´ytˇeˇzku a dvakr´atvˇetˇs´ıspecifick´ypˇr´ıkon. Tedy pˇri vyz´aˇren´ıstejn´eho svˇeteln´eho toku z obou typ˚u sv´ıtidel spotˇrebuje HCL sv´ıtidlo dvakr´atv´ıce energie. D´ale lze usoudit dle n´avrhu v kapitole 2, ˇze poˇrizovac´ıcena takov´ehoto HCL produktu bude nˇekolikr´at vyˇsˇs´ıoproti konvenˇcn´ıvariantˇe. Na z´akladˇetˇechto informac´ıje moˇzn´eobecnˇetvrdit, ˇze interi´erov´esv´ıtidlo v trendu HCL je t´emˇeˇr ve vˇsech ohledech finanˇcnˇen´aroˇcnˇejˇs´ıoproti konvenˇcn´ı variantˇeosvˇetlen´ı. Pˇri porovn´an´ısv´ıtidla vytvoˇren´eho v t´eto pr´aci s konvenˇcn´ım sv´ıtidlem Ecolite TL240 v softwaru Dialux Evo nebyly nalezeny dalˇs´ız´asadn´ırozd´ıly kromˇev´yˇse zm´ınˇen´ych.

Tabulka 4.1: Srovn´an´ı parametr˚unavrˇzen´eho HCL produktu s konvenˇcn´ım LED kancel´aˇrsk´ym sv´ıtidlem ECOLITE PILO TL240 [69]. Parametry Sv´ıtidlo v trendu HCL ECOLITE PILO TL240

Typ sv´ıtidla z´avˇesn´e stropn´ı Typ osvˇetlen´ı sm´ıˇsen´e pˇr´ım´e Dynamick´eˇr´ızen´ı ano ne Vyzaˇrovac´ı´uhel [◦] 75 120 Zivotnostˇ [hod.] > 50000 > 30000 Zdroj 30×High Power LED RGBW 200×SMD LED Pˇr´ıkon zdroje [W] 42 (pˇri 5000 K) 36

Tch [K] 3000–5000 4100 Ra [-] > 90 > 80 UGR (n´avrh mateˇrsk´aˇskola) [-] < 13, 8 < 22, 3 Svˇeteln´yv´ytˇeˇzek [lm/W] 51,2 100,4 Specificky pˇr´ıkon [W/m2] 12,9 6,55 Cena [Kˇc] v jednotk´ach tis´ıc˚uKˇc 890

92 ZAV´ ERˇ

Souˇcasn´ystav pozn´an´ıv oblasti vlivu umˇel´eho osvˇetlen´ına ˇclovˇeka, byl pops´ans d˚urazem na cit- livost cirkadi´ann´ıho syst´emu lidsk´eho tˇela. Tato ˇc´ast pr´ace uv´ad´ınˇekolik konkr´etn´ıch model˚ucitli- vosti, kter´evznikaly bˇehem postupn´eho v´yvoje a objevov´an´ı v oblasti HCL. V teoretick´eˇc´asti d´ale n´asledovalo c´ılen´epˇredstaven´ıjednotliv´ych veliˇcin a metod, kter´ejsou n´aslednˇepouˇz´ıv´any bˇehem cel´eho n´avrhu a fin´aln´ıho hodnocen´ısv´ıtidla jako krit´eria. Tuto rozs´ahlou, a na znaˇcn´em mnoˇzstv´ı liter´arn´ıch zdroj˚uzaloˇzenou kapitolu, ukonˇcuje nast´ınˇen´ıobecn´eho modelu sv´ıtidla v trendu HCL a z´akladn´ıv´ypoˇcet tepeln´eho managementu LED svˇeteln´eho zdroje.

Po obs´ahl´em teoretick´em ´uvodu byl n´avrh sv´ıtidla zapoˇcat definic´ısvˇeteln´eho zdroje. Z velk´eho mnoˇzstv´ı dnes dostupn´ych LED svˇeteln´ych diod byl vybr´an jako nejvhodnˇejˇs´ı produkt Osram

Oslon SSL150 RGBW zejm´ena kv˚uli vysok´ehodnotˇeindexu pod´an´ı barev Ra > 90, velk´emu svˇeteln´emu toku a vlastnostem tepeln´eho managementu LED. Zmˇeˇren´ım tˇechto svˇeteln´ych diod ve svˇeteln´elaboratoˇri na Ustavu´ Elektroenergetiky, nach´azej´ıc´ım se na FEKT VUT v Brnˇe, byla z´ısk´ana vstupn´ıdata pro optick´yn´avrh a ˇr´ızen´ıspektr´aln´ıho zdroje sv´ıtidla. D˚usledn´ym n´avrhem svˇeteln´eho zdroje byl tak vytvoˇren vhodn´yz´aklad pro d´ale zpracovan´yoptick´yn´avrh sv´ıtidla.

Mezi hlavn´ıv´yhody optick´eho n´avrhu sv´ıtidla, proveden´eho v programu LighTools a ˇrad´ıc´ıho se do kategorie sm´ıˇsen´eho osvˇetlen´ı, patˇr´ı dosaˇzen´ı poˇzadovan´eho pomˇeru v´ystupu svˇeteln´eho toku jak do horn´ıho, tak spodn´ıho poloprostoru osvˇetlovan´em´ıstnosti. Pˇribliˇznˇe83 % vyz´aˇren´eho toku dopad´ado spodn´ıho poloprostoru a tvoˇr´ı pˇr´ım´eosvˇetlen´ı. Zbytek energie osvˇetluje strop m´ıstnosti a reprezentuje nepˇr´ımou sloˇzku osvˇetlen´ı. Takto vyv´aˇzen´erozdˇelen´ısvˇeteln´eho toku za- jist´ırovnomˇernou osvˇetlenost prostoru, sn´ıˇz´ımnoˇzstv´ı tmav´ych st´ın˚ua velk´ych kontrast˚ujas˚u, ˇc´ımˇzbude cel´yosvˇetlovan´yprostor pro ˇclovˇeka pohodlnˇejˇs´ı. Bude doch´azet k lepˇs´ımu vizu´aln´ımu vjemu lidsk´eho oka a zlepˇs´ıse svˇeteln´apohoda tohoto prostˇred´ı. Uˇcinnost´ cel´eho optick´eho syst´emu je rovna 67 % a pˇrevyˇsuje odhadovanou hodnotu. D´ale je doc´ıleno rovnomˇern´eho rozloˇzen´ıinten- zity a barevn´ehomogenity na obou v´ystupech sv´ıtidla. Pˇri ˇr´ızen´ı zdroje tak nebude doch´azet k viditeln´ym barevn´ym rozd´ıl˚um a vyzaˇruj´ıc´ısvˇetlo bude mˇekk´e, homogenn´ıa v kaˇzd´em smˇeru co nejv´ıce spektr´alnˇeshodn´e.

