Category Archives: АРХИТЕКТУРНАЯ ФИЗИКА

Глава 4. Архитектурное освещение 79

6)

Качество внутренней среды

С нормальным режимом

Горячие

Й*^ | у

ХАРАКТЕРИСТИКА КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

ЦЕХИ

Холодные

3:

ГЬх 1

Б, В

!

А 3

¦зГХ А

Г

Таблица 4.5. Классификация зданий по требованиям к световой среде

Группа| зданий I

Примеры

Требования к световой среде

Определяются в основном идейно — художественными задачами

Функциональные с учетом зрительной адаптации посетителей

Определяются высокими требова­ниями к обеспечению условий зри­тельной работоспособности в соче­тании с эстетическими и гигиеничес­кими требованиями

I

II

III

Определяются в основном психоло­гическими, эстетическими и гигиени­ческими требованиями

1. Здания мемориальной архитектуры

2. Здания парламентов, судов, власти

3. Дворцы культуры, науки и искусства

4. Культовые сооружения

1. Панорамы, диорамы

2. Картинные галереи и музеи

3. Выставочные здания

4. Спортивные залы

1. Здания высших и средних учебных заведений

2. Школы

3. Здания проектных и научно-исследователь — ских институтов

4. Производственные здания и офисы

1. Здания лечебных учреждений, санаториев и домов отдыха

2. Здания детских учреждений

3. Жилые дома

80 Часть II. Архитектурная светология


Рис. 4.7. Разрез и план здания панорамы — На разре­зе схематически показан ха­рактер изменения яркости ?* по ходу движения посе­тителя с целью создания зрительной иллюзии огромно­го пространства, насыщенно­го светом

1 — зона пониженной яркости адаптации ?а на плане в мес­те расположения зрителей

Достигали большой выразительности интерьеров и предопределяли настро­ение и впечатление посетителя (архи­тектурная сверхзадача).

Интересно решено освещение со­бора Св. Петра в Риме, основанное на использовании темновой адаптации. Полусумрак, царящий во входной ча­сти интерьера, подчеркивает яркость алтаря, освещенного светом, идущим от "неба" — от купола. Расположен­ные в нижней части купола окна хо­рошо освещают его пространство и в совокупности с выбранной вытянутой по вертикали формой купола создают впечатление большой глубины и уст­ремленности к небу.

Примеры удачного использования света для создания подобного вида ил­люзий можно найти в русской клас­сической архитектуре (собор в Но­во-Иерусалимском монастыре на Истре, Казанский собор в С.-Петер­бурге).

В основных помещениях зданий II группы свет используется как эффек­тивное средство акцентирования вни­мания на объекте восприятия (карти­не, скульптуре, сценической или спор­тивной мизансцене, панораме и т. д.), т. е. как бы без персонификации его роли в окружающем архитектурном пространстве (рис. 4.7). Для этого применяется неравномерное распреде­ление света в помещении и использу­ется эффект темновой адаптации глаз наблюдателей, располагающихся в зо­не пониженной яркости.

Демонстрационные залы в зависи­мости от экспозиции подразделяются на два вида: в первых преобладают плоскостные экспонаты (картины, го­белены и т. п.), во вторых — объемные (скульптура, оборудование).

При проектировании картинных галерей необходимо предусматривать выполнение следующих требований:

А) обеспечение достаточно интен­сивной освещенности картин, которая характеризуется средним значением КЕО на плоскости картины в преде­лах 1,5—2%;

Б) соблюдение определенного от­ношения среднего КЕО на плоскости картины ек к значению КЕО на вер­тикальной плоскости, проходящей че-

Глава 4. Архитектурное освещение 81


Рис. Прием СиджерОу позволяющий значительно уменьшать высоту помеще­ний и достигать неравномер­ного освещения выставоч­ной зоны и зоны наблюде­ния, способствующею наилуч­шей видимости картин

А, б, в — варианты архитектур­ных решений; Нэ — высота экспоната

4

6)

Рез глаз наблюдателя, ев; численное значение отношения ек/еъ должно быть больше единицы и не превышать 10;

