7. Sluneční záření a osvětlení stájových objektů

7.1. Fyziologický význam osvětlení

Světlo představuje viditelnou část spektra slunečního záření v oblasti vlnových délek zhruba 260-760 nm. Nejdůležitějším přírodním procesem závislým na světle je fotosyntéza rostlin, neboť je zdrojem veškeré energie pro fungování celého ekosystému. Světlo však ovlivňuje chování živočichů i přímo, a to svou kvalitou (vlnovou délkou), intenzitou (energetickou vydatností) a délkou působení. Ptáci a savci vnímají změny délky světelné části dne, fotoperiodu, prostřednictvím fotoreceptorů umístěných v oční sítnici. Fotoreceptory spouštějí sérii složitých hormonálních reakcí, jejichž výsledkem je určité chování, fotoperiodismus.

Pravidelná proměnlivost v působení světla během denního cyklu vyvolává u živočichů cirkadianní rytmy, jakými jsou načasování sběru potravy, odpočinku či teritoriální chování. Podle rozložení cirkadianní aktivity rozlišujeme druhy denní (diurnální), noční (nokturnální), soumračné (krepuskulární) a arytmické. I u denních živočichů však bývá hlavní období aktivity omezeno na časné ranní hodiny a dobu před soumrakem, zatímco u nočních živočichů to bývá první polovina noci a několik hodin krátce před rozedněním.

Změny světelného režimu během roku jsou zdrojem sezónní neboli cirkaannuální rytmicity životních projevů. Biorytmy mohou být vyvolány i změnami teploty nebo vlhkosti, pokud se tyto změny vyznačují dostatečnou pravidelností. Mezi sezónní biorytmy patří migrace, shlukování, výměna srsti či opeření, tvorba tukových zásob, nástup hibernace či pohlavní aktivita. Světlo působí na pohlavní funkce prostřednictvím neurohumorální regulační soustavy, uplatňuje se drážděním sítnice přes opticko – hypotalamo – hypofyzární soustavu. Konečný účinek je potom na pohlavní orgány a štítnou žlázu.

U některých druhů pohlavní aktivita vzrůstá na jaře, kdy se den prodlužuje (slepice, krůty, husy, kachny, drobné šelmy, koně), u jiných naopak na podzim (ovce, kozy, jelen lesní). Je ovšem znám také tzv. podzimní tok u tetřevovitých vyvolaný zřejmě také zkracující se fotoperiodou. Vliv délky fotoperiody na zpožděnou implantaci zárodků v děloze (tzv. utajená březost) byl prokázán u některých jelenovitých, medvědovitých a kunovitých, tedy u druhů s delší dobou březosti. Tato výhodná adaptace umožňuje načasovat náročnou péči o narozené potomstvo do optimálního období časné vegetační sezóny. Popsané projevy jsou nápadnější v zeměpisných šířkách dál od rovníku v souvislosti s výraznou sezonalitou.

Organismům jsou tyto rytmy vrozené a teprve při jejich dlouhodobém narušování (například experimentálně) se jejich pravidelnost postupně vytrácí. Kupříkladu umělé pouliční osvětlení (světelný smog) ve městech ovlivňuje aktivitu kosa černého natolik, že jehož zpěv můžeme ve městě zaznamenat už v únoru.

Dostatečné osvětlení stájových prostorů je též nezbytné pro bezpečnost práce, má význam pro udržování čistoty prostředí, zvířat a technologického vybavení stájí.

Z hlediska určení pro příslušnou cílovou skupinu organismů rozlišujeme:

a) fyziologické osvětlení – světlo nezbytné k vytvoření příznivých podmínek pro správný průběh příslušných biologických pochodů

b) pracovní osvětlení – světlo určené k zajištění pracovní pohody a hygieny prostředí člověka

Podle zdroje, ze kterého osvětlení pochází rozdělujeme osvětlení na:

a) denní – jde o přímé sluneční záření, případně difusní záření oblohy

b) umělé – žárovky, zářivky, výbojky

Umělé osvětlení v závislosti na jeho rozsahu a určení bývá zvykem ještě rozlišovat na:

a) celkové – například umělé osvětlení celé haly (bezokenní haly nosnic, výkrm kuřat)

b) místní – lokální bodový zdroj zpravidla s větší intenzitou osvětlení (v místě výkonu drobných např. chirurgických zákroků na zvířatech, v porodnách apod.).

