Svítidla pro veřejné osvětlení a jejich použití

V posledních několika letech, zejména s příchodem nových technických řešení a narůstajícím tlakem na úspory elektrické energie, se z většiny oblastí osvětlování staly velmi populární a širokou veřejností sledovaná témata. Není tomu jinak ani v oblasti veřejného osvětlení, kde právě slovu veřejné je podsouván trochu jiný význam než při jeho vzniku a význam slova osvětlení se dostává do pozadí.

Veřejný, veřejná, veřejné…

Zastupitelé měst a obcí jakožto veřejná správa, do jejichž majetku patří i veřejné osvětlení obce či města, vypisují veřejná výběrová řízení na obnovu a rekonstrukci veřejného osvětlení.

Důvody této aktivity jsou různé: předpokládaná úspora elektrické energie, snižování nákladů na údržbu a provoz, mnohdy i čistě zištné a neuvážené čerpání peněz z vypsaných dotačních pobídek, a málokdy ta pravá podstata, totiž lepší veřejné osvětlení. Ve většině případů činovníci podléhají tlaku veřejného mínění z obavy, aby je kdosi neosočil z plýtvání veřejnými prostředky a z nečinnosti. Svítidla jako podstatný prvek osvětlovacích soustav se tak stávají pouhým nástrojem ekonomických a pseudoodborných hrátek. To, čemu mají sloužit, tedy zlepšení vzhledu měst a obcí a zkvalitnění osvětlení, je opomíjeno. Nehledě na podstatný fakt, kterým je zvýšení bezpečnosti občanů.

V komisích výběrových řízení na veřejné osvětlení většinou rozhodují lidé se zkušenostmi z jiných oborů, avšak o oblasti osvětlování obvykle nemají žádné vědomosti. Mohou si sice k rozhodovacímu procesu přizvat odborníky, ale z různých důvodů se tak často nestane. Je také ale běžná praxe, že odbornost světelného technika je zaměňována s odborností jiných odvětví elektro, což je podpořeno také tím, že světelný technik není oficiální odborností. Jak má tedy starosta poznat, že před ním stojí odborník?

Dovolte tedy, abychom se pokusili připomenout některé vlastnosti svítidel z pohledu jejich užití v osvětlovacích soustavách veřejného osvětlení (dále VO) a zdůraznit pohled uživatele. Možná vše lépe osvětlí případ nákupu nového osobního automobilu. Kupující se převážně soustředí na jeho užitné vlastnosti, a nikoliv na technické detaily typu, kolik zoubků má který převodový stupeň, jaký typ ložisek je použit v náboji kola apod. A neodpustíme si ještě jeden trochu jízlivý dotaz. Napadlo někoho z vážených čtenářů při koupi nového automobilu zkoumat, jakými proudy budou napájeny jeho LED světlomety nebo kolik sešlápnutí brzdového pedálu vydrží brzdová světla?

Obr. 1. Svítidla s nevhodnou distribucí světla – jde o poměrně častý příklad, kdy je osvětlen chodník a komunikace je neosvětlená; kdyby byla osvětlená souběžná vozovka, situace se o málo zlepší, ale v mnoha případech bude nevyhovující

Obr. 2. Svítidla s rozložením svítivosti vhodným pro dlouhé úzké úseky; stezka pro chodce či cyklisty je dostatečně osvětlená i v případě, že souběžná vozovka postrádá osvětlení

Konstrukce svítidel

Na svítidla je možné se dívat z mnoha úhlů pohledů. Z konstrukčního hlediska se svítidlo skládá z vlastního tělesa s mechanickou částí, umožňující upevnit je na nosné prvky. Dále z optické části, která zajišťuje úpravu vyzařování světla do okolního prostoru, a z nosné části světelného zdroje a dílu, zajišťujícího napájení svítidla (předřadník). Světelný zdroj je samostatný prvek, který se však u LED svítidel stává součástí a často nedílným prvkem svítidla.

Pro pracovníky provádějící instalaci či údržbu je důležité, jak složité je svítidlo instalovat, vyměnit na něm určitý díl a kolik nářadí je při takové práci zapotřebí. Je třeba si uvědomit, že práce na osvětlovacích soustavách VO probíhají většinou ve výšce na montážní plošině. Tudíž každé zjednodušení pracovního postupu je významná pomoc.