В) соблюдение определенного от­ношения среднего значения КЕО на горизонтальной плоскости в зале еГ на уровне глаз наблюдателя к среднему значению КЕО на поверхности карти­ны ек; численное значение отношения должно быть меньше единицы;

Г) полное устранение инсоляции помещений во избежание разруши­тельного действия на картины прямого солнечного света, особенно его ульт­рафиолетовой составляющей;

Д) искусственное освещение кар­тинных галерей должно дополнять и продолжать естественное освещение как по уровню освещенности, так и по распределению света в помещении, соотношению яркостей (освещенно — стей) и спектральному составу света.

Освещение залов картинной гале­реи осуществляется через окна или фонари. При боковом освещении залов целесообразно применять кабинетную планировку здания. Демонстрацион­ные залы при кабинетной планировке обычно имеют размеры 10×10 и 12×12 м. Достоинством этого архитек­турного решения является возмож­ность сосредоточенного обозревания экспозиций, а также экспонирования произведений искусства и техники в интерьерах, архитектура которых со­ответствует времени создания этих произведений.

При верхнем освещении картин­ных галерей целесообразно пользо­ваться приемом Сиджера (рис. 4.8), который позволяет соблюдать изло­женные выше требования и, в част­ности, устранить зеркальные отраже­ния светопроемов на бликующей пло­скости картин, резко ухудшающие их восприятие.

Устранение инсоляции в залах картинной галереи обеспечивается ориентацией светопроемов на север­ную часть неба, а также применени­ем фонарей шедового типа (на север) и экранированием прямых лучей сол­нца различными солнцезащитными средствами (см. гл. 5).

В демонстрационных залах со скульптурами и объемными экспона-

82 Часть //. Архитектурная светология


А)

/

Е

Е

Им

Тами предпочтительно применять вер­хнебоковое, а также верхнее освеще­ние в виде зенитных фонарей, свето­вых шахт и т. п., обеспечивающих ча­стичное проникание прямого солнеч­ного света, который в сочетании с отраженным светом от стен, потолка и пола обеспечивает условия освещен­ности, приближающиеся к природному солнечному освещению. На рис. 4.9 приведены примеры верхнего освеще­ния некоторых современных музеев.

Особую группу общественных зда­ний представляют павильоны на меж-

Рис. 4.91 Приемы верхне­го освещения музеев с объемными экспозициями, расположенными

Представляли павильоны СССР и США на Всемирных выставках в Брюсселе (1959) и в Монреале (1967).

Павильон СССР (архит. А. Т.По­лянский) выделялся лаконичностью и простотой архитектурного решения (рис. 4.10). Сплошь остекленные сте-

А — в центральной зоне по­мещения; б — по обе сторо­ны центрального прохода; / — зона адаптации (Ьа); II — зона экспозиции (?э); кри­вые показывают распреде­ление КЕО в зонах экспози­ции и адаптации, обеспечи­вающее хорошие условия обозревания экспонатов; Ьъ’. ?2*3

Дународных выставках, в которых де­монстрируются достижения различных государств в области культуры, науки и техники. Существенный интерес

Рис. 4.10. Поперечный раз — ет равномерно распределен — рез павильона СССР на ное интенсивное освеще —

Всемирной выставке в ние интерьера

Брюсселе (1958). На. разре­зе нанесена кривая КЕО, которая характеризу*

Глава 4. Архитектурное освещение 83


-0.25

ПЛАН ПОКРЫТИЯ

|

15 10

Рис. 4.11. Павильон США на Всемирной выставке в Брюсселе (1958)

Из чередующегося зеркального 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.

