Návrh vnitřních osvětlovacích soustav v budovách a jejich verifikace

7. července 2017

Partneři sekce:

Návrh osvětlovacích soustav ve vnitřním pracovním prostředí by měl co nejvíce reflektovat potřeby lidí, kteří se zdržují v těchto prostorách a vykonávají konkrétní zrakový úkol. Navíc pracovníci by měli mít v co největší míře zabezpečený vizuální komfort pro výkon své činnosti.

Návrh osvětlovací soustavy před její samotnou realizací musí zohledňovat zásady, které se ve světelnětechnickém projektu odrážejí jako kvantitativní i kvalitativní parametry osvětlovací soustavy – jde například o přístup denního osvětlení, úroveň celkového osvětlení, barvu světla, rozložení jasů na pracovišti apod.

Po realizaci osvětlovací soustavy na základě návrhu se při kolaudačním jednání vykonává na základě terénního měření a hodnocení verifikace, která má za úkol ověřit, zda dané parametry dosahují požadovaných hodnot v souladu s legislativními a normativními požadavky na území SR. Článek se zabývá hlavními zásadami, které by měly být dodrženy u světelnětechnického návrhu vnitřních osvětlovacích soustav, a jejich verifikací, vykonávanou v praxi měřením a hodnocením osvětlovacích soustav v pracovním prostředí.

Světlo a jeho role

Světlo patří neodmyslitelně k důležitým činitelům našeho životního prostředí. Jeho vliv na člověka je značný – ovlivňuje nejen jeho zrakový výkon nebo zrakovou pohodu, ale i ostatní mimozrakové funkce organismu, které ovlivňují kvalitu jeho života.

Nedostatek světla vyvolává různé zdravotní problémy fyziologického nebo psychologického rozměru – ať už jde o únavu při pracovním výkonu, zvýšenou úrazovost, nebo často i trvalé poškození zraku. V neposlední řadě je dostatečné osvětlení z osvětlovacích soustav potřebné pro zabezpečení bezpečnosti při práci. Nedostatečné osvětlení může způsobit zvýšenou úrazovost nebo často i trvalé poškození zdraví.

Ačkoliv je elektrické světlo v dnešní době neodmyslitelnou součástí našeho života, lidé si až postupem času uvědomili, že není možné se uzavírat před vnějším světem do místností bez oken a že je třeba zachovat dostatečný přístup denního světla v budovách, v nichž se zdržujeme většinu svého života.

Denní světlo je zároveň významnou součástí osvětlovací soustavy, která musí být zabezpečena tak, aby měli lidé v pracovním prostředí dostatečný přístup k dennímu světlu a aby se významně nenarušily cirkadiánní rytmy lidského organismu. V praxi se tento fakt velmi často v návrzích osvětlovacích soustav nezohledňuje, což má za následek nedodržení legislativních podmínek v pracovním prostředí, kontrolovaných Úřadem veřejného zdravotnictví a jeho podřízenými úřady v rámci jejich působností.

Po realizaci navržené osvětlovací soustavy způsobilými pracovníky na základě světelnětechnického projektu nastává jeho verifikace, a to terénním měřením a hodnocením osvětlení v pracovním prostředí. To mohou vykonávat jen odborně způsobilé osoby s osvědčením po absolvování zkoušek na Úřadu veřejného zdravotnictví. Při verifikaci zohledňují všechny aspekty, které by měla osvětlovací soustava splňovat v rámci legislativních a navazujících normativních požadavků na úseku osvětlení ve vnitřních pracovištích.

Při hodnocení v praxi je velmi častou chybou, že až v tomto stádiu chtějí lidé zodpovědní za realizaci osvětlovacích soustav řešit problémy, které měly být zohledněny už ve světelnětechnickém projektu. Často jsou tyto problémy v daném stavu už neřešitelné, což způsobuje nemalé finanční náklady na straně investora, který musí nezřídka předělat celou osvětlovací soustavu.

Zásady světelnětechnického návrhu osvětlovací soustavy

Při hodnocení osvětlení v pracovním prostředí se posuzují vlastnosti osvětlovacích soustav na pracovištích v souladu s vyhláškou MZ SR č. 541/2007 Sb. z. o podrobnostech o požadavcích na osvětlení při práci ve znění vyhlášky č. 206/2011 Sb. z., kterou se mění a doplňuje tato vyhláška (dále jen „vyhláška“). Ve vyhlášce jsou uvedeny základní definice a požadavky na osvětlení pracovních prostorů a osoba, která provádí návrh osvětlení vnitřního pracoviště, z ní musí vycházet a měla by ji dokonale znát.

