Světlovod jako zdroj přirozeného světla a zdraví

Pro život na Zemi je nejdůležitější Slunce a jeho záření, kterému se říká přirozené světlo. Zářivka, žárovka, plamen svíce či krbu ho nemohou nahradit, jsou energeticky slabé a spektrálně chudé. Do míst uvnitř budov, kam Slunce nemůže nebo jen sporadicky, lze sluneční záření přivést pomocí světlovodu. Toto řešení nabízí doslova jedinečnou hodnotu.

Světlovodpřivádí Slunce, přesněji jeho světlo i do temných míst uvnitř a pod střechou domu, kde je osvětlení okny z různých důvodů nedostatečné nebo neřešitelné.

Světlovod je potrubní konstrukce v délce až několika metrů, která vede denní světlo a sluneční záření z venkovního prostředí (nad střechou ap.) přímo na místo určení. Tedy do míst, jako jsou chodby a schodiště, ale i do prostor určených k pobytu, studiu, práci, sportu ap., které nelze dobře prosvětlit okny. Světlovod se skládá ze tří částí:

Střešní základna neboli kopule, někdy zvaná i jako kolektor, čili sběrnice přímého i rozptýleného slunečního záření, je z kvalitního kaleného bezpečnostního skla nebo z pevného plastu polymethylmethakrylátu (PMMA). Kopule má vysokou světelnou propustnost a vzduchotěsnost. Sluneční záření sbírá ze své větší plochy a koncentruje ho do „štíhlejšího” světlovodného potrubí.

Světlovodné potrubí toto záření dopravuje i do vzdálených míst, kde chceme mít denní světlo. Díky velmi lesklému (reflexnímu) povrchu světlovodného potrubí s vrstvou z technického stříbra je doprava světla účinná a efektivní. Na kvalitní světlovodné potrubí je poskytována dlouhá záruka, třeba i 25 let. Potrubí lze libovolně nastavovat a díky nastavitelným kolenům vést i pod úhlem.

Stropní difuzor neboli rozptylovač světla nakonec rovnoměrně rozptyluje přímé sluneční záření ze světlovodného potrubí do prostoru místnosti.

Stropní difuzor neboli rozptylovač světla rovnoměrně rozptyluje přímé sluneční záření ze světlovodného potrubí do prostoru místnosti

Světlovod a zdraví

Člověk je dílem přírody, vznikl pod horkým sluncem, studeným vesmírem, za střídání dnů a nocí, zamračené a bezmračné oblohy. Civilizace tuto kolébku směnila za pobyt v utěsněných budovách, často ve vydýchaném prostředí a také v šeru nebo pod umělým světlem.

Výsledkem bývá únava očí a často i celého organismu v důsledku nedostatečné osvětlenosti interiéru budov, ale i nevhodného složení umělého světla, které má na rozdíl od Slunce jinou barevnou teplotu (viz žárovka) nebo nespojité spektrum (zářivka).

Dobře zhotovený světlovod nebo světlovodný systém realizuje v interiéru dobré světelné podmínky včetně přirozené skladby světla, jež je velmi blízké slunečnímu.

Denní světlo

Jde o jedinečnou hodnotu, kterou na Zemi vytváří sluneční tepelné záření, to znamená do běla rozžhavený povrch Slunce o teplotě 5 778 K (kelvinů), čili 5 505 °C. „Nažloutlá složka”, jak ji vnímá lidské oko, je ve slunečním záření zastoupena nejvíce.

Proměnlivá atmosféra a oblačnost Země vytvářejí pro sluneční záření rychle se měnící prostorovou síť. Ta nejvíc rozptyluje jeho krátkovlnnou modrou složku; tím se vysvětluje modrá barva jasné oblohy. Mraky (makroskopické částice vodních kapiček), od kterých se odráží a rozptyluje sluneční záření jako celek, byť pro každou barvu odlišně, vnímá pak lidské oko jako bílou barvu. Spojitě na sebe navazující barvy slunečního spektra dobře zobrazuje duha.

Denní versus umělé světlo

Lidské úsilí o náhradu slunečního (denního) světla umělými svítidly zatím stále drhne. Klasické žárovky více vytápějí, než svítí. I ty nejlepší svítí jen malou částí svého vzestupného červeného okraje Planckovy vyzařovací křivky (cca do 700 nm, viz obr. 1). Delší vlnové délky, i když energeticky velmi silné, lidské oko nevidí, ale projevují se jako teplo.

Naopak zářivky a výbojky poctivě svítí (a méně vytápějí), jejich spektrum však obsahuje jeden nebo několik vzájemně nespojitých (oddělených) emisních pásů, jejichž kombinací vzniká světlo.

Světlo a teplo od světlovodu

Světlovod, jehož je Sunizer příkladným reprezentantem, propouští do interiéru hlavně viditelné sluneční záření, které plynule přechází od modré, přes žlutou až po červenou barvu (obr. 1). To dohromady dává bílé světlo, které reprezentuje asi 45 % celkové energie slunečního záření.

Výrobce světlovodu dále udává, že kopule odrazí jen 10 % energie dopadajícího slunečního záření. To znamená, zbylých 90 % se realizuje jako světelný a tepelný zisk domu. Odtud plyne, zhruba s 1 % neurčitostí, že světelný zisk je mírně pod 45 % a zbytek slunečního záření, které světlovod vpustí do domu, se realizuje jako tepelný zisk budovy.