НЫ

И

А — поперечный разрез па­вильона с нанесенной на нем кривой КЕО, которая показывает распределение света, подчеркивающего центрическую композицию здания и хорошо выделяю­щего демонстрационную площадку А расположен­ную в центре искусственно­го пруда; б — детали разре­за и плана покрытия па­вильона с расположенными на них источниками искус­ственного освещения — эле­ментами световой архитек­туры здания; 1 — светящий­ся карниз; 2 — лаМпы нака­ливания; 3 — типовая секция; 4 — просвечиваю­щий сотопласт (покрытие); 5 — нейлоновая сетка

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-

84 Часть IL Архитектурная светология


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 соот­ношений яркостей, наблюдаемых в природе;

Б) неравномерность освещения по­мещения и насыщенность интерьера светом; насыщенность определяется в основном значением цилиндрической освещенности, выбираемой по СНиП;

В) направленность света, которая в помещениях для чтения, письма, ри­сования, лепки и т. п. должна быть слева; опыт показывает, что при рас­положении окон и фонарей надо от­давать предпочтение верхнебоковому направлению светового потока под уг­лом 30° к горизонту и более;

Г) зрительный дискомфорт, возни­кающий при попадании в поле зрения учащихся поверхностей с чрезмерно высокой яркостью: от прямых и отра­женных лучей солнца, от неба, а так­же от осветительных приборов. Кри­терием 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.

Рис. 4Л2- Примеры рацио казываег распределение

Мольного естественного ос — КЕО)

Вещения спортивных за — />// — рабочая поверхность лов (штриховая линия по —

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 решении аудиторий и классов приводятся на

Рис. 4.13.

Глава 4. Архитектурное освещение 85

Ипипмпшниммпмипитннпшицщ

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-

86 Часть II. Архитектурная светология


1-1

А)

Рп пг п

ПЛАН

6)

Ь

Л

1

1

Пг г

,1

" [,—,(1

Рис. 4.13. Приемы освеще­ния классов и аудиторий

А — одностороннее освеще­ние при небольшой глубине помещения; б — двусторон­нее освещение глубокого клас­са; в — варианты совмещен­ного освещения; I — светя­щийся карниз; 2 — искусст­венное окно; 3 — второй свет

Ния; при ооязательнои 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 про­порций 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/А при наибольшем отношении длины поме­щения I (размер по фасаду) к его глу­бине В.

Значительное влияние на мини­мальное значение КЕО в помещении

/77?/7

100

1 ?80

II во § §

О Щ

1§ 20

О

М

1 V

Лг

Рис — 4А4. Уменьшение от­носительной естественной освещенности помещения при усложнении формы здания (затеняющее дейст­вие выступающих частей корпуса)

Рис* 4Л5- Изменение ми — нимального КЕО в поме­щении в зависимости от его пропорций (В — глу­бина, И — высота от ра­бочей поверхности до пе­ремычки, I — длина)

В! И = 2,5, ИВ = 1; III — В! Н =

Г ив ® м

Глава 4. Архитектурное освещение 87


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 Ес, рассеянный (диффузный) свет неба Ен и отраженный от земли свет Ез.

Суммарная (общая) освещенность Е0 в ясный день при полностью от­крытом горизонте

= ?с + ?н + 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 Ее 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 » 2’109 кд/м.

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

Ее — Д^зт Ао, (4.2)

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

Ее « (Е?/Д2)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; Ло — высота стояния Солнца над гори­зонтом.

Значения М изменяются в зависи­мости от Ь0: 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.

88 Часть II. Архитектурная светология

Таблица 4.6. Средняя освещенность поверхности, расположенной перпендикулярно направлению солнечных лучей, лк

Географи­

Характерные дни года

Ческая

Широта,

Град.

22 декабря

[ 22 марта 22 сентября

^ 22 июня

Часы дня

8; 16 |____________ 10; 14

12 ^ 8; 16^10; 14^ 12

^8; 16 I 10; 14 J 12

86000 86700 60400 59400

30 40 50 60

79500 66800 29800 4200

41400 14500

97300 96600 66600 64800

96700 93600 62000 56100

75000 70100 43600 35900

99800 99100 68200 66400

92900 89400 58700 52500

86000 76000 39800 13900

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.

(4.4)

*ср

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:

? (Е — Е ) год * кру

I Т ~ год

ГдеЯср — средняя освещенность, лк; Е — наружная освещенность горизонтальной поверхности, лк; Екр — критическая наружная освещенность, лк; Т — продолжительность использования естествен­ного освещения, определяемая разностью времени наступления критической освещенности утром и вечером, ч.

