916

районирования нашей страны. Критерием для ее построения было принято среднее за год количество наружного освещения на горизонтальную поверхность при открытом небосводе в течение 1 часа (5000 лк и выше) за период использования в помещении естественного света

(рис. 3.3).

Три северных района на карте разделены на подрайоны: восточный и западный. Для восточных подрайонов характерно длительное от 6 и более месяцев в году устойчивое залегание снежного покрова, который оказывает значительное влияние на распределение яркости неба (заштрихованная область карты).

Наружная освещенность зависит от яркости неба, значение которой в различных участках неба неодинаково. Знание закономерности изменения яркости облачного и ясного неба имеет большое значение при выборе ориентации здания по сторонам горизонта и пластического решения фасадов здания.

Распределение яркости облачного неба учитывается коэффициентом q, значения которого определяются по формуле

образованным горизонталью с линией, проведенной из точки к середине светового проема (рис.

3.4);

LZ - яркость в зенитной части неба.

Яркость участка неба, видимого из заданной точки помещения М под углом ,

вычисляется по формуле

L = LZ (0,33 + 0,66 sin ). (3.12)

В районах с устойчивым снежным покровом эта формула имеет следующий вид:

L = LZ (0,6 + 0,4 sin ). (3.13)

121

больших городах и крупных промышленных центрах прозрачность воздуха составляет всего лишь = 0,6.

Таблица 3.1 Значения яркости неба в зените при различных погодных условий

На снижение естественной освещенности и ультрафиолетового облучения большое влияние оказывают аэрозоли (дым, пыль, смог, выхлопы автотранспорта), содержащиеся в воздухе, которые не только загрязняют атмосферу и меняют химический состав воздуха, но интенсивно поглощают видимую и в особенности ультрафиолетовую радиацию. Снижение ультрафиолетовой радиации в крупных городах достигает 80%. Дефицит ультрафиолетовой радиации оказывает отрицательное воздействие на растущий организм подростков и детей, а

также на рабочих, длительное время пребывающих под землей. Отрицательное влияние особенно сказывается на жителях заполярных районов. Для компенсации недостаточности естественной ультрафиолетовой радиации используют специальные установки ультрафиолетового облучения (фотарии) в виде эритемных ламп.

На наружную освещенность и ультрафиолетовую облученность большое влияние оказывает состояние подстилающего слоя земли. Исследованиями установлено, что снеговой покров при сплошной облачности увеличивает наружную освещенность на 100% и более.

Высокий коэффициент светового и теплового отражения подстилающего слоя земли значительно повышает роль отраженной от земли радиации в южных районах, что необходимо учитывать при архитектурном проектировании зданий.

Примеры рационального использования отраженного от земли и кровли света для повышения освещения помещений приведены на рис. 3.5. Используя светлые цвета подстилающего слоя вокруг здания, можно повысить не только наружную освещенность фасадов здания, но и увеличить внутреннюю освещенность помещений (рис. 3.5, а).

Значительного повышения внутреннего интерьера помещения можно достичь при правильном наклоне конструкции кровли, попадая на которую световой луч небосвода, отражается и создает дополнительное освещение внутри помещений здания (рис. 3.5, б-г).

123

При решении архитектурных задач, связанных с выбором объемной композиции,

пластики фасадов и фактуры отделочных материалов, существенную роль играет контрастность освещения, которая изменяется в разных районах в зависимости от высоты стояния солнца, характера облачности и состояния подстилающего слоя земли.

Рис. 3.5. Примеры рационального использования отраженного от земли (а), кровли (б, в) и внутренней поверхности (г) света

Характеристикой контрастности освещения является отношение величин освещенности,

наблюдаемых при солнечном и диффузном освещении.

Наиболее характерные относительные освещенности горизонтальной поверхности при солнечном и диффузном освещении для трех городов приведены в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Относительные значения освещенности солнца и неба

Установлено, что наибольшая контрастность освещения наблюдается летом в южных районах (Средняя Азия, Армения и др.), а наименьшая - зимой в северных районах (Крайний Север, заполярье и др.). Она изменяется также в зависимости от времени суток, имея максимальные значения утром и минимальные - вечером. Это связано с уменьшением прозрачности воздуха из-за увеличения в нем количества аэрозолей.

