Střešní okno z pohledu požadavků na denní osvětlení budov

Střešní okna umožňují vyšší osvětlenost podstřešních místností denním světlem, nebo zpravidla nebývají zastíněna venkovními překážkami. Vyšší intenzity osvětlení u místností se střešními okny jsou však především způsobeny tím, že jas oblohy se zvyšuje směrem od horizontu k zenitu. Dostatečnou velikostí zasklených ploch střešních oken a jejich vhodným umístěním vzhledem k půdorysnému uspořádání místností a požadavkům na zrakovou činnost v jejich jednotlivých funkčně vymezených částech lze dosáhnout optimálních světelných podmínek pro obytné i pracovní prostory.

1. Požadavky na denní osvětlení místností

Denní osvětlení vnitřního prostředí v budovách se navrhuje na základě hledisek zohledňujících:
- osvětlenost místnosti charakterizovanou činitelem denní osvětlenosti,
- požadavky na rovnoměrnost osvětlení v celém osvětlovaném prostoru,
- zamezení možnosti oslnění a dalších jevů narušujících zrakovou pohodu.

Pro hodnocení budov z hlediska osvětlenosti denním světlem se pracuje s činitelem denní osvětlenosti D (%), který se je definován vztahem:

(1)

kde E je osvětlenost v posuzovaném místě srovnávací roviny při rovnoměrně zatažené obloze. Číselně je rovna světelnému toku Φ (lm) dopadajícímu na osvětlovanou plochu A (m²), podle vztahu:

(2)

E_h je osvětlenost v bodě nezacloněné srovnávací roviny při rovnoměrně zatažené obloze a průměrném jasu oblohy L_m v cdm^-2

E_h = π . L_m (lx) (3)

Složky činitele denní osvětlenosti jsou

D = D_s+D_e+D_i (%) (4)

kde D_s je oblohová složka činitele denní osvětlenosti v %,
D_e je vnější odražená složka činitele denní osvětlenosti v %,
D_i je vnitřní odražená složka činitele denní osvětlenosti v %.

V reálném případě je denní světlo prostupující osvětlovacím otvorem, tedy jak oblohová složka, tak i vnější odrazná složka snížena vlivem světelných ztrát. Tyto ztráty se při světelně technických výpočtech uvažují hodnotou souhrnného činitele prostupu světla τ_o, který se stanovuje podle následujícího vztahu [1]:

τ_o = τⁿ_s,ψ.τ_z.τ_k.τ_c.τ_b.τ_v (5)

kde τ_s,ψ je činitel prostupu světla zasklením (n je počet skel),
τ_z je činitel nečištění,
τ_k je činitel ztrát světla stíněním částmi konstrukce osvětlovacího otvoru nepropouštějícími světlo,
τ_c je činitel ztrát světla vlivem zařízení pro regulaci osvětlení,
τ_b činitel ztrát světla vlivem stínění konstrukcí budov,
τ_v činitel ztrát světla stíněním zařízením vnitřního prostoru budovy.

Základním hlediskem pro stanovení požadavků na úroveň denního osvětlení budov je zařazení zrakové činnosti podle zrakové obtížnosti v souladu s poměrnou pozorovací vzdáleností kritického detailu a s charakteristikou zrakové činnosti do 7 tříd podle ČSN 73 05080-1 [1] - viz tabulka 1, která požaduje splnění následujících požadavků:

- minimální činitel denní osvětlenosti D_min: ve všech kontrolních bodech vnitřního prostoru nebo jeho funkčně vymezené části,
- průměrný činitel denní osvětlenosti D_m: u vnitřních prostorů s horním osvětlením nebo s osvětlením kombinovaným, u kterých je podíl horního osvětlení na průměrné hodnotě činitele denní osvětlenosti D_m roven nejméně jedné polovině.

Vnitřní prostory s trvalým pobytem lidí musí mít zajištěno denní osvětlení splňující požadavek na hodnotu D_min alespoň 1,5 % a na průměrného činitele denní osvětlenosti D_m nejméně 3 %, i když by pro danou zrakovou činnost stačily nižší hodnoty.

U obytných místností je vyžadována minimální hodnota činitele denní osvětlenosti 0,5 %, která musí být splněna ve všech kontrolních bodech na srovnávací rovině. Průměrná hodnota činitele denní osvětlenosti je nejméně 2 % [2]. U obytných místností by střešní okno mělo být osazeno tak, aby jeho spodní hrana byla max. 1100 mm nad podlahou [2].

2. Denní osvětlení místnosti se střešními okny

Střešní okno umožňuje, aby denní světlo dopadalo do místnosti shora, což může být výhodou hlavně v městské zástavbě a tam, kde jsou svislá okna stíněna venkovními překážkami.

V takovém případě se místnosti se svislými okny osvětlují z velké části světlem, které nepřichází přímo z oblohy, ale odráží se od fasád protějších domů, terénu a okolních překážek. U střešního okna je možnost využití oblohového světla v celé jeho ploše (obr. 1).

Posouzení denního osvětlení obytné místnosti se střešními okny bylo provedeno na následujícím příkladu. Místnost půdorysných rozměrů 4 m x 5 m je osvětlovaná dvěma nebo čtyřmi střešními okny – viz tab. 2, obr. 2. Velikosti jednotlivých střešních oken jsou 1,4 m x 1,4 m. Okna jsou osazena v šikmé střeše o sklonu střešní roviny 40°.

