Venkovní architekturní osvětlení

--- Ing. Petr žák, Ph.D., Ateliér světelné techniky, s.r.o. ---

Venkovní architekturní osvětlení je součástí nočního osvětlení měst a obcí. Jeho řešení by mělo vycházet ze základního plánu osvětlení (Lighting master plan), který řeší noční vzhled měst či obcí komplexně spolu s veřejným osvětlením. Hlavní částí základního plánu osvětlení je architektonicko-urbanistický rozbor daného města či obce, obsahující návrh systému, jež popisuje strukturu městského prostředí, a to z pohledu pozemních komunikací a veřejných prostorů i z pohledu významných staveb, drobné architektury, přírodních prvků apod. Tomuto systému jsou následně přiřazeny parametry osvětlení a parametry osvětlovací soustavy. Pro architekturní osvětlení jsou v rámci základního plánu osvětlení stanovena referenční místa, která poskytují výjimečné pohledy na město nebo nabízejí průhledy městem z veřejně přístupných a dopravně frekventovaných míst. Z rozboru pohledů z referenčních míst jsou pak určeny prvky městského prostředí, které mají mít architekturní osvětlení. Do venkovního architekturního osvětlení je zpravidla zahrnováno osvětlení:

• budov (obr. 1),
• technických staveb (obr. 2),
• drobné architektury a uměleckých děl (obr. 3),
• stromů a zeleně, vodních prvků a ploch (obr. 4).

Architekturní osvětlení není primárně určeno k zajištění světelných podmínek, které by souvisely se zrakovým výkonem, ale k vytvoření určité atmosféry v nočním městském prostředí, ke světelnému zdůraznění zvolených objektů a k upoutání pozornosti. V případě komerčních objektů, jako jsou administrativní objekty, obchodní, zábavní a sportovní centra nebo restaurace, je architekturní osvětlení promyšlený a účinný způsob propagace a reklamy.
Co se týče veřejných budov, kostelů, pomníků, historických budov, mostů, apod., představuje architekturní osvětlení určitý způsob vyjádření hrdosti a identity místních obyvatel. Nicméně i v tomto případě jde o určitou formu propagace, která má upoutat pozornost návštěvníků. Z pohledu místních obyvatel je architekturní osvětlení součástí prostředí, ve kterém žijí, a ovlivňuje jejich vztah k danému místu.

Obr. 1. Osvětlení historického objektu (chrám sv. Barbory a Jezuitská kolej v Kutné Hoře)

Návrh architekturního osvětlení

Při řešení architekturního osvětlení je třeba nejprve navrhnout, jak má daný objekt vizuálně působit. Návrh vzhledu osvětleného objektu by měl vždy vycházet ze širšího kontextu, popsaného v základním plánu osvětlení. Jde v podstatě o výtvarný návrh, v rámci kterého je třeba vzít v úvahu nejen architektonickou hodnotu objektu, jeho tvar, ale také okolí, do kterého je objekt zasazen. Je proto žádoucí aby návrh architekturní osvětlení vznikal ve spolupráci architekta a světelného technika.

Výsledný účinek architekturního osvětlení závisí nejen na tvaru osvětlovaného objektu, ale také na barevných vlastnostech a struktuře povrchů, na okolním prostředí, klimatických podmínkách, roční době a spektrálních vlastnostech použitých světelných zdrojů. Při vypracovávání návrhu je třeba zohlednit několik důležitých hledisek:

• směry pozorování,
• pozorovací vzdálenosti,
• osvětlení pozadí a okolí,
• odrazné vlastnosti povrchu.

Obr. 2. Osvětlení technické stavby (Dlouhý most v Českých Budějovicích)

Stanovení základních směrů pozorování vychází z pohledů z referenčních míst. Z těchto směrů se pak určí hlavní pozorovací směr, ze kterého by měl být pohled na osvětlovaný objekt nejatraktivnější. Tomu se následně přizpůsobuje skladba jasů i rozmístění svítidel. Osvětlovací soustava by měla být navržena tak, aby nebyly viditelné svíticí části svítidel. Dalším důležitým hlediskem je pozorovací vzdálenost, která určuje množství viditelných detailů na osvětleném objektu. Viditelnost detailů souvisí jednak s rozlišovací schopností lidského zraku a jednak s množstvím světla odraženého od objektu směrem k pozorovateli. Množství odraženého světla, tedy úroveň jasu ploch osvětlovaného objektu, ovlivňuje nejen viditelnost detailů, ale i celkovou čitelnost objektu.

