Глава 4. Архитектурное освещение 122

ны из чередующегося зеркального и светорассеивающего стекла и попереч­ные зенитные фонари в среднем нефе обеспечивали интенсивное и равномер­ное освещение интерьера. Однако вы­бранная система комбинированного ос­вещения весьма затруднила использо­вание адаптации для оптимального вы­явления основных экспозиций.

Значительно лучше была решена эта задача в павильоне США (ар-хит. Р.Стоун). Круглый в плане па­вильон (рис. 4.11) диаметром 121 м имел комбинированную систему есте­ственного освещения. Сплошь остек­ленная стена из органического стекла, перед которым располагалась металли­ческая отделанная под бронзу решет­ка, дополнялась открытым светопрое-мом диаметром 20 м и просвечиваю­щим легким покрытием. Эта система освещения подчеркивала центриче­скую композицию павильона. Вместе с тем мощный световой поток, прони­кающий через открытый фонарь, хо­рошо выделял центральную часть вод­ного бассейна с расположенной в цен­тре его площадкой для демонстрации мод. Убывающий к периферии вслед-

ствие затенения антресолью уровень освещенности создавал иллюзию ог­ромного внутреннего пространства. На антресоли и на уровне пола павильона создавалась неравномерность освеще­ния, которая способствовала лучшему выявлению пластических свойств экс­понатов.

К группе II общественных соору­жений относятся спортивные залы, в которых высокая освещенность спор­тивной арены должна сочетаться с по­ниженной яркостью (освещенностью) в зоне расположения зрителей. Нерав­номерность освещения с минимумом в зоне зрителей и максимумом на арене не должна быть более 0,3. Дополни­тельно к этому естественное освеще­ние спортивных залов должно отвечать следующим требованиям:

интенсивное освещение арены дол­жно осуществляться через фонари или световые шахты, сосредоточенные в центральной части покрытия, надежно защищающего спортсменов и зрителей от ослепленности прямыми лучами солнца;

боковое освещение трибун целесо­образно осуществлять через окна, рас­положенные под углом не менее 15° к линии фиксированного наблюдения, проведенной от глаз зрителей, сидя­щих в последних рядах амфитеатра (рис. 4.12);

искусственное освещение спортив­ного зала должно по возможности про­должать естественное освещение по характеру распределения света и по соотношению яркостей (освещенно-стей) на спортивной площадке (арене) и в зоне расположения зрителей, а также по спектральному составу света.

Световая среда в основных поме­щениях III группы должна удовлетво­рять комплексу функциональных и ги­гиенических требований, имеющих ко­нечной целью создание комфортных условий зрительной работы. Последняя характеризуется большим зрительным напряжением в течение рабочего дня вследствие разнообразия и специфики выполняемых учебных и производст­венных заданий.

Особенно важны требования к све­товой среде помещений учебных заве­дений с постоянной зрительной рабо­той: аудиторий, классов, мастерских, лабораторий, кабинетов и т.п. В этих помещениях наряду с нормой освещен­ности необходимо соблюдать требова­ния качества освещения, которые в значительной мере предопределяют восприятие пространства (эстетические характеристики) и психологический климат помещения. К важнейшим критериям качества световой среды в учебных помещениях относятся следу­ющие:

а) соотношения между яркостями основных поверхностей интерьера; при этом целесообразно исходить из соот- ношений яркостей, наблюдаемых в природе;

б) неравномерность освещения по- мещения и насыщенность интерьера светом; насыщенность определяется в основном значением цилиндрической освещенности, выбираемой по СНиП;

в) направленность света, которая в помещениях для чтения, письма, ри- сования, лепки и т.п. должна быть слева; опыт показывает, что при рас- положении окон и фонарей надо от- давать предпочтение верхнебоковому направлению светового потока под уг- лом 30° к горизонту и более;

г) зрительный дискомфорт, возни- кающий при попадании в поле зрения учащихся поверхностей с чрезмерно высокой яркостью: от прямых и отра- женных лучей солнца, от неба, а так- же от осветительных приборов. Кри- терием его оценки служит показатель дискомфорта (см. п. 4.3); численное значение этого показателя составляет (по данным Института строительной физики) при искусственном освещении 40, при естественном освещении 24— 30, при применении средств солнцеза- щиты (жалюзи и др.) — 20.

При проектировании световой сре­ды в классах и аудиториях необходимо стремиться к обеспечению постоянства условий зрительной работы в течение всего учебного процесса. Это достига­ется применением приема совмещен­ного освещения, которое открыло но­вые возможности в создании прогрес­сивных объемно-планировочных реше­ний учебных зданий. Некоторые из

применяемых проектных решений аудиторий и классов приводятся на рис. 4.13.

К IV группе относятся помещения, световая среда в которых в основном определяется психологическими, эсте­тическими и гигиеническими требова­ниями; к ним относятся палаты боль­ниц, основные помещения детских уч­реждений, жилые помещения. Сово­купность этих требований, изложенных частично в СНиП, может быть удовлетворена: при обеспечении нормированных значений КЕО и не­равномерности естественного освеще-

ния; при обязательной защите от сверхнормативного солнца солнцеза­щитными средствами (жалюзи, марки­зы и др.).

Существенное влияние на освеще­ние помещений оказывает форма зда­ния. На рис. 4.14 показано уменьше­ние освещенности (в плоскости окна) в зданиях различной формы.

Изменение минимального КЕО в помещении в зависимости от его про-

порций приводится на рис. 4.15. Ход кривой изменения КЕО свидетельству­ет о том, что наибольшая освещен­ность обеспечивается при одной и той же площади окон в помещениях с наи­меньшей глубиной заложения В/h при наибольшем отношении длины поме­щения I (размер по фасаду) к его глу­бине В.

Значительное влияние на мини­мальное значение КЕО в помещении

оказывают форма окна, конструкция переплета, сорт стекла, а также ар­хитектурные детали (лоджии, пило­ны, балконы, солнцезащитные устрой­ства) и другие факторы (см. п. 4.5).