Užitné vlastnosti svítidel částečně předurčují materiály, ze kterých jsou vyrobena. Hliníkové těleso umožní lepší chlazení než plastové, což může být důležité např. u svítidel se světelnými diodami. Naopak výhodou tělesa z polykarbonátu nebo plastu, který je vyztužen skelnými vlákny, je jeho podstatně menší hmotnost než toho kovového. Difuzor svítidla (který by měl být správně označován za mísu) z PMMA je levnější než např. skleněný, ale jeho odolnost proti nárazům a vysokým teplotám je menší. Je-li mísa vyrobena z polykarbonátu, mechanicky je vysoce odolná, ale musí se dobře stabilizovat s ohledem na účinky UV záření, jinak časem degraduje a žloutne. Skleněné mísy jsou náročnější na výrobu a obvykle jsou ploché. Je tomu tak proto, že vypouklá skleněná mísa by byla o poznání těžší a složitější na výrobu. Jsou ovšem velmi pevné a často se používají ke zvýšení mechanické odolnosti. Pro různé aplikace je tedy třeba použít odpovídající konstrukční materiály. Například do podchodu, kde je svítidlo v dosahu chodců, je vhodné instalovat typ svítidla s vysokou mechanickou odolností (tedy např. s polykarbonátovou mísou), kdežto u svítidla umísťovaného na stožár výšky 12 m tato vlastnost není předností, ale spíše zbytečným luxusem.

Tvar svítidla, optika

Z pohledu užitku, vzhledu a charakteristiky vyzařování lze mluvit o různých typech a tvarech svítidel. Jiná svítidla jsou vhodná k osvětlení podlouhlých vozovek nebo chodníků, jiná k přisvětlení chodce na přechodu, jiná pro náměstí, parky, cyklostezky, sportoviště, jiná pro slavnostní osvětlení budov atd. Pojednání o již zmíněné optické části svítidla by mohlo tvořit samostatnou kapitolu. Tvar optické části, její velikost, přítomnost reflektorů, refraktorů a jiných optických „směrovačů“, typ mísy – zda je průzračná, nebo světlo rozptyluje (mluví se o difuzoru), to vše musí být dobře navrženo pro konkrétní světelný zdroj. Jinak bude vypadat optická část pro LED, jinak pro trubkovou výbojku, eliptickou výbojku atd. Svítidlo nebude správně plnit svoji funkci (ani elektricky ani světelně), když se výbojka nahradí jakousi LED náhražkou (známou pod názvem kukuřice). Je třeba používat takové světelné zdroje, pro které bylo svítidlo navrženo. Ve většině případů se svítidlo nevhodně upravené (např. vyjmutím předřadníku) ani nesmí používat – prohlášení o shodě pozbývá platnosti.

Napájení

Předřadníková část ukrývá elektrickou výzbroj. Jde minimálně o připojovací svorkovnici a předřadník, který zajišťuje start a funkci světelných zdrojů a má různé bezpečnostní funkce pro ochranu při různých událostech (nejčastěji ochranu při přetížení, při přehřátí apod.). Ještě stále jsou k dispozici nízkoztrátové elektromagnetické předřadníky, jejichž největší předností je zřejmě jednoduchost a téměř nulová poruchovost (a to i v blízkosti trakčních vedení, kdy elektronické prvky selhávají). Může být překvapením, že i tyto předřadníky umožňují regulaci výkonu svítidla, např. pomocí přepnutí odbočky tlumivky. Nejčastěji se však již používají předřadníky elektronické. Ty jsou výrobně složitější, jejich kvalita je velmi závislá na použitých součástkách. Naproti tomu umožňují bohatší a komfortnější způsoby regulace výkonu svítidel, a dokonce dovolují řídicím systémům komunikovat se svítidly a monitorovat funkci osvětlovací soustavy.

Funkce a vzhled

Další možné dělení lze považovat za smysluplné a praktické. Je možné mluvit o svítidlech technických, jsou-li jejich světelnětechnické parametry upřednostňovány před vzhledem. Taková svítidla jsou
tvarově jednodušší a používají se např. k osvětlení rychlostní komunikace. Naproti tomu např. ve společenských a obchodních oblastech nebo centrech měst, zejména historických, je třeba volit svítidla tvarově zajímavá, aby byla v souladu s architekturou města. Současně musí splňovat požadavky na osvětlení daného prostoru. Označována jsou jako svítidla architektonická, popř. historizující.

