Činitel denní osvětlenosti, odstupový úhel a prostor bez denního světla

1. Denní osvětlení v bytech a na pracovištích

Nařízení vlády číslo 361/2007 Sb. kterým se stanoví podmínky ochrany zdraví při práci [1] rozeznává z hlediska přítomnosti denního světla tři druhy pracovišť. Kritériem pro hodnocení je činitel denní osvětlenosti D (%). Jestliže se zde výklad omezí jen na boční osvětlení, pak zjednodušeně řečeno se jedná o tyto tři kategorie:

1. pracoviště osvětlená denním světlem D ≥ 1,5 %
2. pracoviště se sdruženým světlem D ≥ 0,5 % (sdružené osvětlení je současné použití denního světla spolu se světlem umělým)
3. pracoviště bez denního světla D < 0,5 %

Pracoviště bez denního světla lze navrhovat pouze v případech, kdy technologické či stavební podmínky neumožňují zřídit denní osvětlení nebo alespoň osvětlení sdružené – blíže odst. (6) § 45 nařízení [1]. Návrh pracovišť bez denního světla je tedy vždy nutno odůvodnit. Kromě požadavků na denní osvětlení pracovišť jsou z hlediska ochrany zdraví stanoveny požadavky také na denní osvětlení všech typů škol od mateřských po střední, a to ve vyhlášce 410/2005 Sb. o hygienických požadavcích na prostory a provoz zařízení a provozoven pro výchovu a vzdělávání dětí a mladistvých [2]. Denní osvětlení bytů zdravotnictvím garantováno není. Na tuto problematiku rezort zdravotnictví nemá ani legislativní nástroj, ani odbornou kapacitu, a svůj nezájem již manifestoval v rozhodnutí [3]. Požadavky na denní osvětlení bytů jsou závazné podle vyhlášky číslo 268/2009 Sb. o technických požadavcích na stavby [4], která je podzákonným předpisem ke Stavebnímu zákonu 183/2006 Sb. [5]. Za osvětlení denním světlem v bytech je tedy zodpovědné Ministerstvo pro místní rozvoj.

Souvislost mezi denním osvětlením v bytech a na pracovištích však nelze přehlédnout. Byty i pracoviště užívají dlouhodobě titíž lidé se stejným zrakem a stejnými potřebami zrakové pohody. Světová zdravotnická organizace definuje zdraví jako stav kompletní fyzické, mentální a sociální pohody, nikoli pouze jako absenci nemoci či vady [6]. Ztráta zrakové pohody způsobená nedostatečným denním osvětlením proto znamená ztrátu zdraví uživatelů budovy bez ohledu na to, zda a jakou nemoc závadné osvětlení u nich časem způsobí. Z hlediska veřejného zdraví i zdraví jednotlivce je při tom jedno, v jakém prostředí k závadám dochází. I v bytech probíhá dlouhodobě a opakovaně výuka a koná se zde práce. Představa bytu jako místa přespání před odchodem do práce neodpovídá většinovému způsobu bydlení. Byt je domovem, kde lidé trvale žijí přinejmenším řadu let po svém narození, léčí se zde ze svých nemocí a bydlí mnoho let na sklonku svého života. I pro populaci v tzv. produktivním věku je byt stále více místem dlouhodobého pobytu i přes den. Rychlý rozvoj komunikačních technologií, kterého jsme dnes svědky, umožňuje stále většímu počtu lidí pracovat doma. Ještě před epidemií COVID-19 provozovalo home office 4 % českých pracujících, ale už 14 % Nizozemců nebo Finů [7]. Proběhlá pandemie tento trend posiluje. Provedené průzkumy [8] mluví o tom, že home office v době pandemie využívalo 20 % českých zaměstnanců. Jedna z moderních urbanistických teorií „město krátkých cest“ se snaží omezit každodenní dlouhé dojíždění lidí do zaměstnání a tím šetřit čas a snížit plýtvání energií. Je to naprosto správné a není kratší cesty do práce než z ložnice do pracovního koutu v obýváku. Vzhledem k těmto stále posilujícím trendům spolu se skutečností, že životnost dnes stavěných obytných domů se počítá na desítky let, je potřeba dennímu osvětlení v projektovaných bytech věnovat stejnou pozornost, jako pracovištím a školám. Význam denního světla a přímého slunečního záření pro zdravý pobyt v budovách podtrhuje i nová evropská norma ČSN EN 17037 [9].