4.2. Световой климат

Совокупность ресурсов при­родной световой энергии, характерная для того или иного района, получила название светового климата данного района. На территории нашей страны световой климат изменяется в очень больших пределах как по широте, так и по долготе.

Основные компоненты естествен­ной освещенности на открытой мест­ности — прямой солнечный свет Е_с, рассеянный (диффузный) свет неба Е_н и отраженный от земли свет Ез.

Суммарная (общая) освещенность Ео в ясный день при полностью от­крытом горизонте

Ео = Е_с + Ей + Е₃. (4.1)

Солнечное излучение, падающее на землю, претерпевает изменения вследствие его отражения, рассеяния и поглощения атмосферой и подстила­ющим слоем земной поверхности.

Солнце представляет собой огром­ный шар радиусом 696000 км. Среднее

Ло.град 0 5 10 20

М 27 10,4 5,6 3,2

расстояние от Земли до Солнца, рав­ное большой полуоси эллипса земной орбиты, составляет приблизительно 149.6 10⁶ км; это расстояние принима­ется за единицу (астрономическая еди­ница). Основными характеристиками, которые определяют излучательную способность Солнца, служат солнечные постоянные — световая и тепловая.

Световая солнечная постоянная £с представляет собой освещенность плоскости, расположенной перпенди­кулярно солнечным лучам и удален­ной от Солнца на расстояние, равное астрономической единице. Прибли­женное значение солнечной световой постоянной на границе атмосферы со­ставляет 135000—137000 лк. Соответ­ствующая этой освещенности средняя яркость Солнца £с " 2" 10 кд/м .

При заданном коэффициенте про­пускания света атмосферой f_a, кото­рый зависит от высоты стояния Сол­нца и прозрачности воздуха р, осве­щенность от Солнца на горизонталь­ной поверхности Е_с определяется по формуле

Ее - ^sin ho, (4.2)

где Ее — освещенность от Солнца на плоскости, перпендикулярной направлению солнечных лу­чей;

^Е_с ^{- (£}_с^{7д2)рМ, (4.3)}

где Л — расстояние от Солнца в заданный момент; определяется по астрономическим таблицам (* 1); М — воздушная масса, которую необходимо пре­одолеть солнечным лучам при прохождении через атмосферу; ho — высота стояния Солнца над гори­зонтом.

Значения М изменяются в зависи­мости от п₀: 90° (зенит) до 0° (гори­зонт) соответственно от 1 до 26,96; они определяются по таблице Бемпо-рада:

30 40 50 60 70 80 90 2 1,6 1,3 1.2 1,1 1,015 1

Средняя освещенность поверхно­сти, перпендикулярной лучам Солнца, определяется по табл. 4.6.

При естественном освещении диа­пазон освещеностей и яркостей очень велик. Так, освещенность в полдень ясного дня на открытой горизонталь­ной поверхности может превосходить 100000 лк, в то время как в сумерки пасмурного дня она может равняться нескольким люксам.

Продолжительность солнечного си­яния в разных пунктах на территории страны определяется по картам кли­матических атласов, которые состав­ляются в результате обобщения мно­голетних измерений, проведенных ме­теорологическими станциями.

На разных стадиях проектирова­ния городов и зданий архитектору не­обходимо знать и учитывать влияние климата. Поэтому в его распоряжении должен быть справочный материал, в частности в виде набора карт, где указаны метеорологические особенности различных районов строительства. При составлении этих карт должно учиты­ваться общеклиматическое районирова­ние территории (СНиП 2.01.01—82).

Наружная освещенность от диф­фузного неба зависит в основном от высоты стояния Солнца и характера облачности. Существенное влияние на освещенность, создаваемую диффуз­ным светом неба, оказывают также прозрачность воздуха и состояние зем­ного покрова. Освещенность от облач­ного неба определяется фотометриче­ским, а также расчетным путем по многолетним средним характеристикам солнечной радиации с помощью так называемого светового эквивалента, который выражает отношение между освещенностью и интенсивностью сол­нечной радиации на данной поверхно­сти. Годовой ход наружной освещен­ности и ультрафиолетовой облученно­сти приведен на рис. 4.16.

Световой эквивалент солнечной радиации зависит от высоты стояния Солнца, характера облачности и ко­эффициента отражения подстилающей поверхности (альбедо). Поэтому сум­марный световой эквивалент опреде­ляется с учетом различных условий облачности для периодов со снежным покровом и без него.

На основании результатов расчетов наружной освещенности, проведенных для наиболее крупных городов и про­мышленных районов, построена карта светоклиматического районирования нашей страны. Критерием при ее со­ставлении было принято среднее за год количество наружного диффузного ос­вещения (средняя освещенность) на горизонтальной поверхности при от­крытом небосводе в течение 1 ч за период использования в помещении естественного света:

Критической наружной освещен­ностью Екр называется освещенность, наблюдаемая в моменты выключения (утром) и включения (вечером) искус-

ственного освещения в помещении; она вычисляется по формуле

^{Екр - Eje, (4.5)}

где £_и — освещенность при искусственном освеще­нии помещения (по СНиП П-4—79); е — норми­рованное значение КЕО.

Если на кривые наружной осве­щенности нанести горизонталь, соот­ветствующую Екр (например, 5000 лк), то по точкам пересечения этой горизонтали с кривыми можно определить для различных месяцев го­да продолжительность использования естественного освещения. Расчет про­должительности использования естест­венного освещения в зависимости от выбранного значения КЕО (в процен­тах всего рабочего времени за год) производится по графикам рис. 4.16.

Данные о продолжительности (в ч) естественного освещения при Екр ^ш 5000 лк приведены на рис. 4.17.

Основные проблемы светового кли­мата рассмотрены в работах россий-

ских ученых Н.Н.Калитина, К.Е.Бабу­рина, Н.М.Гусева, Т.А.Глаголевой, Н.П.Никольской. Действующее в на­стоящее время светоклиматическое районирование территории СНГ (рис. 4.18) основано на данных мно­голетних актинометрических измере­ний.

