Основные законы светотехники; световой климат и диффузный свет неба в архитектуре.

Основные законы светотехники, их практическое применение; основные понятия, характеристики, оптический спектр излучения.

Региональные особенности светового климата и рациональное использование его ресурсов в архитектуре.

Формообразующие свойства диффузного света неба в архитектуре.

Естественное освещение помещений.

Всякое тело,обладающее температурой выше абсолютного нуля, излучает в окружающее пространство энергию, называемую лучистой энергией. Оптическая часть электромагнитного спектра лучистой энергии включает в себя области ультрафиолетового, видимого и инфракрасного излучения.

Ультрафиолетовое– это излучение, очень малой длины волн λ монохроматических составляющих которого меньше длин волн видимого излучения и не менее 1нм. Различают следующие области ультрафиолетового излучения:

УФ-А с длинами волн 315-400 нм;

УФ-В с длинами волн 280-315 нм;

УФ-С с длинами волн 100-280 нм.

В соответствии с особенностями биологического действия это:

А – антирахитная – отличается укрепляющим и закаливающим организм действием;

Б – эритемная (загар кожи) – полезна в строго определенных дозах, используется в лечебных целях;

В – бактерицидная (убивающая бактерии – используется как средство дезинфекции).

Видимое излучение (свет) – это излучение, которое может непосредственно вызывать зрительные ощущения. Нижняя граница области видимого излучения лежит между 380 и 400 нм, верхняя – между 760 и 780 нм.

Инфракрасное – это излучение, длины волн монохроматических составляющих которых больше длин волн видимого излучения и меньше 1 мм. По данным МКО различают следующие области инфракрасного излучения:

ИК-А с длинами волн 780-1400 нм;

ИК-В с длинами волн 1,4-3 мкм;

ИК-С с длинами волн 3 мкм- 1 мм.

Видимое излучение различают монохроматическое и сложное. Монохроматическоеизлучение характеризуется очень узкой областью частоты (или длины волны), которая может быть определена одним значением частоты (или длины волны). Сложное излучение характеризуется совокупностью монохроматических излучений разных частот (или длин волн). Пример сложного излучения – дневной свет.

Т а б л и ц а 1. Границы участков спектра

Действуя на глаз, излучения, имеющие разную длину волны, вызывают ощущениетого или иного цвета. Приближенные границы цветных полос видимого излучения приводятся в таблице 1.

В практике наибольший интерес представляет мощность излучения, или лучистый поток (Фе), или энергия, излучаемая в 1 с :

Фе = Qе / t , ( 1 )

где t – малый промежуток времени, в течение которого излучение является равномерным. Лучистый поток измеряется в ваттах – Вт.

Лучистый поток при оценке излучения по его действию на приемник, называется световымпотоком Ф. Он характеризует мощность световой энергии. Единица измерения – люмен (лм); 1 лм - световой поток, излучаемый в телесном угле, равном 1 ср (стерадиану = прибл. 65° кругового конуса), равномерным источником света силой в 1 кд (канделу).

Рис. 1 Схема к определению телесного угла

При оценке качества световой среды решающее значение имеет яркость свечения источника света и освещаемых им поверхностей. Яркость – световая величина, которая непосредственно воспринимается глазом; она представляет собой поверхностную плотность силы света в заданном направлении

Единица яркости – кандела на квадратный метр (кд /м²). Другие единицы яркости : 1нит = 1 канделе; 1 стильб = 10 000 нит; 1 ламберт = 10 000 / π нит; 1 футоламберт = 3,43 нит.

Ниже приведены значения яркости для некоторых светящихся элементов.

Светящий элемент Яркость, кд / м²

Облачное небо в зените в полдень…………………7 000 – 8 000

Ясное небо в зените в полдень……………………...2 500 – 4 000

Луна при полнолунии………………………………..2 500

Пламя стеариновой свечи……………………………5 000 – 7 500

Лампы ДРИ в светорассеивающей колбе…………..100 000

Ксеноновые лампы…………………………………...1,5á 10⁶ – 1,8á10⁹

Солнце в зените…………………………………..…..1.5á 10⁹

Лампы накаливания (200 В, 100Вт)……………..…..(0,5-15)á10⁶

Люминесцентные лампы………………………….….5 000 – 10 000

По характеру распределения световых потоков, отраженных поверхностью или пропущенным телом, различают следующие основные их виды:

а) рассеянное (диффузное) отражение от оштукатуренной поверхности потолка и стен или пропускание света молочным стеклом (рис.3);

б) направленное отражение или пропускание, например при отражении от зеркал и полированных поверхностей металла или пропускание света через оконное стекло (рис.4,а);

в) направленно-рассеянное отражение, например от поверхностей, окрашенных масляной краской, или пропускание света матированным стеклом (рис.4,б).

Рис. 4 Виды отражения света (изображение над поверхностью) и пропускания света (изображение под поверхностью) зеркальными (а) и блестящими (б) поверхностями

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 (рис. 7, а );

- периферическая блескость от светящих поверхностей в направлениях, не совпадающих с направлением зрения (рис. 7, б);

- отраженная блескость, вызванная наличием в поле зрения зеркальных отражений от светящих источников и поверхностей (рис. 7, в).

Различают два вида блескости:

1) дискомфортную, связанную с неприятным ощущением, но не всегда ухудшающую видимость;

2) слепящую, сопровождающуюся резким нарушением видимости.

Рис. 7 Схема к понятиям прямой (а), периферической (б) и отраженной (в) блескости

Единица освещенности – люкс (лк); 1 лк равен освещенности, создаваемой световым потоком в 1 лм, равномерно распределенным на поверхности площадью 1 м².

Об освещенности, равной 1 лк, можно судить по следующим примерам: освещенность горизонтальной поверхности при лунном освещении (полнолуние) составляет 0,2 лк; в белые петербургские ночи – 2-3 лк; минимальная освещенность на проезжей части улиц (посередине между фонарями) – 1-0,5 лк.

Критерием оценки переменного освещения служит коэффициент естественной освещенности(КЕО), который представляет собой отношение естественной освещенности Ем, создаваемой в точке М на заданной (рабочей) поверхности внутри помещения светом неба (непосредственно или после отражения), к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности под открытым небосводом Ен. КЕО выражается в процентах. Участие прямого солнечного света в определении Ем и Ен исключается. Освещение прямыми солнечными лучами, называемое инсоляцией, в расчетах и измерениях естественного освещения не учитывается. Значение КЕО, обозначаемое в формулах как е, находится из выражения

ем = ( Ем / Ен ) 100%. ( 15 )

Наряду с КЕО в расчетах естественного освещения применяется геометрический КЕО, обозначаемый ε. Он отличается от е тем, что не учитывает влияние остекления иотделки в помещении, а также неравномерной яркости небосвода. Геометрический КЕО определяется по закону проекции телесного угла (см. далее , формула 20).

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.

Для регламентации переменного по характеру естественного освещения от диффузного света неба принят КЕО, который аналитически выражается формулой ( 13 ).

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, лк, в любой точке помещения можно найти из выражения

Ем = Ен ем / 100, ( 16 )

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

Суммарное значение КЕО в той или иной точке помещения определяется следующими составляющими (рис.6):

- долей естественного освещения, создаваемого 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.

еМ = еН + еПР. ЗД. + еПОД. СЛ.+ еО

Рис 6 Схема к определению КЕО в какой-либо точке помещения