Nejnavštěvovanější odborný portál pro stavebnictví a technická zařízení budov

Hodnocení proslunění budov podle ČSN EN 17037

Evropská norma ČSN EN 17037 Denní osvětlení budov platí v České republice od srpna roku 2019. Půldruhého roku je snad dostatečná doba k prvnímu hodnocení jejího působení v projektové praxi. Autor článku se touto praxí intenzivně zabývá a v tomto příspěvku si dovoluje sdělit některé své poznatky o posuzování proslunění budov podle této nové evropské normy. Na okraji tohoto problému je též diskutován vztah mezi přesností a jednotností v normativních požadavcích.

ilustrační snímek © Fotolia.com
ilustrační snímek © Fotolia.com

1. Proč prvního března

Obr. 1: Průchod slunečního záření atmosférou
Obr. 1: Průchod slunečního záření atmosférou

Přístup slunečního záření do interiéru lidských příbytků je v našich zeměpisných šířkách odedávna považován za prospěšný. Jak lidskému zdraví, tak příbytkům samotným. Sluneční světlo se vyznačuje baktericidním účinkem. To znamená, že ve slunečním záření obsažené ultrafialové záření má schopnost ničit některé bakterie a viry. Proto lidé vystavují na slunce peřiny, deky a další věci, které se jinak často neperou nebo nečistí. Ultrafialové záření je také nezbytné pro tvorbu vitamínu D v našem těle a pro metabolismus kalcia. Nedostatek slunečního záření může být u dětí příčinou vzniku nemoci kostí (rachitis, křivice). Naopak infračervené sluneční záření zbavuje interiér i konstrukce budovy vlhkosti a brání tak výskytu plísní. S účinkem slunečního záření máme všichni dnes prokazatelnou, i když bohužel bolestnou, zkušenost. V letních měsících epidemie viru COVID-19 dočasně pominula a na podzim se opět vrátila. V létě v našich zeměpisných šířkách slunce svítí déle než v zimě (rozdíl činí až 8 hodin v každém dni) a hlavně dosahuje větší výšky nad obzorem (v poledne v létě až 63,5° zatímco v zimě jen 16,5°), takže ztráta účinnosti záření při průchodu atmosférou je v létě významně nižší (obr. 1) [1]. O vlivu slunečního záření na COVID-19 může také svědčit opožděný nástup rozvoje epidemie na jižní polokouli. Vliv slunečního záření na COVID-19 se zdá být nesporný, ale dosud není plně objasněn. Ultrafialové sluneční záření typu C, které ničí virus rychle, příčinou tohoto vlivu asi nebude, neboť je blokováno ozónovou vrstvou a na zemský povrch proto neproniká [2]. Buď se jedná o dlouhodobé působení měkčích typů UV záření nebo půjde o tepelné působení infračerveného záření či o vyšší imunitu lidí v důsledku sluncem podporované tvorby vitaminu D [3] [4] [5]. Imunita člověka také souvisí s psychickým stavem, který sluneční záření ovlivňuje příznivě. Slunce má schopnost lidem zlepšit náladu a přispět k pocitu spokojenosti a pohody. Nedostatek slunečního záření v zimním období je příčinou sezónní afektivní poruchy (SAD). Jedná se o emoční poruchu, která se projevuje náhlými výkyvy nálad, úbytkem energie a depresemi, které se objevují zhruba ve stejném období každý rok, obvykle přichází v zimě a mizí na jaře. Čím dále od rovníku lidé žijí, tím častěji je trápí tento druh depresí. Tímto stavem nejvíce trpí lidé mezi 20. a 40. rokem. Může se ale vyskytnout i u dětí. Ty jsou pak podrážděné. Smutek a únava jsou doprovázeny jejich sníženou schopností se soustředit a zhoršeným prospěchem ve škole. Sezónní afektivní porucha se častěji vyskytuje u žen než u mužů a může být provázena přejídáním, spavostí, zvyšováním váhy, menším zájmem o sex, a sníženou imunitou proti infekčním nemocem [6]. Sluneční světlo je proto v interiéru bytu prospěšné zvláště po přestálé zimě, kdy jsou dny krátké a slunečního záření je všeobecně nedostatek. Správné by bylo posuzovat proslunění v zimních měsících. Klimatické podmínky v České republice a zkušenosti z urbanizace území jsou důvodem, proč už od poloviny minulého století posuzujeme přístup slunečního záření do budov dne 1. března [7].

