Архитектурное проектирование естественного освещения помещений.

Количественные и качественные характеристики естественного освещения помещений.

Основные факторы, влияющие на качество световой среды в помещениях: градостроительные, архитектурные, конструктивные и эксплуатационные. Учет этих факторов в архитектурном проектировании.

Системы естественного освещения помещений. Приемы распределения и трансформации естественного света в помещении.

Классификация интерьерных пространств в зависимости от назначения помещений.

Естественное и искусственное освещение городов и отдельных зданий и сооружений может и должно быть «архитектурным», т.е. выполнять одновременно эстетическую, экологическуюи экономическую функции.

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

Под световой средой интерьера имеют в виду весь комплекс световых реакцийчеловека, которые в конечном счете определяются мощностью, спектром, распределением в пространстве и временем действия световых потоков, проходящих в помещение через окна и фонари от солнца и неба.

Качество освещения принято оценивать по его характеристикам исходя из функцийсвета в архитектуре.

Световые реакции (или функции) делятся на три группы:

1) информативные зрительные, характеризующиеся возникновением и восприятиемзрительных образов;

2) морфофункциональные, вызываемые совокупностью действия на человека ультрафиолетовых, видимых и инфракрасных излучений;

3) косвенные, характеризующие действие света на предметы жизненной среды (например, нагрев поверхностей, выцветание материалов, изменение структуры химических веществ и др.).

Функции света позволяют классифицировать количественные и качественные характеристики освещения.

К количественным характеристикам относятся: освещенность Е, яркость L, коэффициент естественного освещения КЕО.

К качественным характеристикам относятся:

- распределение яркости в поле зрения и неравномерность освещенности на поверхности объектов и в пространстве;

- насыщенность пространств светом;

- ослепленность и дискомфортная блескость;

- контрастность освещения и контраст светотени;

- направление световых потоков;

- спектральный состав излучения источников света и их цветопередача;

- динамика освещения.

Количественные характеристики регламентируются нормами по искусственному и естественному освещению. Так в помещении регламентируется освещенность на рабочей поверхности, а в городских ансамблях – яркость и освещенность на дорожном покрытии и на фасадах объектов. В нормах по естественному освещению вследствие крайней изменчивости природного освещения для нормирования принята относительная величина освещенности –КЕО.

Распределение яркости в поле зрения человека зависит от распределенияосвещенности по поверхностям объектов в интерьерах и открытых пространствах (потолки, стены, пол, оборудование, рабочие поверхности, здания, земля, зеленые насаждения и т.д.).

Ориентиром при оценке распределения яркостей могут служить соотношения, создаваемые природным освещением, Наблюдениями установлено, что при облачном небе, как правило, наибольшая яркость наблюдается в зенитной части неба, средняя характерна для панорамы у горизонта и наименьшая – на поверхности земли (при отсутствии снега). Соотношение яркостей между этими поверхности принимается равными: в южных районах страны 10:3:1 и в средней полосе 5:3:1. Эти соотношения могут служить ориентиром при выборе яркостей потолка (зенитная часть), стен (небо у горизонта) и пола (земля) в помещении.

Неравномерность освещенности, регламентируемая в искусственномосвещении, определяется как отношение максимального или среднего уровня освещенности к минимальному его значению.

На практике приходится сталкиваться как с неравномерным распределением яркостей в пространстве, так и с переводом взгляда с одной поверхности на другую иной яркости. Процесс адаптации при этом может отрицательно влиять на зрительную работоспособность. Но достигнуть полной равномерности невозможно, да и не нужно, так как именно яркостные контрасты прежде всего позволяют различать предметы и детали и способствуют выявлению формы.

По признаку неравномерностипомещения дифференцируются на две группы.

К первой группе относятся помещения, в которых требуется равномерное освещение: например, цехи с однотипным оборудованием (сборочные цехи часовых заводов, прядильные и ткацкие цехи ), классы в школах, чертёжные и т. д.

В помещениях этой группы неравномерность освещения регламентирует требованием обеспечит отношение максимальной освещенности к минимальной (в пределах помещения или пролета), не превышающее 3, а в точных производствах -2.

Ко второй группе относятся помещения, в которых требование к неравномерности определяются необходимостью лучше выделить рассматриваемый предмет за счет адаптации глаза. Такие задачи возникают, например, при проектировании спортивных, демонстрационных залов, картинных галерей, выставочных павильонов и т.п. Неравномерность освещения в таких помещениях может значительно превышать указанную выше и это оправданно. Пример использования неравномерности освещения приводится на рисунке 1.

Рис. 1 Примеры нерационального (а) и рационального (б) использования

неравномерности освещения в помещениях картинной галереи

Ослепленнность и дискомфортная блескость возникает при наличии в поле зрения:

- ярких элементов: источников света, светильников, оконных проемов – прямая блескость;

- зеркальных отражений источников света в виде бликов на окружающих поверхностях – отраженная блескость. Вначале возникает неприятное ощущение – дискомфорт, при дальнейшем увеличении яркости бликов ощущение дискомфорта усиливается, появляются болевые ощущения, начинается значительное снижение зрительных функций, затем возникает ослепленность.