Hlavn´ıpˇrednost´ısv´ıtidla je znaˇcn´apodobnost denn´ımu svˇetlu, coˇzdokazuj´ıhodnoty index˚u

Rf = 91, 6, Ra = 91, 6 a Rg = 104, 2, kter´ese nav´ıc nach´azej´ıv mez´ıch toleranc´ı(stanoven´ych v kap. 1.6.2) s hodnotami odchylek ∆uv = 0, 00289 a Duv = 0, 003 . Hlavn´ıfunkc´ıˇrad´ıc´ısv´ıtidlo do kategorie HCL je dynamick´eˇr´ızen´ı zdroje, kter´ebylo v t´eto pr´aci provedeno na konkr´etn´ı aplikaci osvˇetlen´ıpro pˇredˇskoln´ızaˇr´ızen´ı. M´ıra ovlivnˇen´ılidsk´eho organismu navrˇzen´ym sv´ıtidlem byla hodnocena pomoc´ıHCL veliˇciny av,mel (ˇcinitel cirkadi´ann´ı´uˇcinnosti) a metody α-osvˇetlen´ı na krajn´ıch hodnot´ach ˇr´ızen´ısvˇeteln´eho zdroje 3000 K a 5000 K. Hodnota av,mel = 0, 72 pro 5000 K vyjadˇruje stimul cirkadi´ann´ıho syst´emu velmi podobn´ytakov´emu, jak´yvyvol´av´anormalizovan´e denn´ı svˇetlo D50. Tato skuteˇcnost je dalˇs´ım mˇeˇr´ıtkem podobnosti spektr´aln´ıho sloˇzen´ı zdroje navrˇzen´eho sv´ıtidla denn´ımu svˇetlu.

Funkˇcnost n´avrhu sv´ıtidla spolu s plnˇen´ım z´akonn´ych poˇzadavk˚ubyla ovˇeˇrena na n´avrhu osvˇetlen´ımateˇrsk´eˇskoly v softwaru Dialux EVO. Tato simulace osvˇetlovac´ısoustavy na konkr´etn´ı aplikaci byla velmi v´yznamn´apˇri optick´em n´avrhu sv´ıtidla. Pracovat v obou softwarech souˇcasnˇea v co nejvˇetˇs´ım´ıˇre vyuˇz´ıt jejich moˇznost´ıa funkcionality, umoˇznilo vytvoˇrit vyrobiteln´ya funkˇcn´ı produkt. Sv´ıtidlo v trendu HCL bylo tak navrˇzeno na m´ıru vytvoˇren´eaplikaci v programu Dialux EVO.

93 Z porovn´an´ıvyvinut´eho produktu s konvenˇcn´ıalternativou proveden´eho v posledn´ıkapitole pr´ace je zˇrejm´e, ˇze nedostatkem sv´ıtidla v trendu HCL je finanˇcn´ıstr´anka. Konvenˇcn´ısv´ıtidlo Ecolite PILO TL240 m´advakr´atniˇzˇs´ıspotˇrebu elektrick´eenergie, pravdˇepodobnˇenˇekolikr´atniˇzˇs´ı poˇrizovac´ıcenu a dvakr´atvyˇsˇs´ıhodnotu svˇeteln´eho v´ytˇeˇzku [lm/W]. Pˇri n´avrhu osvˇetlen´ıje tedy d˚uleˇzit´esi zvolit, zda bude kladen d˚uraz na finanˇcn´ıstr´anku nebo na kvalitu svˇetla p˚usob´ıc´ıho na ˇclovˇeka. Tyto dva pohledy jsou dle diplomov´epr´ace protich˚udn´e.

Pˇr´ınosem t´eto diplomov´epr´ace je zejm´ena vyzdviˇzen´ıt´ematu Human Centric Lightin a od˚uvodnˇen´ı jeho d˚uleˇzitosti. U n´avrhu sv´ıtidel i cel´ych osvˇetlovac´ıch soustav ˇcasto rozhoduj´ıparametry, jako mnoˇzstv´ısvˇetla a energetick´a´uˇcinnost, pˇriˇcemˇzna kvalitu svˇetla je ˇcasto zapom´ın´ano. Neust´al´e opakov´an´ıv´yznamu a d˚uleˇzitosti kvality svˇeteln´eho prostˇred´ı, ve kter´em tr´av´ımnoz´ız n´asvelk´e mnoˇzstv´ıˇcasu, by mohlo v´est k vˇetˇs´ımu uvˇedomˇen´ı, pochopen´ıt´ematu a zaˇrazen´ıkvality svˇetla mezi hlavn´ıparametry n´avrhu. Pr´ace m˚uˇze slouˇzit tak´ejako jak´ysi pr˚uvodce pˇri n´avrhu sv´ıtidla v trendu HCL.

Smˇer dalˇs´ıho v´yzkumu by mohl v´est ke zlepˇsen´ıa zkvalitnˇen´ın´avrhu jak cel´eho sv´ıtidla, tak jeho zdroje. Moˇzn´ainovace zdroje se nab´ız´ınapˇr´ıklad ve volbˇe vˇetˇs´ıho poˇctu b´ıl´ych LED se souˇcasn´ym sn´ıˇzen´ım poˇctu barevn´ych diod. Pˇri n´avrhu osvˇetlen´ı mateˇrsk´eˇskoly byl podhodnocen svˇeteln´y tok sv´ıtidla vzhledem k z´akonn´ym poˇzadavk˚um pˇri nastaven´ı zdroje na teplotu chromatiˇcnosti 3000 K. Inovace n´arvhu by tak vedla k dosaˇzen´ıvyˇsˇs´ıho svˇeteln´eho toku sv´ıtidla a odstranˇen´ıtohoto nedostatku n´avrhu. Prostor se nab´ız´ıi napˇr´ıklad ve volbˇezp˚usobu uspoˇr´ad´an´ıLED na DPS nebo zv´yˇsen´ı´uˇcinnosti cel´eho optick´eho syst´emu sv´ıtidla.

Z v´yˇse uveden´eho je zˇrejm´e, ˇze c´ıle pr´ace definovan´ev zad´an´ıbyly v pln´em rozsahu splnˇeny.

