Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 5/2017 vyšlo tiskem
18. 9. 2017. V elektronické verzi na webu bude 18. 9. 2017.

Svítidla a světelné přístroje
MAYBE STYLE představuje LED designová svítidla německého výrobce Lightnet
TREVOS – nová svítidla pro průmysl i kanceláře
Kolik typů LED panelů vyrábí MODUS?
Inteligentní LED svítidlo RENO PROFI

Osvětlení interiérů
Světlo v bytovém interiéru – otázky a odpovědi

Aktuality

Soutěž o nejlepší realizovaný projekt KNX instalace Spolek KNX národní skupina České republiky, z. s. vyhlásil soutěž o nejlepší projekt…

Institut světelného designu vás zve na dvoudenní workshop PROSTOR – SCÉNA – SVĚTLO – BARVA

Výroční SIGNAL festival provede diváky po nových trasách i svou historií Festival světla SIGNAL divákům předvede 20 instalací od umělců z České republiky i…

Tradiční podzimní akce pro odborníky - seminář Interiéry 2017 Šestý ročník odborného semináře INTERIÉRY 2017 se koná ve čtvrtek 9. listopadu 2017 na…

Více aktualit

Navrhování osvětlení pro interiérové květiny

Ing. Stanislav Haš, CSc., Agroenergo,
Bc. Lucie Fikarová, Mendelova
univerzita v Brně, Zahradnická fakulta v Lednici
 
V článku Osvětlení okrasných rost­lin v interiérech, uveřejněném v časopise Světlo, č. 4/2010, byly zhodnoceny mož­nosti použití různých běžných světel­ných zdrojů k osvětlování rostlin. S roz­vojem nových světelných zdrojů, bílých světelných diod (LED), je vhodné posou­dit ještě možnosti uplatnění těchto zdro­jů pro osvětlování rostlin. Rozsáhlý vý­zkum zdrojů LED se soustřeďuje přede­vším na oblast konstrukčního uspořádání zářících čipů, zejména z hlediska jejich účinného chlazení, a na vývoj luminoforů, což jsou chemické látky, které převádějí záření modrých nebo ultrafialových diod na celé světelné spektrum. A právě lumi­nofory umožňují vyrábět bílé LED v celé škále náhradních teplot chromatičnosti, od 2 500 K (teple bílá) až po 7 000 K (den­ní světlo). Spektrum LED je spojité, takže obsahuje úplnou škálu barev a jejich od­stínů. Díky tomu lze dosahovat vysokých hodnot indexů podání barev.
 
Na obr. 1 jsou spektra několika bílých zdrojů LED. Zdroje teple bílé soustře­ďují převážnou část emitovaného záření do oblasti největší citlivosti lidského oka, ale preferují dlouhovlnnější část spektra. Zdroje neutrální nebo chladně bílé opět největší část záření vysílají v oblasti nej­větší citlivosti oka, ale preferují krátko­vlnné záření. Všechny tyto zdroje mají propad emitované energie v oblasti asi 470 až 520 nm. Hloubka tohoto propadu závisí na účelu použití zdrojů LED. Pro venkovní osvětlování, zejména komuni­kací, je snaha co nejvíce energie soustře­dit k vlnové délce 550 nm, pro kterou je lidské oko nejcitlivější. To se dělá omeze­ním uvedené oblasti okolo 500 nm, násled­kem čehož je výrazné zhoršení indexu po­dání barev (u spektra na obr. 1, křivka 2, Ra= 65). Zdroje pro interiérové osvětlování mají spektrum vyrovnanější, maxima jsou nižší, propad v oblasti okolo 500 nm není tak hluboký, index podání barev dosahu­je hodnoty Ra= 80. Ve vývoji jsou i zdro­je LED s luminofory, které při náhradní teplotě chromatičnosti 5 500 K dosahují indexu podání barev až Ra= 97.
 