V závislosti na směru, ve kterém se světlo do prostředí dostává můžeme osvětlení dále dělit na:

a) horní

b) boční

c) kombinované

7.2. Definice základních pojmů

Lux (značka lx)

Osvětlení 1 luxe je vyvoláno dopadem světelného toku 1 lumen, rovnoměrně rozloženým na ploše jednoho m².

Lumen (značka lm)

Lumen je definován jako světelný tok vyzařovaný do prostorového úhlu 1 steradiánu bodovým zdrojem, jehož svítivost je ve všech směrech 1 kandela. Jedná se o hlavní jednotku světelného toku, což je světelná energie, kterou zdroj vyzáří za časovou jednotku (1s). Je to však energie posuzovaná z hlediska citlivosti oka na různé vlnové délky světla. Světelný tok je tedy fotometrická veličina.

Steradián (značka sr)

Steradián je v soustavě SI jednotka prostorového úhlu. Název je odvozen z řeckého stereos. Je definována jako prostorový úhel, který vymezí ze středu na jednotkové kouli jednotkovou plochu (nebo na kouli o poloměru r plochu r²). Steradián je z fyzikálního pohledu bezrozměrná jednotka.

Kandela (značka cd)

Jde o jednotku svítivosti. Je jednou ze sedmi základních jednotek soustavy SI. Je to svítivost světelného zdroje, který v daném směru emituje (vyzařuje) monochromatické záření o frekvenci 540×10¹² hertzů a jehož zářivost (zářivá intenzita) v tomto směru činí 1/683 wattů na jeden steradián. Zvolená frekvence je z viditelného spektra, blízká světlu zelené barvy při vlnové délce 555 nm. Lidské oko je nejcitlivější k této frekvenci.

Nejprve byla tato jednotka definována jako svítivost svíčky definovaného složení. Typů referenčních svíček však existovalo několik (a tomu odpovídalo několik mírně různých jednotek), a navíc bylo složité zachovat přesně stejné podmínky hoření. Později byla proto jednotka předefinována jako svítivost 1/600 000 m² povrchu absolutně černého tělesa ve směru kolmém k tomuto povrchu při teplotě tuhnutí platiny (1768 °C) při normálním tlaku 1 atmosféry (101 325 Pa). Tato definice byla přijata na XIII. generální konferenci pro míry a váhy v r. 1967.

Všechny definice popisují prakticky stejnou jednotkovou svítivost, která stále odpovídá svítivosti plamene jedné běžné svíčky ve vodorovném směru (plamen je vertikálně protáhlý a proto je ve svislém směru jeho svítivost menší). Pro porovnání: obyčejná žárovka 100 W má přibližně 120 cd.

Foot-candle (značka fc)

1 lux = 0,093 fc

7.3. Princip měření osvětlení

Principem měření osvětlení je přeměna světelné energie v energii elektrickou (tzv. fotoelektrický jev), kdy dopadající záření uvolňuje z některých látek elektrony, které pak mohou vytvářet elektrický proud v obvodu.

Při vnějším fotoelektrickém jevu jsou elektrony uvolňovány z vodivostního pásu kovů a samotný krystal kovu opouštějí. V polovodičích pak může docházet pod vlivem elektromagnetického záření k uvolňování elektronů z elektronových obalů atomů. Tyto elektrony zpravidla samotný polovodič neopouštějí, pouze zvyšují jeho vodivost. Pak hovoříme o tzv. vnitřním fotoelektrickém jevu. Fotoelektrický jev sehrál fundamentální roli při formulování základů kvantové teorie světla.

Jednoduché vysvětlení fotoelektrického jevu podal v roce 1905 na základě své fotonové hypotézy A. Einstein (Einsteinova teorie fotoelektrického jevu). Podle této teorie je fotoemise každého elektronu důsledkem pohlcení (absorpce) jednoho kvanta elektromagnetického záření, fotonu. Během tohoto procesu foton zaniká a předává svou energii elektronu. Ta je pak částečně využita k úniku elektronu z kovu a zbytek přeměněn na jeho kinetickou energii.