94 SEZNAM POUZITˇ YCH´ ZDROJU˚

[1] PROVENCIO I., G. JIANG, W.J. DE GRIP et al. Melanopsin: An opsin in melanophores, brain, and eye. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [online]. 1998, 95(1), s. 340-345 [cit. 2018-02-27]. PMID: 9419377. ISSN 1091- 6490. Dostupn´ez: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC18217

[2] MAIEROVA,´ Lenka. Svˇeteln´e prostˇred´ı v budov´ach: Nevizu´aln´ı vn´ım´an´ı svˇetla a inter-individu´aln´ı rozd´ıly [online]. Praha, 2015 [cit. 2018-02-27], 218 s. Dostupn´e z: http://tzb.fsv.cvut.cz/vyucujici/76/dis-svetelne-prostredi-v-budovach. pdf. Disertaˇcn´ıpr´ace. Cesk´evysok´euˇcen´ıtechnick´evˇ Praze, Fakulta stavebn´ı.

[3] CZEISLER, C.A. a J.J. GOOLEY. Sleep and Circadian Rhythms in Humans. Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology [online]. 2007, 72(1), s. 579-597 [cit. 2018-02- 27]. DOI: 10.1101/sqb.2007.72.064. ISSN 0091-7451. Dostupn´ez: http://symposium. cshlp.org/cgi/doi/10.1101/sqb.2007.72.064

[4] EUGENIA, V. Ellis, E.W. GONZALEZ, D.A. KRATZER et al. Auto-tuning Daylight with LEDs: Sustainable Lighting for Health and Wellbeing. In: Architectural Research Conference [online]. Charlotte, 2013, s. 465-473 [cit. 2018-03-04]. Dostupn´ez: http:// www.arcc-journal.org/index.php/repository/article/view/202/156

[5] REA, Mark S., John D. BULLOUGH a Mariana G. FIGUEIRO. Phototransduction for human melatonin suppression. Journal of Pineal Research [online]. 2002, 32(4), s. 209-213 [cit. 2018-03-05]. DOI: 10.1034/j.1600-079X.2002.01881.x. ISSN 0742-3098. Dostupn´ez: http://doi.wiley.com/10.1034/j.1600-079X.2002.01881.x

[6] BRAINARD, George C., David SLINEY, John P. HANIFIN et al. Sensitivity of the Human Circadian System to Short-Wavelength (420-nm) Light. Journal of Biological Rhythms [online]. 2008, 23(5), s. 379-386 [cit. 2018-03-08]. DOI: 10.1177/0748730408323089. ISSN 0748-7304. Dostupn´ez: http://journals.sagepub. com/doi/10.1177/0748730408323089

[7] REA, M.S., M.G. FIGUEIRO, A. BIERMAN a R. HAMNER. Modelling the spectral sensitivity of the human circadian system [online]. 2012, 44(4), s. 386-396 [cit. 2018-03- 04]. DOI: 10.1177/1477153511430474. ISSN 1477-1535. Dostupn´ez: http://journals. sagepub.com/doi/10.1177/1477153511430474

[8] FIGUEIRO, Mariana G., John D. BULLOUGH a Mark S. REA. Spectral Sensitivity of the Circadian System [online]. 2004, s. 207-214 [cit. 2018-03-15]. DOI: 10.1117/12.511856. Do- stupn´ez: http://proceedings.spiedigitallibrary.org/proceeding.aspx?doi=10. 1117/12.511856

[9] REA, Mark S., Mariana G. FIGUEIRO, John D. BULLOUGH et al. A model of phototransduction by the human circadian system. Brain Research Reviews [on- line]. 2005, 50(2), s. 213-228 [cit. 2018-04-03]. DOI: 10.1016/j.brainresrev.2005.07.002. ISSN 01650173. Dostupn´e z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/ S0165017305001104

[10] HABEL, Jiˇr´ı. Svˇetlo a osvˇetlov´an´ı. 2.vyd. Praha: FCC Public, 2013, 622 s. ISBN 978-80- 86534-21-3

95 [11] ROTREKL, M. Hodnocen´ı oslnˇen´ı vnitˇrn´ıch a venkovn´ıch osvˇetlovac´ıch soustav [on- line]. Brno, 2015 [cit. 2018-03-13], 71 s. Dostupn´ez: https://dspace.vutbr.cz/handle/ 11012/39071. Diplomov´apr´ace. Vysok´euˇcen´ıtechnick´ev Brnˇe, Fakulta elektrotechniky a komunikaˇcn´ıch technologi´ı.

[12] THAPAN, Kavita, Josephine ARENDT a Debra J. SKENE. An action spectrum for melatonin suppression: evidence for a novel non-rod, non-cone photoreceptor system in humans. The Journal of Physiology [online]. 2001, 535(1), s. 261-267 [cit. 2018-03-24]. DOI: 10.1111/j.1469-7793.2001.t01-1-00261.x. ISSN 00223751. Dostupn´ez: http://doi. wiley.com/10.1111/j.1469-7793.2001.t01-1-00261.x

[13] LUCAS, Robert J., Stuart N. PEIRSON, David M. BERSON, et al. Measuring and using light in the melanopsin age. Trends in Neurosciences [online]. 2014, 37(1), s. 1- 9 [cit. 2018-03-04]. DOI: 10.1016/j.tins.2013.10.004. ISSN 01662236. Dostupn´ez: http: //linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0166223613001975

[14] CIE TN 003:2015. Report on the First International Workshop on Circadian and Neu- rophysiological Photometry [online]. 2013, 39 s. [cit. 2018-04-21]. Dostupn´e z: http: //files.cie.co.at/785_CIE_TN_003-2015.pdf

[15] SPˇ EROV´ A,´ Lenka. Cirkadi´ann´ırytmy u ˇclovˇeka [online]. Brno, 2008 [cit. 2018-02-27], 62 s. Dostupn´ez: https://is.muni.cz/th/174284/prif_b/BAKALARSKA_PRACE.pdf. Ba- kal´aˇrsk´apr´ace. Masarykova univerzita, Pˇr´ırodovˇedeck´a fakulta. Vedouc´ıpr´ace doc. RNDr. Miroslav Kr´al´ık, Ph.D.

[16] FUKSA, Anton´ın. Svˇetlo a biologick´ehodiny. Svˇetlo: ˇcasopis pro svˇetlo a osvˇetlov´an´ı. Praha: FCC Public, 2010, (6), s. 56-58. ISSN 1212-0812.

[17] MARKWELL, Emma. IpRGCs contributions to the post-illumination pupile response and circadian rhythm [online]. Queensland, 2011 [cit. 2018-03-15]. Dostupn´ez: https: //eprints.qut.edu.au/44136/. Disertaˇcn´ıpr´ace. School of Optometry and Institute of Health and Biomedical Innovation.

