И световых проемов

Использование естественного дневного света для освещения помещений является одним из важных факторов, определяющих качество среды и способствующих улучшению санитарно-гигиенических условий жизнедеятельности человека.

Естественное освещение проектируется, как правило, в помещениях с постоянным пребыванием людей. При выборе систем естественного освещения особенно важны два показателя - уровень освещенности и качество освещения помещений.

Для производственных помещений необходимый уровень освещенности определяется характером и точностью производимой зрительной работы, а для общественных помещений (зрительные залы, фойе, вокзалы и т.д.) - в основном эстетическими и психологическими требованиями.

Качество естественного освещения определяется такими показателями, как распределение яркости в окружающем человека пространстве, неравномерность освещения, спектральный состав света, направление и тенеобразующие свойства света.

Для внутренних интерьеров помещений применяют три системы естественного освещения: боковое, верхнее и комбинированное (рис. 3.10).

Система бокового освещения подразделяется на одно-, двух-, трехстороннее и круговое. Верхнее освещение может быть образовано различными устройствами - от полностью светопропускающих покрытий до отдельных точечных фонарей и световых шахт. Система комбинированного освещения представляет собой сочетание бокового и верхнего освещения.

Выбор вида естественного освещения зависит от технологического процесса, условий зрительной работы, объемно-планировочного и конструктивного решения здания, а также светоклиматических особенностей места строительства и экономических факторов.

Боковое освещение естественным светом следует применять в многоэтажных жилых, общественных и производственных зданиях, а также в одноэтажных жилых, общественных и производственных зданиях, в которых отношение глубины помещений d_п к высоте верхней грани светового проема над условной рабочей поверхностью h₀₁ не превышает 8 (d_п / h₀₁ ≥8).

Рис. 3.10. Системы естественного освещения помещений:

а) боковое освещение, одностороннее (слева) и двустороннее (справа):б) верхнее освещении, П-образный, зенитный (слева) и шедовый (справа) фонари; в) комбинированное (боковое плюс верхнее) освещение

Верхнее и комбинированное естественное освещение обычно принимается в одноэтажных общественных зданиях большой площади (крытые рынки, стадионы, выставочные павильоны и т.п.) и в многопролетных одноэтажных производственных помещениях.

Система естественного освещения должна обеспечивать:

- нормированное значение коэффициента естественной освещенности в расчетной точке помещения и на рабочих местах;

- установленные требования к равномерности распределения КЕО в рабочих зонах помещения;

- максимальное время использования естественного света.

Если ни одна из приведенных систем естественного освещения не обеспечивает требуемого уровня освещения и его качества, то она может быть дополнена искусственным освещением. Такая система называется совмещенной.

При проектировании естественного освещения необходимо:

- выбрать тип, размеры и расположение световых проемов в стенах и покрытиях, при которых в помещениях обеспечиваются нормированные значения освещения;

- защитить рабочие зоны помещений от слепящей яркости прямых и отраженных солнечных лучей;

- привести в соответствие выбранные световые проемы и их расположение с архитектурными требованиями (пространства, тектоники, ритма, цветового решения и характерного образа сооружения).

Выбор типа и расположение световых проемов решается на основе светотехнического расчета и норм освещения помещений.

В качестве примера при выборе типа и расположения оконных проемов на рис. 3.11 приведена классификация оконных заполнений и их относительная световая активность.

Рис. 3.11. Классификация приемов бокового освещения через окна (а) и типы окон (б):

1,2 - большая и средняя неравномерность освещения; 3- равномерное

освещение (показано кривой КЕО)

Из приведенных приемов бокового освещения (см. рис. 3.11) видно, что применение вертикальных и квадратных световых проемов не обеспечивает равномерную освещенность помещений и только ленточное (горизонтальное) остекление позволяет получить равномерное освещение. Однако ленточное остекление ограничено в применении. Его рекомендуют применять в не отапливаемых зданиях или в зданиях с большими тепловыделениями.

Для верхнего освещения помещений зданий используются световые фонари, классификация которых и их расположение на крыше зданий приведено на рис. 3.12.