На карте светоклиматического районирования приводятся значения коэффициентов светового климата т, которые используются при расчетах КЕО и определялись как отношение средней освещенности в Москве 2?ср к средней освещенности в данном районе £ср- Средняя освещенность в Москве служила эталоном (значение для Мо­сквы принято равным единице), т.е.

Территория на рис. 4.18 делится на пять светоклиматических районов; три северных района разделены на подрайоны восточный и западный. Для восточных подрайонов характерно дли­тельное (6 мес и более в течение года) залегание снежного покрова, оказыва­ющего существенное влияние на рас­пределение яркости неба (заштрихова­но).

Наружная освещенность зависит от яркости неба, значение которой в раз­ных участках неба различно. Знание закономерности изменения яркости об­лачного и ясного неба имеет больше утилитарное и эстетическое значение, помогая архитектору выбрать ориента­цию здания по сторонам горизонта и пластическое решение фасадов здания.

Распределение яркости облачного неба учи­тывается коэффициентом q, значение которого оп­ределяется по формуле, рекомендованной МКО:

Пример. Требуется определить яркость участ­ка облачного неба, видимого из точки М помеще­ния, при условии, что угол 8 - 45° и высота сто­яния солнца Ло ~ 40°.

В районах, где большую часть года снеговой покров отсутствует, Us - U (6,33 + 0,66 sin 45°). Но sin 45° - 0,71, следовательно, Us - U (0,33 + 0,660,71)- 0,8 U

Данные НИИСФ по яркости неба приведены в табл. 4.7.

Определяем яркость неба в пасмурную погоду при отсутствии снега.

Из данных о яркости зенитной части неба име­ем, что при Ло - 40° Lz - 8000 кд/м²; следовательно, Us - 0,88000 - 6400 кд/м².

Зная яркость неба, легко определить яркость остекленных поверхностей, наблюдаемых из точки м. Для этого пользуются формулой

ки М; t"i — коэффициент пропускания стек­ла; Т"г — коэффициент пропускания загрязнен­ного слоя на стекле.

Найденную таким образом яркость окна необ­ходимо увязывать с яркостью других поверхностей интерьера (стенами, потолком и др.) для устране­ния резкоконтрастных соотношений, вызывающих ощущение дискомфорта.

В интерьере в поле зрения попа­дают участки небосвода и освещенные солнцем фасады зданий, видимые че­рез окна и производящие слепящее действие даже при северной ориента­ции окон.

В табл. 4.8 показано распределе­ние усредненных освещенностей и яр­костей основных поверхностей в поле зрения работающих в помещениях зда­ния "Гидропроект" в Москве.

Характерно, что в помещениях "Гидропроекта" с почти сплошным ос­теклением двух из четырех стен про­ектировщики даже летом в полдень при ясном небе включают полное ис­кусственное освещение, чтобы смяг­чить дискомфортный разрыв между уровнями яркостей светопроемор и по­верхностей интерьера.

Существенную роль при решении таких архитектурных задач, как выбор объемной композиции, пластики фаса­дов, ритма членений, а также фактуры отделочных материалов, играет* контр­астность освещения, которая учитыва­ется в ее динамике в течение дня и сезонов года.

В общем случае контрастность ос­вещения выражается отношением

Контрастность естественного осве­щения изменяется в разных районах в зависимости от высоты стояния Сол­нца, характера облачности и состояния подстилающего слоя земли (чернозем, лесс, пески, снеговой покров и др.). Характеристикой контрастности осве­щения может служить соотношение абсолютных величин освещенности, наблюдаемых при солнечном и диф­фузном освещении. По данным И.С.Суханова, относительные осве­щенности горизонтальной поверхности при солнечном и диффузном освеще­нии для опорных городов характери­зуются показателями, приведенными в табл. 4.9.

Контрастность освещения имеет место и при диффузном освещении об­лачным небом; в этом случае она оп­ределяется повышенной яркостью зе­нитной части неба по сравнению с ча­

сто неба, прилегающей к горизонту. Отсутствие контрастности можно на­блюдать в пасмурные зимние дни, ког­да яркость облачного неба делается равной или кажется меньшей яркости снежного покрова. Наблюдениями ус­тановлено, что наибольшая контраст­ность освещения наблюдается летом в южных районах (Средняя Азия, Ар­мения и др.), а наименьшая — зимой в северных районах (Крайний Север, Заполярье).

Суточный ход контрастности осве-пеяия по среднемесячным данным в западной части III, IV и V районов характеризуется максимальными зна­чениями утром и минимальными — вечером. Это объясняется в основном уменьшением прозрачности воздуха кз-за увеличения в нем количества аэрозолей.

Критерием оценки контраста све­тотени, наблюдаемой при солнечном и хиффузном освещении объектов в экс­терьере, служит коэффициент конт­раста, определяемый по формуле яр-костного контраста (3.2).

Измерениями установлено, что в среднем контраст светотени в летнее зэлугодие колеблется в пределах 0,7— 0.8 в южных районах, 0,6—0,5 — в нейтральных, 0,3—0,4 — в северных. Эти показатели контраста надо учи­тывать при проектировании освети­тельных установок в интерьерах об­щественных и производственных зда­ний.

Важное значение в архитектурном проектировании имеет спектральный состав естественного света, который изменяется в зависимости от климата, погодных условий, альбедо Земли и др. (рис. 4.20).

В последние годы было предложено дополнить карту светоклиматического районирования зоной, где целесообраз­но нормировать и рассчитывать осве­щенность помещений исходя из усло­вий преобладающего ясного неба и ви­да подстилающей поверхности. Это имеет большое гигиеническое, эконо­мическое и эстетическое значение.