Jsme rozumně uvažující lidé 21. století, a proto je nám jasné, že den 1. března není žádným magickým datem, které by mělo rozhodovat o našem zdraví. Vždyť jsou i roky, kdy prvního března je kompletně zataženo, prší a sluníčko ani nezahlédneme. Důvod výběru jednoho konkrétního data pro posuzování je třeba hledat v omezených možnostech stanovení doby slunečního svitu v rozličných urbanistických situacích, kdy se v minulém století k tomuto účelu používala grafická pomůcka – diagram zastínění [8]. Tento diagram byl pravidelnou součástí téměř všech vydání technických norem o obytných budovách. Diagram zastínění je možno sestrojit jen pro jedno jediné datum. Čili každý den v roce má nebo může mít svůj vlastní diagram zastínění, který je odlišný od diagramů jiných dnů. Proto se všechna ustanovení českých norem o proslunění týkala vždy jen 1. března jako jediného dne vhodného pro posuzování pomocí diagramu, který byl vložen do normy. Dokonce se dne 1. března dodnes posuzuje i proslunění pozemků [8], které v tomto datu zpravidla nejsou přednostně užívány. Avšak o kterém dni v roce lze spolehlivě říci, že v něm jsou pozemky nebo budovy přednostně užívány?

Stanovení doby slunečního svitu pomocí automatických výpočtů přineslo před koncem minulého století nové možnosti. Proto při novelizaci ČSN 734301 Obytné budovy [8] v roce 2005 byla do textu této normy přidána možnost bilance doby proslunění v době mezi 10. únorem a 21. březnem. Byla-li průměrná doba proslunění ve dnech mezi a s těmito dvěma daty vyšší nebo rovna 90 minutám, pak se konstatoval vyhovující stav, i když samotného 1. března se 90 minut nedosáhlo. Cílem tohoto opatření bylo oslabit do té doby takřka „osudový význam“ dne 1. března. Zkušenosti autora článku s touto úpravou však nejsou valné. V řadě (možná většině) případů posouzení platí, že jestliže vyhoví bilance, pak vyhoví i datum 1. března a naopak.

2. Výběr místa a času posuzování podle ČSN EN 17037

Dosavadní české technické normy vždy požadovaly proslunění pouze v bytech. K tomu, aby byt byl prosluněn, bylo třeba splnit podmínku proslunění alespoň tolika obytných místností, které činily nejméně jednu třetinu z celkové obytné plochy bytu. Pro rodinné domy, dvojdomy a koncové rodinné domy při řadové zástavbě byl tento požadavek zpřísněn na jednu polovinu.

Nové možnosti posuzování přinesla evropská norma EN 17037 Daylight of buildings platná v České republice od srpna 2019 jako ČSN EN 17037 Denní osvětlení budov [9]. Kromě denního osvětlení tato norma obsahuje i požadavky na proslunění, na výhled z oken a na ochranu před oslněním denním světlem a sluncem. Norma požaduje proslunění bytů a pro nás nově požaduje i proslunění místností pro hry dětí v mateřských školách a místností nemocničních pokojů. Rozšíření tohoto požadavku na mateřské školy a nemocniční pokoje lze hodnotit jen kladně. Dává se zde slunečnímu záření možnost uplatnit baktericidní působení. Ještě větší potřeba dezinfekce slunečním zářením je na venkovních plochách dětských hřišť, a zvláště na dětských pískovištích. Zde je ale závazný požadavek přítomen v dosud nezrušeném článku 4.3.5 ČSN 734301 [8]. S ohledem na stávající a bohužel i možné příští epidemie by bylo vhodné tento požadavek pro hřiště dětí a pískoviště častěji uplatňovat a možná zpřísnit, a to nejen u mateřských škol. V nemocničních pokojích a obecně ve zdravotnických zařízeních je přítomnost slunečního záření vždy žádoucí. Slunce podporuje psychiku pacientů i personálu ve chvílích, kdy je toho začasté nejvíce zapotřebí. Baktericidní působení slunečního záření může v těchto prostorech doplnit nebo zčásti nahradit používanou chemii. Na druhé straně je třeba v požadavcích rozlišit mezi nemocničními pokoji pro dlouhodobé léčení a pokoji pro přespání pacienta např. po málo závažném zákroku jen z důvodu použití celkové anestezie. V důsledku požadavků na proslunění by neměla být omezována kapacita zdravotnických zařízení.

