Category Archives: АРХИТЕКТУРНАЯ ФИЗИКА

Е = ф/А

Глава 3. Светоцветовая среда — основа восприятия архитектуры 67


О)

Ем = Шм/?н)100%

Наряду с КЕО в расчетах естест­венного освещения применяется гео­метрический КЕО, обозначаемый ? . Он отличается от е тем, что не учи­тывает влияние остекления и отделки

В помещении, а также неравномерной яркости небосвода. Геометрический КЕО определяется по закону проек­ции телесного угла [см. формулу

(3.22) ]

Суммарное значение КЕО в той или иной точке помещения определя­ется следующими составляющими: до­лей естественного освещения, создава­емою прямым светом неба и оцени­ваемого значением геометрического КЕО; долей КЕО, обусловленной при боковом освещении отражением света фасадами противостоящих зданий и землей; при этом участие прямого солнечного света в создании яркости отражающих поверхностей исключает­ся; долей КЕО, обусловленной отра­жением света от внутренних поверх­ностей помещения.

Для оценки распределения естест­венной освещенности в помещении применяется показатель неравномер­ности освещения (на заданной повер­хности), который является отношени­ем минимального к среднему или ми­нимального к максимальному значе­нию КЕО.

При оценке качественной стороны освещения применяются следующие понятия:

Прямая блескость, проявляющаяся при наличии светящих поверхностей (окон, светильников и др.) в направ­лениях, близких к направлению зре­ния; периферическая блескость от све­тящих поверхностей в направлениях, не совпадающих с направлением зре­ния; отраженная блескость, вызван­ная наличием в поле зрения зеркаль­ных отражений от светящих источни­ков и поверхностей.

Различают два вида блескости: а) дискомфортную, связанную с непри­ятным ощущением, но не всегда ухуд­шающую видимость; б) слепящую, со­провождающуюся резким нарушением видимости.

68 Часть II. Архитектурная светология

При падении светового потока Ф на тело часть этого потока отража-

Таблица 3.4. Значения коэффициентов р, г и а

Материал

Тол­щина, мм

Коэффициенты,

Р

Г

А

Листовое оконное

2-3

8

90

2

Стекло

Узорчатое прокат­

3-6

20

70

10

Ное стекло

Молочное стекло

2—3

60

Матированное

2-3

65

Стекло

Зеркало посереб­

3-6

85

15

Ренное

Тонкие белые

8-9

55

5

40

Мраморные плиты

Материал с белой

80

20

Окраской

Ется от него (Ф^р ), часть проходит через тело (Ф^ ) и, наконец, часть поглощается телом (Ф^). На основа­нии закона сохранения энергии име­ем

Ф « Ф^> + Ф^ + ФоС.

Разделив обе части этого равенства на Ф, получим

1 = + Т + ,

Где ? — коэффициент отражения тела; определя­ется из отношения Фр /Ф; — коэффициент про­пускания тела; определяется из отношения Фг/Ф; сС— коэффициент поглощения; определяется из отношения <1>? /Ф.

Усредненные значения коэффи­циентов, т и об для некоторых строительных материалов приводятся в табл. 3.4.

Естественное освещение обладает по сравнению с искусственным той особенностью, что оно изменяется в течение года, сезона, дня как по уров­ню освещенности, так и по спектраль­ному составу.

>0

(3.16)

(3.17)

Для регламентации переменного по характеру естественного освещения от диффузного света неба принят КЕО, который аналитически выража­ется формулой (3.15).

Глава 3. С ее тещ ветовая среда — основа восприятия архитектуры 69


Рис. 3.11. Графическая мо­дель небосвода. Схема к за­кону проекции телесного уг­ла (аксонометрия и разрез I—/). Условное допущение: L\ — Ll = L3 = const

>Р=7

J РП

S — участок неба, видимый из точки М\ N—небосвод; — площадь проекции участка неба, освещающего точку М, на рабочую поверхность (РП); ЛГ — линия горизонта; & ° — угловая высота середины све — топроема С над горизонтом; Z — зенит небосвода; О — центр небосвода, совмещен­ный с исследуемой точкой М; L — яркость небосвода, кд/м

Значение КЕО показывает, какую долю составляет освещенность в дан­ной точке М помещения от одновре­менно измеренной освещенности гори­зонтальной поверхности на открытом месте при диффузном свете неба.