Критерием оценки контраста светотени при солнечном и диффузном освещении служит коэффициент контраста, численные значения которого меньше единицы. В летнее время контраст светотени колеблется в пределах 0,7-0,8 в южных районах, 0,6-0,5 - в центральных и

0,3-0,4 - в северных. Эти значения контраста необходимо учитывать при проектировании осветительных установок в интерьерах общественных и производственных зданий.

Важное значение в световом климате занимает спектральный анализ естественного света, который изменяется в зависимости от климата, погодных условий, отраженного света от

124

земли и др. Из рис. 3.6 видно, что ясная солнечная погода характеризуется большей величиной светового потока (почти в 2 раза) и содержит значительное количество видимого излучения,

которое вызывает непосредственно зрительные ощущения, чем при сплошной облачности.

Рис. 3.6. Кривые спектрального состава естественного света 1- небосвод, сплошная облачность; 2 - солнце + небо, безоблачно

Таким образом, световой климат, представляющий собой совокупность природных характеристик освещения и ультрафиолетового облучения, оказывает значительное влияние на нормативные значения коэффициента естественного освещения, инсоляции и солнцезащиты, а

также на плотность застройки и ее планировочное решение, размеры и пропорции световых проемов, пластику и масштабность фасадов. В связи с этим следует, что при проектировании зданий должен учитываться световой климат не только для создания нормальных условий освещения, но и в архитектурной композиции здания.

3.3. Количественные и качественные характеристики освещения

Световой режим в помещениях зданий является одним из существенных факторов,

определяющих качество окружающей человека среды. Освещение помещений обеспечивается естественным, искусственным и комбинированным светом.

Источником естественного света является лучистая энергия солнца, передаваемая путем электромагнитного излучения. Мощность лучистой энергии оценивается по производимому ею на нормальный глаз человека световому ощущению, называемому световым потоком. За единицу светового потока принят люмен (лм).

Искусственное освещение осуществляется при помощи электрических светильников различного типа с лампами накаливания, с разнообразными газоразрядными лампами, в том числе с люминесцентными и др. Во многих случаях свет этих источников заменяет или дополняет естественный свет и создает световую среду, отвечающую высоким требованиям эстетики и комфорта.

125

Комбинированное освещение представляет собой совокупность естественного и искусственного освещения.

Необходимое количество и качество естественного света в помещениях определяется их функциональным назначением.

Качество освещения принято оценивать по его характеристикам исходя из функций света в архитектуре, важнейшими из которых являются:

-информативно-зрительные, обеспечивающие зрителя информацией о пространственной среде и создающие зрительный образ;

-морфофункциональные, которые оказывают воздействие на человека либо непосредственно через кожный покров, либо через органы зрения в виде ультрафиолетовых,

видимых и инфракрасных излучений, не связанных с возникновением зрительных образов.

- косвенные, характеризующие воздействия света на материальную среду, на ее физические (температура, влажность), биологические (содержание вредных бактерий), и

химические (фотосинтез, выцветание красок) параметры, которые в свою очередь нередко определяют состояние человека, его ощущение комфортности.

Количественными характеристиками света являются: освещенность, яркость,

коэффициент естественного освещения (КЕО).

За единицу освещенности принимают люкс (лк), равный освещенности поверхности в 1 м2, на которой равномерно распределен световой поток в 1 лм. В связи с тем, что практически не представляется установить минимальные значения освещенности внутри помещения в люксах, из-за непостоянства природных условий освещения под открытым небом, освещенность в помещениях выражают не в абсолютных, а в относительных единицах в виде коэффициента естественной освещенности (КЕО).

В нормах по естественному освещению помещений для нормирования принята относительная величина КЕО, а по искусственному освещению помещений - освещенность на рабочей поверхности, а городских ансамблей - яркость или освещенность на дорожном покрытии и на фасадах объектов.

К качественным характеристикам, определяющим комфорт и эстетичность световой среды, относятся:

-распределение яркости в поле зрения и неравномерность освещенности на поверхностях объектов и в пространстве;

-насыщенность пространства светом;

-ослепленность и дискомфортная блескость;

-контрастность освещения и контраст светотени;

-направление световых потоков;

126

-спектральный состав излучения источников света, их цветопередача;

-динамика освещения.