При составлении карты светового климата вероятность ясного неба учи­тывалась лишь косвенно, так как ос­новным критерием при проведении границ светоклиматических районов было количество освещения в час в среднем за период использования при­родного освещения (5000 лк и выше). Однако в южных районах Украины,

на Кавказе, в Средней Азии и Казах­стане, на юге Западной и Восточной Сибири и на значительной части тер­ритории Дальнего Востока более 50% времени в году преобладают ясное не­бо и солнечная погода.

В табл. 4.10 приведены данные для наиболее характерных южных районов страны, из которых следует, что за период с октября по март ве­роятность солнечного сияния и осве­щенность в декабре достаточно высо­кие.

С одной стороны, на значительной территории Севера и средней полосы, для которой по СНиП производятся расчеты с учетом прямого солнечного света, происходит неоправданное со­кращение площади остекления и за­нижение уровней освещенности поме­щений в осенне-зимний период, когда в течение б мес преобладает пасмур­ное небо. С другой стороны, в южных и дальневосточных районах площадь остекления значительно превышает необходимую, так как коэффициент солнечности С, используемый при рас­четах КЕО, не учитывает действитель­ных световых потоков, поступающих в помещения от инсоляции в условиях реальной застройки.

Таким образом, очевидно, что при определении границ преобладания яс­ного неба для нормирования и расче­тов освещенности в помещениях с уче­том инсоляции следует исходить не из

средней годовой вероятности солнеч­ного сияния, а принимать за критерий среднюю вероятность солнечного сия­ния за период с октября по март. Это повысит надежность обеспечения по­мещений требуемым количеством ос­вещения и упорядочит выбор площади остекления светопроемов в указанных районах. Границы района с вероятно­стью солнечного сияния свыше 50% за этот период обозначены на рис. 4.16 штриховой линией.

Следовательно, при нормировании и расчетах естественного освещения в этих районах более целесообразно ис­ходить из условий преобладающего яс­ного неба. Если принять это положе­ние, то можно значительно повысить эффективность использования природ­ных ресурсов световой энергии Солнца в строительстве за счет сокращения площади светопроемов почти в 2 раза.

Гигиеническое и экономическое значение такого гелиоклиматического зонирования территории страны вели­ко, так как оно открывает возможно­сти более дифференцированно выби­рать проектные решения, свойствен­ные данным климатическим условиям, и решать проблему формирования "се­верных" и "южных" городов, для ко­торых должен быть принципиально различный подход к их форме. При таком зонировании можно значительно сократить площадь остекления зданий, уменьшить их перегрев, снизить рас­ходы на солнцезащитные средства, ох­лаждение и вентиляцию, перейти на более свободную их планировку, уве­личить их ширину и повысить ком­фортность, т.е. сделать их более энер­госберегающими и эффективными.

Предложенное дифференцирован­ное зонирование территории названо нами гелиоклиматическим, так как оно отражает основные требования к строительству, определяемые клима­том. Это поможет архитекторам пре­одолеть известную типологическую

мовотонность градостроительных и объемно-планировочных решений.

На наружную освещенность и ультрафиоле­товую облученность большое влияние оказывает арозрачность воздуха, которая оценивается коэф­фициентом пропускания

v=p^M, (4.11)

тж М — воздушная масса; р — коэффициент, за­висящий от состояния атмосферы.

Коэффициент пропускания опреде­ляет степень видимости предмета: при отличной видимости t - 0,9, при хо­рошей 1" = 0,8 и при плохой f ^m 0,7. В больших городах и крупных про­мышленных районах прозрачность воз­духа резко снижается и в среднем оце­нивается v - 0,6.

О значительном влиянии про­зрачности воздуха на наружную осве­щенность и ультрафиолетовую облу­ченность свидетельствуют результаты синхронных измерений, проведенных одновременно в черте города и в при­городной местности.

На снижение естественной осве­щенности и ультрафиолетовой облу­ченности решающее влияние оказыва­ют аэрозоли, т.е. туман, дым, пыль, смог, выхлопы автотранспорта и дру­гие отходы городов, которые перено­сятся ветром на большие расстояния. Загрязнение атмосферы под влиянием города не только меняет химической состав воздуха. Ряд аэрозолей (сажа, глина) интенсивно поглощает видимую и в особенности ультрафиолетовую ра-лнацию. Ослабление ультрафиолетовой радиации в некоторых городах дости­гает 80%, в то время как ослабление интегральной солнечной радиации со­ставляет всего 30%. Таким образом, загрязнение воздуха сопровождается резким снижением благотворного дей­ствия на человека эритемной и бак­терицидной радиации солнца и неба.

Биологическое качество световой среды в городах и зданиях в большой степени определяется мерой использо­вания ультрафиолетовой естественной радиации, которая обладает общеоздо- ровительным действием, повышает со- противление организма человека про- тив инфекционных заболеваний. Исс- ледованиями гигиенистов и физиоте- рапевтов установлено, что недостаточность естественного света в помещениях и городских пространст- вах резко ухудшает качество среды, в которой трудится и отдыхает человек.

Дефицит ультрафиолетовой радиа­ции оказывает отрицательное влияние на подростков и детей, а также на рабочих, пребывающих длительное время в шахтах, метро, в производст­венных помещениях без естественного света и др. Это отрицательное влияние особенно сказывается на жителях за­полярных районов.

Для компенсации недостаточности естественной ультрафиолетовой радиа­ции в помещениях применяются уста­новки искусственного ультрафиолето­вого облучения в виде эритемных ламп. Такие установки могут быть стационарного и временного действия (так называемые фотарии). Однако их применение может быть оправдано только в случаях, когда не могут быть использованы архитектурно-строитель­ные средства.

Как уже отмечалось ранее, боль­шое влияние на наружную освещен­ность и ультрафиолетовую облучен­ность оказывает состояние подстилаю­щего слоя земли. По данным Актино-метрического института в Павловске, снеговой покров при сплошной облач­ности увеличивает наружную освещен­ность на 100% и более.

