Sdružené osvětlení a možnosti jeho využití v budovách

Při sdruženém osvětlení se vnitřní prostor budovy nebo jeho funkčně vymezená část záměrně osvětluje současně jak denním, tak i doplňujícím umělým světlem. Tím se mohou vytvářet příznivé podmínky vidění i zrakové a celkové pohody prostředí v případech, kdy samotné denní světlo je pro momentální nebo trvalé využití prostoru nedostatečné buď svou úrovní, nebo svým prostorovým rozložením.

Sdružené osvětlení umožňuje využití vnitřních prostorů zejména:

• v nově navrhovaných objektech, ve kterých nemůže být docíleno vyhovující denní osvětlení pro předpokládané zrakové činnosti z vážných objektivních příčin (budovy v husté zástavbě s velkým stíněním okolními objekty, budovy se složitou dispozicí a komplikovaným provozem),
• v budovách s vyhovujícím denním osvětlením, ve kterých krátkodobě v některých prostorech nebo jejich částech denní osvětlení nevyhovuje pro momentální činnosti rozložením světelného toku (při bočním denním osvětlení v situacích, kdy převažující směr osvětlení ze strany je nevyhovující),
• ve starších objektech, ve kterých jsou prostory s nedostatečným denním osvětlením, protože v době jejich výstavby ještě nebyly dostatečné znalosti o významu a potřebné úrovni denního osvětlení pro dané zrakové činnosti, ani předpisy obsahující podrobné požadavky na úroveň a kvalitu denního osvětlení a metody pro navrhování a posuzování.

Celoevropský problém?

Přesto, že sdružené osvětlení má v současné době velký význam i stále širší uplatnění, nemá řada vyspělých států dodnes žádnou normu nebo podrobnější předpisy pro navrhování a hodnocení sdruženého osvětlení; neexistuje ani se dosud nepřipravuje norma evropská.

Pro přístup mezinárodních organizací, zabývajících se osvětlením, ke sdruženému osvětlení je charakteristická skutečnost, že v platném mezinárodním slovníku z oboru osvětlení, zpracovaném Mezinárodní elektrotechnickou komisí IEC ve spolupráci s technickými komitéty Mezinárodní komise pro osvětlení CIE a převzatém do naší soustavy norem jako ČSN IEC 50 (845) překladem v roce 1996, pojem sdružené osvětlení zcela chybí, jakoby vůbec neexistovalo. Je tam zařazen pouze pojem trvalé doplňující umělé osvětlení, které se v zahraniční literatuře označuje zkratkou PSALI (podle anglického názvu Permanent supplementary artificial lighting in interiors); ten se ovšem týká pouze složky doplňujícího umělého osvětlení a nepostihuje denní složku sdruženého osvětlení ani jeho podstatu, tedy součinnost denního a umělého světla.

Nejvhodnějším uspořádáním norem pro navrhování a posuzování osvětlení by bylo vytvoření integrovaných norem, zahrnujících denní i umělé a sdružené osvětlení i jejich vzájemné vazby jak v oblasti projektové dokumentace, tak z hlediska vytváření optimálního prostředí účelnou regulací obou složek a to co nejhospodárnější formou s minimálními investičními a provozními náklady i co nejnižší potřebou energií.

Již dříve byly u nás některé normy tímto velmi progresivním způsobem zpracovány a toto pojetí se osvědčilo (například ČSN 36 0047 Osvětlování škol – 1949, ČSN 36 0048 Osvětlování obytných budov – 1960), což znamenalo velký pokrok i v mezinárodním měřítku. Později však bohužel opět převládla nesprávná konzervativní tendence separace denního a umělého osvětlení a při revizích byly tyto normy znovu rozděleny. Výjimkou je pouze ČSN 36 0088 Osvětlování v zemědělských závodech, schválená v roce 1973, která dodnes obsahuje požadavky na denní i na umělé osvětlení.

U nás byla problematika normy pro sdružené osvětlení rozpracována již přibližně před čtvrt stoletím. Při tehdejších jednáních o nejvhodnější koncepci norem pro osvětlení se nepodařilo prosadit proti konzervativním názorům progresivní pojetí s integrovanými normami, zahrnujícími denní, umělé i sdružené osvětlení. Úřadem pro normalizaci bylo rozhodnuto vypracovat opět separované samostatné dílčí normy pro denní, pro umělé a pro sdružené osvětlení. Nezbytná koordinace těchto norem při zpracování v různých organizacích byla velmi obtížná a tak samostatná norma pro sdružené osvětlení, která musela navazovat na normy pro denní a pro umělé osvětlení, byla dokončena a publikována až v roce 1994.