Podstatnou změnu do posuzování přinesl článek 5.3.1 normativní části ČSN EN 17037, kde se k proslunění bytu požaduje proslunění jen jeho jedné obytné místnosti. Požadavek tedy již není vázán na třetinu či polovinu plochy bytu, jako tomu bylo doposud v české technické normě [8]. Nyní postačí zajistit proslunění jen jedné jediné obytné místnosti bytu či rodinného domu, bez ohledu na velikost takové obytné místnosti. Tato skutečnost přináší velkou úlevu při tvorbě dispozic bytů, při které se v minulosti posouvaly stěny a příčky domu často v rozporu s účelem a funkcí místností, jen aby se vyhovělo požadovanému poměru ploch prosluněných a neprosluněných. Těchto neužitečných her se čtverečními metry dnes už při tvorbě dispozic bytů není zapotřebí.

Další vítanou změnou, kterou nám přinesla nová ČSN EN 17037, je výběr data posouzení. Evropská norma [9] ve svém článku A.4 stanoví, že „přímé sluneční světlo má do prostoru v určený den mezi 1. únorem a 21. březnem dopadat po dobu podle tabulky A6“, kde v tabulce A6 je uvedena minimální doba 1,5 hodiny. Bohužel evropská norma už neupřesňuje, že vyhovující stav proslunění nastane, když ve kterýkoli den z uvedeného rozmezí doba dopadu přímého slunečního světla dosáhne či překročí 90 minut. Protože právě v takovém pojetí má toto ustanovení největší smysl. Pro překonání sezónní afektivní poruchy není podstatné, který den přesně začne slunce do okna svítit. O tom reálně stejně nerozhoduje norma, ale oblačnost, která je velmi nestálá. Podstatné je, aby to bylo někdy na konci zimy, kdy je slunečního záření pro překonání zimních depresí nejvíce zapotřebí. Astronomicky zima končí právě 21. března. Dosažení proslunění po dobu 90 minut při nižším datu je asi výhodou, ale nikoli vždy. Při zastínění shora podhledem balkónu vyššího podlaží může mít posouzení při nižším datu větší naději na vyhovující výsledek, než dne 21. března. To, co česká technická normalizace pracně, a ne zcela úspěšně, řešila v roce 2005 pomocí bilance proslunění, je v ČSN EN 17037 vyřešeno téměř geniálně. Pro posouzení se nabízí široké rozmezí dní v rozsahu téměř dvou měsíců a žádný z těchto dnů nemá při posuzování přednost (není „osudově významný“). Norma přitom stále zajišťuje přítomnost slunečního záření v bytech po přestálé zimě k překonání SAD a její požadavky je možno snadněji splnit i v podmínkách relativně husté a urbanisticky a tvarově rozličné zástavby center měst.

Obr. 2: Diagram zastínění pro den 1. března
Obr. 2: Diagram zastínění pro den 1. března
Obr. 3: Diagram zastínění pro den 21. března
Obr. 3: Diagram zastínění pro den 21. března

Datum dne posouzení z uvedeného rozmezí tedy určí projektant a tento způsob posuzování proslunění má ještě jednu výhodu. Bez nutnosti počítat bilanci není třeba, aby architekt disponoval odborným softwarem, resp. odborníkem, který tento software ovládá. Při návrhu urbanistických variant může architekt operativně použít diagram zastínění. Manipulace s diagramem není složitá a většinou postačí disponovat dvěma diagramy: pro 1. a 21. března (obr. 2 a 3) [10]. Přesně posoudit počítačem je potom možno až výslednou variantu.

