Požadavky na denní osvětlení budov
Denní světlo je nenahraditelným faktorem prostředí a je nutnou podmínkou zdravého pobytu v budovách. Zajištění přístupu denního světla do interiéru je trvalým úkolem při návrhu budov. Platné požadavky na denní osvětlení byly stanoveny před padesáti lety. Cílem je alespoň pro část dne zajistit dostatečné množství denního světla pro zrakovou práci, kterou uživatelé budov v interiérech vykonávají.
1. Denní světlo v interiéru – trvalý úkol
Počátkem sedmdesátých let minulého století bylo v módě zprůmyslnění stavebnictví. Tvrdilo se, že díly stavby budeme vyrábět v klimatizovaných halách a na místo stavby už tyto díly jenom přivezeme a rychle smontujeme. Výstavba nebude závislá na počasí a bude probíhat plynule přes všechna roční období. Materiálem pro 21. století bude železobeton, kov, umělé hmoty a sklo. Zdění je pracné, a proto cihly budeme používat jen při rekonstrukcích historických objektů a pro nové stavby se snad budou hodit jen do spodní stavby na přizdívky. Racionální jsou ploché střechy. Krovy jsou zastaralé a spolu se vším dřevěným se stanou folklórní záležitostí, na kterou se příští generace budou chodit dívat do skanzenů. Budovy budou promyšleně vybaveny všemocnou technikou, která učiní život jejich uživatelů snadným. Švýcarským příkladem použití progresivní techniky hodným následování je elektrické odporové vyhřívání chodníků, které zbaví uživatele budovy povinnosti odstraňovat z nich v zimě sníh *).
Dnes však vyhřívané chodníky těžko obstojí. Základní vlastností budov, které je nutno vše podřídit, je energetická úspornost provozu. Budovy se obalují do stále silnějších vrstev tepelných izolací. Visuté konstrukce se připojují pomocí izonosníků. Využívají se netradiční zdroje energie. Větrá se velmi úsporně s využitím tepla odpadního vzduchu pomocí rekuperace. Cílem je postavit dům s nulovou spotřebou energie a snad se podaří realizovat i domy, které budou při svém provozu energii získávat. Uvědomili jsme si totiž, že zásoby zdrojů energie na naší planetě nejsou nekonečné. Průmyslová revoluce spolu se svým neustálým zvyšováním otáček všeho možného zároveň dorazila i do původně zaostalých zemí a v důsledku s tím spojené exploatace fosilních paliv se v atmosféře zvyšuje koncentrace oxidu uhličitého a planeta se otepluje.
A jaké budou další vývojové tendence? Těžko odhadnout. Snad protiteroristická odolnost. Už dnes monitorujeme prostor okolo budov kamerami, zasklíváme okna neprůstřelným polykarbonátem a vchody do bytů opatřujeme nedobytnými dveřmi. Budeme stavět domy, které odolají nárazu dronu naplněného trhavinou? Obklopíme je ploty propletenými žiletkovým drátem? Zavedeme povinné bezpečnostní štítky budov? Nikdo si to nepřeje. Ať už stavebnictvím vládne jakýkoli nepokoj, jedno zůstává už od dob Marca Vitruvia Pollia [1] stálé a neměnné. Je to potřeba zachování všestranné (fyzické, psychické, sociální…) pohody lidí při pobytu v budově a potřeba zachování jedné z nejcennějších věcí, kterou na světě máme, tj. zachování zdraví. K tomu patří ochrana před škodlivinami všeho druhu (hluk, kouř, vlhkost, chlad, horko, bakterie, plísně, odpad, výpary) a řádné využívání předností přírody – zelené vegetace, přímého přístupu čerstvého vzduchu do interiéru a v neposlední řadě i využívání přírodního osvětlení a přímých slunečních paprsků ve vnitřních prostorech budovy. Osvětlení denním světlem je trvalým úkolem při návrhu budov. Proto nepotřebuje žádné kampaně.
2. Význam denního osvětlení – nenahraditelný faktor prostředí
Denní světlo je jedním z nejvýznamnějších faktorů životního prostředí. Běžný uživatel stavebního objektu obvykle hodnotí kvalitu budovy právě z hlediska stavu vnitřního prostředí včetně osvětlení, zatímco např. napětí, síly a momenty v konstrukci ho nezajímají, protože skutečnost, že budova je stabilní, považuje za samozřejmost. O preferencích lidí v této věci se lze přesvědčit nahlédnutím do nabídky jakékoli realitní kanceláře prodávající byty. Inzeráty se jen hemží adjektivy typu: slunný, světlý, prosluněný, vzdušný, s orientací na jih, s výhledem do parku.