Podle potřeby použití se svítidla instalují na dřík stožáru, výložník nebo převěs, přímo na stěnu nebo jako zabudovaná do stěny nebo zapuštěná do země. Ve fázi návrhu, poté co projektant již rozhodl, jaké z uvedených vlastností má svítidlo mít, se pokračuje volbou světelnětechnických parametrů svítidla. Je třeba pro danou aplikaci správně zvolit, zda bude svítidlo směrovat světlo dolů k zemi (přímé svítidlo) nebo vzhůru (nepřímé svítidlo) nebo v různých poměrech dolů i nahoru (převážně přímé, přímo nepřímé nebo převážně nepřímé svítidlo). Stejně důležité je správně zvolit rozložení svítivosti tak, aby byla co nejefektivněji osvětlena daná plocha nebo objekt. K osvětlení komunikace bude použito svítidlo s jiným rozložením svítivosti než např. k osvětlení fotbalového hřiště. K dispozici jsou různá symetrická a asymetrická rozložení svítivosti.

Obr. 3. Prostranství osvětlené svítidly s výrazně asymetrickým rozložením svítivosti se vyznačuje velmi nerovnoměrným osvětlením

Obr. 4. Vhodnější řešení stejného prostoru jako na obr. 3, jsou však použita svítidla s rotačně symetrickým rozložením svítivosti; rovnoměrnost osvětlení je znatelně lepší a vyhovující

Katalogové údaje

Každé svítidlo i každý světelný zdroj jsou popsány katalogovými hodnotami. Za údaje nezbytné pro porovnání různých výrobků je třeba považovat zejména příkon svítidla (u LED svítidel s konstantním světelným tokem příkon na začátku i na konci doby života), světelný tok světelného zdroje (u LED svítidel se často udává pouze světelný tok vystupující ze svítidla, to je třeba mít na zřeteli při porovnání se svítidly s výbojovým zdrojem), měrný výkon (podíl světelného toku a příkonu), teplota chromatičnosti, věrnost podání barev, doba života (servisní nebo střední) světelných zdrojů, jejich funkční spolehlivost a pokles světelného toku během doby života. Tyto parametry popisují reálné svítidlo v reálné instalaci. Někdy jsou uváděny hodnoty spíše magické, které vycházejí z laboratorních podmínek, a reálně jich nelze dosáhnout. Bývají to nejčastěji měrný výkon a doba života u LED svítidel.

Mezi méně smysluplné požadavky, třeba při osvětlování běžných komunikací, patří index barevného podání značený R_a (často též CRI), neboli jak věrně jsou vnímány barvy v osvětleném prostředí. Příjemnější je pobyt v prostředí, které je osvětleno svítidly se zdroji s vysokým indexem R_a, takže může být rozhodnuto, že bude patřit mezi preferované parametry, ale striktně ho generálně vyžadovat u všech instalací není vhodné. Pro prostory bez společenského významu, jako jsou silnice a dálnice, postačuje Ra větší než 20. V takovém případě by požadavek větší než např. 80 byl nadbytečný.

Již bylo zmíněno, že provedení svítidla určuje pevnost jeho konstrukce a odolnost při mechanickém namáhání. To je vyjádřeno indexem IK. Svítidla s velmi vysokou odolností mívají IK10 a někdy jsou nazývána „antivandal“ svítidla. Je-li takové svítidlo použito k osvětlení komunikace, přičemž je instalované na stožáru např. výšky 8 m, lze předpokládat, že je poměrně málo ohrožené vandalismem, a vyžadovat v tomto případě dodržení požadavku na IK10 je opět nadbytečné. Určitě postačí požadavek přiměřeně mírnější. Se vzrůstající hodnotou IK obvykle roste i cena svítidla.

Ještě jeden „nesmysl“ je dobré zmínit. Je jím teplota chromatičnosti (T_cp) u některých LED svítidel. Z doby, kdy LED s vysokou teplotou chromatičnosti měly výrazně vyšší měrný výkon než ty s hodnotou nižší, přetrvává u některých obchodníků tendence používat svítidla s teplotou chromatičnosti 5 000 K a vyšší. V současné době je tento rozdíl malý, a proto argument tohoto typu již v oblasti osvětlování komunikace neuspěje. Výjimkou může být např. přisvětlení chodce na přechodu, kde je požadováno odlišení kritického místa použitím světelného zdroje s výrazně odlišnou teplotou chromatičnosti. Pro společenské prostory, obchodní centra, parkoviště apod. je vhodné volit teplotu chromatičnosti do 3 000 K, pro vozovky v zastavěných oblastech do 4 000 K a pro vozovky mimo zastavěné oblasti do 5 000 K.