( 2 )

Существует несколько возможностей для устранения или ограничения отраженной блескости:

1) выбор такого направления света, при котором зеркально отражаемые лучи не попадают в глаза человека;

2) ограничение яркости бликов путем увеличения размеров светящей поверхности светильника и уменьшения её яркости;

3) изменение светотехнических свойств отражающего материала или расположения бликующей поверхности.

Для ограничения ослепленности, создаваемой светящей поверхностью окон, применяются следующие меры:

1) повышение средней яркости интерьера – светлая его отделка;

2) применение стекол с пониженным коэффициентом пропускания (например, контрастного, матированного);

3) применение солнцезащитных устройств (козырьков, жалюзи и др.).

Контраст освещения и контраст светотени играет существенную роль в решении архитектурных задач, таких как выбор объемной композиции, фактуры отделочных материалов, выявление пластической формы предметов.

Контраст между затененными и освещенными поверхностями может быть достаточно большим, что ухудшит работу зрения. В ряде случаев тени отвлекают внимание и создают ложное впечатление о размере, форме и цвете объекта.

Вместе с тем наличие собственных и падающих теней необходимо для различения рельефных объектов. Отсутствие теней делает «нечитаемым» архитектурные детали; мелкие детали нередко бывают хорошо различимы только при образовании на них теней.

Направление света (световых потоков) от одного или нескольких источников, падающего на рабочие места или отдельные поверхности и оцениваемого световым вектором, является важным качественным показателем освещения, с которым связано тенеобразование, направление зеркального отражения, контрастность освещения.

При рассеянном освещении тени смягчены, кажутся плоскими. Направленный свет делает тени резче, их очертание – четким, контраст светотени возрастает. Предмет приобретает форму, которая в зависимости от направления падения света может восприниматься естественной или искаженной.

Наиболее благоприятными формообразующими свойствами обладает сочетание рассеянного освещения с направленным.

Спектры излучений (спектральный состав) источников естественных и искусственных очень разнообразны, что обуславливает значительное различие их цветности и цветопередачи.Различие цветности отчетливо заметно на белых и серых поверхностях, цветопередачу же оценивают на цветных образцах. Цвет – одна из главных характеристик световой среды, во многом определяющая эстетику освещения, эмоциональное воздействие среды на человека.

Человек привык к изменениям естественного света (интенсивности, спектрального состава) в достаточно широком диапазоне. Динамику искусственного света следует рассматривать как один из способов, с помощью которого можно компенсировать отсутствие или недостаток естественной световой динамики, создавать благоприятный визуальный микроклимат в интерьере и в городе, поддерживать биологические ритмы организма.

Варьируя освещенность и другие характеристики освещения во времени, можно получить желаемый антимонотонный эффект, не нарушая стабильности световой среды, которая нередко диктуется функциональными требованиями. Необходимая гибкость искусственного освещения может быть достигнута за счет регулирования светового потока и (или) применения осветительных приборов подвижной конструкции.

Факторы, влияющие на качество световой среды в помещении подразделяются на: градостроительные, архитектурные, конструктивные и эксплуатационные.

Проектирование световой среды в зданиях сводится, в первую очередь, к выбору светопроемов (типа, формы, размеров, расположения) в сочетании, которое обеспечивает оптимизацию различных воздействий света на человека и экономическую целесообразность строительства.

При этом решаются две задачи:

первая связана с обеспечением наилучших условий зрительной работы на рабочих местах (например, на чертежной доске, столе и т.д.); эта задача контролируется нормативами естественного освещения зданий (СП);

вторая имеет в виду воссоздать психологически и эстетически ощущение солнечного дня; критерием оценки степени солнечности служит индекс солнечности, применение которого правомерно, если учесть, что наш глаз развивался и хорошо приспособлен именно к условиям солнечного освещения.

На первом этапе проектирования решаются следующие локальные задачи:

- выбирают по нормам необходимые уровни освещенности в соответствии с особенностями зрительной работы (размер объектов различения, светлота фона, контраст между объектом и фоном);

- определяют спектр и динамику освещения, обеспечивающую требуемую цветопередачу и эмоциональную атмосферу;

- обеспечивают неравномерность, контрастность и направленность освещения, способствующую наилучшей видимости объекта различения;

- устраняют или ограничивают ослепленность и дискомфорт, возникающая при попадании в глаза прямых или отраженных лучей солнца или источников искусственного света;

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

Второй этап проектирования включает решение дизайнерской сверхзадачи - создание светового образа интерьера, 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 естественной световой среды.

Существуют три системы естественного освещения помещений:

Боковое;

Верхнее;