Podstata sdruženého osvětlení

Sdružené osvětlení je definováno jako záměrné současné osvětlení denním světlem doplňujícím umělým světlem. Spolupůsobí při něm dvě složky s velmi odlišným charakterem a zákonitostmi, které je nutné uvést do vzájemného souladu. Složka denního osvětlení je neustále proměnlivá ve velmi širokých mezích svou úrovní, rozložením světelného toku i spektrálním složením světla, kdežto složka doplňujícího umělého osvětlení je relativně konstantní a její spektrální složení se nemění.

Výzkumy a pokusy jak v tuzemsku, tak v zahraničí bylo jednoznačně zjištěno, že při déletrvajícím pobytu je pro člověka dobře navržené a provozované sdružené osvětlení sice méně příznivé než vyhovující denní, ale je výrazně příznivější, než osvětlení pouze umělé.

Příznivý účinek denní složky sdruženého osvětlení je dán zejména vyrovnaným spektrálním složením denního světla, ale také jeho dynamikou, neustálou proměnlivostí, která byla dříve považována za nevýhodnou. Podle novějších výzkumů však na člověka tato dynamika v určitých mezích působí příznivě, stimulačně, neboť je na denní světlo a jeho vnímání dlouhým vývojem přizpůsoben. Při posuzování tohoto působení je nutno mít na paměti, že jde jak o působení ve sféře podmínek vidění a zrakové pohody, tak o působení v oblasti mimozrakové.

Mimozraková oblast je při dlouhodobém působení neméně důležitá, neboť osvětlení ovlivňuje závažným způsobem biorytmy člověka, připravenost lidského organismu k aktivitě nebo k odpočinku. Řada funkcí lidských orgánů (například tepová frekvence, tlak krve, tvorba hormonů atd.) probíhá v takzvaném cirkadiánním (přibližně denním) rytmu; hlavním podnětem ke spouštění tohoto rytmu je právě střídání denního světla s vysokou úrovní během dne a tmy v noční době. Při nedostatku těchto podnětů (při dlouhodobém pobytu ve vnitřních prostorech s nízkou úrovní osvětlení apod.) je tento rytmus narušen a mohou vznikat i závažné zdravotní obtíže.

Například se uvádí, že nejméně jedna desetina obyvatelstva v New Yorku trpí hlavně v zimním období s nízkými úrovněmi denního světla a při dlouhodobém používání vnitřních prostorů s nedostatečnou úrovní denního osvětlení syndromem označovaným jako SAD (seasonal affective disorder – sezónní rozladění organismu), který je charakterizován řadou obtíží, od poklesů fyzické i duševní výkonnosti, ospalosti a zvýšení únavy až po bolesti hlavy a další příznaky.

České předpisy a normy

Pro sdružené osvětlení platí ČSN 36 0020-1 Sdružené osvětlení. Část 1: Základní požadavky (1994). Denní složka sdruženého osvětlení musí také vyhovovat požadavkům ČSN 73 0580-1 Denní osvětlení budov – Část 1: Základní požadavky (1999), případně u škol a předškolních zařízení také Část 3: Denní osvětlení škol (1994), u průmyslových budov Část 4: Denní osvětlení průmyslových budov. Doplňující umělé osvětlení pak musí odpovídat i požadavkům v současné době platné ČSN 36 0450 Umělé osvětlení vnitřních prostorů (1986), která však má být v souvislosti s přebíráním evropských norem v dohledné době upravena.

Základní požadavky pro navrhování, posuzování i užívání denního, umělého i sdruženého osvětlení všech druhů škol a předškolních zařízení jsou nyní obsaženy i ve Vyhlášce ministerstva zdravotnictví České republiky č. 108 Sb. z 9.3.2001, včetně nejdůležitějších hodnot kvantitativních i kvalitativních parametrů.