Celková udržovaná osvětlenost
V prvé řadě musí projektant zvážit, o jaký druh pobytu osob v daném prostoru jde. Ve vyhlášce se mluví o třech typech pobytu:

dlouhodobý pobyt osob,
krátkodobý pobyt osob,
občasný pobyt osob.

Na základě této informace může následně počítat s hladinami celkové udržované intenzity osvětlení, které jsou definované z hlediska pobytu osob v pracovním prostoru.

U dlouhodobého pobytu je třeba ještě před samotným návrhem zvážit další zásadní věc, a to zda jde o prostor s dostatečným nebo částečným denním světlem, nebo prostor bez něj. To je velmi důležité, protože u dlouhodobého pobytu lidí se vyžaduje, aby pracovníci, je-li to možné, měli zabezpečený přístup k dennímu světlu v co nejvyšší míře. V návaznosti na to se liší hodnoty celkové udržované osvětlenosti v pracovním prostoru takto:

prostor s dostatečným denním osvětlením: 200 lx,
prostor se sdruženým osvětlením: 500 lx,
prostor bez denního osvětlení: 1 500 lx; 500 lx, jsou-li prokazatelně zabezpečena náhradní opatření.

U některých pracovních prostorů je nepřípustné, aby v nich nebyl dostatek denního osvětlení, tj. při projektování se musí brát v úvahu podmínka dostatečného denního osvětlení. Jde například o výchovně-vzdělávací budovy předškolních zařízení, zdravotnická zařízení, místnosti jídelen a odpočinku pro pracovníky bez denního osvětlení apod.

U krátkodobého a občasného pobytu se úrovně celkové udržované osvětlenosti nerozdělují podle prostorů s dostatečným, částečným nebo občasným pobytem osob, protože se v těchto prostorách lidé pohybují v dostatečně malé míře, takže nedostatek denního osvětlení významně neovlivní jejich zdravotní stav. U krátkodobého pobytu osob je osvětlenost 100 lx, u občasného pobytu osob je to 20 lx.

Definice pobytu osob v pracovním prostoru definuje vyhláška. Hodnoty celkové udržované osvětlenosti se potom musí počítat na porovnávací rovině. Tato intenzita osvětlení má zabezpečit osvětlení celého prostoru tak, aby vyhovoval minimálním požadavkům vyhlášky.

Druhým ukazatelem, který zohledňuje prostorové rozmístění světla v celém pracovním prostoru, je rovnoměrnost osvětlení definovaná jako poměr minimální hodnoty osvětlenosti ve výpočtové síti k průměrné hodnotě intenzity osvětlení v této síti. Výsledná hodnota musí být větší než 0,5 v rámci celého uvažovaného prostoru.

Celkové osvětlení plní funkci dobré orientace pracovníků v prostoru. Porovnávací rovina je definována vyhláškou ve výšce 0,85 m s výjimkou těch případů, kdy se podle konkrétní funkce prostoru požaduje jiná výška. U komunikací v budovách je porovnávací rovina na úrovni podlahy.
To, zda je v prostoru dostatečné denní osvětlení, uvádí vyhláška za pomoci činitele denní osvětlenosti (D) na porovnávací rovině ve výšce 0,85 m, a to v různých případech umístění osvětlovacích otvorů v daném pracovním prostoru.

Minimální hodnoty činitele denní osvětlenosti jsou uvedeny v příloze č. 1 vyhlášky. Platí, že:

u bočního osvětlení Dmin = 1,5 %,
u horního a kombinovaného osvětlení Dmin = 1,5 % a Dm = 3 %,

přičemž,
Dmin je minimální hodnota činitele denní osvětlenosti na porovnávací rovině (%) a
Dm je průměrná hodnota činitele denní osvětlenosti na porovnávací rovině (%).

Tyto minimální požadavky se týkají celého uvažovaného pracovního prostoru, pro který se má vypracovat světelnětechnický projekt umělého osvětlení.
U některých jiných typů pracovišť je nutné počítat s úplně rozdílnými úrovněmi činitele denní osvětlenosti – v těchto případech se vyhláška odvolává na normu STN 73 0580-1 Denní osvětlení budov. Část 1: Základní požadavky.

V některých pracovních prostorách, je-li to možné, se mohou určit funkčně vymezené části pracovního prostoru, kde se mohou požadavky na úrovně celkových udržovaných osvětleností lišit, opět s uvážením míry denního osvětlení v daném prostoru. Tyto hodnoty intenzit osvětlení platí potom v daných funkčně vymezených částech.