[18] BRAINARD, George C., John P. HANIFIN, Jeffrey M. GREESON et al. Action Spectrum for Melatonin Regulation in Humans: Evidence for a Novel Circadian Photoreceptor. The Journal of neuroscience [online]. 2001, 21(16), s. 6405-6412 [cit. 2018-03-24]. Dostupn´e z: https://www.researchgate.net/publication/11854925_ Action_Spectrum_for_Melatonin_Regulation_in_Humans_Evidence_for_a_Novel_ Circadian_Photoreceptor

[19] ZANDE, Bianca. Human Centric Lighting. In: Http://www.lighting.philips.com [on- line]. 2016 [cit. 2018-02-27]. Dostupn´e z: http://www.lighting.philips.com/main/ education/lighting-university

[20] MAIEROVA,´ Lenka. Svˇeteln´eprostˇred´ı v budov´ach z pohledu nevizu´aln´ıho vn´ım´an´ı svˇetla. In: Sympozium Spoleˇcnosti pro techniku prostˇred´ı [online]. Buˇstˇehrad, 2015, s. 167-172 [cit. 2018-02-27]. Dostupn´e z: http://www.uceeb.cz/system/files/ souboryredakce/maierova_svetelne_prostredi_v_budovach.pdf

[21] DVORˇAK,´ P. Vliv modr´eho svˇetla na lidsk´yorganismus [online]. Brno, 2016 [cit. 2017- 12-12], 78 s. Dostupn´ez: https://dspace.vutbr.cz/handle/11012/60483. Bakal´aˇrsk´a

96 pr´ace. Vysok´euˇcen´ıtechnick´ev Brnˇe, Fakulta elektrotechniky a komunikaˇcn´ıch techno- logi´ı.

[22] MATOUSEK,ˇ Jiˇr´ı. Vliv svˇetla a osvˇetlen´ı na ˇclovˇeka [online]. 2004 [cit. 2017-12-12]. Dostupn´e z: http://elektro.tzb-info.cz/osvetleni/ 1794-vliv-svetla-a-osvetleni-na-cloveka

[23] STˇ EPˇ ANEK,´ J. a J. SKODA.ˇ Cirkadi´ann´ıaktivaˇcn´ıindex denn´ıho svˇetla. Svˇetlo: ˇcasopis pro svˇetlo a osvˇetlov´an´ı. Praha: FCC Public, 2017, (3), s. 41-43. ISSN 1212-0812.

[24] ARISOVA,´ Kristina. Biologick´easpekty stresu [online]. Praha, 2013 [cit. 2018-02-27], 58 s. Dostupn´ez: https://is.cuni.cz/webapps/zzp/detail/123681/. Bakal´aˇrsk´apr´ace. Univerzita Karlova v Praze, Filozofick´afakulta.

[25] MELOVA,´ Soˇna. Vliv osvˇetlen´ı na fungov´an´ı biologick´ych hodin [on- line]. 2014 [cit. 2018-02-25]. Dostupn´e z: https://freyaled.com/cs/blog/ vliv-osvetleni-na-fungovani-biologickych-hodin

[26] RUBY, N. F. Role of Melanopsin in Circadian Responses to Light. Science [online]. 298(5601), s. 2211-2213 [cit. 2018-03-15]. DOI: 10.1126/science.1076701. ISSN 00368075. Dostupn´ez: http://www.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.1076701

[27] LUCAS, Robert J., Stuart N. PEIRSON, David BERSON et al. Irradiance Toolbox [on- line]. 2013, 19 s. [cit. 2018-04-21]. Dostupn´ez: http://personalpages.manchester.ac. uk/staff/robert.lucas/Lucas%20et%20al%202014%20suppl%20text.pdf

[28] ZEITZER, Jamie M., Derk-Jan DIJK, R.E. KRONAUER et al. Sensitivity of the hu- man circadian pacemaker to nocturnal light: melatonin phase resetting and suppres- sion. The Journal of Physiology [online]. 2000, 526(3), s. 695-702 [cit. 2018-03-04]. DOI: 10.1111/j.1469-7793.2000.00695.x. ISSN 00223751. Dostupn´ez: http://doi.wiley.com/ 10.1111/j.1469-7793.2000.00695.x

[29] GALL, Dietrich. Die Messung circadianer Strahlungsgr¨oßen. In: Licht und Gesundheit [online]. Berlin: Kistmacher, 2004, s. 120-138 [cit. 2018-03-18]. ISBN 3-9807635-0-1. Dostupn´e z: https://www.li.tu-berlin.de/fileadmin/a343115/Veranstaltungen/ Licht_und_Gesundheit/LuG_2004_digital.pdf

[30] MCLNTYRE, Iain M., Trevor R. NORMAN, Graham D. BURROWS et al. Human Me- latonin Suppression by Light is Intensity Dependent. Journal of Pineal Research [online]. 1989, 6(2), s. 149-156 [cit. 2018-04-06]. DOI: 10.1111/j.1600-079X.1989.tb00412.x. ISSN 0742-3098. Dostupn´ez: http://doi.wiley.com/10.1111/j.1600-079X.1989.tb00412. x

[31] FIGUEIRO, Mariana G., John D. BULLOUGH, Robert H. PARSONS a Mark S. REA. Preliminary evidence for spectral opponency in the suppression of melatonin by li- ght in humans. NeuroReport [online]. 2004, 15(2), s. 313-316 [cit. 2018-04-06]. DOI: 10.1097/00001756-200402090-00020. ISSN 0959-4965. Dostupn´ez: https://www.ncbi. nlm.nih.gov/pubmed/15076759

[32] DIN SPEC 5031. Strahlungsphysik im optischen Bereich und Lichttechnik - Teil 100: Uber¨ das Auge vermittelte, melanopische Wirkung des Lichts auf den Menschen - Gr¨oßen, Formelzeichen und Wirkungsspektren. Berlin: DIN Deutsches Institut f¨ur Normung, 2015.

97 [33] DAVID, Aurelien, Paul T. FINI, Kevin W. HOUSER, Yoshi OHNO et al. Development of the IES method for evaluating the color rendition of light sources. Optics Express [on- line]. 2015, 23(12), 19 s. [cit. 2018-02-18]. DOI: 10.1364/OE.23.015888. ISSN 1094-4087. Dostupn´ez: https://www.osapublishing.org/abstract.cfm?URI=oe-23-12-15888

[34] CSNˇ EN 12464-1. Svˇetlo a osvˇetlen´ı- Osvˇetlen´ıpracovn´ıch prostor˚u- C´astˇ 1: Vnitˇrn´ıpra- covn´ıprostory. Praha: Uˇrad´ pro technickou normalizaci, metrologii a st´atn´ızkuˇsebnictv´ı, 2012.

[35] NOVAK,´ Pavel. N´avrh a konstrukce pokroˇcil´eho LED osvˇetlovac´ıho syst´emu pro akv´arium. Bakal´aˇrsk´apr´ace. Brno: Vysok´euˇcen´ıtechnick´ev Brnˇe, Fakulta elektrotechniky a komu- nikaˇcn´ıch technologi´ı, Ustav´ elektroenergetiky, 2015, 48 s.