Základní požadavky na sdružené osvětlení

Sdružené osvětlení se vždy navrhuje tak, aby se co nejhospodárněji využilo denního světla a aby se co nejméně muselo nahrazovat doplňujícím umělým světlem. Přitom se vždy posuzuje souvislost osvětlení s ostatními faktory, zejména s vytápěním, chlazením a větráním se snahou po optimalizaci energetické bilance budovy.

V nově navrhovaných budovách je možné použít celkového sdruženého osvětlení bez omezení ve vnitřních prostorech bez trvalého pobytu lidí tam, kde je to odůvodněno z hlediska funkce prostoru a hospodárného řešení osvětlení. Prostory s trvalým pobytem lidí musí mít vyhovující denní osvětlení, pokud nejde o výjimky dále uvedené.

Celkové sdružené osvětlení ve vnitřních prostorech nově navrhovaných staveb nebo jejich funkčně vymezených částech při trvalém pobytu lidí je možné pouze v odůvodněných případech, kdy ze závažných příčin (např. provozních, technologických, mikroklimatických, urbanistických atd.) není možné bez újmy na jiných společensky důležitých činitelích stavby docílit vyhovujícího denního osvětlení. Z toho však jsou vyloučeny vnitřní prostory, u kterých je vyhovující denní osvětlení součástí podmínek důležitých pro zdraví jejich uživatelů podle ČSN 73 0580 -1 čl. 4.2.2 (např. obytné místnosti, denní místnosti předškolních zařízení, učebny škol atd.).

Krátkodobě je možné použít sdruženého osvětlení (doplňujícího umělého osvětlení) ve vnitřních prostorech s trvalým pobytem lidí a vyhovující úrovni denního osvětlení v odůvodněných případech, zejména při potřebě odlišného rozložení světla a převažujícího směru osvětlení, než poskytuje denní světlo (např. při skupinovém vyučování s různorodou orientací pracovních míst ve vnitřních prostorech s jednostranným bočním denním osvětlením, při kterém na některá pracoviště dopadá převažující směr denního osvětlení zezadu a vzniká nežádoucí stínění.

Při rekonstrukcích a modernizacích budov je možné i ve vnitřních prostorech s trvalým pobytem lidí použít dlouhodobě sdruženého osvětlení, to jest záměrného současného osvětlení denním světlem a doplňujícím umělým světlem, za podmínek stanovených v ČSN 36 0020-1 Sdružené osvětlení. Část 1: Základní požadavky.

Z těchto podmínek jsou nejdůležitější:

• nesmí se měnit účel vnitřních prostorů (případně pro novou funkci vybrat prostor s denním osvětlením pro tuto funkci vyhovujícím),
• sdruženým osvětlením se musí zlepšit dosud nevyhovující podmínky denního osvětlení.

Při sdruženém osvětlení se musí navrhovat a posuzovat nejen jeho obě složky, tedy denní i umělá, ale také sdružené osvětlení jako celek ve vzájemné vazbě obou složek. Při proměnlivosti denní složky se u ní vychází ze stavu při rovnoměrně zatažené obloze, který je definován V ČSN 73 058-1, a ze dvou mezních úrovní venkovního osvětlení nezacloněné vodorovné roviny, a to 5 000 1x a 20 000 1x.

Základními požadavky, které musí být při sdruženém osvětlení (obdobně jako u každého osvětlení) splněny, jsou zejména:

• dostatečná úroveň pro předpokládané zrakové činnosti,
• rozložení světelného toku vyhovující charakteru zrakových činností a jejich rozmístění v prostoru,
• přiměřená rovnoměrnost osvětlení za všech stavů venkovního denního osvětlení,
• vyhovující rozložení jasů všech ploch ovlivňujících vidění a zrakovou pohodu (včetně jasů svítidel i jasů osvětlovacích otvorů s průhledem na oblohu).

Hodnota rovnoměrnosti sdruženého osvětlení se ve vnitřních prostorech s bočním denním osvětlením a s trvalým pobytem lidí požaduje v celém vnitřním prostoru nebo v jeho funkčně vymezené části nejméně 0,2. Stanoví se jako podíl nejmenší a největší osvětlenosti v kontrolních bodech na srovnávací rovině při venkovní osvětlenosti 20 000 1x.