Věcná poznámka: Obě složky - světelná a tepelná - jsou nakonec vždy absorbovány povrchy stěn, stropu, podlahy, nábytku ap. a v menší míře i vzduchem. Tím se obě přemění na teplo, které je součástí tepelné bilance budovy.

Dynamika přirozeného světla

Ukazuje se, že člověk příznivě vnímá přirozenou dynamiku světla, které přináší do interiéru světlovod (na rozdíl světelně statických umělých zdrojů). Naše oči jsou naprogramovány, aby se přizpůsobovaly měnící se povaze přirozeného světla, které mění jak svoji intenzitu, tak barevné podání. Naopak je unavuje a dlouhodobě poškozuje umělé statické světlo.

Světlovodné potrubí dopravuje stětelné záření do interiéru. Díky velmi lesklému (refl exnímu) vnitřnímu povrchu z technického stříbra je doprava účinná a efektivní

Barevnost v přirozeném světle

Doplňme, že pod světlovodem – oproti žárovce, jejíž světlo vůbec nebo téměř neobsahuje modrou a zelenou barvu a tudíž podává barvy zkresleně – mnohem lépe vyniknou barvy věcí (tzn. jejich úplné barevné spektrum). To ocení hlavně ženy, které se v koupelnách líčí atp., a světlovod si tak nemohou vynachválit.

Energetika světlovodu

Při autorizovaném měření vykázal světlovod Sunizer o průměru kopule 530 mm a délce světlovodu (od kopule až po difuzer) 570 mm součinitel prostupu tepla 1,4 W/(m²K).

Toto měření je možná součástí povinného výkaznictví, avšak nectí „pracovní podmínky” světlovodu. Ten nepracuje jen ve tmě (tak jako ve zkušebně), nýbrž vede do interiéru přímé a rozptýlené sluneční zářením, s nímž vchází do budovy i energie, tedy teplo. Tento sluneční tepelný zisk vytváří i v nejchladnějším dni v roce kladnou celodenní energetickou bilanci světlovodu. Jinými slovy, započtení pouhé ztráty tepla světlovodu prostupem obrací jeho energetickou účinnost naruby.

Vlastní světlovod je zevnitř opatřen vysoce reflexním povrchem, který ho takřka úplně odděluje od okolí. Prostup tepla světlovodem se pak odehrává hlavně sálavým sdílením tepla mezi kopulí, difuzerem a plynným prostředím světlovodu, méně významnou roli hraje proudění a vedení tepla vzduchem uvnitř světlovodu.

Jinými slovy, přímé a rozptýlené sluneční záření, které dopadne na kopuli, proteplí celý světlovod (kopuli, tubus i difuzér) a ten pak ohřívá přilehlé konstrukce, interiér i exteriér. Pouze v noci, když je slunce za obzorem, je světlovod energeticky ztrátový.

Ptáme-li se na celodenní bilanci, světlovod je na tom podobně jako okno, přesněji je na tom lépe díky kopuli, která je často umístěna horizontálně a má také větší světlosběrnou plochu, než je její stavební otvor (tubus). A u vodorovných střešních oken je známo, že jejich celodenní energetická bilance je v průběhu roku téměř vždy kladná, výjimkou jsou jen nejvíce oblačné zimní dny.

Thermizer

Pro zajištění vysokých tepelně-izolačních parametrů domu i v noci se světlovody SUNIZER™ instalují s izolačním dvojsklem vloženým do stropního difuzoru. Tento izolační prvek se nazývá THERMIZER™ a v současné době je již součástí základní nabídky světlovodu.

Volitelně, zejména u domů s nejvyššími požadavky na tepelnou ochranu (pasivní, nulové a podobné domy), se jako izolační prvek aplikuje trojsklo 4–16–4–16–4 s argonovou výplní a U_g = 0,6 W/(m²K). Výška tohoto prvku je 350 mm. Celý THERMIZER™ pak vykazuje součinitel prostupu tepla U_t = 0,497 W/(m².K) a lze ho požít i do pasivního domu.

Co je dobré ještě vědět

Čistota: Osvětlenost interiéru je lepší, když jsou difuzor a zejména kopule udržovány čisté, bez prachových usazenin ap. To vyžaduje jejich častější mytí a údržbu, než jsme zvyklí u svislého okna.

Parotěsnost: Do světlovodu nesmí vnikat vodní pára, aby v něm nedošlo ke kondenzaci. Při jeho instalaci proto klademe největší pozornost na jeho parotěsnost. Zejména veškeré spoje mezi jeho díly musí být bezchybně přelepeny speciální parotěsnou páskou, která je součástí dodávky světlovodu. Vlastní tubus světlovodu je velmi vhodné zateplit tepelnou izolací po celé jeho délce (od kopule až po difuzér). Správnou funkci světlovodu zajišťují difuzní otvory v oblasti kopule, sloužící k odvodu vlhkosti uzavřené při montáži.

Závěr

Přirozené světlo, kterým Zemi zásobuje Slunce, je pro život člověka nepostradatelné. Lidé ale tráví stále více času v uzavřených budovách a navíc pod umělým osvětlením. Kvalitním světlovodem přivedeme nejhodnotnější, tj. celou viditelnou část slunečního světla i do míst, kam Slunce nemůže. A tím podstatně zlepšíme životní podmínky v těchto místech.o