Osvětlení pozadí a okolí osvětlovaného objektu ovlivňuje volbu úrovně osvětlení. Jestliže je okolí a pozadí objektu tmavé, je pro zvýraznění objektu třeba poměrně malý jas (osvětlenost). V případě, že okolí je světlé nebo se v blízkosti nacházejí objekty s prosvětlenými okny, je zapotřebí volit vyšší intenzitu osvětlení. Nelze-li volit vyšší jas než má okolí, např. z důvodu omezení rušivého světla, je pro zvýraznění objektu možné využít např. barevný kontrast. Výsledný barevný vzhled objektu souvisí s odraznými vlastnosti povrchu a se spektrálními vlastnostmi použitých světelných zdrojů. Charakter odrazu (rozptylný, zrcadlový, smíšený) může ovlivnit směr, ze kterého bude objekt osvětlován, a tím i polohu svítidel.

Parametry osvětlení

Vzhledem k tomu, že lidské oko reaguje na jas, tedy na světlo odražené od povrchů směrem k oku, je třeba při stanovování požadavků na architekturní osvětlení vyjít z požadovaných hodnot jasů. Volba úrovně jasu osvětlovaného objektu závisí na jasu okolního prostředí a pozorovací vzdálenosti.

Tab. 1. Doporučené hodnoty povrchových jasů u architektoního osvětlení

 Tab. 2. Hodnoty světelnětechnických parametrů pro kontrolu rušivého světla
E_v – maximální průměrná vertikální osvětlenost v úrovni oken obytných místností přilehlých budov (lx),
I_v – maximální svítivost svítidla ve směru, z kterého je pozorovatelné z obytných místností přilehlých budov (cd),
TI – maximální prahový přírůstek na okolních komunikacích (%),
ULR – maximální poměr světelného toku svítidel do horního poloprostoru (%),
L_b – maximální povrchový jas osvětlovaných objektů (cd/m2),


Doporučené úrovně jasu [1] jsou uvedeny v tab. 1. Maximální povolený jas fasád objektů z pohledu omezení rušivého světla je 25 cd·m^–2. Jestliže je požadováno, aby byl povrch rovnoměrně osvětlen, je třeba zajistit, aby poměr mezi maximální a minimální hodnotou jasu byl 2 : 1. Při poměru 3 : 1 a vyšším je nerovnoměrnost osvětlení již zřetelná. Rozdílná úroveň jasů sousedících ploch objektu umožňuje utvářet jeho prostorový vjem. Za předpokladu, že charakter odrazu osvětlovaných povrchů je difuzní, lze na základě zvoleného jasu Lbm stanovit osvětlenost povrchu Ebm ze vztahu:

kde
E_bm je průměrná hodnota udržované osvětlenosti osvětlovaného povrchu (lx),
L_bm průměrná udržovaná hodnota jasu osvětlovaného povrchu (cd/m²),
ρ integrální hodnota činitele odrazu osvětlovaného povrchu (–).

Při výpočtu počáteční hodnoty osvětlenosti je třeba zohlednit jednak zašpinění povrchu osvětlovaného objektu, které má vliv na snížení jasu, a dále pokles světelného toku vlivem stárnutí osvětlovací soustavy. U architekturního osvětlení, kde je osvětlovací soustava v relativně velké vzdálenosti nebo se objekt uplatňuje z velké vzdálenosti, je třeba brát ohled také na pohlcení části světelného toku při průchodu venkovním prostředím. Při vol volbě hladiny osvětlenosti je třeba vzít v úvahu spektrální vlastnosti světla použitých světelných zdrojů a osvětlovaných povrchů. Vjem úrovně osvětlení osvětleného povrchu souvisí též s charakterem odrazu. Při vzrůstající zrcadlové složce klesá vjem jasnosti povrchu objektu a světlo se odráží převážně do jednoho směru. Tento jev vzniká např. u prosklených fasád nebo lesklých povrchů, které se současně mohou stát zdrojem oslnění.

