Лекція № 18 Штучне освітлення будівель і міст

 

Навчальна мета: ознайомитися з нормуванням світлової архітектури штучного освітлення та його проектуванням.

Час: 70 хвилин.

Метод: лекція.

Місце: навчальна аудиторія.

Навчальні питання:

1. 15 хв.

2. 15 хв.

3. 15 хв.

4. 15 хв.

8. Заключна частина – 10 хв. (підсумок лекції, відповіді на запитання).

Матеріально-технічне забезпечення: схеми, рисунки, збірники задач та матеріалів.

Джерела та література: 2, 3, 6.

План

18.1. Норми штучного освітлення.

18.2. Проектування освітлювальних установок в інтер'єрі.

18.3. Світлова архітектура інтер'єру.

18.4. Світлова архітектура міста.

18.1. Норми штучного освітлення

Існують дві системи штучного освітлення: загальне, рівномірне або локалізоване, і комбіноване, коли загальне освітлення доповнюється місцевим – на робочих місцях. Освітлення приміщень і відкритих просторів підрозділяється на робоче та аварійне. Аварійне освітлення передбачається для евакуації людей або продовження роботи при раптовому відключенні робочого освітлення, відсутності або недостатності природного світла.

Усунення або зменшення засліпленості забезпечується: правильним розташуванням світильників по відношенню до робочого місця; застосуванням світильників із захисними кутами не менше 15°. Світильники місцевого освітлення з будь-якими джерелами світла повинні мати просвітлювальні відбивачі із захисним кутом не менше 30°; застосуванням ламп розжарювання в молочній колбі (до 60 Вт) і люмінесцентних ламп до 40 Вт; усуненням або зменшенням ефекту пульсації, який викликає швидке зорове стомлення. Ефект пульсації зменшується при включенні суміжних ламп в різні фази електричній мережі, застосуванням дволампових світильників з баластом місткості і індуктивного, живленням освітлювальних установок струмом підвищеної частоти.

Приміщення громадських будівель за умовами зорової роботи підрозділяються на дві групи:

група I - приміщення, в яких виконуються роботи різної точності;

група II - приміщення, в яких переважають архітектурно-художні вимоги до освітлення, сприйняття простору, пластики, кольору; до них відносяться зали для глядачів театрів, концертні зали фойє, станції метрополітену, демонстраційні зали і тому подібне.

У цих приміщеннях вирішальне значення має достатня насиченість їх світлом. Насиченість приміщення світлом оцінюють по циліндричній освітленості, під якою розуміють щільність світлового потоку на твірних вертикально розташованого циліндра, радіус і висота якого прагнуть до нуля.

Неправильні прийоми освітлення (світильники і їх розташування в просторі інтер'єру) призводять до зорового дискомфорту, тобто відчуттю незручності або напруженості. Це відчуття виникає при попаданні у поле зору людини плям, що світять, з яскравістю, що значно перевищує яскравість поля адаптації. Критерієм, що оцінює явище зорового дискомфорту, служить показник дискомфорту М, який залежить від розташування дискомфортної плями відносно лінії спостереження .

Яскравість плями, що світить, яка викликає дискомфорт, визначають за формулою М. М. Єпанешникова

 

де – яскравість плями, що світить, яка викликає дискомфорт, кд/м²;  – яскравість адаптації, кд/м²;  – тілесний кут дискомфортної плями, ср.

У приміщеннях громадських і житлових будівель показник дискомфорту в будь-якій точці приміщення не повинен перевищувати приведених значень.

 

18.2. Проектування освітлювальних установок в інтер'єрі

Розробка проекту освітлювальної установки – складне завдання, успішне рішення якого зумовлює якість світлового середовища в приміщенні. Зводити зміст цього завдання до рішення функціональної складової неправильно: такий односторонній підхід неминуче призводить до випадкового розподілу яскравостей в інтер'єрі. Освітлення має бути органічно пов'язане з архітектурою інтер'єру. Тільки на основі гармонії функціональної, психологічної і естетичної складових формується світлова архітектура інтер'єру.