Spojité široké a energeticky vyrovna­né spektrum je velmi vhodné i pro všech­ny fotobiologické procesy v rostlinách. Je velice příznivé, že i při vyšších teplotách chromatičnosti dosahuje část spektra až k vlnové délce 800 nm, což má význam­ný vliv na indukci květů a kvetení všech rostlin, i dlouhodenních, jejichž tzv. fy­tochrom far red vyžaduje ke své aktivaci právě toto dlouhovlnné červené záření.
 
Vhodnost světelných zdrojů pro foto­periodické ozařování je hodnocena inde­xem fotoperiodické radiace IFPR. To je procentuální podíl záření v rozmezí vl­nových délek 550 až 780 nm (FPR), které aktivují fytochromy red a far red, k foto­synteticky aktivnímu záření v rozmezí vl­nových délek 400 až 700 nm (FAR), tedy IFPR = FPR/FAR.
 
Hodnoty IFPR pro doporučované zdroje jsou v tab. 1, jejíž obsah a význam budou v dalším textu vysvětleny.
 
Dostatečný podíl záření v červené i modré oblasti u doporučovaných LED skýtá dostatek energie k fotosyntetickým procesům. Absence záření nejkratších vl­nových délek ve fialové, popř. ultrafia­lové oblasti u některých LED zdrojů by mohla mít nepříznivý vliv na fotomorfo­genetické procesy snad jen u vysokohor­ských rostlin, ale tato oblast rostlinné říše není z hlediska jejich použití v inte­réru zajímavá.
 
Zdroje LED jsou vhodné pro směrové osvětlení s menším nebo větším úhlem po­loviční svítivosti. To umožňuje volit jed­noduchá svítidla s malou závislostí rozlo­žení svítivosti na těchto svítidlech. Vzhle­dem k tomu, že uvedené zdroje s jejich chladicím systémem mají zpravidla vel­mi působivý design, je příjemné je pou­žít i bez svítidel, pouze s vhodně krytou objímkou.
 
Podání barev rostlin osvětlovaných zdroji LED ukazuje obr. 2. K osvětlení byly zvoleny zdroje s teplotami chroma­tičnosti 2 700, 4 000 a 5 600 K. Z obráz­ku je zřejmé, že i u zdrojů LED je dávána přednost zdrojům s vyšší teplotou chro­matičnosti (nejméně 4 000 K), tak jako je tomu u dříve uvedených běžných zdrojů.
 
Zdroje LED se vyrábějí buď rotačně sy­metrické, nebo jako světelné lišty, zpravi­dla s délkami od 30 cm, velmi často jako stavebnicové, s možností spojit několik lišt za sebou. I světelné lišty již bývají konstruovány tak, že se použijí samostat­ně, bez svítidla, někdy jen s clonou pro­ti oslnění. Příklad některých dnešních zdrojů LED vhodných k ozařování rost­lin je v tab. 2.
 
Zdroje LED mají ještě další příznivé vlastnosti. Jejich příkon a spotřeba ener­gie při osvětlování rostlin mohou být zpra­vidla menší než u jiných zdrojů a jejich doba života je 20 000 až 50 000 h, což při osvětlování rostlin činí deset až dvacet let.
 
Z dosud uvedeného vyplývá, že výběr zdrojů pro osvětlování rostlin je dost ši­roký. Ne vždy jsou ale vhodné zdroje do­stupné ve všech obchodech. Po postup­ném zákazu výroby žárovek se výrobci i obchodníci snaží nabízet zejména kom­paktní zářivky, které se svým barevným podáním co nejvíce podobají žárovkové­mu světlu. Naproti tomu ale psychologo­vé a oční lékaři přinášejí stále více poznat­ků o potřebě vnést do interiérů sluneční světlo, tedy denní světlo s teplotou chro­matičnosti 5 000 až 6 500 K, které obsa­huje co největší podíl spojitého spektra v celé viditelné oblasti. Tam, kde je denního světla nedostatek, do­poručují používat světelné zdro­je s uvedenými teplotami chroma­tičnosti. Takové zdroje sice v sou­ladu s Kruithoffovým diagramem vyžadují vyšší intenzity osvětlení než zdroje teplých barev, ale při­spívají ke klidné náladě, omezu­jí podrážděnost a stresové situa­ce, vedou k lepší soustředěnosti při náročné práci a při učení, ze­jména u hyperaktivních dětí. Vli­vem většího podílu modrého zá­ření, které má vliv na odbourává­ní hormonu spánku (melatoninu), ulehčují ranní vstávání, zlepšují překonávání nepříznivého vlivu zimního období u lidí s klimatic­kou závislostí, jsou uváděny i pří­znivé vlivy na fyziologické pro­cesy lidí a snižování nemocnosti v zimním období.
 