Абсолютное значение освещенно­сти, л к, в любой точке помещения можно найти из выражения

Ем — Енем/100,

Т. е. для определения освещенности в какой-либо точке помещения в тот или иной момент времени необходимо знать одновременную наружную осве­щенность при диффузном свете неба. Последняя находится по кривым на­ружной освещенности при диффузном свете неба, которые строятся обычно на основе результатов обработки мно­голетних измерений, регулярно прово­димых метеорологическими станция­ми.

В основу расчета и моделирования естественного освещения помещений положены два закона.

(3.18)

Закон проекции телесного угла. Он говорит, что освещенность Ем в какой-либо точке поверхности поме­щения, создаваемая равномерно светя­щейся поверхностью неба, прямо про­порциональна яркости неба Ь и пло­щади проекции 8 телесного угла, в пределах которого из данной точки виден участок неба, на освещаемую рабочую поверхность. При этом при­нято три допущения: 1) яркость неба во всех точках одинакова; 2) не учи­тывается влияние отраженного света; 3) не учитывается остекление свето — п роема.

Графически закон иллюстрируется следующим построением: проведем из точки М полусферу небосвода радиу­сом, равным единице, и обозначим яр­кость неба через Ь (рис. 3.11). Опре­делим освещенность в точке Л/, созда-

70 Часть II. Архитектурная светология


Т. е. освещенность в какой-либо точке помещения равна произведению ярко­сти участка неба, видимого из данной точки через светопроем, на проекцию этого участка неба на освещаемую по­верхность.

(3.21)

Представим теперь, что точка находится на открытой горизонтальной поверхности и освещает­ся всей равномерно яркой полусферой. В этом слу­чае

Ен = ЬТГЯ

Где — площадь полусферы на горизон­

Тальную поверхность; но — 1, следовательно, ?н — Ь Эт.

Отсюда

Ч ^

/ V /

/

М

X / /

/

/

Расположении точки на горизонтальной (1), на­клонной (2) и вертикаль­ной (3) плоскостях

(3.19)

6/ и

Рис. 3.12. Определение от­носительной световой ак­тивности светопроемов с помощью закона проек­ции телесного угла при

Ваемую в помещении через окно уча­стком полусферы 5, который можно принять за точечный источник света, по формуле (3.14). Выражая в ней си­лу света / участка неба 5 через яр­кость Ь согласно формуле (3.8), по­лучим

Ем = Ь$со% оС

Но 5соб об = 8 , т. е. площади проекции участка неба 5 на освеща­емую поверхность.

(3.20)

Таким образом, закон проекции телесного угла выражается формулой

Ем = , ?А/ — ьё /ЬЖ= 8/П\

Т. е. значение КЕО в какой-либо точке поверхности определяется отношением проекции видимого из данной точки помещения участка неба на освеща­емую поверхность к величине 5Г. Это отношение представляет собой геометрическое выражение ко­эффициента естественной освещенности — гео­метрический КЕО.

Практическое значение этого за­кона очень велико: пользуясь им, можно определить относительную све­товую активность различных светопро­емов или сравнивать освещенности, создаваемые одним и тем же свето — проемом, расположенным различно относительно рабочей плоскости (рис. 3.12), а также определять све­тотеневой рисунок на объемных объ­ектах и деталях под открытым небо­сводом в пасмурный день.

На основе этого закона разработа­ны графические способы расчета есте­ственного освещения (в частности, гра­фики Данилюка), получившие широ­кое распространение в нашей и миро­вой архитектурной практике.

(3.22)

Другой закон — закон светотех­нического подобия (рис. 3.13). Осве­щенность в точке М помещения со­здается через окна, обладающие ярко­стью Ь\ и Ь2. Различная яркость мо­жет создаваться, например, приме­нением различных сортов стекла (про-

Глава 4. Архитектурное освещение 71


ПЛАН

РАЗРЕЗ 1-1

Рис. 3.13, Схемы к зако­ну светотехнического подо­бия. Модели помещения в масштабе 1:10 (а) и

Зрачного, молочного, контрастного, матированного и т. д.). Однако при различных размерах окон (I и II), но с одинаковым остеклением, освещен­ность в точке М создается одним и тем же телесным углом с вершиной в этой точке.