Высокий коэффициент светового, ультрафиолетового и теплового отра­жения подстилающего слоя значитель­но повышает роль отраженной от зем­ли радиации в южных районах (Сред­няя Азия и др.), и это надо учитывать, решая утилитарные и эстетические за­дачи при архитектурном проектирова­нии зданий.

Примеры рационального использо­вания отраженного от земли и кровли света для улучшения освещения поме­щений приведены на рис. 4.21.

4.3. Количественные и качественные характеристики освещения

Качество освещения принято оценивать по его характеристикам ис­ходя из функций света в архитектуре. Важнейшими функциями света явля­ются следующие.

1. Информативные зрительные, обеспечивающие человека информа­цией о предметно-пространственной среде и характеризующиеся возникно­вением зрительных образов.

Видимый свет в результате взаи­модействия с материальной средой — отражения, рассеивания, поглоще­ния — воздействует на органы зрения.

Совокупность зрительных образов дает человеку более 80% информации об окружающем его предметном мире.

2. Морфофункциональные, к кото- рым относятся влияния на человека ультрафиолетовых, видимых и инф- ракрасных излучений, не связанных с возникновением зрительных образов, но оказывающих действие на человека либо непосредственно через кожный покров, либо через органы зрения. На- пример, через кожу свет оказывает эритемное воздействие, влияет на об- мен веществ, состав крови, сопротив- ляемость организма болезням и т.д. и вместе со зрительными реакциями воз- действует на психологическое состоя- ние человека.

3. Косвенные, характеризующие воздействия света на материальную среду, на ее физические (температура, влажность), биологические (содержа- ние вредных бактерий) и химические (фотосинтез, выцветание красок) па- раметры, которые в свою очередь не- редко определяют состояние человека, его ощущение комфортности. Тепло, выделяемое источниками света, изме- няет температуру и влажность возду-

ха, ультрафиолет снижает процент бо­лезнетворных микробов, улучшая ги­гиенические параметры среды. Фото­химическую функцию света следует особенно тщательно учитывать при проектировании музеев, торговых за­лов универсамов и других помещений, в которых предметы должны быть в максимальной степени защищены от его разрушающего действия.

Функции света позволяют класси­фицировать количественные и качест­венные характеристики освещения. К количественным характеристикам от­носятся освещенность, яркость, КЕО. В отечественных нормах по искусст­венному освещению помещений регла­ментируется освещенность на рабочей поверхности, а городских ансамб­лей — яркость или освещенность на дорожном покрытии и на фасадах объ­ектов. В нормах по естественному ос­вещению помещений вследствие край­ней изменчивости природного освеще­ния не только в течение суток, но да­же в течение коротких промежутков времени для нормирования принята относительная величина КЕО. К ка­чественным характеристикам, опреде­ляющим комфорт и эстетичность све­товой среды, а также экологическую эффективность светового решения, от­носятся: распределение яркости в поле зрения и неравномерность освещенно­сти на поверхностях объектов и в про­странстве; насыщенность пространств светом; ослепленность и дискомфорт­ная блескость; контрастность освеще­ния, контраст светотени; направление световых потоков; спектральный со­став излучения источников света, их цветопередача; динамика освещения.

Распределение яркости в поле зрения, неравномерность освещенно­сти. 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 [см. формулу (3.9) ]. В искусственном освещении регламенти­руется неравномерность освещенности, определяемая как отношение макси­мального или среднего уровня осве­щенности к минимальному его значе­нию, а неравномерность естественного освещения определяется соответствен­но через отношение еср/емин.

На практике приходится сталки­ваться как с неравномерным распре­делением яркости в пространстве, так и с переводом взгляда с одной повер­хности на другую иной яркости. Про­цесс переадаптации при этом 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. Конкретные рецепты по соот­ношению яркостей вряд ли целесооб­разно формулировать. Можно лишь от­метить, что в рабочих помещениях приемлемым (с точки зрения обеспе­чения условий для зрительной работы) окажется соотношение, при котором будут выдержаны нормируемые значе­ния светотехнических показателей.

Ориентиром при выборе яркостей потолка, стен и пола в интерьерах мо­гут служить распределения и соотно­шения, создаваемые природным осве­щением. Они приятны для человека, привычны ему. 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 рйонах страны и 5:3:1 в средней полосе. Таким образом, счи­тается, что благоприятные условия для

5-:0О8

зрительной работы обеспечиваются при соотношениях яркостей потолка (зенитная часть), стен (у горизонта) и пола (земля) помещения, аналогич­ных природным.

Насыщенность светом. В практике нормирования, расчета и проектирова­ния освещения пользуются преимуще­ственно уровнем освещенности на ра­бочей плоскости, который, однако, не характеризует адекватно 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 бесконеч-нло малого вертикального цилиндра, к площади этой поверхности. В зави­симости от световой насыщенности впечатление от интерьера может из­меняться от торжественного и празд­ничного до унылого и мрачного.

Ослепленность и дискомфортная блескость. При наличии в поле зрения ярких элементов — источников света, светильников, оконных проемов (пря­мая блескость), а также зеркальных отражений источников света в виде бликов на окружающих поверхностях (отраженная блескость) вначале воз­никает неприятное ощущение, диском­форт; при дальнейшем увеличении яр­кости бликов ощущение дискомфорта усиливается, появляются болевые ощу­щения, начинается значительное сни­жение зрительных функций, возникает ослепленность.

Критерием оценки дискомфортной блескости служит показатель диском­форта, а слепящего действия — пока­затель ослепленности. Слепящее дей­ствие прямой блескости зависит от яр­кости и угловых размеров светящих элементов, положения их в поле зре­ния, яркости адаптации. Явления от­раженной блескости довольно часто имеют место при наличии в помеще­ниях и в городских пространствах по­лированных каменных или металличе­ских, стеклянных, т.е. зеркально от­ражающих поверхностей. Существует несколько возможностей для устране­ния или ограничения отраженной бле­скости: 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.