Hlasy odborníků již akceptu­jí i některá doporučení pro osvět­lování škol, dětských školek, ne­mocnic a kanceláří, takže v blízké budoucnosti snad potíže s do­stupností zdrojů se studeným (neutrálním) a denním světlem pominou.
 
U běžných zdrojů (zářivek, vý­bojek) s vyšší teplotou chromatič­nosti (nad 5 000 K) může pokles­nout podíl emitovaného záření v červené oblasti (viz tab. 1, IFPR = 0,33 až 0,38). To by mohlo po­někud negativně ovlivnit indukci květů. Proto i po rozšíření použí­vání zdrojů s vyšší teplotou chro­matičnosti bude pro osvětlování rostlin dávána přednost zdrojům s teplotou chromatičnosti 4 000 až 5 000 K (s označením neutrál­ní nebo chladně bílé, cool white, CW, 842, 942).
 

Navrhování osvětlení pro rostliny

 
Rostliny v interiéru mají dvojí účel. V pracovních prostorách (kanceláře, kabi­nety a laboratoře vědeckých a vývojových pracovníků) je oceňováno především jejich psychologické působení na pracovní schop­nosti a invenci v tvůrčí práci. Ve veřejně pří­stupných prostorách (haly, auly, přednáš­kové sály, obchodní kanceláře) je důležité estetické působení květin. A v domácnos­tech je to obojí, jak estetické, tak psycholo­gické působení, ovlivňující hezkou životní pohodu i intenzivní odpočinek.
 
Podle jejich účelu jsou rostliny umís­ťovány. Mají-li působit především na pra­covní výkonnost, musí být na takovém místě, aby zasahovaly do zorného pole pracovníků ve chvílích jejich odpočin­ku, soustředění, přemýšlení. Umísťují se nejčastěji na nízké skříňky a jsou osvět­lovány stojanovými svítidly (obr. 3a, b). Vhodné jsou i poličky upevněné na stě­nách osvětlované lineárními světelnými zdroji nebo i nábytkové stěny s lineární­mi zářivkami (obr. 3c, d). Pro estetické účely, zvláště ve větších prostorách, jsou působivé květiny umístěné ve velkých ná­dobách na podlaze, nízkých parapetech nebo i květinové stěny osvětlené stropní­mi nebo nástěnnými svítidly (obr. 3e, f). Součástí všech svítidel by měl být časový a soumrakový spínač, aby bylo možné au­tomaticky řídit dobu zapínání a vypínání osvětlení a jeho vypnutí při dostatečném přírodním denním osvětlení.
 
Při navrhování osvětlení je třeba znát optimálně nebo minimálně účinné in­tenzity fotosynteticky aktivního záření (FAR) pro vybrané rostliny. Tyto hodnoty jsou vyjadřovány buď jako intenzita ozá­ření ve spektrálním pásmu 400 až 700 nm (W·m–2 FAR), nebo jako intenzita toku fo­tonů v pásmu FAR, sdílených molekulám 1 mikromolu aktivních látek (CO2, H2O), které vstupují do procesu asimilace. Fyzi­kální jednotkou intenzity toku fotonů je s–1·m–2. Z nepochopitelných důvodů byla ale zavedena jednotka μmol·s–1·m–2, kterou používají i výrobci světelných zdrojů urče­ných k přisvětlování skleníkových rostlin.
 