При выборе типа световых проемов и их расположения в помещении необходимо руководствоваться данными об их относительной активности, пропорциях, расстоянии друг от друга с целью обеспечения в помещении нормированной неравномерности освещения.

Примеры относительной световой активности различных типов фонарей при их площади, составляющей 10% площади пола, приведены на рис. 3.13.

Данные о световой активности окон и фонарей приведены соответственно в табл. 3.3 и 3.4.

Рис. 3.12. Классификация типов фонарей (а) и их расположение на крыше зданий (б)

Рис. 3.13. Относительная световая активность различных типов фонарей при их площади, составляющей 10% площади пола:

1- прямоугольный фонарь; 2- трапециевидный; 3- пилообразный (шедовый) с вертикальным остеклением; 4- пилообразный с наклонным остеклением (шед); 5, 6 - зенитные фонари

Из табл. 3.3 видно, что наибольшей световой активность обладают окна, расположенные в верхней части помещения и наименьшей - в нижней части помещения.

Данные табл. 3.4 показывают, что зенитные фонари (при одинаковой площади) превышают в 2,3 раза относительную световую активность прямоугольных фонарей и в 1,2-1,6 раза пилообразных и трапециевидных фонарей.

Таблица 3.3

Относительная световая активность окон, имеющих одинаковую площадь,

при различном их расположении по высоте помещения

Расположение окон относительно рабочей горизонтальной плоскости в зоне стены	Изменение значения минимального КЕО на горизонтальной рабочей плоскости,%
Верхней
Средней
Нижней

Таблица 3.4

Относительная световая активность фонарей при одинаковой площади светопроемов

Тип фонаря	Изменение значения среднего КЕО на горизонтальной рабочей плоскости,%
Прямоугольный с двусторонним остеклением
Трапециевидный
Пилообразный (шед) с остеклением: вертикальным наклонным
Зенитный

Для устранения затенения от соседних фонарей расстояния между осями смежных фонарей целесообразно принимать:

- для П-образных - 4 h_ф или не менее полуторной суммы высот этих фонарей;

- для трапециевидных - 3 h_ф или не менее суммы их высот;

- для зенитных - 2,5 h_ф или не менее суммы их высот,

где h_ф - высота фонаря от уровня кровли до карниза фонаря.

Рекомендуемое отношение ширины двухсторонних трапециевидных и П-образных фонарей с вертикальным остеклением к ширине пролета должно находится в пределах 0,4-0,6.

При фонарном освещении помещений большое значение имеет высота освещаемого помещения. Из данных табл. 3.5 видно, что в многопролетных зданиях высота помещения не оказывает значительное влияние на значение среднего КЕО, а в однопролетных - с увеличением отношения высоты к ширине пролета происходит снижение величины среднего КЕО почти в 2 раза.

Таблица 3.5

Изменение среднего КЕО в зависимости от высоты помещения

Тип фонаря	Отношение высоты помещения к ширине пролета	Значения среднего КЕО,%
при одном пролете	при трех и более пролетах
Двусторонний с вертикальным остеклением	0,4
0,7
1,0
Трапециевидный фонарь	0,4
0,7
1,0

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

По характеру распределения прошедшего в помещение светового потока окна и фонари делятся на три вида (рис. 3.14):

- характеризующиеся четкой направленностью светового потока, который выделяет формы рассматриваемого объекта, благодаря образующимися собственной и падающей теням (рис. 3.14, а);

- создающие в помещениях бестеневое освещение благодаря двустороннему или многостороннему освещению объектов помещения или применяющие в световых проемах светорассеивающие материалы из молочного стекла, пленки, решетки и т.п.

(рис. 3.14, б);

- использующие отраженный свет, который создается скрытыми от наблюдателя окнами (рис. 3.14, в); этот прием освещения создает иллюзию открытого проема и зрительно увеличивает глубину пространства.