Podle druhu a polohy osvětlovacích otvorů jsou při návrhu sdruženého osvětlení podle rozložení denní složky tyto výchozí možnosti:

• při horním denním osvětlení je zpravidla denní složka rozložena přibližně rovnoměrně, při změnách úrovně venkovního osvětlení zůstává její rovnoměrnost i rovnoměrnost sdruženého osvětlení zachována,
• při bočním denním osvětlení je jeho úroveň nerovnoměrná a klesá směrem od osvětlovacích otvorů, proto při změnách úrovně venkovního osvětlení se podstatně mění rovnoměrnost sdruženého osvětlení a musí být vyrovnána regulací doplňujícího umělého osvětlení.

Je třeba upozornit na skutečnost, že zejména v rozsáhlejších vnitřních prostorech se sdruženým osvětlením mohou být rozlišena pásma:

• s vyhovujícím denním osvětlením, odpovídajícím požadavkům ČSN 73 0580-1,
• se sdruženým osvětlením, ve kterém je denní osvětlení nižší než požaduje ČSN 73 0580-1, ale vyhovuje požadavkům ČSN 36 0020-1,
• s osvětlením pouze umělým, ve kterém je denní složka nižší, než požaduje ČSN 36 0020-1.

Denní složka sdruženého osvětlení

Při trvalém pobytu lidí musí být zachován dostatečný podíl denní složky sdruženého osvětlení, nezbytný z hlediska příznivých účinků denního světla na člověka. Pro jednotlivé zrakové činnosti a druhy vnitřních prostorů musí být podle třídy zrakové obtížnosti činností (ČSN 73 0580-1) zabezpečena minimální a případně i průměrná (při horním denním osvětlení a při kombinovaném osvětlení, při kterém je podíl horní složky nejméně jedna polovina) hodnota činitele denní osvětlenosti, uvedena v tabulce.

Průměrná hodnota 1% musí být splněna ve všech vnitřních prostorech s trvalým pobytem lidí, tedy jak v prostorech s bočním denním osvětlením, tak v prostorech s horním nebo kombinovaným denním osvětlením.

Hodnoty činitele denní osvětlenosti
 

Hodnoty osvětlenosti doplňujícím umělým osvětlením
 

Doplňující umělé osvětlení

Doplňující umělé osvětlení se navrhuje tak, aby byly během dne i roku za každého stavu oblohy splněny všechny požadavky na dobré vidění a zrakovou pohodu. Zejména musí být zabezpečena potřebná úroveň sdruženého osvětlení, vhodné rozložení světelného toku a převažující směr osvětlení podle charakteru a rozmístění zrakových činností, zachována potřebná rovnoměrnost osvětlení i rozložení jasů v zorném poli uživatelů prostoru tak, aby nevznikalo oslnění. Podrobnější ustanovení jsou obsažena v normě ČSN 36 0020-1.

Nejmenší požadované hodnoty osvětlenosti doplňujícím umělým osvětlením jsou pro jednotlivé kategorie osvětlení podle ČSN 36 0450 uvedeny v tabulce.

Z hodnot nahoře je zřejmé, že například pro nejčastější vnitřní prostory, ve kterých převládají požadavky na čtení a psaní a obdobně zrakově obtížné činnosti (kanceláře, učebny) se požaduje hodnota osvětlenosti doplňujícím umělým světlem při středním kontrastu 400 1x, kdežto pro pouze umělé osvětlení (v době bez denního světla) je požadovaná hodnota osvětlenosti 300 1x.

V praxi to znamená, že při sdruženém osvětlení je úroveň doplňujícího umělého osvětlení a tím i spotřeba energie a náklady o celou třetinu vyšší než při pouze umělém osvětlení.

Zdroje doplňujícího umělého osvětlení se navrhují z hlediska barevného tónu a podání barev podle charakteru zrakových činnosti v souladu s ČSN 36 0450, tabulka 12. Ve vnitřních prostorech, kde nedochází k dobrému promísení denní a umělé složky osvětlení (zejména při bočním denním osvětlení a při odlišném směru osvětlení denní a umělou složkou), musí mít zdroje doplňujícího umělého osvětlení spektrální složení blízké dennímu světlu, tedy se spojitým spektrem, nebo výraznou spojitou složkou, s teplotou chromatičnosti blízkou průměrné hodnotě u denního světla a dobrým podáním barev. Při běžných hodnotách osvětlenosti se nejlépe osvědčují zdroje s teplotou chromatičnosti v rozmezí 4000 až 5000 K. Hodnota indexu všeobecného podání barev se doporučuje nejméně 80, pokud se nepožaduje pro dané zrakové činnosti vyšší.