Vzájemný vztah obou jednotek vyplý­vá z rovnic:
 
Rovnice (1)
 
kde
eλje spektrální intenzita ozáření (W·m–3),
EFAR intenzita ozáření ve spektrálním pásmu 400 až 700 nm (W·m–2),
Emol intenzita fotonového toku ve spek­trálním pásmu 400 až 700 nm (μmol·s–1·m–2).
 
Obě hodnoty nemají k sobě konstant­ní poměr, protože jsou závislé na spekt­rálním složení záření světelných zdrojů. Právě tak nejsou v konstantním pomě­ru s fotometrickými jednotkami (lumen, lux), jejichž prostřednictvím se provádě­jí světelnětechnické výpočty. Pro uvažo­vané světelné zdroje pro osvětlování inte­riérových rostlin je poměr energetických a fotonových jednotek v rozmezí 0,220 až 0,231, takže v podstatě příliš nezáleží na tom, které jednotky jsou pro hodno­cení fotosyntetických dějů použity. Jiná situace je ve vztahu energetických nebo fotonových jednotek k fotometrickým jednotkám. Tento vztah již značně závi­sí na emisním spektru světelných zdrojů.
 
Přepočítávací činitele energetických a fotonových jednotek na fotometrické jsou pro doporučované zdroje v tab. 1. Fotometrické hodnoty intenzity osvětle­ní (lx) se vypočítají:
 
Elx = (1000EFAR)/kFAR
 
Elx = (1000Emol)/kmol     (2)
 
kde
Elxjsou výpočtové hodnoty intenzity osvětlení (lx),
EFARpožadovaná hodnota intenzity ozá­ření W·m–2 FAR,
Emolpožadovaná hodnota fotonové ozářenosti μmol·s–1·m–2.
 
Pro výpočet umístění světelných zdro­jů nad skupinami rostlin je důležitý také způsob hodnocení ozářenosti (osvětle­nosti). Při výpočtu pracovního osvětlení se hodnotí intenzita osvětlení na pracov­ní ploše, zpravidla vodorovné, ale i jinak orientované, je-li to důležité z hlediska vy­tváření zrakového vjemu. Důležité je vždy to světlo, které se odráží od pozorovaného předmětu. Při osvětlování rostlin je důleži­té záření, které je rostlinou pohlceno. Cha­rakteru působení světla na rostliny nejlépe odpovídá hodnotit světlo tak, jak dopadá na povrch polokoule, jejíž osa je vždy na­točena ke světelnému zdroji. Protože ale vlivem indexu lomu rostlinné tkáně se při větších úhlech dopadu světla značně zvět­šuje jeho odraz, bere se v úvahu, že světlo využitelné pro fotobiologické procesy do­padá na povrch kulového vrchlíku o výšce 3/5 poloměru polokoule. Při respektování této úvahy je intenzita využitelného světla rovna 7/10 světla dopadajícího na plochu kolmou k dopadajícím paprskům.
 
Intenzita osvětlení Ea v rovině vrcholů rostlin a ve vzdálenosti a od zdroje (vý­početní bod A) se pak počítá:
 
Ea = 0,7 kopr(Iγ/a2)     (3)
 
kde
Iγje svítivost ve směru odkloněném o úhel γ od optické osy svítidla k výpočetní­mu bodu,
a vzdálenost výpočetního bodu A od sví­tidla.
 
Návrh osvětlení pokojových rostlin vy­chází z požadavků na potřebné intenzi­ty ozáření uvažovaných rostlin. Ty bývají udány v energetických nebo fotonových jednotkách. Jsou to vždy hodnoty pro fo­tosyntetické ozařování skleníkových rost­lin pro zvýšení rostlinné produkce. Jsou dostupné např. na www.dhlicht.de. Při osvětlování interiérových rostlin ale nejde o nárůst rostlinné hmoty, ale jen o udrže­ní základních biologických potřeb pro za­chování dobré kondice rostlin. Je pro ně tedy volena jen mezní hodnota ozáření, což je hodnota, která jen málo převyšuje světelný kompenzační bod u dané rostli­ny (rovnovážný bod mezi fotosyntézou a dýcháním rostliny). Tato hodnota bývá asi 70 až 50 % z hodnot uváděných pro skleníkové pěstování.
 