1:20 (б) на разрезе I—I и плане

N — условный небосвод

Из закона проекции телесного угла следует, что освещенность в точке М остается постоянной при условии, если Li = L2 = Ln = const. Следовательно, освещенность в какой-либо точке по­мещения зависит не от абсолютных, а от относительных размеров помеще­ния.

Большое практическое значение этого закона заключается в том, что он позволяет решать задачи естествен­ного освещения, пользуясь методом моделирования, т. е. оценивать условия освещения помещений на моделях. Для этого изготовляются модели в масштабе не менее чем 1:20. При этом тщательно соблюдаются все геометри­ческие и светотехнические параметры (отделка, пропорции, детали и др.) интерьера.

Глава 4. АРХИТЕКТУРНОЕ ОСВЕЩЕНИЕ

Естественное и искусственное освещение городов и отдельных зданий и сооружений может и должно быть только "архитектурным", т. е. выпол­нять одновременно экологическую, эс­тетическую и экономическую функ­ции.

Прежде всего архитектурное осве­щение должно быть экологически со­вершенным, т. е. комфортным для зре­ния в городском пространстве и в по­мещении.

Широкое понятие комфортности освещения связано главным образом с обеспечением благоприятной видимо­сти и восприятия архитектурных форм, пространства и объектов чело­веком.

Обеспечение светового комфорта в общем случае достигается за счет ра­ционально выбранных количественных и качественных характеристик освеще­ния (как естественного, так и искус­ственного). Связанные с этим задачи контролируются нормами освещения.

Эстетика освещения определяется, во-первых, необходимостью гармони­зации светлотных и цветовых соотно­шений в пределах единого простран­ства или ансамбля пространств, закры­тых или открытых, а во-вторых, ди­зайном элементов осветительных систем и установок.

При решении задач, связанных с экологией и эстетикой освещения, важную, а иногда решающую роль иг­рает экономическая целесообразность реализации проекта с учетом эксплу­атационных расходов на содержание осветительных систем в будущем.

При выборе приемов и систем ос­вещения в процессе разработки архи­тектурного проекта можно условно вы­делить два этапа.

На первом этапе решают следую­щие задачи:

В соответствии с нормами выбира­ют необходимые уровни освещенности с учетом особенностей зрительной ра­боты (размер объектов различения, светлота фона, контраст между объек­тами и фоном и т. п.);

Обеспечивают неравномерность, контрастность и направленность осве­щения, способствующие наилучшей видимости объектов различения и све — томоделировке их формы;

Определяют спектр и динамику ос­вещения, обеспечивающие требуемую цветопередачу и эмоциональную ат­мосферу;

Устраняют или ограничивают ос — лепленность и дискомфорт, возникаю­щие при попадании в глаза прямых или отраженных лучей солнца, неба или источников искусственного света;

72 Часть II. Архитектурная светология

Выбирают расположение световых проемов, осветительных приборов и отделочных материалов, обеспечиваю­щее комфортное распределение ярко­стей и цвета в пространстве.

Второй этап проектирования включает решение архитектурной сверхзадачи — создание архитектур­ного светового образа, который возни­кает в результате взаимодействия ар­хитектуры и света. В интерьерах этот образ зависит от назначения помеще­ний. Так, в зрительных залах архи­тектурный световой образ должен со­здавать впечатление праздничности и торжественности; в музеях и картин­ных галереях — ощущение отрешен­ности от внешнего мира и сосредото­ченности; в производственных поме­щениях — иллюзию естественности световой среды.

Хорошими примерами достигнутой гармонии архитектуры и света служат древнегреческие и древнеримские соо­ружения. Архитектурный световой об­раз древнегреческого Парфенона в Афинах ассоциируется с солнечным днем. Пластические свойства солнеч­ного света отчетливо выявляют текто­нику сооружения, форму и профили­ровку архитектурных деталей фасада и интерьера. Мягкое освещение целлы создается благодаря рассеиванию пря­мых лучей солнца при прохождении через гипефральные отверстия, за­полненные тонкими плитами белого мрамора1. Наиболее сильное впечатле­ние на молящихся интерьер произво­дит в часы утренней службы, когда проникающий в целлу через проем в восточной стене солнечный свет осве­щает статую Афины Парфенос.