[36] SMITH, Joe. Designer’s Notebook: Calculating Color Temperature and Illuminance using the TAOS TCS3414CS Digital Color Sensor [online]. 2009, 7 s. [cit. 2018-04-26]. Dostupn´e z: http://ams.com/ger/content/view/download/145158

[37] ANSI ANSLG C78.377-2011. Specifications for the Chromaticity of Solid State Lighting Products. Washington: National Electrical Manufacturers Association, 2011.

[38] CIE 1960 color space. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001, 2016 [cit. 2018-04-26]. Dostupn´ez: https://en. wikipedia.org/wiki/CIE_1960_color_space

[39] VRTEK, Mojm´ır. Sluneˇcn´ı energie [online]. Ostrava [cit. 2018-05-25]. Dostupn´e z: https://kke.zcu.cz/export/sites/kke/old_web/_files/projekty/enazp/21/IUT/ 140_Slunecni_energie_-_Vrtek_-_P3.pdf. V´yukov´y text. Vysok´a ˇskola b´aˇnsk´a – Technick´auniverzita Ostrava.

[40] Spectrometers Prove to be Worthy Investment for Lighting Professionals. In: Dr. Bulb [online]. 2017 [cit. 2018-04-26]. Dostupn´e z: http://drbulb.com/ spectrometers-prove-to-be-worthy-investment-for-lighting-professionals

[41] CIE Position Statement on CRI and Colour Quality Metrics [on- line]. International commission on Illumination, 2015, 2 s. [cit. 2018-03-04]. Dostupn´e z: http://www.cie.co.at/publications/ position-statement-cri-and-colour-quality-metrics-october-15-2015

[42] YAGUCHI, H. CIE 2017 Colour Fidelity Index. In: Proceedings of the Conference on ”Smarter Lighting for Better Life”at the CIE Midterm Meeting. Jeju (South Korea), 2017, s. 10-16. DOI: 10.25039/x44.2017.IP04. ISBN 978-3-901906-95-4.

[43] What’s the difference between CRI, CQS, and IES TM-30 and why is it important?. In: Flexfireleds [online]. [cit. 2018-03-04]. Dostupn´ez: https://www.flexfireleds.com/ what-is-tm-30-15-and-cri-and-cqs

[44] ColorCalculator User Guide [online]. OSRAM Sylvania [cit. 2018-03-04]. Do- stupn´e z: https://www.osram.us/cb/tools-and-resources/applications/ led-colorcalculator/index.jsp

[45] SYLVANIA Tools and Resources. Sylvania [online]. LEDVANCE, 2016 [cit. 2018- 05-21]. Dostupn´ez: https://www.sylvania.com/en-us/tools-and-resources/Pages/ default.aspx#

98 [46] CRI IES RfRg. GitHub [online]. GitHub, 2018 [cit. 2018-05-21]. Dostupn´ez: https: //github.com/ksmet1977/CRI_IES_RfRg

[47] KOSˇC,ˇ Filip. Posouzen´ıoslnˇen´ıv soustav´ach s LED: Metrolux. In: Svˇetlo v praxi [online]. s. 23 [cit. 2018-01-20]. Dostupn´ez: http://svetlovpraxi.cz/wp-content/uploads/ 2016/05/UGR-Ing.-Filip-Ko%C5%A1%C4%8D.pdf

[48] STˇ EPˇ ANEK,´ Jaroslav, Jan SKODA,ˇ Michal KRBAL a Vojtˇech WASSERBAUER. Com- parison of light sources for household use due circadian effect. In: 17th International Scientific Conference on Electric Power Engineering (EPE) [online]. IEEE, 2016, s. 1-4 [cit. 2018-05-13]. DOI: 10.1109/EPE.2016.7521792. ISBN 978-1-5090-0908-4. Dostupn´ez: http://ieeexplore.ieee.org/document/7521792/

[49] AMUNDADOTTIR, M.L., M. LOCKLEY, M. ANDERSEN et al. A unified fra- mework for evaluating non-visual spectral effectiveness of ocular light exposure: key concepts [online]. Manchester: 28th CIE Session, 2015, 10 s. [cit. 2018-05-13]. Dostupn´e z: https://infoscience.epfl.ch/record/208817/files/Amundadottir_ Unified_framework_CIE2015_fullpaper.pdf

[50] WRIGHT, Maury. Speakers cover circadian disruption to healthcare assessment at new conference. LEDs Magazine [online]. 2017 [cit. 2017-12-12]. Dostupn´ez: http://www. ledsmagazine.com/articles

[51] DIN SPEC 67600. Biologically effective illumination: Design guidelines. Berlin: DIN De- utsches Institut f¨ur Normung, 2013.

[52] F.lux: software to make your life better [online]. 2014 [cit. 2018-04-24]. Dostupn´ez: https: //justgetflux.com/

[53] ZEMAN, Milan. Vliv teploty pˇrechodu na provozn´ıparametry a ˇzivotnost v´ykonn´ych mo- dul˚uLED [online]. Brno, 2012 [cit. 2018-05-07], 41 s. Dostupn´ez: https://www.vutbr. cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php?file_id=55386. Bakal´aˇrsk´apr´ace. Vy- sok´euˇcen´ıtechnick´ev Brnˇe, Fakulta elektrotechniky a komunikaˇcn´ıch technologi´ı.

[54] SCHENK, David. Optimalizace desky ploˇsn´eho spoje pro v´ykonovou LED [online]. Brno, 2013 [cit. 2018-05-07], 110 s. Dostupn´ez: https://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_ soubor_verejne.php?file_id=68151. Diplomnov´a pr´ace. Vysok´e uˇcen´ı technick´e v Brnˇe, Fakulta elektrotechniky a komunikaˇcn´ıch technologi´ı.

[55] SLAMA,´ Pavel. Vliv teploty na svˇetelnˇe-technick´eparametry LED [online]. Brno, 2015 [cit. 2018-05-07], 50 s. Dostupn´e z: https://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_ soubor_verejne.php?file_id=103110. Bakal´aˇrsk´a pr´ace. Vysok´e uˇcen´ı technick´e v Brnˇe, Fakulta elektrotechniky a komunikaˇcn´ıch technologi´ı.