2. Ohlédnutí v čase

Před rokem 1989 probíhala výstavba bytů skoro výhradně mimo zastavěná území hromadným stylem montáží z prvků typizovaných objektů téměř průmyslovým způsobem. Takto vzniklá panelová sídliště byla a jsou předmětem někdy oprávněné a jindy nespravedlivé kritiky. Jedno jim však nelze upřít. Ve své době zajistila velké části obyvatelstva relativně vysoký standard zdravého bydlení s rozvody vody, energií, ústředním vytápěním a hygienickým zázemím jako součástí bytu. Zdravé bydlení není možné bez dostatečného přístupu čerstvého vzduchu, denního světla a slunečního záření. I na to bylo při návrhu těchto sídlišť pamatováno. Tehdejší československé technické normy o denním osvětlení a proslunění budov vycházely z oprávněných požadavků formulovaných Athénskou chartou [10] a statutem Světové zdravotnické organizace [6] a od 60. let minulého století byly vždy závazné. Dlouholetým zpracovatelem těchto norem byl Ing. arch. Jiří Matoušek ze Studijního a typizačního ústavu. Vyhovující parametry denního osvětlení a proslunění bytů tehdy byly zajištěny tím, že součástí typových podkladů konstrukčních soustav bytových domů byly i doporučené vzájemné odstupy mezi objekty a doporučená orientace ke světovým stranám. Světelně technické výpočty a průkazy proto nebylo třeba při jednotlivých realizacích provádět. Stačilo rozmístit budovy v souladu s typovým podkladem. Ostatně v této předpočítačové době existovaly ke světelně technickým výpočtům jen omezené a velmi pracné prostředky.

V 90. letech došlo k významné změně. Těžiště stavební činnosti se přesunulo z okrajů do center měst, kde jsou složité zastavovací a majetkové poměry. Požadavky na denní osvětlení a proslunění se v tomto prostředí stále častěji stávaly předmětem sporů o vzájemném stínění. Pro posuzování už byl k dispozici software, který dokázal kvantifikovat hodnoty kritérií s dříve nebývalou přesností i ve složitých zastavovacích podmínkách měst. Objevuje se potřeba uzpůsobit technickou legislativu tak, aby rozhodování o výstavbě bylo nejen příznivé ke zdraví uživatelů budov, ale také spravedlivé. Osvětleností uvnitř obytných místností nelze totiž spravedlivě hodnotit zastínění budov novou výstavbou, protože světelné podmínky v interiéru jsou významně ovlivněny proporcemi místnosti a velikostí osvětlovacího otvoru. Tak se stávalo, že výška navrhované stavby byla limitována velikostí oken stávajícího domu. Kritéria proto bylo nutno upravit tak, aby hodnotila jen míru přístupu denního světla k průčelí budovy. Způsob využití tohoto světla uvnitř budovy záleží na dispozici bytu a na velikosti osvětlovacích otvorů a není ovlivnitelný návrhem stavby, která bude stínit. Je pouze výhodou či hendikepem uživatele stíněného domu.

3. Kritéria přístupu denního světla k průčelí

Jako první řešili tento problém na Slovensku. V STN 73 0580-1 [11] z roku 2000 je jako kritérium definován ekvivalentní úhel stínění = úhel od horizontální roviny vynesený ve směru normály k obvodové konstrukci budovy, který určuje nekonečně dlouhou překážku rovnoběžnou s posuzovanou obvodovou konstrukcí, která způsobí stejné snížení oblohové osvětlenosti svislé roviny, jako existující nebo navrhované stínící překážky. Představu nekonečně dlouhé překážky s úhlem zastínění Z (°) znázorňuje obrázek 1. Posuzování se provádí zakreslením do Waldramova diagramu [12] nebo speciálním softwarem.