Milovníky konzervativních přístupů je možno potěšit sdělením, že nová evropská norma zachovává požadavek délky časového intervalu proslunění 1,5 hodiny, tedy 90 minut. Paměť autora tohoto článku nesahá tak hluboko do minulosti, aby mohl sdělit, jak byl tento počet minut, který nyní převzala celá Evropa, stanoven. Údaj o devadesáti minutách se vyskytuje téměř ve všech českých a československých technických normách o proslunění od 60. let minulého století. Na úplném začátku se ale uvažovalo o čtyřiceti minutách [7].

 

3. Směry neefektivního dopadu slunečních paprsků

Každé okno má svoje rozměry a obvodový plášť budovy má svoji tloušťku dnes hlavně ovlivněnou požadavky na tepelnou izolaci. V důsledku toho sluneční záření přicházející z jistých směrů, kterými se příliš přichyluje k průčelí (fasádě) budovy, do interiéru ani nepronikne. V průběhu času se v české technické normalizaci uplatnilo více metod, jak tento problém řešit. Nejpřesnější, ale zároveň nejvíce složitý, byl požadavek ČSN 734301 Obytné budovy (1968) [11], která požadovala, aby do místnosti oknem vnikal pruh přímého slunečního záření, který musí při zanedbání konstrukce samotného okna být široký nejméně 200 mm (obr. 4a). Protože se splnění tohoto požadavku obtížně kontrolovalo, uvažovalo se následně o sjednocení směrů neefektivního dopadu slunečního záření tak, aby se vyloučily směry přicházející k oknu pod menším půdorysným úhlem od průčelí budovy, než je stanovený limit. Tento limit byl určen pro starou zástavbu hodnotou 30° (obr. 4b) a pro nové panelové domy s tehdy tenkým obvodovým pláštěm byl určen úhel 20° (obr. 4c). Avšak aby v praxi nevznikaly spory o tom, do jaké kategorie objekt patří, byl nakonec v ČSN 734301 (1989) [12] úhel odklonu od průčelí stanoven na 25° jednotně pro všechny objekty a tato úprava se udržela téměř až do dnešních dnů. Úkrok směrem od požadavku přesnosti k jednotnosti posuzování se v normalizaci realizuje často a bývá většinou správný, protože podporuje bezproblémové fungování normy v praxi.

Obr. 4: neefektivní směry dopadu slunečního záření
Obr. 4: neefektivní směry dopadu slunečního záření

Nová evropská norma zavedla jinou metodu kontroly neefektivních směrů dopadu slunečního záření. Kontrolní bod pro stanovení dopadu přímého slunečního světla umístila do středu okna na vnitřní líc obvodového pláště a spojnice kontrolního bodu s vnějším lícem ostění stanoví ramena úhlu α (°) pro efektivní dopad slunečního záření (obr. 4d). Platí

vzorec
 

kde š (m) je šířka okna a t (m) je tloušťka obvodového pláště. Výhodou této úpravy je, že podporuje návrh širokých oken, avšak praxe již ukázala i nedostatky tohoto řešení. V době, kdy je třeba posoudit proslunění budovy, často ještě nejsou známy rozměry oken a ani tloušťka obvodového pláště. Pracuje se s rozměry odhadnutými. Dojde-li v dalším stupni projektu ke změně, může to být příčinou nepříjemného sporu. Nejméně vhodná je tato metoda u posuzování stínění existujících budov novými stavbami. Rozměry oken souseda je sice možno geodeticky zaměřit, avšak tloušťku obvodové zdi lze získat jen z projektové dokumentace nebo přímým měřením na stávajícím objektu. To se ale neobejde bez souhlasu majitele sousední budovy, potenciálního odpůrce nové výstavby. Autor tohoto článku se domnívá, že původní úprava s jednotným úhlem 25° od průčelí objektu byla z tohoto hlediska výhodnější. Snad by bylo možné i zde provést „úkrok od přesnosti k jednotnosti“ a pro účely posuzování stínění sousedních budov zavést jednotné rozměry okna. Například při š = 1,93 m a t = 0,45 m by úhel odklonu od průčelí činil právě 25°. Takové pravidlo by spravedlivě hodnotilo pouze míru přístupu slunečního záření k průčelí. Množství záření, které skutečně pronikne do interiéru sousední budovy, totiž významně závisí na rozměrech okna. Ty ale nemůže investor stínící novostavby ovlivnit.