Pro návrh architekturního osvětlení není stanoven způsob kontroly oslnění. Jediným podkladem jsou požadavky na omezení rušivého světla, v rámci kterých se kontroluje oslnění na přilehlých pozemních komunikacích pomocí prahového přírůstku TI. Obecně se doporučuje, aby svíticí optické části svítidel byly skryty běžným pohledům. Jestliže nelze tento požadavek splnit, doporučuje se použít clony, které omezí možné pohledy do optických částí svítidel. U architekturního osvětlení je velmi důležité si uvědomit, že výsledný barevný vzhled objektu závisí jak na spektrálních vlastnostech odrazu (popř. prostupu) osvětlovaného povrchu, tak na spektrálních vlastnostech použitého světleného zdroje.

Obr. 3. Osvětlení sochy (pomník Franze Kafky v Praze)

Volba barevných vlastností světelných zdrojů souvisí s požadovaným výsledným efektem, a proto nemá význam tyto parametry jednoznačně doporučovat nebo předepisovat. Směrové vlastnosti osvětlení velmi významně ovlivňují prostorové vnímání objektu. Je-li objekt výrazně členěn, je třeba volit takový směr dopadu světla, aby vzniklé stíny podpořily vjem struktury objektu. Je však nutné se vyvarovat stínů, které působí nepřirozeně. Příkladem jsou stíny, které vznikají při osvětlování soch zdola. Vzhled obličeje sochy bývá při tomto způsobu osvětlení velmi často nepřirozený. Limitní hodnoty světelnětechnických parametrů pro kontrolu rušivého světla jsou uvedeny v tab. 2. V případě architekturního osvětlení je třeba kontrolovat všechny parametry a je možné využít odlišné limitní hodnoty před dobou nočního klidu a po ní.

Obr. 4. Osvětlení vodního prvku (sídlo RadioShack, USA)

Osvětlovací soustavy

Při architekturním osvětlení lze použít dva základní typy osvětlovacích soustav, které se liší svým umístěním vzhledem k osvětlovanému objektu: vzdálenou soustavou a blízkou soustavu. Běžnějším typem je vzdálená osvětlovací soustava, u které jsou svítidla, zpravidla světlomety, umístěna v určitém odstupu od objektu. Nižší objekty do výšky 10 m lze osvětlit soustavou umístěnou v úrovni terénu, avšak vzdálenost svítidel od objektu by měla být rovna minimálně dvěma třetinám výšky objektu. Většinou jsou však svítidla u tohoto typu soustavy instalována na stožáry nebo na okolní objekty.

Druhým typem je blízká osvětlovací soustava, u které se svítidla upevňují přímo na osvětlovaný objekt nebo v jeho těsné blízkosti. Tento typ osvětlovací soustavy se používá v případech, kdy svítidla nelze instalovat v úrovni terénu, na stožárech ani na okolních objektech. Blízká soustava se používá také tehdy, kdy je třeba dosáhnout specifického světelného efektu, který nelze vytvořit vzdálenou soustavou.

Obr. 5. Kruhový světlomet

Může jít např. o siluetový efekt, o výraznou jasovou kresbu či o zvýraznění struktury osvětlovaného povrchu apod. Při osvětlení z fasády je úhel mezi optickou osou svítidla a osvětlovaným povrchem zpravidla velmi malý a světlo dopadá na povrch tečně. Díky tomu je, ve směru optické osy svítidla, velmi obtížné dosáhnout dostatečně rovnoměrného osvětlení a dopadající světlo zvýrazňuje strukturu povrchu a jeho nerovnosti. Architekturní osvětlení využívající tento způsob osvětlení má zpravidla výrazný, dramatický charakter, a to hlavně díky velkým kontrastům jasu a nerovnoměrnosti osvětlení ploch objektu. Výhodou blízkých osvětlovacích soustav je, že světelný tok svítidel pronikající okny do objektu je minimální, a proto nejsou lidé uvnitř objektu oslňováni a rušeni. Z tohoto důvodu se blízké osvětlovací soustavy používají např. při osvětlování hotelů.