[56] TALCˇ´IKOVA,´ Stanislava. Skoln´ıvzdˇel´avac´ıprogramˇ pro pˇredˇskoln´ıvzdˇel´av´an´ı: Zijemeˇ zdravˇe [online]. 10. srpna 2017, 36 s. [cit. 2018-05-07]. Dostupn´ez: http://zsrazova. net/wp-content/uploads/%C5%A0VP-M%C5%A0-Razov%C3%A1.pdf

[57] HORKY,´ L. Porovn´an´ı souˇcasn´ych svˇeteln´ych zdroj˚u [online]. Plzeˇn, 2012 [cit. 2018- 04-30], 62 s. Dostupn´ez: https://dspace5.zcu.cz/bitstream/11025/2804/1/Lukas% 20Horky%20-bp-%20Porovnani%20soucasnych%20svetelnych%20zdroju.pdf. Ba- kal´aˇrsk´a pr´ace. Z´apadoˇcesk´a Univerzita V Plzni Fakulta Elektrotechnick´a, Katedra Elektromechaniky A V´ykonov´eElektroniky.

99 [58] KOZDOˇ N,ˇ J. Svˇeteln´yzdroj s nastavitelnou intenzitou osvˇetlen´ı [online]. Brno, 2014 [cit. 2018-04-30], 66 s. Dostupn´ez: https://dspace.vutbr.cz/bitstream/handle/11012/ 32576/xkozdo00.pdf?sequence=-1. Diplomov´apr´ace. Vysok´euˇcen´ıtechnick´ev Brnˇe, Fakulta elektrotechniky a komunikaˇcn´ıch technologi´ı.

[59] Osram: Opto Semiconductors [online]. OSRAM Opto Semiconductors, 2018 [cit. 2018-05- 22]. Dostupn´ez: https://www.osram.com/cb/index.jsp

[60] Cree [online]. Cree, 2018 [cit. 2018-05-22]. Dostupn´ez: http://www.cree.com/

[61] VILEM,´ J. N´avrh a optimalizace varifok´aln´ıho objektivu [online]. Brno, 2015 [cit. 2018- 05-07], 94 s. Dostupn´ez: https://dspace.vutbr.cz/handle/11012/41771?show=full. Diplomov´apr´ace. Vysok´euˇcen´ıtechnick´ev Brnˇe, Fakulta strojn´ıho inˇzen´yrstv´ı.

[62] MATTHEW S. BRENNESHOLTZ a EDWARD H. STUPP. Projection displays. 2nd ed. Chichester, U.K: J. Wiley, 2008. ISBN 978-047-0518-038. Upravit citaci Zkop´ırovat citaci

[63] Luminit: Shaping light as needed [online]. Luminit, LLC., 2018 [cit. 2018-05-11]. Dostupn´e z: https://www.luminitco.com/products/light-shaping-diffusers

[64] HUDECKOVˇ A,´ M. Teorie barevn´eho vidˇen´ı [online]. Brno, 2017 [cit. 2018-05-08], 53 s. Dostupn´ez: https://is.muni.cz/th/427559/lf_b/Monika_Hudeckova_Teorie_ barevneho_videni.pdf. Bakal´aˇrsk´apr´ace. Masarykova univerzita v Brnˇe, L´ekaˇrsk´afa- kulta.

[65] SUPPA, Manfred a Johannes TEKATH. Conformal coatings, solder resists and casting compounds: optical requirements and performance in LED applications [online]. PETERS, Coating Innovations for Electronics, 2014 [cit. 2018-05-08]. Dostupn´ez: https://www. peters.de/index.php/document/download_document/71/_en

[66] GOOLEY, J. J., S. M. W. RAJARATNAM, G. C. BRAINARD et al. Spectral Responses of the Human Circadian System Depend on the Irradiance and Duration of Exposure to Light. Science Translational Medicine [online]. 2010, 2(31), 21 s. [cit. 2018-04-24]. DOI: 10.1126/scitranslmed.3000741. ISSN 1946-6234. Dostupn´ez: http://stm.sciencemag. org/cgi/doi/10.1126/scitranslmed.3000741

[67] Svˇetloblog [online]. [cit. 2018-04-28]. Dostupn´ez: http://www.svetloblog.cz/index. php?svetlo=vypocet-udrzovaciho-cinitele

[68] HLAD´IK, Jaroslav. Zhotoven´ıdruh´evodiv´evrstvy na jednovrstv´eDPS [online]. Brno, 2008 [cit. 2018-05-07], 51 s. Dostupn´ez: https://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_ soubor_verejne.php?file_id=8704. Bakal´aˇrsk´apr´ace. Vysok´euˇcen´ıtechnick´ev Brnˇe, Fakulta elektrotechniky a komunikaˇcn´ıch technologi´ı.

[69] TopLux [online]. Praha: TopLux - Osvˇetlen´ıPraha, 2018 [cit. 2018-05-20]. Dostupn´ez: https://www.toplux.cz/zarivkova-svitidla/pilo-36w/

[70] FOTIOS, Steve. A Revised Kruithof Graph Based on Empirical Data. LEUKOS [on- line]. 2016, 13(1), s. 3-17 [cit. 2018-04-21]. DOI: 10.1080/15502724.2016.1159137. ISSN 1550-2724. Dostupn´ez: https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/15502724. 2016.1159137

100 [71] KOCOUREK, Alexandr. DRAWBRIDGE m´arecept na modr´esvˇetlo v LED osvˇetlen´ı. Svˇetlo: ˇcasopis pro svˇetlo a osvˇetlov´an´ı. Praha: FCC Public, 2017, (4), s. 40-41. ISSN 1212-0812.

[72] HAYES, Caroline. Research assesses the value of human-centric lighting. LEDs Magazine [online]. 2015 [cit. 2017-12-12]. Dostupn´e z: http://www.ledsmagazine. com/articles/print/volume-12/issue-7/features/human-centric-lighting/ research-assesses-the-value-of-human-centric-lighting.html

[73] WOOLLEY, Martin. Lighting as a Platform Part 2: Creating the Smart Building. LEDs Magazine [online]. 2017 [cit. 2017-12-12]. Dostupn´ez: http://www.ledsmagazine.com/ na/bluetooth/lighting-as-a-platform-part-2-creating-the-smart-building. html?mvt=i&mvn=6362508761804f4f91468d0ad051ef45&mvp=NA-LEDPROD-11236870& mvl=Article

[74] HALPER, Mark. Human-centric lighting takes hold in the commercial workplace. LEDs Magazine [online]. 2017 [cit. 2017-12-12]. Dostupn´ez: http://www.ledsmagazine.com/ articles

[75] HRDL´IK, Milan. Svetlo ako nevyhnutn´ypredpoklad pre ˇzivot. In: Proceedings of the 22nd International Conference Light 2017. Podbansk´e(SK), Slovensk´asvetelnotechnick´a spoloˇcnost’, 2017, s. 182-187. ISBN: 978-80-972865-0-7.

