Závěsná výška svítidla veřejného osvětlení

„Na čo také velké stromy? Popíliť! 
Všetky popíliť!“

M. Švandrlík – Černí baroni

V poslední době jsem poměrně často dotazován na optimální výšku svítidla nad vozovkou. S odůvodněním, že přece postačí šestimetrový sloup. Proč vyhazovat peníze za vyšší stožár? Na to mám chuť odpovídat otázkou – proč nepoužijete pětimetrové?

Kdyby byl v nějaké obci starostou major Terazky, jistě by rychle rozhodl, že se při výměně starých stožárů nebudou svítidla dávat tak nehorázně vysoko. Použil by nejnižší sloupy, které by kde sehnal. Nižší stožáry jsou levnější, soustava se snadněji udržuje, protože postačí malá plošina. Terazky by šel patrně ještě dál – o sloup by opřel žebřík nebo pojížděl obcí traktorem a na valníku měl štafle.

Samozřejmě, že to není tak jednoduché. Zůstanu věren znovuobjeveným b/h křivkám, o kterých jsem psal v [1]. Nebudu se vracet k popisu jejich principu, zkusím dále rozebrat, co z nich lze vyčíst.

Průměrná osvětlenost

Vše, co bude dále napsáno, smí být použito proti mně, ale nesmí být zevšeobecňováno. Principy se sice nemění, ale každé svítidlo má jiné fotometrické vlastnosti a bude se odlišně chovat.

Budu porovnávat změny, které nastanou, když se svítidlo umístí do různých výšek. Pro názornost bude v prvním případě ve výšce dvojnásobné oproti druhému případu. Na obr. 1 je b/h křivka svítidla, které bude ve výšce, jež bude dvojnásobkem šířky osvětlované vozovky. Znamená to, že pro celou šíři vozovky bude b/h = 0,5. Pro tuto poměrnou šířku vozovky bude činitel využití η4 = 0,385 (na obr. 1 žlutě vyplněný popisek, proč index 4, pochopí dychtivý čtenář později). Z každého tisíce lumenů dopadne na osvětlovaný povrch 385 lm.

Pro osvěžení paměti – bude-li vozovka široká 6 m a svítidla na stožárech vzdálených 20 m, bude její průměrná osvětlenost 0,385 × 1 000/(6 × 20) = 3,21 lx (pro jednoduchost se nebudu věnovat poklesu osvětlenosti vlivem činitele údržby).

Na obr. 2 je pro tutéž vozovku a pro totéž svítidlo, avšak umístěné v poloviční výšce poměr b/h = 1 a činitel využití η4 = 0,490. Průměrná osvětlenost bude 0,490 × 1 000/(6 × 20)= 4,08 lx.

Zelené srdéčko aktivisty jásá, při přemístění svítidla na poloviční výšku se zvýší využití světelného toku. Znamená to, že je možné dosáhnout stejné intenzity osvětlení se světelným tokem, patrně i příkonem, téměř o čtvrtinu nižším. Ona je to spíše pětina: 0,385/0,490 = 0,79, zelení rádi přehánějí. Jásat bude i srdce světelného technika, avšak jen tehdy, bude-li svítidlo umístěné v poloviční výšce splňovat i další požadavky na kvalitu osvětlení, tedy rovnoměrnost osvětlení, přijatelné oslnění, dostatečné osvětlení okolí komunikace… To však pro nízko umístěné svítidlo již nemusí platit.

Připomínám, pro jiné svítidlo to může být trochu jinak, někdy zcela jinak.

Obr. 1.
a) Činitel využití – b/h křivky vyhodnocené pro svítidlo ve výšce 2b,
b) ani svítidla vysoko nad vozovkou nejsou zárukou vyhovujícího osvětlení,
c) jasová kamera ukázala, že udržovaný jas je sotva 0,2 cd·m–2 a celková rovnoměrnost 0,09

Rovnoměrnost osvětlení

Z úžasných b/h křivek lze usuzovat i na průběh rovnoměrnosti osvětlení v závislosti na výšce svítidla nad osvětlovanou cestou. Rozdělil jsem si vozovku podélnými pásy na čtvrtiny. Pak je možné stanovit, kolik světla dopadne na jednotlivé pásy, jaká bude jejich průměrná osvětlenost. Na obrázcích jsou hodnoty činitele využití pro jednotlivé pruhy vyplněny modře. Diference Δη udává využití světla pro vlastní pruh, tedy rozdíl mezi činitelem využití pro daný pruh a pruh předešlý.