Распределение яркости в поле зрения человека зависит от распределения освещенности по поверхностям объектов в интерьерах и открытых пространствах

(потолок, стены, пол, оборудование, рабочие поверхности, здания, земля, зеленые насаждения и т.д.) и характеристик отражения этих поверхностей.

Неравномерность освещенности при искусственном освещении, характеризуется отношением максимального или среднего уровня освещенности к минимальному его значению, а неравномерность естественного освещения определяется соответственно через отношение среднего значения к наименьшему значению КЕО (еср / емин).

Неравномерность распределения яркости в пространстве может отрицательно влиять на зрительную работоспособность, поэтому необходимо знать характер распределения яркости. Достигнуть полной равномерности невозможно и не нужно, так как именно яркостные контрасты прежде всего позволяют различать предметы и детали и способствуют выявлению формы.

Ориентиром при выборе яркостей потолка, стен и пола в интерьерах могут служить распределения и соотношения, создаваемые природным освещением. Установлено, что при облачном небе, как правило, наибольшая яркость наблюдается в зенитной части неба;

средняя характерна для панорамы у горизонта и наименьшая - на поверхности земли (при отсутствии снега). Соотношения усредненных яркостей между этими зонами 10:3:1 в

южных районах страны и 5:3:1 в средней полосе. Таким образом, считается, что благоприятные условия для зрительной работы обеспечиваются при соотношениях яркостей потолка (зенитная часть), стен (у горизонта) и пола (земля) помещения,

аналогичных природным.

В практике нормирования, расчета и проектирования освещения пользуются преимущественно уровнем освещенности на рабочей плоскости, который, однако, не характеризует ощущение насыщенности пространства светом.

Критерием насыщенности помещения светом является, так называемая,

цилиндрическая освещенность на уровне глаз человека, представляющая собой отношение светового потока, падающего на боковую поверхность бесконечно малого вертикального цилиндра, радиус и высота которого стремятся к нулю, к площади этой поверхности. В

зависимости от световой насыщенности впечатление от интерьера может изменяться от торжественного и праздничного до унылого и мрачного.

При оценке качественной стороны освещения используется понятие блескости:

- прямая, проявляющаяся при наличии светящихся поверхностей (окон,

127

светильников и др.) в направлениях, близких к направлению зрения;

-периферическая, возникающая от светящих поверхностей в направлениях, не совпадающих с направлением зрения;

-отраженная, вызванная наличием в поле зрения зеркальных отражений от светящихся источников и поверхностей.

Блескость действует в направлении глаз наблюдателя и способствует снижению видимости объекта вследствие чрезмерного увеличения яркости, снижающей контраст между объектом и фоном. Различают два вида блескости: дискомфортную, связанную с неприятным ощущением, но не всегда ухудшающую видимость и слепящую,

сопровождающуюся резким нарушением видимости.

Критерием оценки дискомфортной блескости служит показатель дискомфорта, а

слепящего действия - показатель ослепленности.

Явления отраженной блескости довольно часто имеют место при наличии в помещениях и в городских пространствах полированных зеркально отражающих поверхностей (каменных, металлических или стеклянных).

Существует несколько возможностей для устранения или ограничения отраженной блескости, к которым относятся:

-выбор такого направления света, при котором зеркально отражаемые лучи не попадают в глаз человека;

-ограничение яркости бликов путем увеличения размеров светящей поверхности светильника и уменьшения ее яркости;

-изменение светотехнических свойств отражающего материала или расположения бликующей поверхности.

Существенную роль в решении архитектурных задач по выбору объемной композиции, фактуры отделочных материалов, выявлению пластической формы предметов играют контрастность освещения и контраст светотени.

Контраст между затененными и освещенными поверхностями может быть достаточно большим, что ухудшает работу зрения и восприятия рассматриваемого объекта. В некоторых случаях тени отвлекают внимание и создают ложное впечатление о размере, форме и цвете объекта. Вместе с тем наличие собственных и падающих теней является залогом для различения рельефных объектов. Особенно это относится к мелким деталям, которые хорошо различимы только при образовании на них теней. Отсутствие теней делает архитектурные детали «нечитаемыми».