Kromě právě popsaného vodorovného vymezení směru dopadu slunečního světla normy obsahují také úhel svislý. České technické normy požadovaly, aby se do doby proslunění nezapočítávala situace, kdy je slunce při jeho východu nebo západu níže než 5° nad obzorem. Toto opatření se zdůvodňovalo skutečností, že sluneční paprsky při východu a západu slunce pronikají silnou vrstvou atmosféry a v důsledku toho záření ztrácí svoji účinnost (obr. 1) [1]. V evropské normě se tento svislý úhel stal prostředkem ke korigování způsobu posuzování v různých zemích Evropské unie. Proto byl tento úhel přidělen každé zemi v jiné hodnotě podle zeměpisné šířky jejího hlavního města. Čím severněji příslušná země leží, tím nižší hodnota tohoto úhlu jí byla přidělena. Česká republika obdržela hodnotu 13° pro referenční den 21. března. Tento úhel už nemůže souviset s délkou cesty slunečních paprsků zemskou atmosférou. Dobře ale kompenzuje skutečnost, že v různých zeměpisných šířkách se slunce na své zdánlivé dráze po obloze pohybuje s odlišnou rychlostí. Zatímco v jižně umístěných lokalitách se slunce po svém východu rychle odlepí od obzoru a se stejně velkou rychlostí stoupá směrem k zenitu, v severněji položených místech slunce přes den dlouho mešká v polohách nízko nad obzorem. Hodnota 13° nad obzorem je sice pro nás nezvyklá, ale zpřísnění, které představuje, není velké a je dostatečně kompenzováno možností volby data dne posouzení. Navíc při posuzování v jiném datu než 21. března asi bude možné tento úhel upravit. Při pomyšlení, že tento svislý úhel je součástí celoevropského systému, s ním dokážeme žít.

4. Astronomické výpočty

Posouzení proslunění budov vyžaduje stanovení polohy slunce na jeho zdánlivé dráze na obloze během dne. Pohyb planety Země kolem Slunce ale není zdaleka tak pravidelný, jak bychom k tomu potřebovali. Vychylování zemské osy při rotaci (precese a zejména nutace) je příčinou meziročních nepravidelností ve zdánlivých drahách slunce na obloze i v délce trvání proslunění. Při použití nejpřesnějších astronomických výpočtů by se tak mohlo stát, že vypočtený vyhovující stav např. 91 minut by se mohl následujícího roku změnit na nevyhovujících 89 minut. Takto žádná norma fungovat nemůže, a proto i zde pomohl „úkrok od přesnosti k jednotnosti“. České technické normy obsahovaly vždy závazný návod jednotného výpočtu průměrné sluneční deklinace, jejíž hodnota se považovala pro daný den za neměnnou v čase. Nová evropská norma obsahuje obdobný jednotný návod, i když jinak koncipovaný. Je zbytečné zkoumat, který výpočetní postup je přesnější. K bezvadnému fungování normy stačí, je-li postup jednotný a závazný. S uvedením ČSN EN 17037 [9] v platnost byla zrušena kompletně celá ČSN 730581 [13]. Tím se vytratil i důležitý článek 3.3.7 této normy, který pravil, že „zjišťování polohy slunce na obloze a doby proslunění měřením se pro technické účely neprovádí“. Je nutno připomenout, že už jen s ohledem na oblačnost tato zásada stále platí.