Nevhodné jsou teplé bílé odstíny, případně současné používání různých zdrojů světla s velmi odlišným spektrálním složením (například přisvětlování školních tabulí žárovkami při celkovém osvětlení zářivkami).

Z hlediska hospodárnosti a energetické úspornosti osvětlení je nezbytné volit světelné zdroje s velkým měrným výkonem, zpravidla výbojové zdroje (zářivky lineární nebo kompaktní, výbojky). Žárovky (včetně halogenových) je možné použít pouze ve zvlášť odůvodněných případech, zejména pro místní osvětlení (požadavky na malé rozměry nebo malou hmotnost, požadavky na usměrnění světla atd.).

Návrh sdruženého osvětlení

Sdružené osvětlení má navrhovat odborník, ovládající jak problematiku denního, tak i umělého osvětlení. Takových odborníků však zatím u nás není mnoho, proto je také možné návrh sdruženého osvětlení svěřit vzájemné spolupráci dvou specialistů, z nichž jeden se věnuje hlavně dennímu osvětlení, druhý zase osvětlení umělému. V každém případě však oba musí ovládat zásady a předpisy pro navrhování sdruženého osvětlení a mít potřebnou kvalifikaci i zkušenosti s jeho navrhováním a realizací. V žádném případě však nemůže být považováno za sdružené osvětlení to, že se navrhuje a používá v daném vnitřním prostoru během dne umělé osvětlení bez ohledu na stav denního osvětlení a jeho proměny.

Podkladem pro návrh sdruženého osvětlení je vždy rozložení denní složky ve vnitřním prostoru, které se stanoví u nově navrhovaných budov pomocí výpočtu hodnot činitele denní osvětlenosti v pravidelné síti kontrolních bodů na srovnávací rovině (ve výšce zpravidla 0,85 m nad podlahou).

V případě realizovaného objektu mohou být hodnoty stanoveny měřením při rovnoměrně zatažené obloze v souladu s ustanoveními ČSN 36 0011-1 Měření osvětlení vnitřních prostorů (1996). V této normě Část 1: Základní ustanovení vymezuje požadavky na postupy a metody měření při denním, umělém i sdruženém osvětlení. Část 2: Měření denního osvětlení stanoví specifické postupy při měření denního osvětlení.

Nejdůležitější podmínkou a požadavkem pro měření je, že se měří denní osvětlení předepsaným způsobem pomocí cejchovaných luxmetrů v jednotlivých kontrolních bodech na srovnávací rovině ve vnitřním prostoru, a současně srovnávací venkovní osvětlenost nezacloněné vodorovné roviny ve vnějším prostoru. Přitom musí být dodrženy podmínky rovnoměrně zatažené oblohy s rozložením jasu v mezích stanovených v ČSN 73 0580-2 (není tedy možné měřit denní osvětlení při jasné obloze nebo při nepravidelné oblačnosti, které jsou typické hlavně pro letní období).

Rozložení denní složky osvětlení ve vnitřním prostoru je možné v návrhu dokumentovat dvojím způsobem: buď tabelárními hodnotami činitele denní osvětlenosti v pravidelné síti kontrolních bodů na srovnávací rovině, nebo lépe ještě doplňujícím grafickým znázorněním pomocí izofot. Izofoty jsou čáry stejných vybraných hodnot činitele denní osvětlenosti, které současně vymezují části vnitřního prostoru s určitou úrovní denního osvětlení.

Současně jsou izofoty nezbytným podkladem pro rozmístění zrakových činností s různou obtížností, a tím i odpovídajícího vnitřního zařízení jednotlivých prostorů. Nezbytnou součástí návrhu sdruženého osvětlení je i podrobný popis způsobu regulace obou jeho složek i zásady jeho údržby včetně minimálních lhůt, neboť na nich závisí správná funkce celé soustavy i dodržování předepsaných hodnot obou složek.

ZDROJ:
Matoušek, Jiří. Sdružené osvětlení a možnosti jeho využití v budovách. Stavitel, č. 10 (2003), s. 56 – 58.