Někdy je uváděno jen dělení na rost­liny s vysokými, středními a nízkými svě­telnými nároky. V takovém případě je po­važováno:
  • za vysokou intenzitu ozáření 6 až 8 W·m–2 FAR (30 až 40 μmol·s–1·m–2),
  • za střední intenzitu ozáření 3 až 6 W·m–2 FAR (15 až 30 μmol·s–1·m–2),
  • za nízkou intenzitu ozáření 2 až 3 W.m–2 FAR (10 až 15 μmol·s–1·m–2).
V prostorách s omezeným pobytem lidí je možné pro udržení rostlin s ma­lými světelnými nároky volit i nižší hod­noty (uvádí se až jen 6 μmol·s–1·m–2), ale v pracovnách i v bytech by nejmenší hod­noty po přepočtu na fotometrické jednot­ky neměly klesnout pod 800 lx.
 
Postup výpočtu osvětlení
 
Pro vybrané rostliny se stanovují po­třebné intenzity ozáření (W·m-2 FAR nebo µmol·s-1·m-2) a rovnoměrnost osvětlení n. (Ve zde popisovaném případě se rovno­měrnost osvětlení rovná poměru mini­mální a maximální osvětlenosti výpočto­vé plochy.) Rovnoměrnost by v prosto­rách s dlouhodobým pobytem lidí, kde mají mít rostliny i psychologický účel, měla dosahovat alespoň 0,7. V prostorách s občasným pobytem lidí může být rov­noměrnost nižší, např. 0,5.
 
Jsou-li známy požadované hodnoty, výpočet začíná převedením hodnot foto­synteticky aktivní radiace na fotometric­ké jednotky Elx (podle tab. 1 a uvedených vzorců). Pak se stanovuje hodnota maxi­málního osvětlení:
 
Emax = (2Elx)/(1 + n)     (4)
 
Z diagramu svítivosti pro zvolené sví­tidlo nebo reflektorový světelný zdroj se odečte svítivost pro úhel 0°, I0(cd). U sví­tidel jsou obvykle uváděny diagramy svíti­vosti s poměrnými jednotkami cd/1 klm, takže odečtené hodnoty je nutné vynásobit ještě celkovým světelným tokem sví­tidla (klm) uvedeným v katalogu. V ka­talogových listech není u reflektorových zdrojů vždy uveden diagram svítivosti, ale jen hodnota maximální svítivosti I0 v op­tické ose světelného zdroje a úhel polo­viční svítivosti. To je v diagramu svítivos­ti vrcholový úhel kužele s osou v optické ose zdroje, jehož povrchové přímky pro­tínají body křivky svítivosti s hodnotou I0/2. Protože křivky diagramů svítivosti reflektorových zdrojů mají podobný průběh jako na obr. 4, je možné podle kata­logových parametrů nakreslit pravděpo­dobný průběh diagramu svítivosti, který je potřebný pro výpočty světelného pole.
 
K získání hodnoty svítivosti ve směru optické osy zdroje se určí výška umístění světelného zdroje nad rostlinami h:
 
h = √[0,7kopr(I0/Emax)]     (5)
 
 
Jestliže je k osvětlování vo­lena lineární zářivka nebo lišta LED, odečte se hodnota oprav­ného koeficientu kopr z grafu na obr. 5.
 
Po výpočtu výšky umístění světelného zdroje se počítají intenzity osvětlení v několika výpočetních bodech (A) výpo­čtové plochy. Protože květino­vé záhonky zpravidla bývají jen úzké, počítají se intenzity osvětlení jen v podélné ose zá­honku; u širších záhonků též po jejich podélném okraji. Je-li vypočtena hodnota, která je menší než přípustné minimum
 
EA< 2ElxEmax
 
je nutné volit dva nebo více zdrojů svět­la. Vypočtené hodnoty od každého z nich v každém výpočtovém bodě se pak sčítají.
 