Контрастность освещения, контр­аст светотени. Существенную роль в решении архитектурных задач, таких как выбор объемной композиции, фак­туры отделочных материалов, выявле­ние пластической формы предметов, играют контрастность освещения и контраст светотени. Контраст между затененными и освещенными поверх­ностями может быть достаточно боль­шим, что ухудшит работу зрения. В ряде случаев тени отвлекают внимание и создают ложное впечатление о раз­мере, форме и цвете объекта. Вместе с тем наличие собственных и падаю­щих теней необходимо для различения рельефных объектов. Отсутствие теней делает "нечитаемыми" архитектурные детали; мелкие детали нередко бывают хорошо различимы только при обра­зовании на них теней.

Направление световых потоков. Направление света от одного или не­скольких источников, падающего на рабочие места или отдельные поверх­ности и оцениваемого световым век­тором, является важным качественным показателем освещения, с которым связаны тенеобразование, направление зеркального отражения, контрастность освещения. При рассеянном освещении тени смягчены, сглажены, объекты те­ряют объемность, кажутся плоскими. Направленный свет делает тени рез­кими, их очертания — четкими, яр­костной контраст светотени возрастает. Предмет приобретает форму, которая • зависимости от направления падения света может восприниматься естест­венной или искаженной. Наиболее благоприятными формообразующими свойствами обладает сочетание рассв­етного освещения с направленным. Контрастность и направленность осве­щения, характеризующие его светомо-зелирующий эффект, оказывают суще­ственное влияние на эстетику освеще­ния и, соответственно, на художест­венные качества архитектурной формы.

Спектральный состав излучения щеточников света, цветопередача. 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 — одна из главных характеристик свето­вой среды, во многом определяющая эстетику освещения, эмоциональное воздействие среды на человека.

Динамика освещения. Человек привык к изменениям естественного света (интенсивности, спектрального состава) в достаточно широком диапа­зоне. Динамику искусственного света следует рассматривать как один из способов, с помощью которого можно компенсировать отсутствие или недо­статок естественной световой динами­ки, создавать благоприятный визуаль-2ый микроклимат в интерьере и в го­роде, поддерживать биологические •жтмы организма.

Варьируя освещенность и другие характеристики освещения во времени, можно получить желаемый антимоно­тонный эффект, не нарушая стабиль­ности световой среды, которая нередко тяктуется функциональными требова-жиями. Необходимая гибкость искус­ственного освещения может быть до­стигнута за счет регулирования свето­вого потока, применения осветитель­ных приборов подвижной конструк­ции, позволяющей изменять положе­ние светового центра и направления интегрального светового потока. Исхо­дя из заданных граничных условий ди­апазона световой динамики можно сво­бодно оперировать композиционными средствами организации изменяемой световой среды. Если такое изменение осуществляется по заданной програм­ме, то можно говорить о динамическом программном освещении. Глаз реаги­рует и на ^запрограммированные из­менения во времени яркости или ос­вещенности, которые имеют место, ес­ли освещение выполнено газоразряд­ными источниками света. Для количественной оценки этого явле­ния — пульсации излучений таких ламп пользуются коэффициентом пульсации, рассматриваемым как ка­чественная характеристика освещения, регламентируемая СНиП.

Как видно из вышесказанного, де­ление характеристик освещения на ко­личественные и качественные и рас­смотрение их в отдельности достаточно условно, так как все они взаимосвя­заны и взаимозависимы.

4.4. Нормирование естественного освещения помещений

Необходимое количество и качество природного света в помеще­ниях определяется их функциональ­ным назначением, точнее, характером зрительной работы. На основе много­летнего опыта и проведенных иссле­дований были установлены параметры естественного освещения, при которых обеспечиваются благоприятные усло­вия для зрения. Эти характеристики получили отражение в нормах, имею­щих у нас силу закона. Такими па­раметрами являются КЕО и неравно­мерность естественного освещения.

150 Часть II. Архитектурная светология

Нормируемые значения КЕО в по­мещении выбираются в зависимости от двух факторов: от сложности зритель­ной работы (которая в производствен­ных помещениях классифицируется по. величине объекта различения на 8 раз­рядов — от работы наивысшей точно­сти с деталями менее 0,15 мм до гру­бой с объектами более 5 мм; в граж­данских зданиях помещения имеют типологическую классификацию, см. табл. 4.13—4.14) и от системы есте­ственного освещения.

При одностороннем боковом есте­ственном освещении нормируется ми­нимальное значение КЕО в точке, рас-

При двустороннем боковом осве­щений нормируется минимальное зна­чение КЕО в средней зоне помещения на пересечении вертикальной плоско­сти характерного разреза помещения

положенной на расстоянии 1 м от сте­ны, наиболее удаленной от световых проемов, на пересечении вертикальной плоскости характерного поперечного разреза помещения и условной рабо­чей поверхности (или пола)¹.

В некоторых странах и городах нормируется значение КЕО в середине помещения, например, в жилых комнатах и кухнях в центре Москвы (нормы 1993 г.).

и условной рабочей поверхности (или пола), см. рис. 4.1.

При верхнем или комбинирован­ном естественном освещении нормиру­ется среднее значение КЕО в точках, расположенных на пересечении верти­кальной плоскости характерного раз­реза помещения и условной рабочей поверхности (или пола). Первая и по­следняя расчетные точки (не менее 5) принимаются на расстоянии 1 м от стен или перегородок.

где е¹н — нормированное значение КЕО по табл. 4.13 и 4.14; m — коэффициент светового кли­мата (табл. 4.11); С — коэффициент солнечности климата (табл. 4.12).

Неравномерность естественного ос­вещения помещений производственных и общественных зданий с верхним или комбинированным (верхним и боко­вым) естественным освещением и ос­новных помещений для детей и под­ростков при боковом освещении не должна превышать 3:1. Расчетное зна-

чение е_р при верхнем или комбини­рованном естественном освещении в любой точке на линии пересечения ус­ловной рабочей поверхности и плоско­сти характерного вертикального разре-

за помещения должно быть не менее нормированного значения КЕО при бо­ковом освещении для работ соответст­вующих разрядов.