Наиболее благоприятными формообразующими свойствами обладает сочетание рассеянного освещения с направленным. Направление световых потоков (от одного

128

или нескольких источников, падающих на рабочие места или отдельные поверхности)

является важным качественным показателям освещения, так как с ним связаны тенеобразование, направление зеркального отражения и контрастность освещения.

Направление света оценивается световым вектором. При рассеянном освещении объекты теряют свою объемность, кажутся плоскими. Направленный свет делает тени резкими, их

формообразующими свойствами обладает сочетание рассеянного освещения с направленным. Контрастность и направленность освещения оказывают существенное влияние на эстетику освещения и, соответственно, на художественные качества архитектурной формы.

Существенным условием зрительного различения является контраст между фоном и рассматриваемым объектом. Контраст может быть яркостным (при монохроматическом освещении) и цветовым, а также по насыщенности тона.

Фоном считается поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на которой он рассматривается. Фон считается светлым при коэффициенте отражения поверхности >0,4: средним – при =0,2-0,4: темным – при 0,2.

Контраст объекта различения с фоном K определяется отношением абсолютной величины разности между яркостью объекта и фона к яркости фона.

Контраст считается большим при значении K 0,5. (объект и фон резко отличаются по яркости); средним - при K =0,2.-0,4 (объект и фон заметно отличаются по яркости); малым -

при K 0,2 (объект и фон мало отличаются по яркости).

Спектральный состав излучения зависит от источников света. Спектры излучений естественных и искусственных источников света очень разнообразны, что обусловливает значительное различие их цветности и цветопередачи. Различие цветности отчетливо заметно на белых и серых поверхностях, цветопередачу же оценивают на цветных образцах.

Цвет является одним из главных характеристик световой среды, определяющим эстетику освещения, эмоциональное воздействие среды на человека. Разнообразие спектров источников искусственного света предопределило необходимость введения специальной характеристики качества их цветопередачи - общего индекса цветопередачи

Rа.

Динамика освещения характеризуется изменением интенсивности и спектрального состава света. Изменяя освещенность и другие характеристики освещения во времени,

129

можно получить необходимый световой эффект среды, диктуемый функциональным назначением того или иного помещения.

Динамику искусственного света следует рассматривать как один из способов, с

помощью которого можно компенсировать отсутствие или недостаток естественной освещенности, создавать благоприятный визуальный микроклимат в интерьере и в городе,

поддерживать биологические ритмы организма. Гибкость искусственного освещения может быть достигнута за счет регулирования светового потока и применения различных осветительных приборов, С помощью которых можно изменять положение светового центра и направления светового потока, а также по заданным нормативным условиям организовать необходимый световой микроклимат в помещениях.

Человеческий глаз реагирует на изменения во времени яркости или освещенности,

которые имеют место при освещении помещения газоразрядными источниками света. Для количественной оценки этого явления пользуется коэффициент пульсации,

рассматриваемый как качественная характеристика освещения, регламентируемая СНиП

23-05-95*.

3.4. Естественное освещение зданий

Естественный дневного свет является одним из важнейших факторов освещения помещений и рабочих мест зданий и улучшения санитарно-гигиенических условий проживания и жизнедеятельности людей. Степень и равномерность освещения помещений зависит главным образом от формы, размеров и расположения световых проемов.

В небольших помещениях гражданских зданий площадь световых проемов определялась как некоторая часть площади пола. Так, для жилых помещений площадь окон в зависимости от климатических условий она обычно составляла 1/8 - 1/10 площади пола. Такой метод, называемый геометрическим, не является совершенным, так как дает удовлетворительные результаты только для помещений небольших площадей. Кроме того, при таком определении площади световых проемов сравнить освещенность в той или иной точке помещения не представляется возможным, так как она не учитывает закон распределения ее в помещении.

В связи с этим в настоящее время применяется более совершенный метод определения освещенности - светотехнический метод, который учитывает интенсивность освещения, позволяет обеспечить необходимые уровни освещения в различных точках освещения, так как базируется на нормативных показателях освещенности.

Светотехнический метод используется при определении освещенности в больших помещениях жилых, общественных и производственных зданий. При проектировании естественного освещения светотехническим методом оптимальными размерами световых

130