Pro vysoko umístěné svítidlo to je pro pás nejbližší svítidlu činitel využití 0,115 a průměrná osvětlenost tohoto pruhu je (stále stejný příklad šestimetrové komunikace) 0,115 × 1 000/(6/4 × 20) = 3,83 lx. Pro druhý je činitel využití 0,225 snížený o činitel prvního pásu, tedy Δη = 0,225 – 0,115 = 0,110, a osvětlenost druhého pásu bude 0,110 × 1 000/(6/4 × 20) = 3,67 lx. Pro třetí pruh to bude 2,83 lx a pro poslední 2,50 lx. Stále pro světelný tok svítidla 1 000 lm. To platí i v dalším textu.

Pro svítidlo umístěné ve výšce odpovídající šířce komunikace (obr. 2) budou osvětlenosti jednotlivých pruhů 7,50, 5,33, 2,6 a 0,9 lx.

Celková rovnoměrnost osvětlení bude v nejlepším případě rovna podílu osvětlenosti posledního pruhu a průměrné osvětlenosti vozovky. Z uvedených čísel lze usuzovat na to, že pro níže umístěné svítidlo to bude 0,9/4,08 = 0,22 – nevyhovující. Pro svítidlo v dvojnásobné výšce 2,50/3,21 = 0,78. To je velmi dobrá hodnota a je možné s téměř naprostou jistotou předpokládat, že celková rovnoměrnost osvětlení stanovená bodovým výpočtem bude v pořádku.

Nikterak překvapivý závěr zní – čím výše je umístěno svítidlo, tím lepší je i celková rovnoměrnost.

Uvažovat, jaká bude podélná rovnoměrnost, by již byla čirá spekulace. I když lze oprávněně předpokládat, že i ta bude vyšší se zvětšující se výškou umístění svítidla.

Osvětlení okolí

Podle novelizované normy ČSN EN 13201-2 je činitel osvětlení okolí definován jako poměr průměrné osvětlenosti vnějšího pásu šířky jízdního pruhu a osvětlenosti vnitřního pruhu přiléhajícího k téže krajnici. Vyhodnocuje se pro obě krajnice, ani na jedné straně nesmí být horší než 0,35 pro komunikace třídy M1 a M2, resp. 0,30 pro ostatní komunikace (M× přibližně odpovídá dosavadní ME×). 

„Příkladnou“ komunikaci považuji za dvoupruhovou, takže jízdní pruh i vnější pás jsou široké 3 m. Pro vnější je činitel využití pro „vysokou“ soustavu 0,463 (popisek podbarvený zeleně). Pro vlastní pás je diference činitelů využití 0,078 a jeho průměrná osvětlenost bude 0,078 × 1 000/(3 × 20) = 1,30 lx. Vnitřní jízdní pruh je vymezen poměrnými šířkami 0,25 a 0,50, diference činitelů využití je (0,385 – 0,225) = 0,160. Průměrná intenzita osvětlení bude 2,67 lx. Osvětlení okolí je 1,30/2,67 = 0,49. Vyhovuje pro komunikace libovolné třídy osvětlení (pokud by vyhovělo i pro druhou krajnici).

Nebudu vypisovat výpočet téhož pro „nízkou“ soustavu. Osvětlení okolí je 0,22. Nedůvěřivý čtenář může kontrolu mého tvrzení pojmout jako domácí cvičení.

Ukazuje se, že osvětlovací soustava s nízko umístěnými svítidly nezvládá zajistit dostatečné osvětlení okolí. To však pro jiné svítidlo nemusí platit. Stejně tak nemusí jiné svítidlo zajistit osvětlení okolí ani v případě „vysoké“ osvětlovací soustavy. Vše záleží na průběhu činitele využití pro větší poměrné šířky. Tam je nárůst obvykle jen pozvolný, nebo dokonce žádný. V důsledku toho jsou vzdálenější plochy osvětlené jen málo, nebo dokonce vůbec.

Zde je možná na místě vzpomenout svítidla se světelnými diodami. Mnozí jejich prodejci prohlašují, že jsou sto vyzařovat na obdélníkovou plochu bez jakéhokoliv přesahu, a to s „excelentní uniformitou“ (nevědí, že existuje termín rovnoměrnost osvětlení, podélnou a celkovou už vůbec nezaregistrovali). Současná LED svítidla to však příliš nezvládají, jde především o marketingový tah. Kdyby to však opravdu zvládala, musela by se pro určitou rozteč a výšku svítidel a pro určitou šířku vozovky volit odpovídající optika. To je nemyslitelné; výrobce by musel disponovat nepřeberným množstvím optických systémů. Smysl by to mělo v případě jasně definovaných úloh. Příkladem mohou být přechody pro chodce. Malá (nejlépe téměř neviditelná) poznámka: v současné době jsou vyvíjeny jisté způsoby (nesmím je prozradit), které umožňují směrovat světelný tok téměř dokonale.