5. Závěr

Začleněním požadavků na proslunění budov do evropské normy Evropská unie prokazuje, že přítomnost slunečního záření v budovách je důležitá pro zdraví občanů Evropy. Požadavky ČSN EN 17037 [9] na proslunění budov představují moderní způsob regulace výstavby, který odpovídá potřebám soudobého urbanismu i potřebám podpory veřejného zdraví. V tomto smyslu nová evropská norma vykazuje lepší parametry v porovnání s požadavky ČSN 734301 [8], které u nás platily dříve. Požadavky evropské normy jsou celkově mírnější než požadavky dosud platných českých technických norem, avšak i v této podobě jsou schopny zajistit potřebnou míru proslunění bytů v závěru zimy. Nově koncipovaný požadavek na proslunění mateřských škol a pokojů v nemocnicích je oprávněný. Pravidla, která pro proslunění budov stanoví ČSN EN 17037 je možno dodržet i v podmínkách dnešního způsobu výstavby měst, který se z dobrých důvodů snaží šetřit stavebním místem.

Zájem uživatelů bytů o přístup slunečního záření je trvalý a státní správa a soudy se proto neobejdou bez existence prostředku ke spravedlivé regulaci výstavby z tohoto hlediska. Současné době přiměřená regulace evropskou normou je výhodnější než regulace žádná a lze doufat, že i naše hlavní město, kde byly před časem požadavky na proslunění bez náhrady zrušeny [14], se k této nové evropské regulaci přihlásí.

6. Literatura

  1. KAŇKA, J: Trampoty s neefektivními směry dopadu slunečního záření, SVĚTLO 2017/1
  2. VIK, M. VIKOVÁ, M: Dezinfekce povrchů pomocí UV-C záření a pandemie covid-19, SVĚTLO 2020/6
  3. RUBIN, G: Vitamin D deficiency may raise risk of getting COVID-19, UCHICAGO MEDICINE, September 3, 2020, https://www.uchicagomedicine.org/forefront/coronavirus-disease-covid-19/vitamin-d-deficiency-may-raise-risk-of-getting-covid19
  4. SORENSON, M: Vitamin D a sluneční záření, ALTERNATIVA 2012, ISBN 978-80-86936-33-8
  5. SIMON, K. a kol: Obecná a komunální hygiena, AVICENUM Praha, 1982
  6. LIBERMAN, J: Světlo lék budoucnosti, BLUE STEP 2014, ISBN 978-80-905767-0-4
  7. ČSN 730020 Obytné budovy (1955)
  8. ČSN 734301 Obytné budovy (2005)
  9. ČSN EN 17037 Denní osvětlení budov (2019)
  10. KAŇKA, J: Diagram zastínění pro 21. březen, SVĚTLO 2020/2
  11. ČSN 734301 Obytné budovy (1968)
  12. ČSN 734301 Obytné budovy (1989)
  13. ČSN 730581 Oslunění budov a venkovních prostor – Metoda stanovení hodnot (2009)
  14. Nařízení Rady hlavního města Prahy č. 14/2018 Sb.
 
Komentář recenzenta doc. Ing. Stanislav Darula, CSc., Slovenská akadémia vied

Rukopis článku poskytuje čitateľom TZB-info diskusiu o význame slnečného žiarenia na ľudský organizmus a základné informácie o novej európskej norme EN 17037 Denné osvetlenie v budovách. Z praktického hľadiska je cenné porovnanie ustanovení EN 17037 a ČSN 73 4301 týkajúcich sa preslnenia budov a výklad autora príspevku k ich uplatneniu. Názor, že preslnenie v budovách je nevyhnutnou zložkou zdravého prostredia možno len súhlasiť a treba ho podporovať. Rukopis odporúčam uverejniť vzhľadom na aktuálnosť a dôležitosť problematiky.

English Synopsis
Rating Insolation of Buildings According to EN 17037

The European standard ČSN EN 17037 Daylighting of buildings has been valid in the Czech Republic since August 2019. A year and a half is enough time for the first evaluation of its functioning in project practice. The author of the article deals intensively with this practice and in this paper he would like to share some of his findings concerning the assessment of solar exposure of buildings according to this new European standard. On the edge of this problem, the relationship between accuracy and uniformity in normative requirements is also discussed.

 
 
Reklama