V prostoru tak může být více funkčně vymezených částí, např. s dostatečným denním osvětlením, sdruženým osvětlením nebo bez denního osvětlení, které splňují požadavky vyhlášky. Platí to však jen za podmínky, že funkčně vymezená část pracovního prostoru má více než 10 m² nebo zabírá třetinu podlahové plochy, přičemž pod 10 m² se funkčně vymezená část neurčuje.

Posudek denního osvětlení
Nutnost dostatečného přístupu k dennímu světlu na pracovišti byla popsaná v úvodní části tohoto příspěvku. Projektant tedy musí mít relevantní informace, o jaký typ prostoru s denním osvětlením jde. Tato základní informace se v praxi často nezohledňuje, což má za následek nevyhovující osvětlovací soustavy, které je nutné upravovat či celkově předělat. Osoby, které vyhotovují světelnětechnický projekt, získají tuto informaci na základě posudku denního osvětlení.

Posudky denního osvětlení vypracovávají odborně způsobilé osoby výpočtem činitele denní osvětlenosti v pracovním prostoru. Na obr. 1 vidíme příklad z posudku denního osvětlení a určení funkčně vymezených částí pracoviště. Posouzení lze provést i na základě měření denního osvětlení, avšak reálné podmínky na měření jsou splněny ve skutečnosti jen několikrát do roka, proto vyhláška připouští možnost posouzení výpočtem, což se v praxi většinou i vykonává, aby se zmírnil vliv závislosti na vyšší moci při kolaudačních jednáních.

Obr. 1 Hodnoty činitele denní osvětlenosti z posudku denní osvětlenosti v pracovním prostoru.

Posudky denního osvětlení jsou zároveň velmi důležitou informací pro verifikaci světelnětechnických parametrů osvětlovacích soustav, která se vykonává měřením. Jenže praxe opět poukazuje na nedostatky v této oblasti – posudky, v nichž by měly být udány hodnoty činitele denní osvětlenosti v jednotlivých prostorách budovy, nezřídka při návrhu osvětlovacích soustav chybí, a co víc, velmi často chybí i při měření umělého osvětlení, takže není možné vykonat kvalifikované hodnocení osvětlení v pracovním prostředí.

Proto pokud projektant nemá přístup k tomuto dokumentu, je dobré, aby měl při návrhu umělého osvětlení alespoň představu o denním osvětlení v pracovním prostředí. To se dá získat pomocí několika výpočtových programů, které se používají při návrhu osvětlovacích soustav modelováním konkrétního prostoru s tím, že před návrhem umělého osvětlení si uživatel umí vypočítat hodnoty činitele denní osvětlenosti na porovnávací rovině pro denní osvětlení, definované vyhláškou a normou.

Je třeba zmínit, že tento výpočet v žádném případě nenahrazuje posudek denního osvětlení a z hlediska informace o denním osvětlení na pracovišti je jen orientační. Projektant musí při výpočtu činitele denního osvětlení zároveň počítat s jistou rezervou, která by měla být přiměřeně tak velká, aby v případě vypracování posudku denního osvětlení byly minimální hodnoty činitele denní osvětlenosti v souladu s požadavky vyhlášky, resp. normy. Na obr. 2 můžeme vidět příklad vizualizace modelové místnosti administrativního pracoviště s vypočítanými hodnotami činitele denní osvětlenosti, uvedenými na obr. 3.

Obr. 2 Příklad modelu administrativního pracovního prostoru v programu DIALUX.

Obr. 3 Isolinie činitele denní osvětlenosti v rámci modelu prostoru v programu DIALUX.

Výpočet celkové udržované osvětlenosti
Na základě informativních výsledků lze potom zařadit pracovní prostor s ohledem na denní osvětlení a spočítat celkovou udržovanou osvětlenost na porovnávací rovině. V modelovém příkladu administrativního prostoru lze na základě výsledků vidět, že jde o pracoviště bez denního osvětlení. Minimální hodnota činitele denní osvětlenosti je 0,14 %, přičemž požadavek podle vyhlášky je 1,5 %, pokud bychom brali celkový prostor jako pracoviště bez náhradních opatření, čili požadavek na celkovou udržovanou osvětlenost, kterou projektant musí brát v úvahu, je 1 500 lx.

V prostoru s hodnotou činitele denní osvětlenosti nad 0,5 % je nevyhnutelné počítat se sdruženým osvětlením. Prostor tak lze rozdělit do funkčně vymezených částí se sdruženým osvětlením, blíže u osvětlovacích otvorů, které ohraničují prostor vymezený isoliniemi činitele denní osvětlenosti s hodnotou 0,5 % a ostatní funkčně vymezené části bez denního osvětlení.

