Vitruvius o denním světle
1. Úvod
Význam osvětlení denním světlem si uvědomovali lidé už ve starověku. Toto vědomí bylo silné i proto, že umělé osvětlení bylo v té době nedokonalé, neboť mohlo být zajišťováno pouze spalováním organických přírodnin. Z pravděpodobně více pojednání o stavebnictví a architektuře se z římské doby dochovalo jen dílo Deset knih o architektuře (De architektura libri X) (1), které sepsal Marcus Vitruvius Pollio (cca 80 až cca 25 př.n.l.). Toto dílo bylo populární i ve středověku. Dochovalo se více než padesát jeho opisů nalezených v různých místech Evropy, z nichž nejstarší pochází už z 9. století n.l. Vitruviovo dílo se stalo hlavním zdrojem inspirace renesančních, barokních i klasicistních architektů. Významným způsobem ovlivnilo architekturu a stavění během téměř celé historie evropské civilizace a lze říci, že mnohých ohledech toto dílo je nebo mělo by být aktuálním i pro práci architektů dnešních. V knize šesté v kapitole VI. odst. 6 a 7 můžeme číst:
6. Je nutno postarat se i o to, aby všechny budovy měly dobré osvětlení; u venkovských dvorců je to však zřejmě dost snadné, poněvadž u nich nemůže v cestě stát zeď žádného souseda, kdežto ve městě jsou na překážku a působí šero buď vysoké společné zdi, nebo příliš stěsnaný prostor. Na to je třeba provést zkoušku: Na straně, ze které má přicházet světlo, se vede přímka k vrcholku zdi, která se zdá překážet, až k místu, kam se má osvětlení zavést. Jestliže při pohledu po této přímce je možno zahlédnout značnou část čistého nebe, nebude na onom místě přístup světla rušen.
7. Budou-li však okenním otvorům stát v cestě trámy nebo vyšší poschodí, ať jsou otvory otevřeny shora a světlo zavedeno takto. Celkem vzato je třeba postupovat tak, že se ponechávají místa pro okna na těch stranách, kde je vidět na nebe; v tomto případě budou totiž budovy dobře osvětleny. Jako je však potřeba velmi mnoho světla v jídelnách a v ostatních obytných místnostech, je tomu tak i v chodbách, výstupech a na schodištích, poněvadž v nich dosti často na sebe narážívají lidé, kteří se tudy procházejíce míjejí.
2. Modelové ověření
Výše uvedenou „zkoušku“ jsem pokusně provedl v podmínkách obytné místnosti běžných půdorysných rozměrů 4,5 x 3,0 m, světlé výšky 2,6 m, s oknem v ose místnosti šířky 2,0 m a výšky 1,6 m a s parapetem 0,85 m. Zbývá tak nadpraží 0,15 m. Okno je stíněno protější řadou domů v ulici, která má šířku 20 m a výšku zástavby H (m). Předpokládá se obytná místnost v nejnižším nadzemním podlaží s výškou parapetu 1,8 m nad úrovní chodníku. Přístup oblohového světla by neměl být rušen alespoň od středu obytné místnosti, čemuž odpovídá úhel
β= arctg(1,6/2,7)= 30,65 °.
Maximální výška zástavby pro tento případ vychází
H=1,8+22,7tg(30,65°)= 15,25 m
Úhel zastínění posuzovaného okna bude v tomto případě
ε=arctg((15,25-2,6)/20)= 32,3 °
Je možné si povšimnout, že „zkouškou“ stanovená hodnota ε = 32,3° se blíží hodnotě přípustné v příloze B ČSN 730580-1 (4) pro stínění běžných prostor s trvalým pobytem lidí. Geometrické uspořádání modelového výpočtu je patrné z obrázku 1.
Obrázek 1: Geometrické uspořádání modelového příkladu
Dnešní požadavky na osvětlení obytných místností byly formulovány už v ČSN 730580-2 z roku 1992 (5), jejíž zpracovatelem byl Ing. arch. Jiří Matoušek. Požadována byla minimální hodnota činitele denní osvětlenosti Dmin = 0,5 % a také hodnoty min D1 = min D2 = 0,75 % ve dvou bodech v polovině hloubky místnosti vzdálených 1 m od bočních stěn. Zároveň se chtělo, aby průměr z těchto dvou hodnot byl nejméně Dm = 0,9 %. Novela normy (6) z roku 2007 požadavky na denní osvětlení obytných místností významně zmírnila. Byl zrušen požadavek Dmin = 0,5 % a hodnota uprostřed hloubky místnosti byla snížena na 0,7 % při zachování požadavku na průměr 0,9 %. Další zmírnění spočívalo ve skutečnosti, že u místností s větší hloubkou než 6 m již nejsou kontrolní body v polovině hloubky místnosti, ale mohou být jen ve vzdálenosti 3 m od okna.