Avšak zdaleka nejde jen o aktuální pocit pohody jedince užívajícího budovu. Na rozdíl od lékařství, které se zabývá zdravím jednotlivce a předmětem jeho zájmu je konkrétní pacient, veřejné zdravotnictví řeší problémy, které se týkají zdraví celé společnosti, jednotlivých populačních skupin a komunit [2]. Vedle životního stylu, genetických dispozic a úrovně zdravotní péče patří stav prostředí mezi základní parametry, které ovlivňují zdraví lidí. Vliv faktorů životního prostředí (15 až 20 %) je hned za vlivem životního stylu obyvatelstva (50 %) druhým nejvýznamnějším parametrem ovlivňujícím veřejné zdraví [3]. Úroveň veřejného zdraví podmiňuje prosperitu společnosti. Prostředky ušetřené za léčení nemocných a za jejich sociální podporu lze totiž investovat do zvýšení úrovně života celé populace.
Po dobu milionů let vývoje života na naší planetě byly organismy vystaveny dennímu světlu a jeho dynamickým změnám, byly vystaveny střídání dne a noci [4]. Nedivme se proto, že i člověk je dennímu světlu a jeho proměnám během dne i roku dokonale přizpůsoben a že je na tomto světle doslova závislý. Denní světlo nelze umělými zdroji nahradit a spolu s přímým slunečním zářením patří mezi nezbytné součásti našeho životního prostředí stejně tak, jako vzduch, voda, zemská gravitace nebo magnetické pole. Dočasně po krátkou dobu je člověk schopen snášet i značné nepohodlí. V budově pro bydlení nebo práci však případný nedostatek denního světla působí dlouhodobě, a proto vždy negativně ovlivní zdraví lidí užívajících takovou budovu.
Využívání denního světla a slunečního záření nemůže vést k nedostatku této „komodity“. Jedná se o obnovitelný zdroj. Při přímém využití denního světla a slunečního záření v budovách nevzniká žádný odpad. Slunce svítí, hřeje, léčí a těší zadarmo. Urbanistickým řešením území, návrhem proporcí vnitřních prostorů budov, volbou velikosti a umístěním osvětlovacích otvorů (oken a světlíků) i stavebním řešením detailu je možno ovlivňovat přístup denního světla a v potřebné míře i slunečního záření do interiéru. Budovy jsou předměty dlouhodobého užívání a dlouhého trvání, a proto je při jejich navrhování žádoucí uvážlivý přístup oproštěný od krátkodobých kampaní a výkyvů.
3. Zatažená obloha v zimě – závazný standard
Požadavek na stanovení závazných limitů denního osvětlení a oslunění bytů byl formulován již v Athénské chartě (1933) [5]. Byla to reakce na neutěšené podmínky bydlení v městských aglomeracích té doby. Myšlenky Athénské charty se plně uplatnily až při poválečné obnově evropských měst na obou stranách tehdejší železné opony. Požadavky na denní osvětlení a proslunění bytů se v československých normách začaly objevovat již na konci čtyřicátých let minulého století. Normalizace postupně směřovala ke zjednodušení a částečnému zmírnění původně více přísných požadavků. Zejména bylo třeba reagovat na společenské změny nastalé v 90. letech minulého století a na nové způsoby městského plánování a stavění objevující se v této době. Požadavky, které v současné době platí v České republice, alespoň v minimální míře zajišťují potřebný standard bydlení a přiměřenou kvalitu života uživatelů bytů. Týkají se ale i školských staveb a pracovního prostředí. Vývoj normalizace v oboru denního osvětlení a oslunění bytů jistě není ukončen. Bude v něm nutno reagovat na další urbanistické trendy i na změny v normalizaci evropské. Z hlediska zájmu na ochraně zdraví a kvality života obyvatel našich měst se ale zdá, že k případnému dalšímu zmírnění stávajících požadavků již není prostor.