Až v roce 2007 při novelizaci ČSN 73 0580-1 [13] došlo i v České republice k potřebným změnám, ale trochu jiným způsobem. Tato norma jako kritérium definovala veličinu činitel denní osvětlenosti roviny zasklení z vnější strany D_w (%). Pro nejčastější případ svislé roviny okna představu o této veličině podává obrázek 2, který zároveň sděluje, že D_w (%) se skládá ze tří složek: oblohové D_ws (%), odražené od stínících překážek D_wp (%) a odražené od terénu D_wt (%). Předmětem tohoto příspěvku není diskuse o výhodách toho či onoho kritéria přístupu denního světla k průčelí. Souhrnně lze konstatovat, že slovenský ekvivalentní úhel stínění je spíše kritériem geometrickým a jako takový bude lépe srozumitelný architektům, zatímco český činitel D_w (%) je kritériem světelně technickým, a proto s ním budou lépe nakládat světelní technici včetně možnosti měření jeho hodnoty v již realizovaných situacích. Důležité je, že mezi oběma kritérii je přímý a při definovaných jasech stínících překážek a terénu jednoznačný vztah.

4. Vztah mezi úhlem zastínění Z (°) a činitelem D_w (%)

Laskavý čtenář, který je ochoten uvěřit ve správnost níže uvedeného vztahu (10), tuto kapitolu může přeskočit. Méně laskaví čtenáři postup odvození vztahu (10) přísně zkontrolují. Výpočet činitele D_w (%) při zastínění nekonečně dlouhou překážkou rovnoběžnou s osvětlovanou svislou rovinou vychází z definice osvětlenosti dE (lx) plošným zdrojem světla, která je užívána už od dob Johana Heinricha Lamberta (1728–1777). Osvětlenost dE (lx) je úměrná ploše dS₂ (m²), která vznikne dvojím průmětem plošného zdroje dS (m²). Nejdříve se plocha dS (m²) promítá ze středu myšlené polokoule na její povrch do plochy dS₁ (m²) a následně ve směru osy polokoule do její podstavy – viz obrázek 3.

kde R = 1 je poloměr myšlené polokoule, dS₂ (m²) je plocha průmětu elementárního plošného zdroje světla, L (cd‧m⁻²) je jas, který podle definice zatažené oblohy CIE 1:3 závisí na výškovém úhlu nad horizontem ε (rad) podle vztahu

kde L_m (cd‧m⁻²) je průměrný jas oblohy. Průmětem S₂ (m²) nekonečné překážky je polovina elipsy (viz obrázek 4). Délku sečny m (m) této elipsy udává vztah (3) a plocha dS₂ (m²) je určena vztahem (4).

Elementární osvětlenost dE (lx) je podle vztahů (1), (2) a (4)

Snížení oblohové osvětlenosti ΔE (lx) nekonečnou stínící překážkou s úhlem zastínění Z (°) se získá integrací vztahu (5).

Snížení činitele denní osvětlenosti ΔD (%) touto překážkou se získá dělením rovnice (6) horizontální exteriérovou osvětleností E_h = πL_m a násobením stem.

Dosazením Z = π/2 do vztahu (7) se získá maximální hodnota oblohové složky činitele denní osvětlenosti při volném horizontu (bez stínících překážek).

Oblohová složka činitele denní osvětlenosti D_ws (%) při stínění nekonečnou překážkou s úhlem zastínění Z (°) je rozdíl D_ws = 39,62 − ∆D.

Při stanovení složky D_wp (%) odražené od překážky se uvažuje s činitelem jasu k = 0,1 (jas překážky se rovná jedné desetině průměrného jasu oblohy). Polovina elipsy z obrázku 4 má plochu . Jas stínící překážky je L = 0,1 ‧ L_m. Osvětlenost E_wp (lx) světlem odraženým od stínící překážky pak bude podle vztahu  (1)

Dělením rovnice (9) osvětleností E_h (lx) a násobením stem se získá složka odražená od stínící překážky D_wp = 5 sin⁡ Z.