Не менее интересен архитектур­ный световой образ римского Пантео­на. Это впечатляющий пример гармо­нии света и архитектуры. В помеще­нии царит сдержанное равномерное ос-

АСуществует и другая гипотеза, согласно кото­рой целла не имела покрытия и освещалась солн­цем и небом.

Вещение, усиливающее впечатление сосредоточенности и покоя. Центр композиции — круглое отверстие в вершине купола диаметром 8,9 м, оно же является и центром внимания по­сетителей. Проем, через который вид­но небо, усиливает впечатление глу­бины пространства. Купол символиче­ски воспринимается как грандиозный небосвод. Мягкое сдержанное рассеян­ное освещение интерьера удивительно гармонично сочетается с высокой яр­костью передвигающегося по внутрен­ней поверхности купола солнечного пятна, что создает ощущение контр­аста солнца и полумрака, жизни и смерти.

В современной архитектуре выра­зительные решения достигаются искус­ным сочетанием естественного и ис­кусственного света, применением но­вейших светотехнических и строитель­ных материалов и конструкций, разработкой оригинальных оптических систем, новых архитектурных форм и, в конечном итоге, рождением харак­терных образов.

4.7. Системы естественного освещения помещений

Существуют три системы ес­тественного освещения помещений: бо­ковое, верхнее и комбинированное ос­вещение. Эта классификация положе­на в основу нормирования естествен­ного освещения.

Система бокового освещения под­разделяется на одно-, двух-, трехсто­роннее и круговое освещение.

Система верхнего освещения мо­жет быть обеспечена различными ус­тройствами — от полностью светопро — пускающего покрытия до точечных фонарей и световых шахт.

Система комбинированного естест­венного освещения представляет собой комбинацию бокового и верхнего ос­вещения (рис. 4.1).

Если любая из этих систем не обеспечивает требуемого уровня осве­щения и его качества (комфортности), то она может быть дополнена искус­ственным освещением. Такая система получила название совмещенной (см.

П. 4.9).

Выбор архитектором систем осве­щения определяется прежде всего на­значением помещения.

Основными задачами проектирова­ния естественного освещения зданий являются: 1) выбор типа, размеров и расположения световых проемов (в стенах и покрытиях), при которых в помещениях обеспечиваются нормиро­ванные показатели освещения; 2) за­щита рабочих зон помещения от сле­пящей яркости прямых и отраженных лучей солнца; 3) согласование вы­бранных светопроемов и их располо­жения с архитектурными требования­ми к освещению, способствующими выявлению пространства, тектоники, ритма, цветового решения и характер­ного образа сооружения.

Первую задачу, связанную с вы­бором типа и расположения светопро­емов, следует решать на основе све­тотехнических расчетов, подтверждаю­щих соблюдение норм. При этом не­обходимо учитывать затенение рабочих поверхностей оборудованием и корпусом самого работающего. По­следнее в большой степени зависит от системы естественного освещения и расположения работающего относи­тельно светового проема.

На рис. 4.2 и 4.3 дана классифи­кация окон и фонарей, облегчающая проектировщику выбор типа и распо­ложения светопроемов. Светотехниче­ские и эксплуатационные характери­стики окон приведены в табл. 4.1, фо­нарей — на рис. 4.4.

Глава 4. Архитектурное освещение 73

При выборе типа светопроемов и их расположения в помещении надо руководствоваться данными об их от­носительной световой активности, про­порциях, расстоянии друг от друга для

74 Часть 11. Архитектурная светология

Рис. 4Л. Системы естествен­ною освещения помещений и нормируемые значения КЕО

А — боковое освещение, одно­стороннее (слева) и двусто­роннее (справа); *н< *мин; б — верхнее освещение, П-об — разныи, зенитный (слева) и шедовый (справа) фонари; в — комбинированное (боковое плюс верхнее) освещение; ?н< $ еср (б, в)

Б)

/

‘рп

§сг 4_______________________ ;

Е

‘Р

\

Ен ! __

\ еср

/

\

Ч

РП

Шш

Окна вертикальные

Двустороннее освещение

| — I

А— —б—4—— &

6)

