Alfa a omega normalizace denního osvětlení

Alfa a omega (AΩ) je první a poslední písmeno klasické řecké abecedy. Písmena mohou znamenat počátek a konec, první a poslední, popř. i celek určitého děje, objektu nebo systému, podobně jako české „od A do Zet”, nebo něco, co je základní substancí, v daném celku i všech jeho částech vždy přítomnou, či podstatou, bez které by daný celek nemohl existovat nebo fungovat.

Úvod

Co je tedy alfou a omegou technické normalizace denního osvětlení? Vidění člověku zprostředkuje nejvíce informací o vnějším světě. Ať už tomu chceme, či nechceme, jestliže právě nespíme, od narození až do smrti, po celý svůj život konáme zrakovou práci (zrakovou činnost [1], [2]), resp. plníme zrakový úkol (visual task [3]). Zraková práce může být spojena se čtením nebo psaním, s prováděním vysoce jemných i hrubých ručních prací, s obsluhou rozličných strojů a přístrojů, s úklidem, udržováním čistoty nebo i s pouhou orientací při chůzi na chodbě či na schodišti. Obtížnost zrakové práce závisí na vzdálenosti viděného, na nejmenší sledované podrobnosti (na kritickém detailu) a na kontrastu jasů mezi pozorovaným detailem a jeho okolím.

1. Kvalita denního světla

Náš zrak je schopen přizpůsobit se široké škále jasů, resp. osvětleností, od zlomků kandel na metr čtvereční, resp. luxů, až po tisíce těchto jednotek. Jas, na který je zrak v určitém prostředí aktuálně adaptován, se nazývá adaptační jas. Přizpůsobení zraku ale není okamžité, protože je podmíněno chemickými reakcemi probíhajícími na sítnici oka, v důsledku kterých se nikoliv náhle, ale zvolna mění koncentrace sítnicových pigmentů. Rodopsin je nejvýznamnější představitel těchto látek. Adaptace na jas je spojena s jejich rozkladem, a proto trvá asi jen 1 min s následným doladěním v průběhu až 10 min. K adaptaci na tmu je nutná syntéza sítnicových pigmentů, a proto i delší čas. Při nízkých hladinách osvětlenosti může adaptace na tmu trvat i celou hodinu.

Pomalost adaptace zraku je pro člověka významným hendikepem a je odpovědná za zhoršování vidění vlivem nesprávné kvality osvětlení. Sem patří závady v rovnoměrnosti osvětlení, v rozložení jasu ploch v zorném poli a ve směru a směrování světelného toku. Důsledkem nesprávné kvality osvětlení může být siluetový efekt nebo i oslnění zraku. V praxi se nezřídka stává, že lidé si stěžují na nedostatek světla, ale měřením se ukáže, že závada nespočívá v množství osvětlení, ale v jeho kvalitě. Pro dobré vidění je kvalita osvětlení důležitá a starost o ni nesmí chybět v žádném abecedním pořádku jakékoliv smysluplné legislativy o světle. Ale, jak dále vysvětleno, kvalita denního osvětlení alfou a omegou normalizace není. I při dokonale zatažené obloze se osvětlení během dne rychle mění. Díky adaptační schopnosti našeho zraku si tyto změny v plné míře ani neuvědomujeme (obr. 1).

Obr. 1. Změny osvětlenosti při zatažené obloze během dne a vnímání těchto změn

Proměnlivost denního světla je pro nás výhodou, protože ve fyziologicky přijatelném sledu nutí zrak k adaptaci a tím tuto jeho schopnost udržuje ve funkci. Z hlediska hodnocení osvětlení ale nestálost denního světla představuje problém, který se právě nejvíce týká hodnocení kvality. Ta totiž může být zhoršena při jakémkoliv stavu oblohy, a zejména při přímém slunečním světle. Například hodnocení rovnoměrnosti podle platné normy [1] poněkud kulhá, protože vychází jen z hodnot činitele denní osvětlenosti stanovených při rovnoměrně zatažené obloze v zimě. Jistou naději pro správné hodnocení kvality denního světla poskytuje možnost využít standardizaci obloh [4]. Avšak připravit pro takové hodnocení příslušná kritéria a jejich limitní hodnoty není vůbec jednoduchý úkol. Přestože si význam rovnoměrnosti osvětlení velmi dobře uvědomovali už tvůrci prvních československých norem o denním světle [5], není dodnes k dispozici uspokojivá exaktní metoda takového hodnocení. Proto zatím není možné postavit normalizaci denního osvětlení na hodnocení jeho kvality.

2. Kvantita (množství) denního světla

Kritériem množství denního světla je činitel denní osvětlenosti D (%) stanovený v podmínkách zatažené oblohy v zimě.

kde

E je osvětlenost ve sledovaném místě na pracovní rovině (lx),

E_h osvětlenost venkovní vodorovné nezastíněné roviny (lx).

Činitel denní osvětlenosti D (%) je veličinou poměrnou, a proto na rozdíl od samotné osvětlenosti E (lx) tolik nepodléhá změnám jasu zatažené oblohy. Zatažená obloha v zimě je z hlediska množství světla ten nejméně příznivý stav. Bude-li dostatek světla při tomto stavu oblohy, bude dostatečné množství denního světla garantováno vždy. Relativní jednoduchost modelu zatažené oblohy v zimě a jeho nezávislost na poloze slunce, a tím i na orientaci ke světovým stranám umožňuje poměrně snadno hodnoty D (%)předpovídat výpočtem a také zjišťovat měřením [6]. Kontrastní citlivost zraku se zvyšuje s adaptačním jasem. K dosažení adaptačního jasu potřebného pro zrakovou práci je zapotřebí určité množství (kvantity) světla (obr. 2).