V souvislosti s LED si dovolím připomenout [2]. Je nutné velmi obezřetně porovnávat b/h křivky výbojkových svítidel a LED svítidel. V případě LED jsou totiž v převážné většiněí případů nehorázně nadhodnoceny.

Obr. 2.
a) Činitel využití – b/h křivky vyhodnocené pro svítidlo ve výšce b,
b) u nízkých stožárů je velké riziko, že osvětlení bude nerovnoměrné,
c) při použití špatných svítidel je osvětlení až strašidelné

Všetky popíliť

Při případné rekonstrukci soustavy veřejného osvětlení, při které se budou měnit i stožáry, mohou nastat dvě základní situace: 

V prvním, častějším případě se zachovají původní místa světelných míst. Nejsem přesvědčen, že je to vždy dobře. Mnohdy se vyplatí posunout je do optimálních vzdáleností – a výšek. I v tomto případě stojí za úvahu zvážit výšku stožárů.

Budou patrně použita moderní svítidla s lepšími fotometrickými parametry. Může se ukázat, že je opravdu možné umístit je do menší výšky. V každém případě tak lze učinit jen na základě kvalifikovaného rozboru.

Snížení stožárů se neobejde bez následků.

Nejprve ty pozitivní:
– velmi pravděpodobně vzroste udržovaná osvětlenost,
– se stejnou pravděpodobností se může snížit příkon osvětlovací soustavy a její spotřeba,
– téměř jistě klesnou investiční náklady (o cenu nižšího stožáru).
Žel hrozí i negativní důsledky:
– klesne rovnoměrnost jak celková, tak i podélná, je možné, že onen pokles bude nepřijatelný; to může znamenat zvýšení rizika dopravních nehod.
A neutrální:
– klesne osvětlení okolí, to může být negativní, protože se sníží schopnost s dostatečnou jistotou pozorovat dění mimo vlastní komunikaci, méně osvětlené okolí může také podpořit obecnou kriminalitu; naopak v případě, že by bylo při použití vysokých stožárů okolí nadměrně osvětleno, mohlo by to rušivě působit např. na poklidný spánek obyvatel obce,
– může klesnout míra oslnění; oslnění se zmírní v případě, že se svítidla dostanou do polohy, kdy je jejich jas ve směru k pozorovateli nižší než v případě, že by byla na vysokých stožárech; může však nastat i opačný případ, že svítidla budou nejen v nepříznivé poloze, ale také budou směrovat do oka kolemjedoucích více světla, tedy více oslňovat; druhý případ je mnohem pravděpodobnější.

Uvedené důsledky je třeba ve všech případech považovat za možné, nikoliv bezvýhradné. Vše záleží na vlastním svítidle a celkové geometrii osvětlovacích soustav.

Případ druhý – je možné změnit pozici světelných míst. Ať už při rekonstrukci veřejného osvětlení, nebo v případě budování nové soustavy s možností optimalizovat vzdálenosti a výšky svítidel. To vše s podmínkou, že optimalizované soustavy budou splňovat všechny požadavky norem. Jak kvantitativní, tak i kvalitativní.

Volba je pak již spíše ekonomickou záležitostí. Je nutné porovnat investiční i provozní náklady. Soustava s nižšími stožáry bude sestávat z více světelných míst. Přestože jednotlivá místa budou levnější, bude jich víc a celková investice může být vyšší. Naopak „nižší“ soustava bude mít pravděpodobně menší příkon, takže obec vydá méně prostředků na nákup energie. Naproti tomu bude třeba udržovat více prvků, takže vzrostou náklady na opravu a údržbu.

Snížením stožárů lze snížit příkon soustavy a ukojit tak nesmyslné požadavky dotačního úředníka. Je však možné, že se nevrátí investice. Ale koho by to zajímalo, když to nejde z peněz obce? Jako by dotační peníze padaly z nebe, a ne z daní. Dotuje-li se toto, pak nebudou peníze na ono, byť by ono bylo možná mnohem prospěšnější než zanedbatelné snížení noční spotřeby. Také je pravděpodobné zhoršení kvality osvětlení (byť stále na hraně přijatelnosti) a z toho plynoucí zvýšení rizika nehod a kriminality. Ale o tom někdy příště.

Literatura:
[1] MAIXNER, T. : K výběru svítidel pro osvětlení komunikací. Světlo, 2/2009.
[2] MAIXNER, T. : Perpetuum mobile – svítidla pro veřejné osvětlení. Světlo, 2/2016.

---

Článek v elektronické listovací verzi časopisu Světlo č. 4/2016 naleznete zde.