Einstein za vysvětlení fotoelektrického jevu a za svůj přínos k teoretické fyzice obdržel v roce 1921 Nobelovu cenu.

7.4. Přístroje vhodné k měření intenzity osvětlení – Luxmetry

Luxmetry se skládají z přijímače s fotočlánkem (měřící sondy) a z měřicího a vyhodnocovacího systému. Konstrukce luxmetrů bývá různá a souvisí s metodou měření fotoproudu a principem samotného fotočlánku. Obvykle je měřen fotoproud vhodným obvodem s operačním zesilovačem.

Fotočlánek je nejčastěji používané fyzikální čidlo pro objektivní světelná měření (popř. radiometrická). Někdy je také označován jako fotodetektor. Fotočlánek obsahuje detektor citlivý na světlo. Detektor pak převádí světlo či jinou část elektromagnetického záření na elektrický signál.

Fotočlánek bývá součástí fotometrické hlavice, která obsahuje další doplňkové příslušenství - např. filtry pro korekci spektrální citlivosti, nástavce pro směrové přizpůsobení, konstrukční součásti, ap.

Dnes nejčastěji používané detektory do fotočlánků jsou fotodiody. Asi nejvíce spolehlivé a všestranně použitelné jsou křemíkové fotodiody. Ačkoli ze všech polovodičů převládá jasně křemík, někdy se používají i jiné polovodiče (např. InGaAs pro vyšší vlnové délky).

Luxmetr LX-103 (video)

Digitální luxmetr LX-103 umožňuje měřit osvětlení v rozsahu 0-50000 luxů (0-5000cd). Má automatické nulování, velmi nízkou spotřebu (2,7 mA). Skládá se ze separátního senzoru (fotodioda s barevným korekčním filtrem) a LCD displeje, který umožňuje odečítání naměřených hodnot pod různými úhly (viz obrázky č.69 a 70). Přístroj je možné nastavit na 3 různé citlivosti měření:

A - nejcitlivější režim – rozsah 0 – 1999 LUX

B - rozsah 2000 – 19990 LUX (hodnotu na displeji je nutné vynásobit 10)

C - rozsah 20000 – 50000 LUX (hodnotu na displeji násobíme 100)

Obrázek č.69 Celkový pohled na luxmetr LX-103

Obrázek č.70 Detail displeje a ovládacích prvků luxmetru LX-103

7.5. Zásady měření luxmetry

Před měřením je nutno sondu vystavit po dobu 5 minut běžnému osvětlení (aktivace fotočlánku).

Při měření vždy postupovat s nastavením přístroje v jeho nejvyšší možné citlivosti (při překročení rozsahu měření se na displeji zobrazí symbol 1 – teprve pak přepínáme na nižší citlivost a výsledek násobíme příslušným přepočítacím faktorem).

Měření je nutno provádět za plného provozu stájového objektu, při úplném technologickém vybavení a v přítomnosti zvířat.

Při měření je nutno dbát, aby měřící osoba nestála v ose dopadajícího světla (vždy tedy zády ke stěně či jiným stavebním konstrukcím – měřit dopadající světlo).

Minimálně 1x ročně je nutno přístroj kalibrovat. Kalibraci provádějí specializovaná pracoviště pro příslušné dodavatele přístrojů.

Při stanovení denního osvětlení považujeme za ideální měření rovnoměrně zataženou oblohu (v poledních hodinách), kdy barva a intenzita osvětlení nejméně kolísá. Měří se vždy současně hodnoty osvětlení uvnitř objektu a venku (srovnávací osvětlenost), a to při zhasnutí umělého osvětlení.

Při měření umělého osvětlení pracujeme v případě okenních hal večer nebo v noci, aby ovlivnění výsledků venkovním osvětlením bylo minimální. U bezokenních hal denní doba měření nerozhoduje.