Pro poznání principu stanovení požadavků na denní osvětlení v České republice a na Slovensku je klíčová ČSN 36 0035 Denní osvětlení budov z roku 1968 [6]. Tato norma u nás zavedla hodnocení pomocí modelu zatažené oblohy s gradací jasu mezi horizontem a zenitem 1:3 (resp. 1:2 pro nadmořské výšky nad 600 m), zavedla pojem „trvalý pobyt“ a poprvé použila k hodnocení obtížnosti zrakové práce poměrnou pozorovací vzdálenost. Také stanovila požadavky na denní osvětlení, z nichž většina je platná dodnes.
Zataženou oblohu v zimě považujeme za nejméně příznivý stav venkovní osvětlenosti. Bude-li v interiéru dostatek světla při zatažené obloze v zimě, pak bude dostatečné množství světla garantováno vždy. Tento princip je znám už od 18. století. Tehdejší model zatažené oblohy měl ale konstantní jas. Reálnější rozložení jasu na zatažené obloze popsali až v minulém století prof. Moon a dr. Spencerová [7]. V jejich modelu jas graduje od horizontu k zenitu v poměru 1:3. Tento model byl v roce 1955 Mezinárodní komisí pro osvětlování (CIE) přijat jako doporučený standard. ČSN 36 0035 (1968) [6] pak zavedla oblohu CIE 1:3 závazně také u nás.
4. Zraková práce – poměrná pozorovací vzdálenost
Vidění člověku zprostředkuje nejvíce informací o vnějším světě. Ať už tomu chceme či nechceme, pokud právě nespíme, od narození až do smrti, po celý svůj život konáme zrakovou práci (zrakovou činnost [8], [9]) resp. plníme zrakový úkol (visual task [10]). Zraková práce může být spojena se čtením nebo psaním, s prováděním vysoce jemných i hrubých ručních prací, s obsluhou rozličných strojů a přístrojů, s úklidem, udržováním čistoty nebo i s pouhou orientací při chůzi na chodbě či na schodišti. Obtížnost zrakové práce závisí na vzdálenosti viděného, na nejmenší sledované podrobnosti (na kritickém detailu) a na kontrastu jasů mezi pozorovaným detailem a jeho okolím.
| třída | název | Pv [–] | příklad | kritický detail dcr [mm] při | |
|---|---|---|---|---|---|
| d = 0,25 m | d = 10 m | ||||
| I. | mimořádně přesná | > 3330 | nejpřesnější činnost s omezenou možností použití zvětšení | < 0,075 | < 3 |
| II. | velmi přesná | 3330–1670 | ruční rytí, velmi jemné umělecké práce | 0,075–0,15 | 3–6 |
| III. | přesná | 1670–1000 | obtížné laboratorní práce, náročné vyšetření, jemné šití, vyšívání | 0,15–0,25 | 6–10 |
| IV. | středně přesná | 1000–500 | čtení, psaní, obsluha strojů, šití, příprava jídel, žehlení, sport | 0,25–0,5 | 10–20 |
| V. | hrubší | 500–100 | manipulace s předměty, konzumace jídla, čekání | 0,5–2,5 | 20–100 |
| VI. | velmi hrubá | < 100 | udržování čistoty, mytí, převlékání, chůze v neznámém prostoru | > 2,5 | > 100 |
| VII. | celková orientace | – | chůze ve známém prostoru, celkový dohled | – | – |
Kontrastní citlivost zraku se zvyšuje s adaptačním jasem zraku. K dosažení adaptačního jasu potřebného pro zrakovou práci je potřeba určitého množství (kvantity) světla. Při malém kritickém detailu a malém kontrastu jasu je třeba zvýšit kontrastní citlivost zraku tím, že se zvýší adaptační jas. To předpokládá přivedení většího množství světla do místa zrakové práce i do celého interiéru. Zjednodušeně řečeno: čím menší detail pozorujeme a čím menší je kontrast mezi pozorovaným předmětem a jeho bezprostředním okolím, tím obtížnější zrakovou práci konáme a tím více si musíme posvítit. Požadavky na množství denního světla jsou proto odstupňovány podle obtížnosti zrakové činnosti (zrakové práce či zrakového úkolu). Kritériem této obtížnosti je poměrná pozorovací vzdálenost Pv (–). Jedná se o poměr
(1)
kde dcr (m) je velikost kritického detailu a d (m) je jeho vzdálenost od oka pozorovatele. Jestliže pozorovaný předmět držíme v rukou (např. při čtení), pak d = 0,25 m je konvenční zraková vzdálenost. Podle poměrné pozorovací vzdálenosti jsou zrakové činnosti v normách o denním a sdruženém osvětlení [8], [9] rozděleny do sedmi tříd (viz tabulka 1). Jednotlivým třídám jsou pak přiděleny nejnižší požadované hodnoty činitele denní osvětlenosti. Z těchto požadavků jsou pak odvozeny i požadavky v dalších normách [11], [12] a [13]. Například v [11] jsou požadované hodnoty D (%) stanoveny tak, aby u okna obytné místnosti byl dostatečně velký prostor pro zrakovou činnost IV. třídy (například čtení).