Obr. 6. Lineární svítidlo

Prvky osvětlovací soustavy

Pro architekturní osvětlení se používá široké spektrum typů světelných zdrojů. Velmi důležitým parametrem jsou spektrální vlastnosti vyzařovaného světla, které významně ovlivňují vizuální vjem a působení osvětleného objektu. Volbou světelného zdroje s nevhodným spektrálním složením vyzařovaného světla může být výrazně narušena noční atmosféra. Halogenové žárovky se v současné době používají v architekturním osvětlení již jen ve velmi omezené míře, např. ke zvýraznění architektonických detailů. Pro tento účel se volí halogenové žárovky na malé napětí o příkonu 50, 75 100 W. Jejich výhodou jsou malé rozměry, které umožňuji velmi účinné usměrnění světelného toku do požadovaného směru.

V minulosti byly poměrně rozšířené lineární halogenové žárovky o příkonech od 300 do 1 000 W. Hlavními nevýhodami halogenových žárovek jsou malý měrný výkon a krátká doba života. V poslední době jsou v architekturním osvětlení na ústupu i donedávna poměrně velmi rozšířené vysokotlaké sodíkové výbojky (o příkonech od 70 do 1 000 W). Tyto světelné zdroje mají sice velký měrný výkon a dlouhou dobu života, ale jejich základní nevýhodou je nízký index podání barev. Halogenové žárovky i sodíkové výbojky jsou postupně vytlačovány halogenidovými výbojkami, které se vyrábějí v široké příkonové řadě od 20 do 2 000 W. V omezeném rozsahu se používají též lineární zářivky. V posledních několika letech se v oblasti architekturního osvětlení začína jí velmi významně prosazovat světelné diody. Používají se diody jak bílé, tak i barevné.

Použití barvených diod umožňuje vytvářet statické i dynamické barevné osvětlení. Tyto progresivní světelné zdroje postupně nahrazují v lineárních svítidlech zářivky a ve světlometech menších příkonů halogenové žárovky i halogenidové výbojky. Do budoucna lze předpokládat, že světelné diody (LED) budou v architekturním osvětlení dominantním světelným zdrojem. Hlavními výhodami LED jsou dlouhá doba života, velký měrný výkon, snadná regulace, možnost zvolit barevné nebo bílé osvětlení a velmi dobrý index podání barev.

Obr. 7. Zemní svítidlo
 

Mezi nejpoužívanější svítidla vhodná pro architekturní osvětlení patří světlomety, které se podle tvaru výstupního otvoru dělí na kruhové a obdélníkové [1]. Kruhové světlomety (5) s rotačně symetrickou křivkou svítivosti se používají jak k osvětlování velkých ploch z malých vzdáleností (široká křivka svítivosti), tak také k osvětlování architektonických detailů nebo ploch z velkých vzdáleností (úzká křivka svítivosti). Obdélníkové světlomety se širokou křivkou svítivosti, symetrickou podle jedné nebo dvou os, jsou voleny k osvětlování velkých ploch z malých vzdáleností. Světlomety lze doplnit příslušenstvím, které je určeno k omezení oslnění (clonicí klapky, lamelové a kruhové clony, boční clony atd.), změně křivky svítivosti (refraktory, difuzní skla) nebo k úpravě spektrálních vlastností (barevné filtry).

Dalším relativně rozšířeným typem svítidel pro architekturní osvětlení jsou zemní svítidla (6). Tato svítidla se instalují do terénu nebo komunikace v malé vzdálenosti od objektu. K osvětlení dlouhých vertikálních ploch a lineárních prvků na fasádách objektů jsou vhodná lineární svítidla pro lineární
zářivky nebo světelné diody (7). Zmíněná svítidla mají zpravidla křivku svítivosti vějířového tvaru, která umožňuje účinně využít světelný tok svítidla. K osvětlení vodních prvků (kašny, fontány apod.) se používají zápustná svítidla nebo malé světlomety s vysokým stupněm krytí IP68, která jsou přímo certifikovaná pro toto specifické použití.

Řídicí systémy lze u architekturního osvětlení použít k vytvoření několika stupňů architekturního osvětlení pro různé příležitosti nebo k dynamickému osvětlení, při kterém se mění intenzita osvětlení, rozložení jasů nebo barevné vlastnosti.

Literatura:
[1] CIE 91-1993 Guide for floodlighting.
[3] HABEL, J. – DVOŘÁČEK, K. – DVOŘÁČEK, V. – ŽÁK, P.: Světlo a osvětlování. FCC Public, Praha, 2013.