7.6. Volba stanovišť

Při měření jednotlivých parametrů osvětlení je nezbytné zvlášť pečlivě volit jednotlivá měřící stanoviště neboť intenzita osvětlení velmi kolísá, a to i v nepatrných prostorových odstupech. Abychom měřili objektivně, je tedy nutné zvolit poměrně hustou síť stanovišť podle následujících zásad:

A- příčné osy stanovišť jsou vedeny v linii oken a meziokenních pilířů

B – na tyto osy vedeme kolmice ve vzdálenosti 1 – 6 m, tak aby průsečíky řezů tvořily síť s poměrem stran 2 : 3 – 7

C- krajní osy vedeme vždy 1m od vnitřních stěn budovy (viz obrázek č.71)

Obrázek č.71 Schéma výběru stanovišť při měření osvětlení

Výška (srovnávací rovina) měřících stanovišť:

U velkých druhů zvířat (skot, koně) dodržujeme srovnávací rovinu ve výšce cca 0,5 m nad podlahou.

U prasat, ovcí a koz měření provádíme v úrovni podlahy.

V případě klecového ustájení zvířat (bez ohledu na druh a kategorii) měříme v úrovni krmítek a u vícepodlažních klecí je srovnávací rovina dána střední výškou krmítek.

7.7. Ukazatelé hodnocení denního osvětlení

1. Činitel denní osvětlenosti

2. Rovnoměrnost denního osvětlení

3. Koeficient denního osvětlení

4. Odraznost ploch

7.7.1. Činitel denní osvětlenosti (kvocient denního osvětlení)

Jedná se o poměr intenzity osvětlení ve stáji k intenzitě osvětlení venku, vyjádřený v procentech. Jde v podstatě o podíl intenzity osvětlení, který se z venkovního prostředí dostává do stájového objektu.

e – činitel denní osvětlenosti

E_i – intenzita osvětlení ve stáji

E_e – intenzita osvětlení venku

Požadovaná hodnota činitele denní osvětlenosti je u stájových prostorů 0,5 – 2 %.

Vnitřní prostory s trvalým pobytem lidí musí mít zajištěno denní osvětlení splňující požadavek na hodnotu e_min alespoň 1,5% a na průměrného činitele denní osvětlenosti e_m nejméně 3%, i když by pro danou zrakovou činnost stačily nižší hodnoty.

U obytných místností je vyžadována minimální hodnota činitele denní osvětlenosti 0,5%, která musí být splněna ve všech kontrolních bodech na srovnávací rovině. Průměrná hodnota činitele denní osvětlenosti je nejméně 2%

Postup při měření:

Pro správné stanovení činitele denní osvětlenosti je zapotřebí dvou měřících osob s luxmetry. Osoba provádějící měření uvnitř stájového objektu zaujme pozici na prvním stanovišti a vyčká až druhá osoba zaujme pozici pro měření ve venkovním prostředí. Na dohodnutý signál ve stejný čas obě osoby zaznamenají hodnoty naměřené na luxmetrech. Poté se osoba měřící uvnitř přesune na další stanoviště a opět na dohodnutý signál je proveden odečet obou hodnot. Jen tímto způsobem je možné eliminovat kolísání intenzity venkovního osvětlení, ke kterému dochází i za optimálních podmínek měření. Po proměření všech stanovišť následuje výpočet činitele denní osvětlenosti z naměřených dvojic hodnot.

Naměřené hodnoty lze graficky zpracovat. Na následujících grafech vidíme znázornění rozložení izočar o stejném činiteli denní osvětlenosti e (%) v pohledu na pracovní rovinu posuzovaného prostoru:

Graf č.1 Příklad nerovnoměrného bočního osvětlení

Graf č.2 Příklad rovnoměrného bočního osvětlení

Graf č.3 Příklad nerovnoměrného horního osvětlení

Graf č.4 Příklad rovnoměrného horního osvětlení

7.7.2 Rovnoměrnost denního osvětlení

Jde o velmi důležitý parametr, který vypovídá o tom, jak je světlo distribuováno ve stájovém objektu. Velmi významné místo zaujímá především u boxových, kotcových nebo klecových systémů ustájení, kdy lze tímto způsobem odhalit přílišné výkyvy v intenzitě osvětlení, na které zvířata nemohou reagovat např. přesunem do výhodnějších podmínek.