[76] KNUFFKE, Charles. Human-centric lighting is the next step in LED design and control. LEDs Magazine [online]. 2017 [cit. 2018-01-20]. Dostupn´ez: http://www.ledsmagazine. com/articles

[77] TRIVELLIN, Nicola, Matteo MENEGHINI, Marco FERRETTI et al. Effects and explo- itation of tunable white light for circadian rhythm and human-centric lighting. In: IEEE 1st International Forum on Research and Technologies for Society and Industry Levera- ging a better tomorrow (RTSI) [online]. IEEE, 2015, 49(6), s. 154-156 [cit. 2018-04-21]. DOI: 10.1109/RTSI.2015.7325089. ISBN 978-1-4673-8167-3. ISSN 1477-1535. Dostupn´e z: http://ieeexplore.ieee.org/document/7325089/

[78] PARMA M., P. BAXANT, J. SKODA.ˇ Experimental LED Luminaire for Investigation of Non-visual Effect of Light to Human Circadian System. In: Proceedings of the Lux Europa 2017 Conference, Lighting for modern society. Ljubljana (Slovenia), University of Ljubljana, 2017, s. 658-662. ISBN: 978-961-93733-4-7.

[79] LIPNICKY,´ Luk´aˇsa Roman DUBNICKA.ˇ Influence of optical parts of led luminaires to the glare rating in interior workplaces. In: Proseedings of the 22nd International Con- ference Light 2017. Podbansk´e(SK), Slovensk´asvetelnotechnick´aspoloˇcnost’, 2017, s. 230-235. ISBN: 978-80-972865-0-7.

[80] SKODA,ˇ Jan a Petr BAXANT. Dependency of the colour rendering index on a com- bination of different light sources. In: Proseedings of the 22nd International Conference Light 2017. Podbansk´e(SK), Slovensk´asvetelnotechnick´aspoloˇcnost’, 2017, s. 301-306. ISBN: 978-80-972865-0-7.

[81] TOTH,´ D´avid Noel a Ferenc SZABO.´ Human Centric Lighting: A case study at a manufacturing site. In: Proseedings of the 22nd International Conference Light 2017.

101 Podbansk´e(SK), Slovensk´asvetelnotechnick´aspoloˇcnost’, 2017, s. 49-56. ISBN: 978-80- 972865-0-7.

[82] PARMA, Mikul´aˇs. Modular LED Luminare with spectral power distribution of luminous flux. In: Proceedings of the 23nd Conference STUDENT EEICT 2017. Brno: Vysok´euˇcen´ı technick´ev Brnˇe, Fakulta elektrotechniky a komunikaˇcn´ıch, 2017, s. 375-379. ISBN: 978- 80-214-5496- 5.

[83] DVORˇA´CEK,ˇ Vladim´ır. Nˇekolik pozn´amek k terminologii nov´ych svˇeteln´ych zdroj˚u. Svˇetlo: ˇcasopis pro svˇetlo a osvˇetlov´an´ı. Praha: FCC Public, 2017, (5), s. 27-28. ISSN 1212-0812.

[84] Inteligentn´ıLED sv´ıtidlo RENO PROFI. Svˇetlo: ˇcasopis pro svˇetlo a osvˇetlov´an´ı. Praha: FCC Public, 2017, (5), s. 29. ISSN 1212-0812.

[85] MAREDA, Dan. Designov´esmart osvˇetlen´ı Philips Hue. Svˇetlo: ˇcasopis pro svˇetlo a osvˇetlov´an´ı. Praha: FCC Public, 2017, (5), s. 30-31. ISSN 1212-0812.

[86] GASPAROVSKˇ Y,´ Dion´yz. Udrˇziavac´ıˇcinitel pri n´avrhu a meran´ıosvetl’ovac´ıch s´ustav. Svˇetlo: ˇcasopis pro svˇetlo a osvˇetlov´an´ı. Praha: FCC Public, 2017, (5), s. 48-51. ISSN 1212-0812.

[87] PARMA, Mikul´aˇs, Petr BAXANT a Jan SKODA.ˇ Comparison of Spectral Power Distri- bution of Various Light Sources in Correlation to Human Circadian System. In: Pro- ceedings of the 21st International Conference LIGHT SVETLOˇ 2015 [online]. Brno: Fakulta elektrotechniky a komunikacnich technologii VUT v Brne, 2015, s. 25-28 [cit. 2018-04-22]. DOI: 10.13164/conf.light.2015.25. ISBN 978-80-214-5244-2. Dostupn´e z: http://hdl.handle.net/11012/51628

102 SEZNAM PRˇ´ILOH NA CD Oznaˇcen´ı Popis Form´at Kap. PRˇ´ILOHA A: Spektr´aln´ısloˇzen´ıLED zdroje pouˇzit´eho .pdf 1.6.3 pro n´azornost v prvn´ıkapitole PRˇ´ILOHA B: Mˇeˇren´ıspektr´aln´ıho sloˇzen´ıLED Cree XLamp .pdf, .xls 2.2.1 XQ-E HI a HD PRˇ´ILOHA C: Mˇeˇren´ıspektr´aln´ıho sloˇzen´ıLED OSRAM .pdf, .xls 2.2.1 Oslon SSL150 PRˇ´ILOHA D: Odrazn´af´olie FUSION OPTIX PET97WR-150A .pdf, .bsdf 2.3.3 PRˇ´ILOHA E: Optick´avlastnost Aluminium .pdf 2.3.4 z knihovny povrch˚uLighTools PRˇ´ILOHA F: Katalog odrazn´ych povrch˚uAlmeco Vega .pdf 2.3.4 PRˇ´ILOHA G: Optick´yn´avrh sv´ıtidla v trendu HCL .LightTools file, .stp 2.3 PRˇ´ILOHA H: N´avrh osvˇetlen´ımateˇrsk´eˇskoly v Dialuxu EVO .EVO, .LDT, .pdf 3 PRˇ´ILOHA I: Porovn´an´ın´avrhu osvˇetlen´ıs konvenˇcn´ım .txt, .pdf 4 alternativou (Dialux EVO) PRˇ´ILOHA J: Software LightTools .pdf -