5. Kvalita denního světla – obtížnost jejího hodnocení
Obr. 1: Změny osvětlenosti denním světlem během dne při zatažené obloze a vnímání těchto změn
I při dokonale zatažené obloze se osvětlení během dne rychle mění. Děje se tak ve větší míře, než jsme si schopni v důsledku adaptační schopnosti našeho zraku uvědomit (obr. 1). Proměnlivost denního světla je pro nás výhodou, protože ve fyziologicky přijatelném sledu nutí zrak k adaptaci a tím tuto jeho schopnost udržuje ve funkci. Z hlediska hodnocení osvětlení ale nestálost denního světla představuje problém, který se nejvíce týká hodnocení kvality (rovnoměrnosti, rozložení jasu v zorném poli, vyloučení siluetového efektu nebo oslnění). Kvalita osvětlení totiž může být zhoršena při jakémkoli stavu oblohy a zejména při přímém slunečním světle. Například hodnocení rovnoměrnosti podle [8] poněkud kulhá, protože vychází z hodnot činitele denní osvětlenosti stanovených jen při rovnoměrně zatažené obloze. Přestože si význam rovnoměrnosti osvětlení velmi dobře uvědomovali už tvůrci prvních československých norem o denním světle [14], není zatím k dispozici uspokojivá exaktní metoda takového hodnocení. Příčinou je právě nestálost denního světla.
Oproti našim kolegům, kteří se zabývají umělým osvětlením, jsme v nevýhodě, která spočívá v proměnlivosti denního světla během dne i roku. V závislosti na atmosférických podmínkách se denní světlo stále a s velkou dynamikou nepředvídatelně mění. Tato jeho vlastnost je sice našemu zdraví prospěšná, avšak hodnocení denního světla činí mimořádně obtížným. Nemůžeme-li proto zatím vyhovujícím způsobem hodnotit kvalitu denního světla, hodnotíme alespoň jeho množství.
6. Množství denního světla – vlastní předmět normalizace
Kritériem množství denního světla je činitel denní osvětlenosti D (%) stanovený v podmínkách zatažené oblohy v zimě.
(2)
![Obr. 2: Hodnoty osvětlenosti E dolní index h (lx) vodorovné nestíněné roviny zataženou oblohou v průběhu dne i roku [6]](/docu/clanky/0150/015093o5.png)
Obr. 2: Hodnoty osvětlenosti Eh (lx) vodorovné nestíněné roviny zataženou oblohou v průběhu dne i roku [6]
kde E (lx) je osvětlenost ve sledovaném místě na srovnávací (pracovní) rovině a Eh (lx) je osvětlenost venkovní vodorovné nezastíněné roviny. Činitel denní osvětlenosti D (%) je veličinou poměrnou, a proto na rozdíl od samotné osvětlenosti E (lx) jeho hodnoty tolik nepodléhají změnám jasu zatažené oblohy. Relativní jednoduchost modelu zatažené oblohy v zimě a jeho nezávislost na poloze slunce, a tím i na orientaci ke světovým stranám, umožňuje poměrně snadno hodnoty D (%) předpovídat výpočtem pomocí graficko-početních metod [15] nebo s využitím softwaru [16] [17] a také zjišťovat měřením [18].
Limitní hodnoty činitele denní osvětlenosti byly v [6] stanoveny tak, aby při hodnotě venkovní osvětlenosti Eh = 5000 lx bylo osvětlení interiéru dostatečné pro danou zrakovou činnost. Takto stanovené limitní hodnoty platí v našich normách dodnes. V ČSN 36 0035 Denní osvětlení budov z roku 1968 [6] lze také nalézt diagram zde uvedený na obrázku 2. Z diagramu lze určit hodnotu Eh (lx) v její proměnlivosti během dne i v průběhu roku. Kritická hodnota srovnávací osvětlenosti Eh = 5000 lx je na obrázku vyznačena červeně. Z diagramu lze například vyčíst, že při splnění požadovaných hodnot činitele denní osvětlenosti pro danou třídu zrakové činnosti podle našich norem bude možno na pracovním místě v březnu vykonávat tuto zrakovou činnost při zatažené obloze bez přisvícení umělým světlem cca od 7:30 do 16:30 hodin.