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

Глава 4. Архитектурное освещение 89


РОСТОв-И А-ДОНУ

Л.

11ШП1ЖШШИ1И}

WHI

I л шш г шшшаххгхл

IЛШЖ1 шшшпх пхл

МЕСЯЧНЫЕ СУММЫ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ РАДИАЦИИ

60 50

40

30

20

10 о

И I I Ч И I I I I

¦ ОБЛАСТЬ В УФ-СПЕКТРА

I I I i I I ¦¦! I I

ОБЛАСТЬ А У#-СПЕКТРА

Эр. ч/м2

 

 

/

‘ А

<

Л

 

/

/

Г 1

 

/

И

/I

1 Vj

 

4

Г J

V

71

/

/

Vfv

I SENY

*

/

‘N

V

/

/

Ч

Ч

\

Ч

‘А

/

ТЛШШУЖШШКХ

IЛШШ1ШШЩЖХЛХИ

I лшштшшатш

I ЕШШ1 шшшкхлш

Рис. 4.16. Годовой ход на­ружной освещенности Е и ультрафиолетовой облу­ченности для некоторых городов — Заштрихованные части гистограмм — про­должительность естествен­ного освещения при на­ружной критической осве*

Щенности 5000 лк

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

Основные проблемы светового кли­мата рассмотрены в работах россий-

Ственного освещения в помещении; она вычисляется по формуле

?кр — Ей/еу

Где Е„ — освещенность при искусственном освеще­нии помещения (по СНиП 11-4—79); е — норми­рованное значение КЕО.

1000

Рис. 4J Ъ Продолжитель­ность использования есте­ственного освещения в Москве в зависимости от выбираемого значения КЕО и при различных ре­жимах работьи Напри­мерг при нормировднной освещенности при искусст­

(4.5)

О «

Л с; о

U

С

III

О

Г

Если иа 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.

Венном освещении 850 лк и выбираемом значении КЕО = 5% продолжитель­ность использования есте­ственного света в помеще­нии составляет 65% об­щей продолжительности рабочего времени (штрихо­вая линия)

С

Ш

UJ

80 81

I — границы поясов свето­вого климата; 2 — зоны с ус­

Тойчивым снежным покро­вом; 1 — т = 1,2; II — т = 1Д;III — т — 1,0:/К—т = 0,9; V— т = 0(8

О

Г

О

2

О —

*

Ъ х с

I

Л * *

О

Рис. 4.18. Карта светокли- магического районирова­ния страны

Глава 4. Архитектурное освещение 91


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 Еср к средней освещенности в данном районе Еср. Средняя освещенность в Москве служила эталоном (значение для Мо­сквы принято равным единице), т. е.

Т « ?ср/?ср. (4.6)

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:

Я — ДЬд/Ьг); (4.7)

Ь& = и (0,33 + 0,66 втб),

Где — яркость участка неба, видимого из задан­ной точки помещения М под углом 0, образован­ным горизонталью с линией, проведенной из точки

Te

Te

?

1

Ч

Fr

F^-rH

Г

1 I!

1 |

1

I i

10 20 30 40 50 60 70 80 0е

Рис. 4.19. График для оп­ределения значений коэф­фициентов ^ и ^ учиты­вающих неравномерную яр­кость облачного неба, q — при отсутствии

К середине светопроема С (рис. 4.19); Le — яркость в зенитной части неба.

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

Lq = Lz (0,6 + 0,4 sin 0). (4.8)

Пример. Требуется определить яркость участ­ка облачного неба, видимого из точки А/ помеще­ния, при условии, что угол д — 45° и высота сто­яния солнца Ао — 40°.

В районах, где большую часть года снеговой покров отсутствует, La $ — Le (0,33 + 0,66 sin 45°). Но sin 45° — 0,71, следовательно, Las — їc (0,33 + 0,66 0,71)-0,8 Z«.

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 Ао — 40° Lz — 8000 кд/м2; следовательно, Las — 0,8 8000 — 6400 кд/м2.