Рис. 3.14. Классификация приемов естественного освещения

по характеру светораспределения

При проектировании естественного освещения необходимо учитывать не только архитектурную роль светопрозрачных конструкций, которые вносят свой ритм в членение фасадов, но и требования по созданию оптимальной световой среды в помещениях в зависимости от функционального назначения зданий. Классификация зданий в зависимости от требований к световой среде с выделением четырех наиболее характерных групп приведена в табл. 3.6.

Согласно этой классификации естественное освещение зданий, относящихся к первой группе, необходимо проектировать таким образом, чтобы свет подчеркивал архитектурное значение центральных (главных) помещений, служил своеобразным гидом при движении посетителей к центру здания. Такой прием естественного освещения достаточно часто использовался в архитектурных памятниках прошлого.

Так, в соборе Св. Петра в Риме царящий во входной части интерьера полусумрак, констатируется с яркостью алтаря, освещенным светом, идущим от «неба» - от купола. Расположенные в нижней части купола окна хорошо освещают его внутреннее пространство и в сочетании с вытянутой по вертикали формой купола создают впечатление глубины и устремленности к небу. Таблица 3.6

Классификация зданий по требованиям к световой среде

Группа зданий	Требования к световой среде	Примеры
	Определяются в основном идейно-художественными задачами	Здания мемориальной архитектуры Здания парламентов, судов, власти Дворцы культуры, науки и искусства Культовые сооружения
	Функциональные с учетом зрительной адаптации посетителей	Панорамы, диарамы Картинные галереи и музеи Выставочные здания Спортивные залы
	Определяются высокими требованиями к обеспечению условий зрительной работоспособности в сочетании с эстетическими и гигиеническими требованиями	Здания высших и средних учебных заведений Школы Здания проектных и научно-исследовательских институтов Производственные здания и офисы
1V	Определяются в основном психологическими, эстетическими и гигиеническими требованиями	1.Здания лечебных учреждений, санаториев и домов отдыха 2.Здания детских учреждений 3.Жилые дома

Подобные приемы удачного использования естественного света имеются в русской классической архитектуре (собор в Ново-Иерусалимском монастыре на Истре; Казанский собор в С.-Петербурге).

Для зданий второй группы естественный свет используется как эффективное средство концентрации внимания на объекте восприятия (картине, скульптуре, панораме, сценической или спортивной мизансцене и т.д.) в отрыве от окружающего архитектурного пространства. Направление падения светового потока на выставочную зону зависит от расположения световых проемов относительно выставочной зоны и характеризуется углом (рис. 3.15).

Рис. 3.15. Направление падения светового потока на выставочную зону:

- защитный угол; - угол падения прямого света на середину выставочной зоны

Угол падения прямого света () на плоские экспонаты (картины, плакаты, гравюры, ткани и т.п.) при расположении их на стенах помещения или вертикальных стендах должен находиться в пределах от 45⁰ до 75⁰ по отношению к горизонтали. При углах, больших 75⁰, на экспонатах создаются тени от рамок и фактуры, искажающие облик экспонатов. При углах менее 45⁰ отблески от экспонатов с блестящей фактурой будут попадать в глаза посетителей.

Угол падения прямого света на объемные экспонаты выбирают в пределах от 30⁰ до 50⁰, что позволяет в наилучшей степени выявить форму и детали объемных экспонатов.

При нормальном удалении посетителя от экспонатов (равном 1,5 высоты экспозиционной зоны) и ориентации глаз на середину выставочной зоны угол

(рис. 3.15), под которым виден нижний край светового проема, должен составлять не менее 30⁰. В помещениях, предназначенных для экспозиции живописи, графики, тканей, ковров, гобеленов и т.п. прямой солнечный свет должен быть исключен вследствие его разрушающего действия на краски, ткани и бумагу. Для устранения инсоляции в этих помещениях необходимо выбирать ориентацию световых проемов на северную часть неба - СВ, С и СЗ.

При иной ориентации световых проемов следует применять регулируемые внутренние (междурамные) или наружные жалюзи, а также использовать шедовые фонари.

В экспозиционных залах с объемными экспонатами (скульптурами, макетами и т.п.) инсоляция желательна, так как прямой солнечный свет в наилучшей степени выявляет форму и детали экспонатов. Для этих залов целесообразно выбирать ориентацию световых проемов на ЮВ, Ю и ЮЗ.