Po zpracování technických výpočtů je možné sestavit květinový záhonek, jeho umístění a též umístění svítidla, které spl­ní vypočítané parametry. Pro doporučo­vané světelné zdroje bývá zdroj zpravidla ve výšce 40 až 140 cm nad vrcholy rostlin.
 
K osvětlování rostlin zdroji o příko­nu do 25 W lze volit jakékoliv stojanové svítidlo, pokud vyhovuje vypočítaným polohovým parametrům. Výhodnější by bylo ovšem volit speciální osvětlovací stojany, u nichž lze volit výšku umístění světelného zdroje a které by byly opat­řeny též zařízením pro spínání a vypíná­ní osvětlení v závislosti na denní době a intenzitě přírodního světla v místě vr­cholů rostlin.
 
Pro osvětlování stropními nebo ná­stěnnými svítidly vyrábějí některé firmy (DHLicht, Paulmann, Osram) speciál­ní svítidla. V podstatě ale lze pro strop­ní osvětlení použít každé svítidlo určené pro vybraný světelný zdroj (halogenidové výbojky musí mít ve svítidle předřadník), zvláště použije-li se reflektorový zdroj. Pro nástěnné osvětlení je možné použít také jakékoliv svítidlo s vyloženým ramínkem. Součástí stropního nebo nástěnného osvět­lení by měl být samostatný stojan s čidlem intenzity osvětlení, popř. i s vysílačem spí­nacího signálu.
 
Literatura:
[1] HAŠ, S.: Osvětlení okrasných rostlin v interi­érech. Světlo, 2010, č. 4.
[2] HAJZLER, M. – HAŠ, S.: Fotosynteticky aktivní osvětlovací soustava ve skleníku Fata Morgana. Světlo, 2008, č. 4.
[3] DVOŘÁČEK, V.: Světelné zdroje – světelné diody. Světlo, 2009, č. 5.
[4] Elektrotechnika VI Elektrické světlo. Tech­nický průvodce. Vědecko-technické nakla­datelství, Praha, 1950.
[5] HARTMANN, P.: Technology of white LEDs for general lighting, architectural, and design application. Light and Engineering, č. 3, Znack Publishing House, Moscow, 2008.
[6] HENDRIKS, L.: Assimilationslicht. Thalac­ker Braunschweig, 1993.
[7] LIBERMAN, J.: Světlo, lék budoucnosti. Blue step spol. s r. o., Praha, 2006.
[8] MATOUŠ, M. – HUTLA, P.: Světlo a rost­lina. Světlo, 2002, č. 4.
[9] McCREE, K. J.: Test of current definitions of photosynthetically active radiation against leaf photosynthesis data. Agricultural and Forestry Meteorology, 1972, No 10.
[10] MEYER, J.: Pflanzenbelichtung. Mün­chen, 1994.
[11] Technická dokumentace Philips, Osram: Zdroje LED.
 
Recenze: Ing. Petr Hutla, CSc., Výzkum­ný ústav zemědělské techniky v Praze
 
Obr. 1. Poměrné spektrální složení záření zdrojů LED
Obr. 2. Podání barev rostlin osvětlených zdroji LED s různou náhradní teplotou chromatičnosti při osvětlenosti 800 až 1 000 lx
Obr. 3. Osvětlování květinových aranží v interiéru (a, b – stojanová svítidla, c – závěsná polička, d – nábytková stěna, e – závěsné stropní svítidlo, f – nástěnné svítidlo)
Obr. 4. Rozložení svítivosti zdroje Master LED­spot D7 – 50 W, 4 000 K, PAR 20 40D
Obr. 5. Opravný činitel pro výpočet intenzity osvětlení přím­kovými světelnými zdroji (h – výška přímkového zdroje nad osvětlovanou plochou, L – délka zdroje)
 
Tab. 1. Přepočítávací koeficienty fotometrických a fotosyntetických jednotek a index fotoperiodické radiace pro vybrané světelné zdroje
Tab. 2. Světelné zdroje LED vhodné k osvětlování interiérových rostlin