Obr. 5. Jestliže se na komunikaci použijí svítidla s úzkým rozložením svítivosti (svítí více pod sebe než do vzdálenějších míst), vznikne nežádoucí střídání světlých a tmavých pruhů

Výběr svítidla podle situace

V dalším textu je uveden vždy dobrý a špatný příklad volby svítidla pro nejběžnější případy, které mohou v obci nastat. Ponechme stranou, jakých hodnot mají dosahovat kvantitativní či kvalitativní ukazatele. Pouze bude uvedeno, které z parametrů se kde sledují. Odkazujeme čtenáře na platné, a v některých případech i závazné, technické normy. Třída osvětlení se vybírá podle normy ČSN CEN/TR 13201-1 [1], požadavky kladené na jednotlivé třídy osvětlení jsou v ČSN EN 13201-2 [2]. V některých případech je třeba respektovat požadavky dalšího předpisu: ČSN 12 464-2 [3]. Přisvětlování chodců na přechodech řeší předpisy platné v resortu ministerstva dopravy, a to Technické a konstrukční požadavky TKP-15 [4]. Posledně jmenovaný předpis je převzat i do připravované normy ČSN P 36 0455 [5].

Pěší komunikace, cyklostezka

Jsou to místa, kde se pohybují pěší nebo cyklisté, ale motorizovaná doprava se v nich nevyskytuje vůbec nebo jen omezeně, např. vozidla zásobování. Z pohledu požadavků norem jsou hlavním kritériem průměrná a minimální udržovaná osvětlenost. V některých lokalitách je třeba rozpoznávat obličeje. To jsou zejména místa, kde se vyskytuje nějaká forma společenského ruchu, jako jsou společenská a sportovní centra či obchodní čtvrti. Také jsou to místa spíše opačného charakteru, tedy místa se zvýšeným rizikem kriminality. V takových místech se posuzuje ještě vertikální, popř. poloválcová udržovaná osvětlenost.

Na chodnících a stezkách se objevují svítidla s rotačně symetrickým rozložením svítivosti. Tedy svítidla, která obvykle mají kulový nebo válcový až více či méně kónický tvar. Rotačně symetrické rozložení svítivosti znamená, že světelná stopa na zemi je kruhová a stejně intenzivní ve všech směrech od stožáru. Svítidlo tedy svítí stejně jak na chodník, tak i za sebe na trávu. Při nevhodně velké rozteči vznikne mezi stožáry tmavé místo, kde nemusí být vidět jiný chodec, cyklista ani případná překážka (obr. 1). Proto je vhodné chodníky malé šířky osvětlovat svítidly s velmi širokým rozložením svítivosti (v podélném směru chodníku), které zajistí vyhovující rovnoměrnost osvětlení i pro delší rozteče, současně přisvětluje blízké okolí a v každém místě mezi stožáry jsou dobře vidět ostatní osoby (obr. 2).

Obr. 6. Velmi rovnoměrně osvětlená vozovka svítidly vhodnými pro dané rozteče a výšky sloupů

Rozlehlá prostranství, náměstí

Druhý případ je podobný předešlému. Jen jsou, vzhledem k většímu společenskému významu, požadované hodnoty vyšší. Na rozdíl od chodníků zde nastává opačná situace. Nevhodné je zde použití svítidel s širokým rozložením svítivosti, které způsobuje střídání světlých a tmavých stop na zemi (obr. 3). Vhodnější je zvolit svítidlo s rotačně symetrickým rozložením svítivosti, které osvětlí prostor s přijatelnou (větší) rovnoměrností (obr. 4).