Rovnoměrnost denního osvětlení se určuje jako podíl nejmenší a největší hodnoty činitele denní osvětlenosti, zjištěné v kontrolních bodech sítě na vodorovné srovnávací rovině v celém rozsahu vnitřního prostoru nebo v jeho funkčně vymezené části.

U vnitřních prostorů s bočním osvětlením pak platí:

r – rovnoměrnost denního osvětlení

e_min – nejnižší naměřená hodnota činitele denní osvětlenosti

e_max – nejvyšší naměřená hodnota činitele denní osvětlenosti

Požadovaná hodnota r u stájových prostorů je ≥ 0,15 – 0,20

U vnitřních prostorů s horním nebo kombinovaným osvětlením platí:

r – rovnoměrnost denního osvětlení

e_min – nejnižší naměřená hodnota činitele denní osvětlenosti

e_m – průměrná hodnota činitele denní osvětlenosti

Požadovaná hodnota r u stájových prostorů je ≥ 0,30

Tabulka č.6 Požadované hodnoty činitele denní osvětlenosti pro třídy zrakové činnosti u člověka

Třída zrakové činnosti	Charakteristika zrakové činnosti	Poměrná pozorovací vzdálenost	Činitel denní osvětlenosti E [%]		Rovnoměrnost denního osvětlení r [-]
			Minimální emin	Průměrný em
I	Mimořádně přesná	3330 a větší	3,5	10	r > 0,2 doporučeno r > 0,3
II	Velmi přesná	1670 až 3330	2,5	7
III	Přesná	1000 až 1670	2,0	6
IV	Středně přesná	500 až 1000	1,5	5	r > 0,2
V	Hrubší	100 až 500	1,0	3	r > 0,15
VI	Velmi hrubá	menší než 100	0,5	2	-
VII	Celková orientace	-	0,25	1

Průměrná hodnota činitele denní osvětlenosti e_m se určuje jako aritmetický průměr hodnot v kontrolních bodech zvolené pravidelné sítě na vodorovné srovnávací rovině.

Rovnoměrnost denního osvětlení se určuje jako podíl nejmenší a největší hodnoty činitele denní osvětlenosti, zjištěné v kontrolních bodech sítě na vodorovné srovnávací rovině v celém rozsahu vnitřního prostoru nebo v jeho funkčně vymezené části.

Požadavky na hodnoty činitele denní osvětlenosti se zvyšují, např. při malém kontrastu jasů, pro krátký pozorovací časový úsekem, s ohledem vyšší věkový průměr či zdravotní stav obyvatel, při provozních podmínkách narušujících dobrou viditelnost a všude tam, kde by se vlivem špatné viditelnosti mohla způsobit chyba vedoucí nepřesnostem, haváriím, vážným úrazům apod.

Například Třída zrakové činnosti IV zahrnuje zrakové činnosti jako středně přesná výroba a kontrola, čtení, psaní, obsluha strojů, běžné laboratorní práce, vyšetření, ošetření, hrubší šití, žehlení, příprava jídel, závodní sport.

Poměrná pozorovací vzdálenost je podíl vzdálenosti kritického detailu od oka pozorovatele a rozměru kritického detailu

7.7.3. Koeficient denního osvětlení

Jde o kriterium, podle kterého lze stavbu z hygienického hlediska posoudit již na úrovni projektové dokumentace. Pro denní osvětlení se při projektování staveb udávají požadované poměry mezi průsvitnou okenní plochou a půdorysnou plochou podlahy. Požadovaný poměr těchto ploch (okna : podlaha) se nazývá koeficient denního osvětlení a uvádí se v minimálních požadavcích (viz tabulka č.7).

Tabulka č.7 Minimální hodnoty koeficientu denního osvětlení pro jednotlivé druhy a kategorie hospodářských zvířat.