V takovém případě lze ve funkčně vymezené části počítat z hlediska návrhu osvětlovací soustavy umělého osvětlení v souladu s vyhláškou s celkovou udržovanou osvětleností 500 lx při dlouhodobém pobytu osob, přičemž prostor bez denního osvětlení by měl charakter krátkodobého pobytu osob v souladu s vymezenou funkcí prostoru (např. archiv, kopírování apod.) a požadavkem na celkovou udržovanou osvětlenost 100 lx.

U celkového osvětlení se průměrná hodnota osvětlenosti stanoví v celém půdorysu místnosti a nejmenší hodnota se stanoví v místě, kde se nacházejí nejméně osvětlené předměty hlavní zrakové činnosti. Poměr celkových osvětleností u celkového nebo odstupňovaného osvětlení mezi sousedními propojenými místnostmi nesmí být horší než 0,2 (1 : 5). Výpočet celkové udržované osvětlenosti pro celý prostor na porovnávací rovině ve výšce 0,85 m je i s prostorovým rozložením svítivosti každého svítidla znázorněn na obr. 4.

Obr. 4 Vizualizace na výpočet celkové udržované osvětlenosti pracoviště v programu DIALUX.

Hodnoty světelnětechnických parametrů
Následně je třeba při znalosti projektanta umístění míst zrakových úloh (v modelovém příkladu jsou reprezentovány pracovním stolem) navrhnout a vypočítat hodnoty světelnětechnických parametrů pro dané pracoviště. Po výpočtu celkové osvětlenosti se projektant musí ohledně pracovních míst a míst zrakových úloh orientovat v normě STN EN 12464-1 pro vnitřní pracoviště, na kterou se odvolává vyhláška.

Tam jsou definovány minimální požadavky na konkrétní typ prostoru, zrakové úlohy nebo činnosti vykonávané na pracovišti. V rámci modelového případu jde o pracoviště 5.26.2 zpracování údajů s pracovištěm DSE, kde má být udržovaná osvětlenost místa zrakové úlohy nejméně 500 lx s rovnoměrností 0,6. Pokud by šlo o prostor bez denního osvětlení, úroveň by měla být 1 500 lx v souladu s hodnotou celkové udržované osvětlenosti.

V případě sdruženého osvětlení v souladu s normou STN 12464-1 by měla být udržovaná osvětlenost zvýšena o jeden stupeň, tj. na hodnotu 750 lx s rovnoměrností 0,6. U míst zrakové úlohy je nutné počítat také s osvětlením bezprostředního okolí pracoviště, definovaným jako půlmetrový pás kolem místa zrakové úlohy, kde je hodnota v obou uvažovaných příkladech 500 lx s rovnoměrností 0,5 pro zabezpečení vhodných vizuálních podmínek pro pracovníky.

Porovnávací rovina místa zrakové úlohy se může lišit od porovnávací roviny pro celkovou udržovanou osvětlenost, proto je nutné počítat s výpočtovou plochou na úrovni výkonu místa zrakové úlohy nad podlahou. V některých případech může být rovina i nakloněná. Výpočet světelnětechnických parametrů místa zrakové úlohy s bezprostředním okolím místa zrakové úlohy na porovnávací rovině ve výšce 0,75 m v rámci modelového příkladu je zobrazen na obr. 5.

Obr. 5 Vizualizace na výpočet udržované osvětlenosti místa zrakové úlohy v programu DIALUX.

Na základě výsledků modelového příkladu lze konstatovat, že návrh osvětlovací soustavy umělého osvětlení by nevyhovoval z hlediska hodnot světelnětechnických parametrů s ohledem na legislativní a normativní požadavky, čili bylo by nutné počítat v uvažovaném prostoru s jinými svítidly.

Na závěr je třeba připomenout, že světelnětechnický návrh zohledňuje i jiné kvalitativní a kvantitativní parametry osvětlení, jako jsou hospodárnost osvětlovací soustavy, oslunění, modelace osvětlení v prostoru či barvy světla. Dodržení těchto náležitostí osvětlovacích soustav při světelnětechnickém návrhu můžeme najít v jiných publikacích, v tomto příspěvku se jim nebudeme věnovat.

Verifikace světelnětechnického návrhu po jeho realizaci

Měření a hodnocení fotometrických parametrů osvětlení v pracovním prostředí se hodnotí pomocí kvantitativních a kvalitativních parametrů. Provádějí ho jen odborně způsobilé osoby s osvědčením Úřadu veřejného zdravotnictví. Intenzita osvětlení a jeho rovnoměrnost se měří a hodnotí pomocí luxmetrů na rovinnou osvětlenost.

