Розділ 1. Природна освітленість приміщень і забудови

ВСТУП

Світлологія – наука про світлове середовище в будинках і спорудах, закономірності поширення світла, про гігієну світла та його вплив на фізіологічний і психічний стан людського організму.

Важливе місце посідає також інформаційний бік світла. Визнано, що інформацію про навколишнє середовище людина отримує головним чином через органи зору, а тому пізнання закономірностей освітлення приміщень і робочих поверхонь у них відіграє велике функціональне й технічне значення.

Освітлювання приміщень і території забудови може виконуватися природним, тобто денним світлом, а з настанням присмерку – джерелами штучного освітлення. Денне освітлення вивчається в умовах захмареного неба за режимом МКО (Міжнародної комісії по освітленню). Вивчення закономірностей надходження прямих сонячних променів до приміщень і їх фізико - біологічних властивостей відноситься до іншого розділу світлології, названого інсоляцією. Джерелом природного світла та інсоляції є Сонце.

Сонце – це найпоширеніший у нашій галактиці тип жовтої зірки з відносно невеликими розмірами, масою і температурою поверхні, що становить близько 6000⁰С. Порівняно із Землею ця буденна зірка галактики має величезну масу, що у 333343 рази перевищує земну. Відстань від Сонця до Землі сонячний промінь проходить за 8 хвилин, приносячи за 1 сек на 1 см² поверхні атмосфери 1,93 калорій сонячної енергії, більше ніж половину якої затримує атмосфера. За кожні 3 дні Сонце надсилає на Землю стільки тепла і світла, скільки можна було б одержати при спалюванні всіх земних запасів вугілля, нафти та всіх лісів.

Із усієї кількості теплової енергії, яка досягає поверхні Землі, 40,9% витрачається на випаровування вологи, 13,6% – на конвективне нагрівання повітря, 45,4% – на теплообмін випромінюванням і 0,1% поглинається й засвоюється рослинністю. Одночасно з фізичними процесами під дією сонячної енергії на Землі постійно відбувається ціла низка хіміко-біологічних перетворень, без яких неможливе існування життя.

Інсоляція (від лат. Insolo – виставляю на сонце) є опромінення певної поверхні прямими сонячними променями. В архітектурному відношенні інсоляція впливає на освітленість фасадів і приміщень будинків, на архітектурно-художню виразність форм, на затіненість території й разом із цим є важливим фізичним, біологічним та психологічним природним фактором зовнішнього й внутрішнього середовища. Раціональне врахування цього фактора при проектуванні і забудові міст передбачається нормами будівельного проектування. Саме це сприяє поліпшенню умов мікроклімату в забудові й належним чином підвищенню якості проектних рішень.

Урахування фактора інсоляції при проектуванні забудови пов’язане з питанням її щільності і техніко-економічної ефективності. У південних районах країни, де надмірність теплової дії викликає перегрівання приміщень, доводиться передбачати сонцезахисні пристрої. В районах північніше від 50⁰ пн. ш. виникає можливість застосування будинків меридіональної орієнтації з ефективними в техніко-економічному відношенні 4-квартирними секціями, але це спричиняє істотне зниження щільності житлової забудови. Разом із цим неузгодженість вимог інсоляції з нормованою до недавнього щільністю житлового фонду спонукала містобудівників узагалі відмовитися від цього показника житлової забудови.

Пояснюється це як недосконалістю нормативу інсоляції, так і недостатністю вивчення питання, пов’язаного із взаємозв’язком між інсоляцією і щільністю житлового фонду забудови. В цій праці зроблено спробу комплексного підходу до вирішення задачі щільності забудови з одночасним забезпеченням житлових приміщень належною інсоляцією, денним освітленням, шумовим режимом, повітрообміном та ін. При цьому фактор інсоляції виявився в більшості випадків значущим.

Доведено, що висока щільність житлового фонду забудови може бути досягнута як у південних, так і в північних районах нашої країни, але в районах південніше від 50⁰ пн. ш. необхідно при цьому застосовувати для забудови секції діагонального і широтного типу. Застосування 2- й 3-квартирних секцій у будинках широтної орієнтації в середній смузі дає істотну економію території та скорочення надвірних комунікацій, і в цьому розумінні можна піддавати сумніву усталену думку про низьку техніко-економічну ефективність широтних секцій.

У роботі дається аналіз існуючих методів розрахунку інсоляції з докладним описом графоаналітичного й універсального аналітичного методу. Наводяться приклади розв’язання задач.

Розділ 1. Природна освітленість приміщень і забудови

1.1. Роль і місце світлології в містобудуванні

Містобудівна діяльність направлена на раціональне освоєння міських територій, принципом якого є максимальна ефективність використання територіальних ресурсів. Генералізація території проходить у два етапи. На першому в ході складання генерального плану міста чи населеного пункту містобудівник вирішує задачі у напрямі диференціації території від загального до окремого, від цілого до елементів системи. Розміри цих елементів будуть більшими або меншими залежно від масштабу і характеру системи. Цими елементами можуть бути різні матеріальні об’єкти. Для планувальної структури міста це будуть житлові й промислові райони, громадські центри, міські парки, транспортна інфраструктура. Для житлового кварталу це житлові будинки, їх групи, установи громадського обслуговування, майданчики для відпочинку, занять спортом, дороги і проїзди.