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

Lo = LeT\ Т2, (4.9)

(fu

1,4 12 1

0,8 0,5

V 0,2

Снежного покрова; «ус — при наличии снежного по­крова; —- угловая высо­та середины светопроема, град

Где Lo — яркость остекленной поверхности окна; L q — яркость участка неба, наблюдаемого из точ­ки М\ — коэффициент пропускания стек­ла; ?"2 — 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 светопроемоэ и по­верхностей интерьера.

92 Часть //. Архитектурная светология

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

К =»

° Е +Е н з

В общем случае контрастность ос­вещения выражается отношением

Суммарная освещенность

— • (4.10)

Освещенность от неба + + освещенность от земли

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

Таблица 4.7. Значения яркости неба в зените при различных погодных условиях (р — прозрачность воздуха)

Погодные

Град

Кд/м2

Условия

Без снеж­

При снеж­

Ном

Ного

Покрове

Покрова

3000 5000 7500 9000 При Р = 0,8 1000 1500 2000 2500

Таблица 4.8. Показатели светового режима в помещениях Г и дро проекта в полдень

Поверхность

Осве­

Яркость,

Контраст

Щен­

Кд/м2

К = —

Ность

Г) Д. 1

Е, лк

Калька на ватмане в сол­нечном блике То же, в глуби — 1250 не помещения Боковая стена 1445 (середина, на высоте 1,5 м) Стена против 1608 окна (середи­на, на высоте 1,5 м)

Окно —

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.

1800 3600 5700 8000 При Р =0,6 2000 3200 4400 5500

Пасмурно, облачно

10 20 30 40

10 20 30 40

Ясно,

Безоблачно

0,95

28000 6530

0,79 0,89

290 300

320

4400

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

Таблица 4. 9. Относительные значения освещенности от солнца и неба

Вид освещения

Относительная освещенность, %

Ашхабад

Москва

Санкт-Пе — тербург

Солнечное 100 69 62

(от солнца и неба)

Рассеянное 100 86 83

(от неба)

Стью 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 осве­щения 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 из-за увеличения в нем количества аэрозолей.

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

Измерениями установлено, что в среднем контраст светотени в летнее полугодие колеблется в пределах 0,7— 0,8 в южных районах, 0,6—0,5 — в центральных, 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.

Рис. 4.20. Кривые спект — 1 — небосвод, сплошная об —

Рального состава естествен — лачность; 2 — солнце + не — ного света бо, безоблачно

Глава 4. Архитектурное освещение 93

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,

94 Часть II. Архитектурная светология


Таблица 4.10. Вероятность солнечного сияния и освещенность в южных районах

Пункт

TOC \o "1-3" \h \z Ашхабад 67

Алма-Ата 60

Ташкент 69

Владивос — 54 ток

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 6 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.

Вероятность сол­нечного сияния, %

Средняя за год

Средняя за период с сентября по март

Среднемесяч­ная рассеян­ная полуден­ная освещен­ность в декаб ре, клк

13,3

13.8 12,1

10.9

51

52 51 61

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 гелиоклимагпическиму так как оно отражает основные требования к строительству, определяемые клима­том. Это поможет архитекторам пре­одолеть известную типологическую

Монотонность градостроительных и объемно-планировочных решений.

На наружную освещенность и ультрафиоле­товую облученность большое влияние оказывает прозрачность воздуха * хоторая оценивается коэф­фициентом пропускания

Г=рм, (4.11)

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

Коэффициент пропускания опреде­ляет степень видимости предмета: при отличной видимости — 0,9, при хо­рошей Т = 0,8 и при плохой Хг — 0,7. В больших городах и крупных про­мышленных районах прозрачность воз­духа резко снижается и в среднем оце­нивается г — = 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 ра­диацию. 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 общеоздо­ровительным действием, повышает со­противление организма человека про­тив инфекционных заболеваний. Исс­ледованиями гигиенистов и физиоте­рапевтов установлено, что недостаточность естественного света в помещениях и городских пространст­вах 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.

Глава 4. Архитектурное освещение 95

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.

96 Часть II. Архитектурная светология




.