Obr. 2. Simulace kontrastní citlivosti zraku při různých hodnotách osvětlenosti

Při malém kritickém detailu a malém kontrastu jasu je třeba zvýšit kontrastní citlivost zraku tím, že se zvýší adaptační jas. To předpokládá přivedení většího množství světla do místa zrakové práce i do celého interiéru. Zjednodušeně řečeno: čím menší detail pozorujeme a čím menší je kontrast mezi pozorovaným detailem a jeho bezprostředním okolím, tím obtížnější zrakovou práci konáme, a tím více si musíme posvítit. Požadavky na množství denního světla jsou proto odstupňovány podle obtížnosti zrakové činnosti (zrakové práce či zrakového úkolu). Kritériem této obtížnosti je poměrná pozorovací vzdálenost P_v (–). Jde o poměr

kde

d_cr je velikost kritického detailu (m),

d jeho vzdálenost od oka pozorovatele (m).

Jestliže pozorovaný předmět držíme v rukou (např. při čtení), je d = 0,25 m konvenční zraková vzdálenost. Podle poměrné pozorovací vzdálenosti jsou zrakové činnosti v normách o denním a sdruženém osvětlení [1], [2] rozděleny do sedmi tříd. Jednotlivým třídám jsou přiděleny nejnižší požadované hodnoty činitele denní osvětlenosti. Z těchto požadavků jsou též odvozeny i požadavky v dalších normách [7], [8] a [9]. Například v [7] jsou požadované hodnoty D (%) stanoveny tak, aby byl u okna obytné místnosti zajištěn dostatečně velký prostor pro vykonávání činnosti IV. třídy zrakové činnosti (např. čtení). Pro poznání principů a cílů normalizace denního osvětlení v České republice a na Slovensku je rozhodující ČSN 36 0035 Denní osvětlení budov z roku 1968 [10], která u nás zavedla hodnocení pomocí modelu zatažené oblohy CIE 1 : 3 a poprvé použila k hodnocení obtížnosti zrakové práce poměrnou pozorovací vzdálenost.

Také stanovila požadavky na denní osvětlení, z nichž většina je platná dodnes. Potřebné množství světla pro jednotlivé zrakové činnosti bylo tehdy stanoveno tak, aby při hodnotě venkovní osvětlenosti E_h = 5 000 lx bylo osvětlení interiéru dostatečné pro danou zrakovou činnost. V této normě lze rovněž nalézt diagram zde uvedený na obr. 3. Z diagramu je možné určit hodnotu E_h (lx) v její proměnnosti během dne i v průběhu roku. Kritická hodnota srovnávací osvětlenosti E_h = 5 000 lx je na obrázku vyznačena červeně. Z diagramu lze např. vyčíst, že při splnění požadovaných hodnot činitele denní osvětlenosti na pracovním místě bude zde možné v březnu vykonávat danou zrakovou činnost při zatažené obloze bez přisvícení umělým světlem zhruba od 7.30 do 16.30 h.

Obr. 3. Hodnoty osvětlenosti E_h (lx) vodorovné nestíněné roviny zataženou oblohou během dne i roku [10]

3. Alfa a omega

Podstatou a cílem normalizace denního osvětlení u nás a na Slovensku od počátku bylo, a dosud je, alespoň po část dne zajistit dostatečné množství denního světla pro zrakovou práci, kterou uživatelé budov v interiérech vykonávají. Zjednodušeně řečeno: naší starostí je, aby lidé při denním světle dobře viděli na to, co musí (nebo chtějí) v interiérech budov dělat. O nic více, ale také o nic méně nám nejde. V této souvislosti jsou deklarace o zrakové pohodě a o příznivém dojmu z dobře osvětleného prostoru nadbytečné. Jestliže lidé při denním světle uvidí dobře předmět své činnosti, budou jejich dojmy a jejich pohoda ve vztahu k dennímu světlu optimální. Ale nebudou-li mít v místnostech, kde trvale pobývají, dostatek denního světla pro svou konkrétní zrakovou práci, zraková pohoda a příznivý dojem z dobře osvětleného prostoru se nedostaví.

Tab. 1. Třídy zrakové činnosti (ČSN 73 0580-1)

Literatura:

[1] ČSN 73 0580-1. Denní osvětlení budov – základní požadavky. 2007.

[2] ČSN 360020. Sdružené osvětlení. 2015.

[3] ČSN EN 12464-1. Světlo a osvětlení – Osvětlení pracovních prostorů – Část 1: Vnitřní pracovní prostory. 2004.

[4] KITTLER, R. – R. PEREZ a S. DARULA. A set of standard skies characterizing daylight conditions for computer and energy conscious design. US SK 92 052 Final Report, ICA SAS Bratislava, Bratislava: Polygrafia, 1998.

[5] ČSN ESČ 70-1949. Osvětlování domovů. Březen 1949.

[6] ČSN 360011-2. Měření denního osvětlení. 2014.

[7] ČSN 73 0580-2. Denní osvětlení budov – denní osvětlení obytných budov. 2007.

[8] ČSN 73 0580-3. Denní osvětlení budov – denní osvětlení škol.

[9] ČSN 73 0580-4. Denní osvětlení budov – denní osvětlení průmyslových prostorů.

[10] ČSN 36 0035. Denní osvětlení budov. 1968.

---

Článek v elektronické listovací verzi časopisu Světlo č. 6/2016 naleznete zde.