7. Závěr
Spolu s větráním, udržováním přiměřené teploty a ochranou před hlukem, vlhkostí a nepříznivými biologickými vlivy patří denní osvětlení vnitřních prostorů budov k nutným podmínkám zdravého pobytu v budovách. Současně platné požadavky na denní osvětlení lze nalézt v ČSN 73 0580-1 až -4 [8], [11], [12], [13]. Závaznost těchto požadavků vyplývá ze stavební legislativy [19], [20], [21], [22]. Požadavky platí už téměř padesát let a cílem jejich stanovení od počátku bylo, a dosud je, alespoň pro část dne zajistit dostatečné množství denního světla pro zrakovou práci, kterou uživatelé budov v interiérech vykonávají. Právě to je totiž nezbytné pro zajištění zrakové pohody a příznivého dojmu z dobře osvětleného interiéru. Pokud lidé při denním světle uvidí dobře předmět své činnosti, budou jejich dojmy a jejich pohoda ve vztahu k dennímu světlu optimální. Ale nebudou-li mít v místnostech, kde trvale pobývají, dostatek denního světla pro svou konkrétní zrakovou práci, zraková pohoda a příznivý dojem z dobře osvětleného prostoru se nedostaví.
*) Údaj o vyhřívání venkovních ploch je čerpán z učebních textů fakulty stavební ČVUT z konce 60. let minulého století. Skutečností ale je, že topné kabely a topné rohože jsou pro tento účel nabízeny i dnes. ... Zpět
Literatura
- Marcus Vitruvius Pollio: Deset knih o architektuře (cca 22 př.n.l.), přeložil Alois Otoupalík, Arista 2009, ISBN 978-80-86410-58-6
- Janečková, H. Hnilicová, H.: Úvod do veřejného zdravotnictví, Portál, 2009, ISBN 978-80-7367-592-9
- Lalonde, M.: A new perspective on the health of Canadians, Ottawa, 1974.
- Maierová, L.: Světelné prostředí v budovách, nevizuální vnímání světla a interindividuální rozdíly, disertační práce ČVUT Praha 2015
- Hrůza, J.: Charty moderního urbanismu, Agora 2002, ISBN 80-902945-4-5
- ČSN 36 0035 Denní osvětlení budov, 1968
- Kittler, R. Kittlerová, L.: Návrh a hodnotenie denného osvetlenia, Alfa Bratislava 1975
- ČSN 73 0580-1 Denní osvětlení budov – základní požadavky (2007)
- ČSN 360020 Sdružené osvětlení (2015)
- ČSN EN 12464-1 Světlo a osvětlení – Osvětlení pracovních prostorů – Část 1: Vnitřní pracovní prostory (2004)
- ČSN 73 0580-2 Denní osvětlení budov – denní osvětlení obytných budov (2007)
- ČSN 73 0580-3 Denní osvětlení budov – denní osvětlení škol
- ČSN 73 0580-4 Denní osvětlení budov – denní osvětlení průmyslových prostorů
- ČSN ESČ 70-1949 Osvětlování domovů (březen 1949)
- Vychytil, J.: Stavební světelná technika – cvičení, ČVUT Praha 2015, ISBN 978-80-01-05858-9
- http://www.svetloplus.cz/
- http://www.astra92.cz/
- ČSN 360011-2 Měření denního osvětlení (2014)
- Vyhláška č. 268/2009 o technických požadavcích na stavby ve znění změny 20/2012 Sb.
- Nařízení 10/2016, kterým se stanovují obecné požadavky na využívání území a technické požadavky na stavby v hlavním městě Praze – tzv. Pražské stavební předpisy
- Nařízení vlády 361/2007 Sb. kterým se stanoví podmínky ochrany zdraví při práci
- Vyhláška 410/2005 Sb. o hygienických požadavcích na prostory a provoz zařízení a provozoven pro výchovu a vzdělávání dětí a mladistvých
Daylight is an basic factor of the environment and is essential for a healthy stay in buildings. Ensuring access of daylight to the interior, it is a constant challenge during the construction of buildings. The currently binding requirements of daylight were established sixty years ago. The aim is to provide the sufficient amount of daylight for visual work, at least for a part of the day.