О) одностороннее

Освещение

Окна в средней зоне

ОКНА МАДРАТНЫЕ

Верхней зоне

I ДВУХЪЯРУСНЫЕ ОКНА

Окно горизонтальное (ленточное)

У е ^

Рис. <2. Классификация приемов бокового освеще­ния через окна (а) и ти­пы окон (б)

1,2 — большая и средняя не­равномерность освещения; 3 — равномерное освещение (показано кривой КЕО)

Глава 4. Архитектурное освещение 75


Расположение фонарей

Рис. 4.3. Классификация ти­пов фонарей

Тип фонаря

Прямоугольный

Направление света

Продольное

ДВУСТОРОННЕЕ

*

Двустороннее

Продольное

Трапециевидный

Поперечное

Одностороннее

Пилообразный (шедовый) с вертикальным остеклением

+

4-

Одностороннее

Поперечное

Пилообразный с наклонным остеклением (шед)

Зенитный

Зенитное

Зенитное

Зенитный

Зенитное

Шахтное

Продольное

197

КЕО, Я


Ш

1,5

1

О>5

Типы

ФОНАРЕЙ

Рис. 4Л Относительная све­товая активность фонарей при их площади, составляю­щей 10% площади пола

О

76 Часть И. Архитектурная светология


Таблица 4.1. Приемы бокового освещения и области рационального их использования

Таблица 4.3. Относительная световая актив­ность фонарей при одинаковой площади свето — проемов (без учета конструкции)

Одностороннее освеще­ние при высоте подоконника

Обычной (0,8—1,2 м)

Увеличен­ной (> 1,2 м)

Тип фонаря

Двустороннее освеще ние при обычной (0,8— 1,2 м) и увели­ченной (> 1,2 м) вы­соте подоконника

Изменение значения среднего КЕО на го­ризонтальной рабочей плоскости, %

1. При до­пустимости большой не­равномер­ности осве­щения по глубине помещения 1. При требо­вании обеспе­чить более равномерное освещение в помеще­нии

1. При требовании обеспечить равно­мерное освещение в помещении

100 160

120 130 230

Прямоугольный с дву­сторонним остеклением Трапециевидный Пилообразный (шед) с остеклением; вертикальным наклонным Зенитный

2. При необходимости обеспечить односторон­не направленный свет в помещении

3. При необходимости обеспечить защиту от ин­соляции планировоч­ными средствами (окна на север)

4. При необходимости сохранения в течение рабочего времени отно­сительного постоянства спектра света и яркости светопроема (окна на

2. При отсутствии требований к направ­ленности света или при воз м ожности изменять положение работающего по от­ношению к окну

3. При защите от ин­соляции помещения в течение рабочего времени с помощью солнцезащитных устройств

4. В помещениях, относимых по усло­виям зрительной ра­боты к I—VI разря­дам, с большой глу­биной заложения

Таблица 4.4. Изменение среднего КЕО в зависимости от высоты помещения

Отношение

Значения

Среднего

Тип

Высоты

КЕО, %

Фонаря

Помеще­

Ния к

При

При трех

Ширине

Одном

И более

Пролета

Пролете

Пролетах

Дву стор онний

0,4

100

110

С вертикаль­

0,7

65

100

Ным остекле­

1,0

50

80

Нием

Трапециевид­

0,4

100

НО

Ный

0,7

75

100

1,0

65

90

Север)

5. При совмещенном (естественном + искус­ственном) освещении многоэтажных зданий, характеризующихся большой глубиной поме­щений при небольшой их высоте

Таблица 4.2. Относительная световая актив­ность окон, имеющих одинаковую площадь, при различном их расположении по высоте помещения

Расположение окон от — Изменение значения

Носительно рабочей минимального КЕО

Горизонтальной плос — на горизонтальной

Кости в зоне стены рабочей плоскости, %

TOC \o "1-3" \h \z Верхней 125

Средней 100

Нижней 55

Примечания: 1. За 100% принято среднее значение КЕО в трехпролетном помещении при отношении высоты помещения к ширине про­лета 0,7. 2. При двух пролетах среднее значение КЕО берется по интерполяции.

Обеспечения нормированной неравно­мерности освещения в помещении, а также о зависимости среднего значе­ния КЕО от высоты помещения. Дан­ные о световой активности светопрое — мов приведены в табл. 4.2 и 4.3.