Другий етап генералізації території постає у процесі складання проекту детального планування, коли відбувається вирішення зворотної задачі містобудівного планування від окремого до загального. На другому етапі відбувається зворотний процес, тепер уже інтегрування елементів у єдине ціле, процес синтезу ідейно-композиційних підходів до створення планувально-просторової структури з урахуванням нормативних вимог і рекомендацій до забезпечення санітарно-гігієнічних, екологічних, транспортних і протипожежних заходів та вимог.

І от саме на цьому етапі повною мірою постають питання формування температурно-вологісного, вітрового, світлового та інсоляційного мікроклімату, а з ними й необхідність у світло-технічних, інсоляційних розрахунках, необхідність побудови гарантійно-інсоляційних зон, обчислення ступеня затінення незабудованої території, його регулювання планувальними заходами і виявлення в результаті оптимальної структури забудови, яка б найефективніше дозволяла використати відведену територію. Для доповнення до кліматичного паспорта міста на цьому етапі виконуються розрахунки, будуються графіки, складаються схеми планів і проводиться аналіз, робляться висновки, вносяться зміни чи корективи до планів та в структуру забудови. У результаті досягається поєднання архітектурно-естетичних уявлень автора з функцією і фізико-кліматичними прогнозами мікроклімату. В ході такого синтезу відбувається вдале чи менш вдале “поєднання світла і конструкції” в забудові.

1.2. Роль світла

До 80 – 85% інформації про навколишній світ людина одержує 27 завдяки органам зору. На відміну від більшості представників тваринного світу людина здатна розрізняти навколишнє середовище в кольорі. Без перебільшення можна сказати, що природне освітлення є одним із найважливіших факторів зовнішнього середовища. Світло, діючи через органи зору, викликає збудження організму. Під дією світла перебудовуються фізіологічні і психологічні реакції організму, змінюється загальний тонус та підтримується діяльний стан. Світло впливає на різнобічні фізіологічні процеси в організмі, активізує процеси обміну речовин і підвищує газообмін 12; 27.

У психологічному відношенні воно поряд з інсоляцією сприяє доброму настрою, робить людину бадьорою, життєдіяльною. При недостатньому освітленні приміщень людина стає повільною, обережною, навіть нерішучою. Похмурість і сірість навколишнього середовища знижує фізичну й розумову діяльність людей. У цьому відношенні заслуговують на увагу досліди, що проводились із метою вивчення впливу світла на організм людей, на їх психічний стан при різних умовах освітлення навчальних приміщень.

Вивчення хімічних процесів, які проходять у головному мозку під дією світла, показало, що найбільш чутливо реагує на зміни освітленості маленька гулеподібна залоза, яка виробляє специфічний гормон мелатонін. Його концентрація в організмі залежить від інтенсивності освітленості, і чим нижча інтенсивність освітленості, тим більше мелатоніну, який гальмує активність роботи мозку. Навпаки, під дією яскравого світла кількість цього гормону зменшується і в результаті підвищується тонус, покращується самопочуття, зростає активність організму. Зясувалося, що блакитне і синє світло також гальмує вироблення мелатоніну. Ці знання дозволяють виробити належний режим освітлення приміщень. Вивчення оптимальної освітленості навчальних приміщень зясувало, що найсприятливіші умови для праці створюються при наявності достатнього 12, 29 дифузного світла і з цього погляду надмірна тривалість інсоляції приміщень не бажана. Недостатня освітленість приміщень погіршує умови праці, знижує рівень розпізнавання деталей навколишніх предметів, сприяє змінам в органах зору, що ж до дітей – розвивається короткозорість.

Чим довше триває природне освітлення і задовольняє людей за добу, тим менше витрат іде на штучне освітлення. У гігієнічному відношенні воно найсприятливіше. При цьому очі людей комфортно сприймають лише дифузне, відбите світло від поверхонь, а прямі сонячні й відбиті від дзеркальної поверхні промені засліплюють їх.

Складові світлового клімату та сфера різнобічної взаємодії його з архітектурою наведені на рисунку 1.1 29.

У загальному випадку природне освітлення 27 у забудові створюється прямими і відбитими променями від небосхилу, прилеглої поверхні території й оточуючих елементів забудови, тобто

Е_і = Е_np + E_q + E₃ + E_e , (1.1)

де Е_і – загальна освітленість у даному місці; E_np – освітленість від прямих променів Сонця; E_q – дифузне світло, відбите від небосхилу; E₃ – освітленість за рахунок відбитого світла від землі (прилеглої території); E_e – освітленість за рахунок променів, відбитих від елементів забудови.

На освітленість приміщень на відміну від цього впливає ще й світло, відбите від поверхонь стін, стелі, підлоги і навколишніх предметів. Природна освітленість приміщень вважається задовільною, якщо у найвіддаленіших місцях вона не нижче від критичної, встановленої за гігієнічними умовами спостереження чи виконання певної роботи.

Величина освітленості від прямих променів, як і дифузне світло, зележить від стану атмосфери, географічної широти місцевості, пори року та часу дня. При ясному небосхилі освітленість від прямих променів залежить від пори року і висоти стояння Сонця, а дифузне світло є функцією розподілу яскравостей неба та землі й тому може бути визначене через середню яскравість небосхилу [35].

Рис. 1.1. Функції світла