При боковом освещении залов картинной галереи целесообразно применять кабинетную планировку залов с размерами 10х10 и 12х12 м. Такая планировка дает возможность сосредоточенного обозревания экспозиции и организации интерьера зала в духе времени создания произведений. При верхнем освещении залов картинных галерей целесообразно использовать специальные приемы (приемы Сиджера, рис. 3.16), позволяющие избежать зеркальных отражений боковых световых проемов на бликующие плоскости картин.

Для залов со скульптурами и объемными экспонатами целесообразно применять верхнебоковое и верхнее освещение в виде зенитных фонарей, световых шахт и т.п., обеспечивающих частичное проникновение прямых солнечных лучей света, которые в сочетании с отраженным светом от стен, потолка и пола создают освещение, приближенное к природному солнечному свету (рис. 3.17).

Рис. 3.16. Варианты архитектурных решений картинных галерей,

позволяющие значительно уменьшить высоту помещений и

способствующие наилучшей видимости картин

Штриховые кривые, изображенные на рис. 3.17, показывают распределение КЕО в зонах адаптации и экспозиции, обеспечивающее хорошие условия видимости выставленных экспонатов.

Рис.3.17. Приемы верхнего освещения музеев с объемными экспозициями:

а) - расположенными в центральной части помещения; б) - по обе стороны

центрального прохода; 1- зона адаптации (L _а); 11- зона экспозиции (L _э)

Искусственное освещение в выставочных залах должно использоваться при недостаточном естественном освещении и при необходимости интенсивного местного освещения мелких экспонатов, находящихся в витринах или стеклянных шкафах.

При проектировании естественного освещения спортивных залов освещение спортивной арены должно осуществляться через фонари или световые шахты, расположенные в центральной части покрытия, что позволяет надежно защитить спортсменов и зрителей от ослепленности прямыми лучами солнца. Для освещения трибун целесообразно использовать боковые окна, расположенные под углом не менее 15⁰ к линии фиксированного наблюдения, проведенной от глаз зрителей, сидящих в последних рядах амфитеатра (рис. 3.18).

При искусственном освещении выставочных и спортивных залов необходимо применять источники света, излучение которых по спектру приближается к дневному. Осветительная арматура должна размещаться скрыто, чтобы исключить возможность попадания в поле зрения посетителей и спортсменов незащищенных источников света.

.

Рис. 3.18. Примеры рационального естественного освещения спортивных залов

(штриховая линия показывает распределение КЕО); РП- рабочая поверхность

Отделка внутренних поверхностей экспозиционных помещений должна соответствовать назначению помещения, содержанию и характеру экспозиции:

- нейтральная в картинных галереях;

- акцентирующая в помещениях промышленных, сельскохозяйственных и строительных выставок.

Она должна быть увязана с выбранной системой освещения и создавать необходимый контрастирующий фон для экспонатов. Поверхности, находящиеся в тени должны иметь более светлую отделку по сравнению с интенсивно освещенными.

Отделку внутренних поверхностей выставочных помещений следует осуществлять с учетом значений коэффициентов отражения поверхности, приведенных в табл. 3.7.

В основных помещениях третьей группы зданий световая среда должна обеспечивать комплекс функциональных и гигиенических требований для создания комфортных условий зрительной работы. Эти требования связаны с напряжением в течение рабочего дня вследствие разнообразия и специфики выполняемых работ в учебных и производственных заданиях.

Особенно важны требования к световой среде в помещениях учебных заведений, связанных с постоянной зрительной работой. При проектировании световой среды в учебных классах и аудиториях необходимо стремиться к обеспечению постоянства условий зрительной работы в течение всего учебного процесса, которое обеспечивается:

- адекватностью соотношений между яркостями основных поверхностей интерьера и наблюдаемых в природе;

- неравномерностью освещения помещения и насыщенностью интерьера светом, выбираемых по СНиП;

- направленностью света, который в помещениях для чтения, письма, рисования, лепки т.п. должен быть слева;

- расположением окон и фонарей, которые обеспечивают верхнебоковое направление светового потока под углом 30⁰ и более к горизонту;

- отсутствием дискомфорта, возникающим при попадании в поле зрения учащихся поверхностей с чрезмерно высокой яркостью от прямых и отраженных солнечных лучей, от неба и осветительных приборов.