Konečně složka D_wt (%) odražená terénem (přesněji všemi plochami pod horizontem) je při k = 0,1 polovinou oblohy D_wt = 50 ‧ 0,1 = 5 %.

Činitel denní osvětlenosti svislé roviny při zastínění průběžnou nekonečnou překážkou s úhlem zastínění Z (°) je součtem tří složek D_w = D_ws + D_wp + D_wt.

5. Volba limitů kritéria D_w (%)

Proporce obytných místností a jejich oken jsou rozličné. Garantovat vyhovující podmínky denního světla uvnitř všech obytných místností kritériem D_w (%) proto není možné. Stanovit limitní hodnoty tohoto kritéria tak, aby byl zajištěn vyhovující stav denního osvětlení alespoň ve většině z nich, by si vyžádalo rozsáhlou technickou inventuru rozměrů stávajících obytných místností. V době práce na revizi ČSN 73 0580-1 (2007) [13] ale už existovala více než šestiletá zkušenost s posuzováním podle ekvivalentního úhlu stínění na Slovensku. Autor tohoto článku se v té době tvorby technických norem aktivně účastnil a musí přiznat, že limity činitele D_w (%) byly tehdy z STN 73 0580-1 [11] převzaty. K převzetí posloužil výše uvedený vztah (10). Požadované hodnoty min D_w (%) jsou uvedeny v tabulce B1 ČSN 73 0580-1 [13], kde jsou pro informaci uvedeny také odpovídající úhly stínění. Tabulka B1 z normy [13] je v tomto článku uvedena jako tabulka 1. V následující tabulce 2 je pak dokumentováno, jak k převzetí slovenských limitů došlo.

Je zřejmé, že hodnoty pro 2. a 3. kategorii byly ze slovenské normy převzaty téměř přesně, hodnota pro 1. kategorii je o málo přísnější a hodnota pro 4. kategorii představuje naopak požadavek o něco mírnější v porovnání se slovenskou normou.

6. Prostor bez denního světla v našich bytech

Pojem prostor bez denního světla definuje Nařízení vlády [1] jako místo, kde činitel denní osvětlenosti je menší než D_min = 0,5 %. Je možno ukázat, jaký velký může být prostor bez denního světla v obytných místnostech s požadovanými hodnotami D_w (%). K ukázce je vybrána místnost půdorysných rozměrů 3 × 4 m a světlé výšky 2,6 m s oknem 1,5/1,6(0,85). V příkladu jsou použity běžné hodnoty činitelů propustnosti pro trojité zasklení čirým sklem 0,92³ × 0,9 × 0,95 × 0,8, běžné odraznosti povrchů místnosti 0,3; 0,5; 0,7 a činitel jasu stínících překážek k = 0,1 podle předpokladů ČSN 73 0580-1 [13]. Výpočet byl proveden programem SVĚTLO+ a výsledky jsou na obrázku 5. Místnost vyhovuje požadavkům normy [14] pouze v kategorii 1. V nejběžnější kategorii 2 jsou hodnoty činitele denní osvětlenosti zhruba dvoutřetinové oproti požadavku normy [14] a prostor bez denního světla (na obrázcích vybarvený šedě) zabírá polovinu plochy místnosti. Velmi žalostné jsou výsledky pro kategorie 3 a 4.

Světlá výška obytných místností v domech staré blokové zástavby je zpravidla vyšší než 2,6 m. Proto jsou v těchto místnostech příznivější podmínky přístupu denního světla. Především o ochranu tohoto typu místností šlo autorům normy [13]. Obrázek 6 uvádí výsledky výpočtu pro stejnou místnost, jako je na obrázku 5, ale se zvýšenou světlou výškou 3,0 m a se zvýšenou výškou okna 2,0 m. Zde je vidět, že v kategorii 2 již tato místnost vyhovuje požadavkům normy [14]. Také s ohledem na toto prověření byly v roce 2007 limity slovenské normy [11] shledány přiměřenými a vhodnými k uplatnění i v ČR. Doba však pokročila a nedávné novostavby s minimální světlou výškou obytných místností 2,6 m se stávají starými budovami, které jsou stíněny další novou výstavbou. Výsledky provedeného šetření ukazují, že úvahy části technické veřejnosti o snižování požadovaných hodnot činitele min D_w (%) nejsou reálné. Spíše by bylo třeba požadavky mírně zpřísnit. Podnětné je zavedení zón města pro různé kategorie stínění tak, jak ukazuje praxe na Slovensku [15].