Osvětlovací soustava podléhá po realizaci ověření fotometrických parametrů, což je jedním z požadavků kolaudace prostorů, kontrolovanou Úřadem veřejného zdravotnictví a jeho podřízenými organizacemi. Verifikace osvětlovací soustavy vyplývá ze zákona MZ SR č. 355/2007 Sb. z. ve znění pozdějších předpisů a zmíněné vyhlášky MZ SR č. 541/2007 Sb. z. ve znění pozdějších předpisů, která předepisuje požadavky na jednotlivé pracovní prostory.

Důležitými parametry při verifikaci osvětlovací soustavy jsou úroveň udržované osvětlenosti a rovnoměrnost, které musí splňovat minimální hodnoty předepsané ve vyhlášce i po zohlednění nejistoty měření.
Terénní měření v pracovních prostorách se vykonává vhodným přístrojovým vybavením. Všechny použité přístroje musejí být řádně metrologicky charakterizované kalibrací nebo ověřením.

Jako fotometrický parametr z hlediska povahy intenzity osvětlení se měří celková intenzita osvětlení a následně intenzita osvětlení místa zrakové úlohy. Fotometrická hlavice luxmetru na měření celkové osvětlenosti je umístěna ve výšce 0,85 m na trojnožce, přičemž na spodku trojnožky je umístěn laser kvůli zajištění stejné polohy luxmetru v měřicích bodech zvolené sítě navržené v souladu s normou STN EN 12464-1. Měřicí sestava je znázorněna na obr. 6.

Obr. 6 Náčrt měřicí sestavy na měření celkové intenzity osvětlení v navržené měřicí síti.

Po změření celkové intenzity osvětlení se změří intenzita osvětlení na místech zrakové úlohy spolu s intenzitou osvětlení bezprostředního okolí. Po vykonání měření se vyhodnotí parametry osvětlovací soustavy, jakými jsou celková udržovaná osvětlenost a její rovnoměrnost a taktéž intenzita osvětlení místa zrakové úlohy s bezprostředním okolím. Tyto hodnoty se v souladu s vyhláškou sníží o udržovací činitel a zároveň o hodnotu odhadované nejistoty měření.

Výsledky se porovnávají s legislativními a normativními požadavky pro osvětlovací soustavy vnitřních pracovišť. Jako příklad měření intenzity osvětlení s rozšířenou nejistotou 9 % z naměřené hodnoty lze uvést následující případ, u nějž je výsledek snížen o tuto hodnotu s ohledem na udržovací činitel osvětlovací soustavy:

575 lx – (0,09 . 575) lx = 523,3 lx

Výsledky měření fotometrických veličin by měly být srozumitelně interpretované, aby bylo podle oblasti měření kompetentním osobám jasné, co se měřilo, jakou měřicí metodou se měřilo, podle jakého postupu se postupovalo, v jakých podmínkách, jakým měřicím přístrojem (přístroji) bylo měření provedeno a kým bylo provedeno. Toto všechno by mělo být zpracováno do vhodné formy protokolu, v němž jsou podrobně popsány všechny okolnosti měření. Výsledek měření, tak jak je definovaný v metrologickém slovníku, je výsledkem měření s přiřazenou hodnotou (odhadu) nejistoty s požadovaným intervalem pokrytí.

Literatura
1.   Vyhláška MZ SR č. 541/2007 Sb. z. o podrobnostech o požadavcích na osvětlení při práci ve znění vyhlášky č. 206/2011 Sb. z., kterou se mění a doplňuje tato vyhláška.
2.   CEN 2012, STN EN 12464-1. Osvetlenie pracovísk. Časť 1: Vnútorné pracoviská. Brusel: CEN TC 169 Svetlo a Osvetlenie.
3.   CIE 2012. CIE DS 023/E: 2012. Characterization of the Performance of Illuminance Meters and Luminance Meters. Vienna: CIE.
4.   OSA/AIP, Handbook of Photometry, Edited by Casimer DeCusatis, Chapter 1 (1997).

Text: Mgr. Roman Dubnička, Ing. Lukáš Lipnický
Obrázky: autoři
Autoři působí v Ústavu elektroenergetiky a aplikované elektrotechniky na FEI STU v Bratislavě.
Recenzoval: prof. Ing. Alfonz Smola, Ph.D.

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB Haustechnik 2/2017.