Таблица 3.7

Значения коэффициентов отражения поверхностей выставочных помещений

Выставочное помещение	Значения коэффициента отражения
потолка	стен	пола
Картинные галереи и выставки	0,70	0,20-0,40	0,10-0,30
Скульптурные залы	0,70	0,30-0,50	0,30-0,40
Политехнические и научные музеи	0,70-0,80	0,20-0,70	0,20-0,50
Промышленные и сельскохозяйственные выставки	0,70-0,80	0,70-0,80	0,20-0,50

Освещение рабочих кабинетов и офисов в административных зданиях должно создавать необходимые условия освещения на рабочих столах, расположенных в глубине помещения при выполнении разнообразных зрительных работ. Боковое освещение рабочих кабинетов должно осуществляться, как правило, отдельными световыми проемами (одно окно на каждый кабинет). С целью снижения необходимой площади световых проемов высоту подоконника над уровнем пола рекомендуется принимать не менее 1 м. Для обеспечения зрительного контакта с наружным пространством заполнение световых проемов должно, как правило, выполняться светопрозрачным оконным стеклом. Для ограничения слепящего действия солнечной радиации в рабочих кабинетах и офисах необходимо предусматривать шторы и легкие регулируемые жалюзи. При ориентации фасадов зданий управления и зданий под офисы, ориентированных на сектор горизонта в пределах 200⁰ - 290⁰, для 111 и IV климатических районов Российской Федерации следует предусматривать оборудование световых проемов солнцезащитными устройствами.

Четвертую группу составляют помещения, световая среда которых в основном определяется психологическими, эстетическими и гигиеническими требованиями. К ним относятся палаты больниц, основные помещения детских учреждений и жилые помещения. Световой режим этих помещений обеспечивается при выполнении нормативных значений КЕО и неравномерностью естественного освещения при обязательной защите от сверхнормативной инсоляции солнцезащитными средствами.

Существенное влияние на освещение помещений оказывает форма здания. При усложнении формы здания возникает затеняющее действие выступающих частей корпуса, вследствие чего происходит уменьшение относительной освещенности помещения

(рис. 3.19).

Рис. 3.19 Уменьшение относительной естественной освещенности

помещения при усложнении формы здания

Значения освещенности зависят от пропорции помещений. Установлено, что наибольшая освещенность достигается при одной и той же площади окна в помещениях с наименьшей глубиной заложения В / h и наибольшем отношении длины помещения к его глубине l / В (рис. 3.20).

Рис. 3.20. Изменение минимального КЕО в помещении в зависимости от его пропорций:

1- В/h = 3, l/В = 0,5; 11- В/h = 2,5, l/В = 1,0; 111- В/h = 2,0, l/В = 1,4; В - глубина, h - высота от рабочей поверхности до перемычки, l - длина

На освещенность помещений значительное влияние оказывает форма окна, конструкция переплета, вид светопрозрачного материала, а также наличие солнцезащитных устройств и другие факторы.

Выбор светопрозрачных конструкций осуществляется по численному значению приведенного сопротивления теплопередаче в зависимости от градусо-суток отопительного периода. Необходимым условием применения заполнения световых проемов является наличие сертификата соответствия на выбранную светопрозрачную конструкцию (оконный блок, зенитный фонарь, мансардный оконный блок).

Суммарная площадь оконных световых проемов для жилых зданий не должна быть более 18%, а для общественных зданий - не более 25% суммарной площади светопрозрачных и непрозрачных ограждающих конструкций.

При выборе типов окон и фонарей и их расположения в пространстве необходимо учитывать большую архитектурную роль, которую они вносят в членение пространства, способствуют выявлению его глубины и во многом определяют художественную тектонику помещений.