Požadavky na denní osvětlení jsou stanoveny v závislosti na zrakové náročnosti činností vykonávaných v daném interiéru. V obytných místnostech připadá v úvahu IV. třída zrakové činnosti (např. čtení, psaní, příprava jídel, pletení, žehlení) s požadavkem Dmin = 1,5 % pro denní osvětlení (4) a Dmin = 0,5 % pro sdružené osvětlení (3). Prostory nebo jejich funkčně vymezené části s hodnotami nižšími než 0,5 % se pak považují za prostory bez denního světla. Zrušením požadavku Dmin = 0,5 % v obytných místnostech tak bylo umožněno projektovat části obytných místností jako prostory bez denního světla (!). Současné požadavky na denní osvětlení obytných místností jsou proto již na samé hranici společenské a zdravotní únosnosti a jejich další zmirňování už není možné. Přesto je v technické veřejnosti tendence ke snižování úrovně denního osvětlení v obytných místnostech velmi silná. V současné době se pro obytné místnosti navrhuje limit Dm = 0,3 % tj. snížení množství světla na třetinu dnes požadované hodnoty (2).
Modelová obytná místnost 4,5 x 3,0 m vyhoví současným požadavkům na denní osvětlení, jestliže v polovině hloubky místnosti tj. ve vzdálenosti 2,25 m od okna bude hodnota činitele denní osvětlenosti nejméně D1 = 0,9 %. Zajímala mne proto závislost hodnoty D1 (%) na výšce H (m) zástavby v modelové ulici široké 20 m. Výpočet jsem provedl pomocí programu SVĚTLO+. Hodnoty vstupující do výpočtu jsou uvedeny v tabulce 1 a výsledky výpočtu jsou uvedeny v tabulce 2.
Tabulka 1: Hodnoty použité při modelovém výpočtu
Tabulka 2: Vypočtené hodnoty D1 (%) pro modelovou situaci
Hodnoty činitele jasu kp (-) průčelí domů v ulici a kt (-) terénu, tj. vozovky a chodníků, byly stanoveny programem JAFAS. Variantně byl proveden výpočet uvažující s konstantním činitelem jasu v hodnotě kp = kt = 0,1 (jas překážek a jas terénu je 1/10 jasu oblohy). Závislost činitele D1 (%) uprostřed místnosti na výšce H (m) zástavby je patrná z diagramu na obr. 2.
Obrázek 2: Diagram závislosti D1 (%) na výšce úrovně zástavby H (m)
Závislost vyjádřená modrou křivkou je přesnější, protože počítá s proměnným jasem průčelí domů i terénu. Se vzrůstající výškou H (m) úrovně zástavby totiž jas všech těchto ploch klesá. ČSN 730580-1 (4) též umožňuje méně přesný výpočet s konstantní hodnotou činitele jasu k = 0,1 pro stínící překážky i terén. Jedná se o ustanovení z doby, kdy pro konkrétní urbanistické situace nebyly běžně k dispozici prostředky pro stanovení hodnot činitelů jasu. Hodnoty vyšlé z tohoto zjednodušeného výpočtu reprezentuje zelená křivka v diagramu. Zlom obou křivek okolo hodnoty H = 15 m je způsoben ztrátou působení oblohové složky činitele denní osvětlenosti od vyšší hladiny zástavby než cca 15 metrů. To je také limitní výška stínící překážky, kterou by předpokládal Vitruvius. Z diagramu lze vyčíst, že požadované hodnoty Dm = 0,9 % bude dosaženo při zástavbě do H = 12 m. Vyšší hodnoty H by bylo možno dosáhnout změnou velikosti okna nebo proporcí místnosti. V činžovních domech se do první poloviny minulého století navrhovaly v nižších podlažích větší světlé výšky, což umožňovalo prosvětlit místnosti do hloubky vyššími okny i pří zástavbě do H = 20 m. Jestliže by měla být uprostřed místnosti zavedena limitní hodnota D1 = 0,3 % podle (2), pak by bylo možno po obou stranách dvacetimetrové ulice stavět domy výšky až 45 m. Při použití zjednodušeného výpočtu, který je podle platné normy (4) možný a legální, by výška zástavby po obou stranách ulice nebyla vůbec omezena. Obrázky 3 a 4 ukazují prostor osvětlený denním světlem (tj. D > 1,5 %) a sdruženým světlem (tj. D > 0,5 %) a prostor bez denního světla (D < 0,5 %) při úrovni zástavby 12 m a 45 m.
Obrázek 3: Místnost stíněná zástavbou výšky H = 12 m
Obrázek 4: Místnost stíněná zástavbou výšky H = 45 m
3. Závěr
Variabilita tvarů a rozměrů obytných místností a jejich oken je velká. Množství denního světla, které proniká do interiéru nezávisí jen na výšce stínících překážek. Může být regulováno změnou velikosti okna i proporcí místnosti. Modelové šetření bylo provedeno na obytné místnosti, kterou je možno považovat za typickou. Výsledky výpočtu opravňují ke konstatování, že současné požadavky na denní osvětlení obytných místností formulované v (6) přibližně odpovídají představě, kterou zaznamenal už Marcus Vitruvius Pollio v prvním století před naším letopočtem.
Literatura:
(1) Vitruvius, M.P: Deset knih o architektuře, překlad: Otoupalík, A: Arista, Maitrea and TeMi 2009
(2) Pražské stavební předpisy – druhé kolo projednání, únor 2014, http://www.uppraha.cz/clanek/92/obecne-technicke-pozadavky-na-vystavbu
(3) ČSN 360020 Sdružené osvětlení (2007)
(4) ČSN 730580-1 Denní osvětlení budov – základní požadavky (2007) (2011)
(5) ČSN 730580-2 Denní osvětlení budov – Denní osvětlení obytných budov (1992)
(6) ČSN 730580-2 Denní osvětlení budov – Denní osvětlení obytných budov (2007)