Рекомендуемое отношение ширины двусторонних П-образных фонарей с вертикальным остеклением к ширине пролета помещения колеблется в пре­делах 0,4—0,6; это же отношение ре­комендуется и для трапециевидных фонарей (принимая ширину фонарей по средней линии трапеции). Рекомен-

Глава 4, Архитектурное освещение 77


Рис. 4.5. Классификация приемов естественного осве­щения по характеру свето — распределения

Дуется принимать следующие наиболь­шие расстояния между осями смежных фонарей: для П-образных — 4Лф, для трапециевидных — ЗЛф, для зенит­ных — 2,5Лф, где Лф — высота фо­наря от уровня кровли до карниза фо­наря.

Для устранения затенения от со­седних фонарей расстояние между ос­теклением смежных П-образных фо­нарей должно составлять не менее полуторной суммы высот этих фона­рей, а при трапециевидных и зенит­ных фонарях — не менее суммы их высот.

Зависимость среднего КЕО в по­мещении от высоты помещения при­ведена в табл. 4.4. Из данных таблицы видно, что в многопролетных зданиях высота помещения оказывает незначи­тельное влияние на значение среднего КЕО в пролете.

Среди архитектурно-строительных приемов естественного освещения ин­терьеров важную роль играют солнце­защитные архитектурно-планировоч­ные и конструктивные решения, сущ­ность которых изложена в гл. 5.

При выборе типов окон и фонарей и их расположения в пространстве це­ха необходимо учитывать большую ар­хитектурную роль этих деталей ин­терьера, которые вносят свой ритм в членение пространства, способствуют выявлению его глубины, а также во многом определяют художественную тектонику помещений.

По характеру распределения про­шедшего в помещение светового пото­ка окна и фонари подразделяются на три вида (рис. 4.5):

Первый вид (рис. 4.5,а) характе­ризуется отчетливо выраженной на­правленностью светового потока, кото­рый четко выделяет формы рассмат­риваемой детали благодаря образую­щимся собственной и падающей теням, т. е. обладает наилучшим светомодели — рующим эффектом;

Световые проемы второго вида (рис. 4.5,6) создают в помещениях так называемое бестеневое освещение бла­годаря двустороннему или многосто­роннему освещению объектов в ин­терьере или применению в светопро — емах светорассеивающих материалов

(стекла, пленки, решетки и т. п.; обоз­начены штриховыми линиями);

Для третьего вида естественного ос­вещения (рис. 4.5,в) характерно ис­пользование отраженного света, кото­рый создается скрытыми от наблюда­теля окнами; этот прием освещения создает иллюзию открытого проема и зрительно увеличивает глубину про­странства.

Проектирование системы верхнего освещения в современных зданиях — задача большой сложности; ее надо ре­шать комплексно, с учетом климати­ческих условий района строительства и особенностей технологии производ­ства. Большую помощь при решении этой задачи может оказать приведен­ная на рис. 4.6 зональная типизация фонарей, где указаны рекомендуемые типы фонарей для различных сочета­ний внешней среды и микроклимата помещений.

78 Часть II. Архитектурная светология

Ф

Задачи проектирования естествен­ного освещения зданий определяются их художественным образом и назна-

Рис. 4.6. Зональная типи­зация фонарей

А — рекомендуемые обла­сти применения различных типов фонарей в разных районах страны: А — холод­но, многоснежно; Б — уме­ренно, снежно; В — умерен­

Чением. Классификация зданий в за­висимости от требований к световой среде приведена в табл. 4.5.

Естественное освещение зданий, относящихся к I группе, целесообразно решать так, чтобы свет подчеркивал архитектурное значение центральных (главных) помещений, акцентировал оси и членение пространства, служил своеобразным гидом при движении по­сетителей от вестибюля к центру зда­ния.

Но, многоснежно; Г — жар­ко, малоснежно; б — реко­мендуемые типы фонарей для разных климатических условий с учетом качества внутренней среды

Приемы естественного освещения зданий, относящихся к группе I, мож­но проследить на архитектурных па­мятниках прошлого. Используя свет и цвет для акцентирования идейного и х удож ественного замысла, зодчие



.