Srovnání výsledků vyhodnocení činitele denní osvětlenosti (v jeho maximálních D_max, minimálních D_min a průměrných D_prům hodnotách) v posuzovaném prostoru na pracovní rovině 850 mm nad podlahou jsou uvedeny na obr. 3. Výpočty byly provedeny pomocí počítačového programu DEN, DQL (autor Ing. Tomáš Maixner).

Vstupní údaje výpočtu: světelné odrazivosti stropu ρ = 0,70, stěn ρ = 0,55, podlahy ρ = 0,30, okenního ostění ρ = 0,60, okolního terénu ρ = 0,10; světelná propustnost zasklení okna ρ = 0,72 - dvojsklo, činitel znečištění skla ρ_z1 = 0,90 z vnitřní strany, ρ_z2 = 0,80 z vnější strany.

Porovnání průměrných hodnot oblohové složky D_s [%] a vnitřní odrazné složky D_i [%] činitele denní osvětlenosti pro sestavy oken I, II a III je uvedeno na obrázku 4. Vnější odrazná složka činitele denní osvětlenosti nebyla ve výpočtech uvažována, protože okna nejsou zastíněna žádnou venkovní překážkou.

Grafické znázornění rozložení izočar o stejném činiteli denní osvětlenosti D (%) v pohledu na pracovní rovinu posuzovaného prostoru je uvedeno na obr 5.

Závěr

Střešní okna umožňují vyšší osvětlenost podstřešních místností denním světlem, neboť zpravidla nebývají zastíněna venkovními překážkami. Vyšší intenzity osvětlení u místností se střešními okny jsou však především způsobeny tím, že jas oblohy se zvyšuje směrem od horizontu k zenitu.

Z porovnání výsledků výpočtů činitele denní osvětlenosti v posuzované místnosti a normativních požadavků s hodnotami je patrné, že nejvhodnější řešení z hlediska denního osvětlení a zajištění jeho dostatečné rovnoměrnosti je návrh v sestavě střešních oken II a III.

Dostatečnou velikostí zasklených ploch střešních oken a jejich vhodným umístěním vzhledem k půdorysnému uspořádání místností a požadavkům na zrakovou činnost v jejich jednotlivých funkčně vymezených částech lze dosáhnout optimálních světelných podmínek pro obytné i pracovní prostory. V neposlední řadě je možné rovnoměrnost osvětlení ovlivnit také řešením interiéru místností, kde světlé a lesklé povrchy světlo odrážejí, matné rozptylují a tmavé pohlcují.

Dodatek

Základní pojmy, veličiny a jednotky z fotometrie

Svítivost I, jednotka kandela, značka cd. Svítivost je světelný tok, který vyzařuje bodový zdroj do prostorového úhlu 1 steradián. Jde o skalární veličinu. Jednotka svítivosti kandela je v soustavě SI základní fotometrickou jednotkou. Jedna kandela je rovna 1/60 kolmé svítivosti čtverečního centimetru černého tělesa při teplotě tuhnoucí platiny (1772 °C) za tlaku 1,01325·10⁵ Pa.

Světelný tok Φ, jednotka lumen, značka lm. Jeden lumen je světelný tok, vysílaný bodovým zdrojem do prostorového úhlu 1 steradián při svítivosti zdroje 1 cd. Světelný tok se vypočítá jako součin svítivosti a prostorového úhlu ω, ve kterém světelný tok měříme, Φ = I·ω. Rozměr světelného toku je [Φ] = lm = cd·sr.

Prostorový úhel se měří podle plochy, kterou kužel omezující prostorový úhel vytíná z kulové plochy jednotkovým poloměrem z vrcholu úhlu. Velikost prostorového úhlu, který vytne z kulové plochy o poloměru r plochu vrchlíku A, je pak dána vztahem ω = A/r². Plný prostorový úhel ω = 4πr²/r² = 4π steradiánů (sr).

Osvětlení nebo osvětlenost E, jednotka lux, značka lx. Jeden lux je osvětlení 1 m² plochy rovnoměrným světelným tokem o velikosti jednoho lumenu.

Jas L, jednotka 1 cd/m² (v technické literatuře se někdy uvádí nit, značka nt, pro který platí 1nt =1 cd/m²). Je to podíl svítivosti rovinného izotropního zdroje a jeho zdánlivé plochy (tedy pravoúhlému průmětu plochy zdroje do roviny kolmé k vyšetřovanému směru záření). Pro většinu plošných zdrojů (tzv. kosinových zdrojů) nezávisí podle Lambertova zákona jas plošného zdroje na sklonu zářivé plochy vůči pozorovateli. Například zářící koule (kulový lustr z mléčného skla) se zdá mít všude stejný jas od středu až po okraj pozorované plochy.

Literatura a zdroje:
[1] ČSN 730580-1 Denní osvětlení budov. Část 1: Základní požadavky (1999)
[2] ČSN 730580-2 Denní osvětlení budov. Část 2: Denní osvětlení obytných budov (1992), změny Z1 (1997), Z2 (1999)
[3] ČSN EN 12665 (ČSN 36 0001): 2003 Světlo a osvětlení – Základní termíny a kritéria pro stanovení požadavků na osvětlení
[4] ČSN 73 4301 Obytné budovy (2004)