Autor tohoto článku se už setkal s více návrhy na úpravu limitů činitele D_w (%). Pozoruhodný byl návrh údajně z dílny nějakého spolku developerů, který požadoval v nejvíce exponovaných centrech měst snížit požadovanou hodnotu na min D_w = 10 %. Jako dobrovolný domácí úkol si může náš čtenář sám spočítat, jak vysokou zástavbu by taková regulace umožňovala. Nápověda: do vztahu (10) dosadit Z = π/2. Symbol pro hodnotu výšky zástavby je nutno hledat na obrázku 1.

7. Prostor bez denního světla a odstupový úhel

V ohlédnutí v čase během kapitoly 2 nebyly zmíněny úplné začátky technické normalizace v oboru stavební světelná technika. Ty byly jako vždy těžké. První normovači denního osvětlení vyzbrojeni dobromyslným odhodláním a logaritmickým pravítkem během 50. let minulého století stanovili, že plocha okna má být nejméně 1:8 plochy podlahy obytné místnosti a plocha okna příslušenství nejméně 1:12 [16]. Jak takový požadavek může fungovat v praxi, to si autor tohoto článku dovoluje ukázat na modelovém příkladu, ve kterém je použit poměr 1:10 mezi plochou stanovenou ze skladebných rozměrů okna a plochou podlahy obytné místnosti. Tento poměr totiž v článku (7) § 45 uvádí Nařízení 10 Rady hlavního města Prahy ze dne 27. 5. 2016 (tzv. pražské stavební předpisy) [17]. Pro modelový příklad byla vytvořena urbanistická situace pomocí tzv. diagramu odstupového úhlu rovněž podle [17] tak, aby i z hlediska odstupového úhlu zadání příkladu vyhovovalo pražským stavebním předpisům (viz obrázek 7).

Odstupový úhel má zajišťovat minimální kontakt s okolím při výhledu z okna a podle [17] je splněn, pokud žádná překážka nezasahuje do volného prostoru vymezeného svislým úhlem 45° a v půdorysné výseči (ve vodorovném úhlu) nejméně 45°. Vodorovný úhel se započítává nejméně 25°od průčelí a nelze ho sčítat z částí. Odstupový úhel se vyměřuje z bodu v rovině průčelí a ve středu parapetu příslušného okna. Za překážku se považuje budova nebo její část, opěrná nebo jiná zeď či okolní terén.

V modelovém příkladu se jedná o dvůr půdorysných rozměrů 20 × 15 m. Převýšení budov nad středem posuzovaného okna je 15 m s výjimkou jedné z budov ve výhledu, která je vysoká 30 m (viz obrázek 8). Taková situace by mohla nastat při dostavbě vnitřního prostoru bloků obytných domů postavených na přelomu 19. a 20. století například na pražských Vinohradech nebo v Dejvicích. Posuzovaná obytná místnost má půdorysné rozměry 5 × 4 m, světlou výšku 2,6 m a je osvětlena oknem 1,25/1,60 (0,85) m. Plocha okna 1,25 × 1,60 = 2,0 m² je právě jednou desetinou plochy podlahy. V příkladu jsou opět použity běžné hodnoty činitelů propustnosti pro trojité zasklení čirým sklem 0,923 × 0,9 × 0,95 × 0,8, běžné odraznosti povrchů místnosti 0,3; 0,5; 0,7 a činitel jasu stínících překážek k = 0,1 podle předpokladů ČSN 73 0580-1 [13]. Výpočet byl proveden programem SVĚTLO+ a výsledek lze sledovat na obrázku 9. Z výsledku je patrné, že prostor bez denního světla již zaplnil téměř celou obytnou místnost. A mohlo by být ještě hůře, kdyby například nad oknem byl balkón.