Druh a kategorie zvířat	okna : podlaha
skot obecně	1 : 15
žír	1 : 25
volné ustájení	1 : 20
drůbež v halách	1 : 15
v klecích	1 : 8 - 10

7.7.4. Odraznost ploch

Pomocí této veličiny můžeme objektivně posoudit stav čistoty vnitřních stájových povrchů. Jedná se o provozy, které se v pravidelných intervalech bílí vápenným nátěrem z důvodů asanace prostředí a zlepšení odraznosti světla a jeho distribuce v prostoru stáje. Použití metody v prostoru jehož vnitřní povrchy jsou natřeny barevnými nátěry je velmi nepřesné, neboť barva v závislosti na odstínu pohlcuje více či méně dopadajícího světelného záření.

Postup při měření:

Měřící osoba sevře ruku v pěst a měřící sondu luxmetru uchopí mezi palec a ukazovák. Poté ruku se sondou přiloží k měřenému místu na stěně, tak aby sonda byla orientována rovnoběžně se stěnou ve vzdálenosti 8 – 10 cm. Po odečtení intenzity dopadajícího světla se sonda v ruce otočí tak, aby čidlo směřovalo ke stěně. Při měření je nutno dbát na to, aby sonda byla opět orientována rovnoběžně se stěnou ve vzdálenosti 8 – 10 cm. Poté se odečte na displeji luxmetru intenzita světla odraženého. Porovnáním obou hodnot a vyjádřením v procentech stanovíme výsledek.

O – odraznost ploch

Eo – intenzita světla odraženého

E_d – intenzita světla dopadajícího

Požadovaná hodnota pro odraznost ploch v objektech pro hospodářská zvířata je 50 – 70 %.

7.8. Ukazatelé hodnocení umělého osvětlení

1. Průměrná hodnota intenzity umělého osvětlení

2. Minimální a maximální intenzita umělého osvětlení

3. Rovnoměrnost umělého osvětlení

Požadované hodnoty: r ≥ 0,20 při osvětlení >16 lx

r ≥ 0,33 při osvětlení < 16 lx

4. Měrný příkon svítidel

Jde o poměr celkového příkonu všech světelných zdrojů [W] k osvětlované ploše [m²]

Požadované hodnoty: v případě osvětlení žárovkami minimálně 5 W.m^-2, optimálně 8 W.m^-2

v případě osvětlení zářivkami minimálně 3 W.m^-2

Požadavky na denní a umělé osvětlení jsou uvedeny v ČSN 36 00 88 Osvětlování v zemědělských závodech (viz tabulka č.8).

Tabulka č.8 Požadavky na denní a umělé osvětlení dle ČSN 36 00 88 Osvětlování v zemědělských závodech

Objekt, pracoviště	činitel denního osvětlení emin [%]	fyziologické osvětlení [lx]	pracovní osvětlení [lx]	místní pracovní osvětlení EH [lx]
STAVBY PRO SKOT
telata s mléčnou výživou	1,5	40	60
telata s rostlinnou výživou	1,0	40	60
výkrm skotu	0,5	25	40
ustájení dojnic volné, boxy	1,0	60	60
ustájení dojnic vázané s dojením na stáních	1,5	60	160
porodna, porodní boxy	2,0	100	160	600
dojírna	2,0		200
STAVBY PRO PRASATA
porodna	1,5	60	100	250
chov selat	1,0	40	60
výkrm – okenní haly	0,5	0	40
kanci	1,0	60	60	160
OVČÍNY
stáj pro ovce	0,5	40	40
dojení ovcí	1,5		160
STÁJE PRO KONĚ
konírna	1,0	40	100 ^1
porodna	2,0	100	160	600
STAVBY PRO DRŮBEŽ
odchovna kuřat, krůťat	0,8	60/8 ^2,3	60
výkrm kuřat	0,5	40/4 ^2,3	60
výkrm kachen a krůt	0,5	60/4 ^2,3	40
snáškové haly s okny	0,5	25 ^3	40
snáškové haly bezokenní	0,0	16 ^3	40
líhně	1,5		160
sexování			600	5000

¹ – pokud se ve stáji nepracuje více než 4 hodiny denně

² – vyšší hodnota na počátku odchovu nebo výkrmu

³ – v halách s více etážovými klecemi nesmí osvětlenost na spodní srovnávací rovině klesnout

pod 25%.