Солнцезащитные устройства пре­дусматриваются для производственных помещений с постоянным пребыванием работающих, где выполняются работы I—IV разрядов, на промышленных предприятиях, проектируемых для строительства в III и IV климатиче­ских районах.

При технико-экономическом обос­новании допускается предусматривать солнцезащитные устройства и для про­изводственных зданий, проектируемых для других климатических районов.

Солнцезащитные устройства в об­щественных и жилых зданиях следует предусматривать в соответствии с гла­вами СНиП по проектированию этих зданий.

Расчет естественного освещения может быть предварительным (прибли­женным) или проверочным (более точ­ным). Первый способ применяется на ранних этапах проектирования и про­изводится по формулам (4.13) и (4.14), второй — на стадии детальной разработки — с использованием гра­фиков Данилюка (прил. II.2), расчет­ных формул (4.16)—(4.23) и справоч­ных таблиц 4.13—4.26.

4.5. Расчет естественного освещения помещений

Среднее значение КЕО (вер) при верхнем или комбинированном освещении определяется по формуле

где So — площадь световых проемов (в свету) при боковом освещении; 5п — площадь пола помеще­ния; вн — нормированное значение КЕО; Кз — ко­эффициент запаса, учитывающий загрязнение в процессе эксплуатации (см. табл. 4.15); ijo — све­товая характеристика окон (см. табл. 4.16); Хзд — коэффициент, учитывающий затенение окон про­тивостоящими зданиями (см. табл. 4.17); т₀ — об­щий коэффициент светопропуекания, определяе­мый по формуле

где f 1 — коэффициент светопропускания матери­ала (см. табл. 4.18); Т^г— коэффициент, учитыва­ющий потери света в переплетах светопроема (см. табл. 4.18); — коэффициент, учитывающий за­тенение несущими конструкциями; определяется по табл. 4.18 (при боковом освещении *э -1); f4 — коэффициент, учитывающий потери света в солн­цезащитных устройствах (см. табл. 4.19); Ts — ко­эффициент, учитывающий затенение защитной сеткой, устанавливаемой под фонарями; принима­ется равным 0,9; г\ — коэффициент, учитываю­щий повышение КЕО при боковом освещении бла­годаря свету, отраженному от поверхностей поме­щения и подстилающего слоя, прилегающего к зда­нию (см. табл. 4.20) \ — площадь световых

*Для нахождения г\ и гг требуется определить средневзвешенный коэффициент отражения j>_Cp по формуле проемов (в свету) при верхнем освещении; % ф — световая характеристика фонаря, определяемая по табл. 4.21 и 4.22; п — коэффициент, учитываю­щий повышение КЕО при верхнем освещении бла­годаря свету, отраженному от поверхностей поме­щения (см. табл. 4.23); Хф — коэффициент, учи­тывающий тип фонаря (см. табл. 4.24).

Проверочный расчет коэффициента есте­ственной освещенности (КЕО) следует произ­водить:

где £б — геометрический КЕО в расчетной точке при боковом освещении, учитывающий прямой свет неба; определяется по графикам I и II прил. 2; q — коэффициент, учитывающий неравномерную яркость облачного неба МКО (см. рис. 4.19 и табл. 4.25); £₃д — геометрический КЕО в расчет­ной точке при боковом освещении, учитывающий свет, отраженный от фасадов противостоящих зда­ний; определяется по графикам I и II прил. 2; R — коэффициент, учитывающий относительную яр­кость фасада противостоящего здания (см. табл. 4.26); 6 в — геометрический КЕО в расчет­ной точке при верхнем освещении; определяется по графикам II и III прил. 2; £_Ср — среднее значение геометрического КЕО при верхнем освещении на линии пересечения условной рабочей поверхности и плоскости характерного вертикального разреза помещения; определяется из соотношения

где Scr, S„t, S_n - соответственно шющади стен, _{где N} _ _{числ0 точек в которь1Х} определяется КЕО; потолка (за вычетом So и Эф) и пола, м . е\...ец — значения КЕО при верхнем или комбини-

рованном освещении в точках характерного разре­за помещения, определяемые по формулам (4.17) и (4.18).

Расчетные значения е_р, полученные по фор­мулам (4.16)—(4.20), следует округлять до деся­тых долей. Допускается отклонение расчетного значения КЕО (е_р) от нормированного КЕО (е_И ) на

-ю%.

Геометрический коэффициент естественной освещенности £б, учитывающий прямой свет неба 1 какой-либо точке помещения при боковом осве­щении, определяется по формуле

£б-0,01щ/г2, (4.22)

7ЖП1 — число лучей по графику I, проходящих от неба через световые проемы в расчетную точку на поперечном разрезе помещения (рис. 4.22); пг— число лучей по графику II, проходящих от неба че­рез световые проемы в расчетную точку на плане помещения (рис. 4.23).

Геометрический коэффициент естественной освещенности £₃д, учитывающий свет, отражен­ный от противостоящего здания при боковом осве­щении, определяется по формуле

£зд-0,01щп2, (4.23)

где п\ — число лучей по графику I, проходящих от фасада противостоящего здания через световой проем в расчетную точку на поперечном разрезе помещения (рис. 4.24); пг — число лучей по гра­фику II, проходящих от фасада противостоящего здания через световой проем в расчетную точку на плане помещения (рис. 4.23).

Подсчет числа лучей по графикам I и II про­изводится в следующем порядке:

а) график I накладывается на чертеж попе­речного разреза помещения, центр графика О со-

* Графики I и II или план и разрез изобража­ются на прозрачной пленке или кальке.