8. Závěr

Byt je domovem, kde lidé dlouhodobě tráví i přes den značnou část svého času. Součástí zdravého bydlení je dostatečný přístup denního světla a slunečního záření do místností bytu. Obytné budovy jsou předměty dlouhodobého užívání a případné nedostatky v osvětlení dlouhodobě ovlivňují zrakovou pohodu uživatelů bytu. Proto mají vliv i na jejich zdraví. Případné nedostatky legislativy upravující podmínky denního osvětlení jsou schopny ovlivnit zdraví veřejné. Je zjevné, že dennímu osvětlení bytů je třeba věnovat stejnou pozornost, jako se věnuje dennímu osvětlení pracovišť a škol.

Na základě provedených studií vybraných obytných místností s limitními hodnotami D_w (%) se autor domnívá, že požadované hodnoty činitele denní osvětlenosti max D_w (%) byly v ČSN 73 0580-1 [13] stanoveny na samé hranici přiměřenosti a jejich případné snižování není z hlediska zachování zdravého prostředí v bytech žádoucí. Stejně tak nejsou reálné úvahy o nahrazení činitele D_w (%) nějakým jednoduchým geometrickým pravidlem. Například požadavek velikosti okna jako jedné desetiny plochy podlahy ve spojení s tzv. odstupovým úhlem podle pražských stavebních předpisů by bez dalších požadavků vázaných na platné technické normy žádné denní osvětlení nemohl garantovat, ale naopak by znemožnil nejen denní, ale i sdružené osvětlení místností, které mají sloužit jako obytné.

9. Literatura

1. Nařízení vlády č. 361/2007 Sb. kterým se stanoví podmínky ochrany zdraví při práci
2. Vyhláška 410/2005 Sb. o hygienických požadavcích na prostory a provoz zařízení a provozoven pro výchovu a vzdělávání dětí a mladistvých
3. Rozhodnutí MZd Čj. MZDR 12634/2018-3/MIN/KAN z 3. dubna 2018 k žádosti IPR hl.m. Prahy o stanovisko ke zrušení požadavků na proslunění bytů v Praze
4. Vyhláška 268/2009 Sb. o technických požadavcích na stavby
5. Zákon 183/2006 Sb. Stavební zákon
6. Preambule k Ústavě WHO – viz 189/1948 Sb.
7. https://www.businessinfo.cz/clanky/z-domova-bezne-pracuji-jen-4-cechu-home-office-je-nejbeznejsi-v-nizozemsku/
8. https://magazin.lmc.eu/data-a-pruzkumy/home-office-splnte-podminky-aby-prace-z-domu-fungovala/
9. ČSN EN 17037 Denní osvětlení budov (2019)
10. Hrůza, J: Charty moderního urbanismu, Agora Praha 2002
11. STN 73 0580-1 Denné osvetlenie budov – Základné požiadavky ZMENA 2 (2000)
12. Kaňka, J: Waldramův diagram pro osvětlení svislé roviny zataženou oblohou, SVĚTLO 2019/4, dostupné na: http://www.odbornecasopisy.cz//flipviewer/Svetlo/2019/04/Svetlo_04_2019/index.html#p=36
13. ČSN 73 0580-1 Denní osvětlení budov – Základní požadavky (2007)
14. ČSN 73 0580-1 Denní osvětlení budov – Denní osvětlení obytných budov (2007)
15. Darula, S. Malíková, M. Goga, P: Denné osvetlenie a vymezenie zón so zvýšenou hustotou zástavby v Bratislave, SVĚTLO 2019/3, dostupné na: http://www.odbornecasopisy.cz//flipviewer/Svetlo/2019/03/Svetlo_03_2019/index.html#p=43
16. ČSN 73 0020 Obytné budovy (1954)
17. Nařízení 10 Rady hlavního města Prahy ze dne 27. 5. 2016 – tzv. pražské stavební předpisy