Motorizovaná doprava, smíšená doprava Ulice jsou prostory, kde se potkávají různí (rychlí i pomalí) účastníci provozu. Požadavky na osvětlení, zjednodušeně řečeno, rostou s větším počtem účastníků a nárůstem složitosti orientace v dopravě. Hlavními sledovanými parametry úseku jsou průměrný udržovaný jas povrchu vozovky, celková a podélná rovnoměrnost osvětlení, míra oslnění, popř. také osvětlení okolí komunikace. V konfliktních místech, tj. např. přechody pro chodce, retardéry, místa se změnami jízdních pruhů apod., se místo jasu používá osvětlenost. K osvětlenosti se přistupuje také tam, kde není možné provést výpočet nebo měření jasu. To je např. na krátkých úsecích, zatáčkovité komunikaci na kruhových objezdech. V závislosti na šířce vozovky musí být zvoleno odpovídající rozložení svítivosti svítidla. Při nevhodně zvoleném svítidle může nastat situace, že se na vozovce objeví prostřídané světlé a tmavé pásy (obr. 5) a jízda po takovém úseku se stane nepříjemnou až nebezpečnou. Svítidlo nevhodně použité v tomto případě je ve skutečnosti vhodné pro široké komunikace a kratší rozteče. Podobná situace může nastat při renovaci osvětlovací soustavy za využití původních stožárů, které mají větší rozteč, než svítidla zvládnou. Správná volba svítidla přispěje k větší bezpečnosti provozu a sledované parametry vyhoví požadavkům předpisů (obr. 6).

Obr. 7. Nebezpečné přisvětlení přechodu světlometem – chodec nemusí být vůbec vidět

Obr. 8. Správné přisvětlení chodce na přechodu svítidly s „přechodově“ asymetrickým rozložením svítivosti – chodec je dostatečně pozorovatelný

Přechody pro chodce

Přisvětlení chodce na přechodu (a také na místě pro přecházení) se řídí zvláštním předpisem [4], [5]. V tomto textu bude pominut negativní kontrast tmavší postavy chodce na světlejším pozadí. Zamysleme se dále nad svítidly vhodnými pro přechody s pozitivním kontrastem, tzn. případ, kdy je chodec přisvětlený tak, že je jasnější než tmavší pozadí. Sledovanými parametry jsou průměrná udržovaná vertikální (svislá) osvětlenost v oblasti vlastního přechodu a v nástupních prostorech. Dále je to rovnoměrnost vertikální osvětlenosti, poměr vertikálních osvětleností základního a doplňkových prostorů a další požadavky, které pro zjednodušení tohoto textu nejsou uvedeny. Vertikální osvětlenost je osvětlenost měřená nebo počítaná na svislé rovině, a to směrem k přijíždějícímu řidiči. Jako nesprávný příklad vybíráme přechod, který je osvětlen asymetrickým svítidlem umístěným na chodníku v ose přechodu. Asymetrické svítidlo (světlomet) směruje světlo od stožáru do ulice a může dobře osvětlit přechod (zebru). Úkolem je ale dobře přisvětlit přecházejícího chodce. Vzhledem k umístění tohoto svítidla budou nutně některé hodnoty vertikální osvětlenosti nulové, a přechod se tak stává potenciálním nebezpečím (obr. 7). Pro správné přisvětlení chodce je nutné zvolit svítidlo s asymetrickým „přechodovým“ rozložením svítivosti a instalovat je v dostatečné výšce a vzdálenosti před přechodem. Ono „přechodové“ rozložení svítivosti znamená, že svítidlo vyzařuje pouze ve směru pohledu přijíždějícího řidiče. A též ve směru přechodu. Tak bude zajištěna dostatečná vertikální osvětlenost postavy chodce a ten bude rozeznatelný a viditelný (obr. 8).

Literatura:
[1] ČSN CEN/TR 13201-1. Osvětlení pozemních komunikací – Část 1: Návod pro výběr tříd osvětlení. ÚNMZ, 2016.
[2] ČSN EN 13201-2. Osvětlení pozemních komunikací – Část 2: Požadavky. ÚNMZ, 2016.
[3] ČSN EN 12464-2. Světlo a osvětlení – Osvětlení pracovních prostorů – Část 2: Venkovní pracovní prostory. ÚNMZ, 2014.
[4] Technické kvalitativní podmínky staveb pozemních komunikací – kapitola 15 – osvětlení pozemních komunikací (TKP-15). Ministerstvo dopravy, 2015.
[5] ČSN P 36 0455. Osvětlení pozemních komunikací – Doplňující informace. [Norma se zpracovává.].

---

Vyšlo v časopise Světlo č. 2/2017 na straně 36.
Článek v elektronické listovací verzi časopisu Světlo č. 2/2017 naleznete zde.