103 Software LightTools

LightTools (tak´ezkr´acenˇeLT) je 3D optick´ydesign software od spoleˇcnosti Synopsys, kter´ypodpo- ruje virtu´aln´ımodelov´an´ı, simulaci, optimalizaci a tak´evizualizaci aplikace osvˇetlen´ı. Program LT je vyuˇz´ıv´anpˇredevˇs´ım pro zjiˇstˇen´ıchodu paprsk˚uoptick´ym syst´emem, coˇzje ˇcasto naz´yv´ano jako trasov´an´ıpaprsk˚u. Aby bylo moˇzn´etrasov´an´ıprov´est, je nutn´evloˇzit do prostˇred´ıLT alespoˇnjeden svˇeteln´yzdroj a jeden tzv. ploˇsn´ynebo prostorov´ydetektor neboli sn´ımac´ıplochu/tˇeleso (recei- ver). N´aslednˇeje moˇzn´ezvolit mnoˇzstv´ıpaprsk˚uvych´azej´ıc´ıch ze zdroje, trasovat danou optickou soustavou a analyzovat v´ysledn´yobraz. V´ysledky trasov´an´ıse ukl´adaj´ıjako pˇresn´epaprskov´esouˇradnice, nebo smˇerov´ekosiny paprsk˚u dle druhu anal´yzy obrazu na detektoru. Pˇresn´epaprskov´esouˇradnice jsou pouˇz´ıv´any zejm´ena pro z´aznam osvˇetlenosti (Illuminance), kter´yse obvykle pˇri n´avrhu hodnot´ına ploˇsn´ych detektorech za- stupuj´ıc´ıch osvˇetlovanou plochu. Detektor pak zaznamen´av´aosvˇetlenost, obvykle v jednotk´ach lux, kter´adopadne na plochu detektoru. Zaznamen´av´ase pouze ploˇsn´e rozloˇzen´ıosvˇetlenosti. V druh´em pˇr´ıpadˇe, pˇri ukl´ad´an´ısmˇerov´ych kosin˚utrasovan´ych paprsk˚use jedn´ao z´aznam v´ysledk˚upomoc´ı fotometrick´eveliˇciny sv´ıtivosti (Intensity). Pˇri t´eto anal´yze se zaznamen´av´asmˇer, ze kter´eho dopa- daj´ısvˇeteln´epaprsky na detektor. Anal´yza pomoc´ısv´ıtivosti je prostorov´yz´aznam energie, kter´y uˇz´ıv´amˇr´ıˇzku se sf´erick´ymi souˇradnicemi. Pˇri pouˇzit´ı obou druh˚uanal´yzy se hodnoty ukl´adaj´ı do jednotliv´ych bunˇek (bin˚u) mˇr´ıˇzky. Pˇresnost a rozliˇsen´ımˇr´ıˇzky urˇcuje velikost jednotliv´ych bunˇek a mnoˇzstv´ıtrasovan´ych paprsk˚u. Volbou velk´ebuˇnky v mˇr´ıˇzce, je z´ısk´ana vyˇsˇs´ıpˇresnost z´aznamu, nebot’ kaˇzd´abuˇnka bude obsahovat v´ıce paprsk˚u, rozliˇsen´ımˇr´ıˇzky bude ale vzhledem k n´ızk´emu poˇctu bunˇek niˇzˇs´ı. Naopak volbou mal´ebuˇnky, se z´ısk´aniˇzˇs´ıpˇresnost, nebot’ kaˇzd´abuˇnka bude obsahovat m´enˇepaprsk˚u, rozliˇsen´ı mˇr´ıˇzky pak bude d´ıky vˇetˇs´ımu mnoˇzstv´ıbunˇek vyˇsˇs´ı. Pˇri anal´yze simulace chodu paprsk˚uoptickou soustavou je vhodn´evolit kompromis pro zachov´an´ıdostateˇcn´epˇresnosti i rozliˇsen´ı. Program LT poˇc´ıt´aodhad chyby (Error estimate) v´ypoˇctu pro zadanou velikost detektoru a zadan´emnoˇzstv´ı bunˇek. Tento odhad chyby m˚uˇze b´yt vyuˇzit pro kontrolu, zda rozliˇsen´ıa pˇresnost mˇr´ıˇzky budou dostaˇcuj´ıc´ı. Pr˚umˇern´yodhad chyby mˇr´ıˇzky (Error Estimate Average) lze spoˇc´ıtat z rovnice

f 2 r N ε = P , (4.1) f PN

kde: ε je odhad chyby, f je hodnota energie, kterou nese jeden paprsek, N je celkov´ypoˇcet trasovan´ych paprsk˚u.

Svˇeteln´ezdroje pro LT lze vkl´adat do prostˇred´ısoftwaru z pˇrednastaven´eknihovny zdroj˚u, nebo lze vytvoˇrit, popˇr. vloˇzit vlastn´ısvˇeteln´yzdroj. Jako detektor svˇeteln´ych paprsk˚ulze zvolit libovolnou plochu syst´emu, lze tak´evytvoˇrit detektor na ploˇse v prostoru v koneˇcn´evzd´alenosti od syst´emu, nebo je moˇzn´evloˇzit tzv. detektor ve vzd´alen´em poli (farfield receiver). Jedn´ase o vzd´alen´ydetektor, kter´yzaznamen´av´apaprsky jdouc´ıdo nekoneˇcna. Tento typ detektoru b´yv´a ˇcasto pouˇz´ıv´anna tvorbu soubor˚ueulumdat nebo ies, kter´ese ˇcasto pouˇz´ıvaj´ı jako vstup do softwaru pro simulaci osvˇetlen´ıprostoru (Dialux, Relux). Na detektoru v koneˇcn´evzd´alenosti lze zaznamen´avat veliˇciny sv´ıtivost (pol´arn´ı graf) a osvˇetlen´ı, zat´ımco na vzd´alen´em detektoru lze zaznamen´avat pouze sv´ıtivost, tedy ´uhel dopadu svˇeteln´eho paprsku. Jako vzd´alen´ydetektor b´yv´a

110 nejˇcastˇeji volena kulov´aplocha se sf´erick´ymi, nebo ´uhlov´ymi souˇradnicemi. Detektor v koneˇcn´e vzd´alenosti nejˇcastˇeji pouˇz´ıv´arovinnou plochu s pravo´uhl´ym souˇradnicov´ym syst´emem. Posledn´ıv t´eto pr´aci pouˇz´ıvan´ydetektor True Color Raster Chart je typem mˇr´ıˇzky, pomoc´ıkter´elze hodnotit vizu´aln´ıbarevn´yvjem kaˇzd´ebuˇnky. K urˇcen´ıbarvy kaˇzd´eho binu jsou pouˇz´ıv´any informace o CIE x,y souˇradnic´ıch spolu s mnoˇzstv´ım energie na buˇnku dopadaj´ıc´ım. V t´eto pr´aci byl True Color Raster Chart detektor pouˇz´ıv´ank hodnocen´ıbarvenˇehomogenn´ıho rozloˇzen´ısvˇetla na sn´ımac´ı rovinˇe. Pomoc´ıCIE souˇradnic byla urˇcena barva kaˇzd´ebuˇnky mˇr´ıˇzky. Jas kaˇzd´eho binu byl pak urˇcen z dat sv´ıtivosti (Intensity) na totoˇzn´emˇr´ıˇzce. Jako b´ılou barvu povaˇzuje tento detektor svˇetlo o souˇradnic´ıch cx = 0, 3127 a cy = 0, 329 s teplotou chromatiˇcnosti 6504 K.

111