Aktivní světlovodné systémy

19. 7. 2014

Aktivní světlovodné systémy využívají ke koncentraci slunečního záření optických zrcadel a optických čoček. Světlo je do budovy dopravováno světlovodnými šachtami a tubusy nebo pomocí optických kabelů a vláken. Pro zajištění rovnoměrného osvětlení v místnosti jsou tyto systémy vybaveny senzory, které řídí zapínání a vypínání zdrojů elektrického osvětlení (umístěného nejen ve světlovodu, ale i v místnosti) v závislosti na intenzitě slunečního záření a exteriérové osvětlenosti. Používají se moderní umělé osvětlovací zdroje, které se spektrálním vyzařováním blíží spektru bílého slunečního světla. Tyto aktivní systémy jsou v běžných budovách zatím málo využívané, neboť vyžadují složitá a drahá technická zařízení a jejich provozování předpokládá kvalifikovanou obsluhu.

V roce 1998 se konala konference International Space Development (Mezinárodní rozvoj ve vesmíru) organizovaná National Space Society (Mezinárodní vesmírná společnost) v Milwaukee, USA. Zde byly prezentovány technické možnosti osvětlení domů na Měsíci a Marsu, obrázek 3.4.1, (www.lunar-reclamation.org/papers/habitatmoonmars_1.htm. http://isdc.nss.org/1998). Tehdejší vize se dnes velmi blíží k nejmodernějším světlovodným řešením. Současná doba ukazuje, že tyto představy nemusí zůstat jen pouhou utopií.

Obr. 3.4.1: Grada - Osvětlování světlovody: Prezentované světlovodné systémy (podle http://isdc.nss.org/1998)
a) členitý světlovod se zrcadly a výstupním difuzorem; b) členitý světlovod se zrcadly a výstupním přesměrováním světla k odraznému stropu; c) přímý světlovod s difuzorem; d) světlovod s nástřešním koncentrátorem, soustavou optických vláken a reflexním stropem

V mnoha zemích Evropy, v USA a Kanadě, Austrálii i Japonsku se realizují projekty aktivních osvětlovacích systémů v rámci ekologických a energeticky úsporných programů. U těchto projektů se využívají také světelné kolektory a heliostaty, popř. optické čočky sloužící ke koncentraci slunečního záření. Světelné kolektory jsou většinou parabolická zrcadla, která soustřeďují sluneční záření - po dopadu na zrcadlovou plochu, kde se zářivé paprsky odráží a koncentrují do ohniska (Dugay, 1977). V ohnisku paraboly je hustota energie, která závisí na intenzitě dopadajícího záření. Existují také rovinná zrcadla, tzv. heliostaty, které se pomocí jednoosého nebo dvouosého ovládacího zařízení natáčejí směrem ke Slunci (www.bomin-solar.de/English/heliostats. htm). Sluneční záření se od nich odráží směrem ke světlovodné části v budově. Heliostaty se vyrábí z leštěných kovů, postříbřeného skla nebo z fólie z umělé hmoty opatřené tenkou vrstvou hliníku. Heliostaty je výhodné umístit na střeše, kde bývají nejlepší podmínky pro dostupnost difuzního oblohového i přímého slunečního světla, protože je zde nejmenší stínění okolními objekty.

V běžných případech je světlo odražené heliostatem před vstupem do místností rozptýleno, aby se zajistilo jeho rovnoměrnější rozložení. Světlovody je také možné docílit velmi působivých efektů v souladu s celkovým výtvarným řešením interiéru, např. směrování a vedení světla a jeho projekci na tmavou stěnu či na výstavní plochu. Za použití barevných filtrů na jeho konci, nebo umístěním barevných zrcadel v prostoru světlovodné části se mohou v interiéru uplatňovat i barevné světelné efekty. Pro koncentraci slunečního záření se také využívají optické čočky. Velmi často nacházejí využití Fresnelovy čočky. U těchto čoček jsou jednotlivé přímkové oblasti, tzv. Fresnelovy zóny, původně jinak tlusté čočky stupňovitě posunuty (Leutz a Suzuki, 2001), co umožnilo snížit hmotnost čočky a zachovat u ni podobné parametry, jaké mají běžné optické čočky.

U aktivních osvětlovacích systémů se mnohdy kombinují heliostaty se zrcadly a Fresnelovými čočkami, čímž se dosahuje světelného přenosu na velké vzdálenosti. Tyto systémy využívají k vedení světla šachet, trubic i soustav optických vláken. Jedná se o finančně velmi nákladné instalace, které jsou většinou realizované v rámci demonstračních projektů. Jsou to vysoce účinné světlovodné systémy, které nacházejí své oprávněné využití hlavně v oblastech s dostatkem přímého slunečního záření po dobu celého roku. V našich klimatických podmínkách našly uplatnění především pasivní systémy dutých tubusových světlovodů a právě problematikou jejich návrhu a využití v budovách se zabývá tato kniha.

Autor článku: Stanislav Darula, Richard Kittler, Miroslav Kocifaj, Jiří Plch, Jitka Mohelníková, František Vajkay; zdroj: Publikace Osvětlování světlovody, edice stavitel, vydavatelství Grada

Vydavatelství Grada, Stavebnictví a architektura