167 Часть II. Архитектурная светология

вмещается с расчетной точкой А, а основание гра­фика — с горизонтом, в большинстве случаев сов­падающим со следом рабочей поверхности (рис. 4.22);

б) подсчитывается число лучей щ, проходя- щих через световые проёмы от неба;

в) отмечается номер полуокружности на гра- фике I, которая проходит через точку С — середи- ну светового проема (рис. 4.22);

г) график II накладывается на план помеще- ния таким образом, чтобы его вертикальная ось, со- вмещенная с проекцией вертикального разреза, и горизонталь, номер которой соответствует номеру полуокружности по графику I, проходили через точку С (рис. 4.23);

д) по графику II подсчитывается число лучей пг, проходящих через световые проемы от неба;

е) определяется геометрический коэффици- ент естественной освещенности по формуле (4.22).

Подсчет лучей щ и пг, отраженных от проти­востоящего здания и проходящих через световой проем, производится по графикам I и II аналогично рис. 4.24 и формуле (4.23).

Геометрический коэффициент естественной освещенности в какой-либо точке помещения при верхнем освещении определяется по формуле

£_в-0,01лзл2, (4.24)

где из — число лучей по графику III, проходящих от неба в расчетную точку через световые проемы на поперечном разрезе помещения; пг — число лу­чей по графику II, проходящих от неба в расчетную точку через световые проемы на продольном раз-резще помещения (в случае нескольких световых проемов из и пг определяются отдельно для каждого проема, а затем произведения изиг суммируются).

Подсчет числа лучей по графикам III и II про­изводится в следующем порядке:

а) график III накладывается на чертеж попе- речного разреза помещения, центр графика О со- вмещается с расчетной точкой Б, а основание гра- фика III — с горизонтом (со следом рабочей повер- хности, если она горизонтальна);

б) подсчитывается число лучей из, проходя- щих от неба в расчетную точку Б через световые проемы от неба (рис. 4.25);

в) отмечается номер полуокружности графи- ка III, которая проходит через точку Сг — середину светового проема;

г) график II накладывается на чертеж про- дольного разреза помещения таким образом, чтобы его вертикальная ось, совмещенная с линией попе- речного разреза, и горизонталь, номер которой со- ответствует номеру полуокружности по графику III, проходили через середину светового проема (рис. 4.26);

д) по графику II подсчитывается число лучей пг, проходящих от неба через световые проемы;

е) определяется геометрический коэффици- ент естественной освещенности по формуле (4.24).

Далее по расчетной формуле (4.17) или (4.18) подсчитывается значение е_Р для каждой точки (как правило, их не менее 5 через равные интервалы) и из них по оси ординат (ось абсцисс — условная ра­бочая поверхность) на поперечном разрезе поме­щения в выбранном масштабе откладываются по­лученные величины. Эти намеченные точки соеди­няются плавной кривой КЕО, которая показывает распределение освещенности на рабочей поверх­ности в плоскости характерного вертикального раз­реза помещения.

Минимальное значение е_р при боковом осве­щении и среднее значение е\ или е_Р при верхнем или комбинированном естественном освещении сравнивается с нормированным значением е_н, ко­торое определяется по формуле (4.12) и служит ор­динатой линии, параллельной оси абсцисс на раз­резе. Если, например, кривая е% пересекает пря­мую ен, то точка их пересечения показывает грани­цу зоны с недостаточным естественным освещением рабочей поверхности в глубине поме­щения. При е_Р<е_н более чем на 10% следует внести коррективы в проект (увеличить светопроемы, пре­дусмотреть более светлую отделку в помещении и т.п.).

В процессе работы для записи всех получае­мых данных удобно пользоваться табл. 4.27 (при­мер для бокового освещения).

Расчет естественного освещения помещений далеко не исчерпывает за­дачу его проектирования. По сущест­ву, проектирование освещения начи­нается одновременно с решением ком­позиционных задач в процессе архи­тектурного проектирования, являясь его неотъемлемой частью, ибо выбор всех параметров формы здания и каж-

лого помещения, а также деталей в них оказывает в конечном счете оп­ределенное влияние на качество све­товой среды. Для архитектора гораздо важнее знать, какие факторы и как именно влияют на формообразование здания, а также как они учитываются светотехническим расчетом, нежели в тонкостях знать этот расчет. На рис. 4.27—4.36 кривыми КЕО схема­тически показана зависимость естест-

тельной ситуации, объемно-планиро­вочного решения здания, пластики фа­садов, размеров, формы и пропорций помещения, положения светопроема по отношению к рабочей поверхности,

венного освещения (его уровней и рас­пределения) в помещении от внешних и внутренних факторов — ориентации здания и светопроемов, град острой-

5 3-1008

размеров, формы, конструктивного и светотехнического решения окон и фо­нарей и их загрязнения, а также от внутренней отделки помещения.

В конечном итоге распределение света в интерьере в результате совме­стного действия вышеуказанных фак­торов приводит к определенному рас-

пределению яркостей на основных по­верхностях интерьера и к определен­ному пространственному впечатлению (табл. 4.28—4.29). Для характеристи­ки этого впечатления В.В.Вороновым

средней и нижней зон поля зрения (потолок, стены, пол). Располагая ма­териалы разной светлоты в той или иной зоне и выбирая нужную систему освещения, можно расчетным путем

(МАрхИ) предложена классифи­кация типов пространства интерь­ера (рис. 4.37), основанная на со­отношениях яркостей верхней,

получить требуемый эффект. При этом для некоторых типов пространства по­лезно помнить природные аналоги по распределению и соотношению яркостей.

Для производственных помещений, где превалируют функциональные тре­бования к освещению, разработаны бо­лее конкретные рекомендации (см. табл. 4.29).

Необходимо еще раз подчеркнуть, что эмпирически найденная в прошлом органичная взаимосвязь света и архи­тектурной формы не утрачена и в на­ши дни в лучших произведениях со­временного зодчества.

Формообразующее действие света в новейшей архитектуре представлено такими интересными примерами соо­ружений, как проект универмага "Га­лерея Лаорайет" в Берлине с ориги­нальной системой "световых воронок" для естественного освещения помеще­ний (рис. 4.38) или как проекты зда­ний, где применена новая технология освещения интерьеров с использовани­ем прямого солнечного света — гелио-осветительные установки (рис. 4.39).