Проектування освітлювальної установки в інтер'єрі зводиться до рішення наступних взаємозв'язаних локальних завдань:

· розподілу і вибору світлостей в інтер'єрі відповідно до художнього задуму архітектора; це завдання, з одного боку, переслідує мету найбільш сприятливого для архітектурних і функціональних цілей розподілу яскравостей (світлостей), з іншої – дати якісну оцінку світлових співвідношень між різними поверхнями, що потрапляють у полі зору;

· визначенню допустимих яскравостей (вікон, ліхтарів, світильників) і узгодженню їх з вимогами обмеження засліпленості та усунення дискомфорту;

· вибору колірного рішення інтер'єру, пов'язаного із спектральним складом світла і загальними вимогами до насиченості приміщення світлом і перенесенням кольорів;

· вибору напряму і співвідношення світлових потоків для найкращого сприйняття форми, пластики і фактури обробки інтер'єру;

· вибиранню технічних засобів освітлення, що задовольняють естетичним і функціональним вимогам.

При вирішенні задачі освітлення інтер'єру архітектор повинен вирішити питання, що повинно служити основою при виборі прийому штучного освітлення інтер'єру. Орієнтиром при проектуванні штучного освітлення в робочих приміщеннях може служити природне освітлення, що переважає в заданому районі будівництва.

Контраст, що створюється світлотінню, це не лише один з чинників розрізнюваності деталі, але передусім естетична категорія; в основі її лежить гармонія між створюваними волею архітектора і звичними для ока природними контрастами. Звичка до певних природних контрастів не покидає людину в інтер'єрі. Отже, творчо відбиті в інтер'єрі особливості природного освітлення створюють відчуття природності та спокою. Це дуже важливо для робочих приміщень, шкіл, спортивних залів, лікарень і т.п.

Щоб вибрати абсолютні значення яскравості внутрішніх поверхонь інтер'єру при штучному освітленні, доцільно виходити з яскравостей, які створюються в приміщенні при раціональному природному освітленні. Найбільш поширений прийом природного освітлення громадських і житлових будівель – через вікна.

Яскравість (у кд/м²) робочої поверхні (столу, картини і т.п.) визначають за формулою:

 

де – освітленість робочої поверхні в будь-який момент часу, лк; р_р – її коефіцієнт віддзеркалення.

Значення , лк, визначають за формулою:

де  – зовнішня горизонтальна освітленість при хмарному небі (8…10 балів); визначається за кривими зовнішньої освітленості для цієї місцевості в той чи інший момент часу; е – к.п.о. в заданій точці приміщення.

Зазвичай яскравість є початковою і найбільшою при виборі яскравостей в оточенні робочого місця просторі. Яскравість стелі в довільній точці:

,

де – зовнішня горизонтальна освітленість, лк;  – коефіцієнт віддзеркалення стелі;  – к.п.о. в розрахунковій точці стелі від ділянки землі, видимої через вікно (визначається графіками Данилюка);  – к.п.о. на внутрішніх поверхнях приміщення від відбитого світла;  – коефіцієнт віддзеркалення землі;  – коефіцієнт пропускання вікна.

Яскравість поверхні зовнішньої стіни:

 

де – коефіцієнт віддзеркалення внутрішньої поверхні зовнішньої стіни. Нарешті, яскравість бічної та задньої стін у довільній точці:

 

де  – к.п.о. від ділянки неба, видимого з точки через вікно;  – к.п.о. від ділянки землі, видимої з точки через вікно;  – к.п.о. від протилежних будівель, видимих з даної точки через вікно;  – коефіцієнт, що враховує затінювання вікон проти будівель, що стоять; q – коефіцієнт, що враховує нерівномірну яскравість неба. Інші величини ті ж, що і в попередніх формулах.

Якщо в інтер'єрі створюється відповідний природному розподіл яскравостей, то у верхній зоні приміщення переважають вищі яскравості, при цьому яскравість освітлювальних приладів не перевищує яскравості хмарного неба.

Враховуючи умови сприйняття просто неба, коли освітлення предметів створюється спрямованим, розсіяним і відбитим світловими потоками при різному їх співвідношенні в різних умовах, у ряді випадків не виправдана тенденція до рівномірного освітлення інтер'єру, оскільки при цьому погано виявляються простір, об'єм, пластика і фактура обробки. Подібне освітлення інтер'єру зазвичай створює відчуття монотонності, що пригноблює дію на психіку людини. Виразність інтер'єру часто надає різноманітність яскравостей, композиційно виправданих яскравих плям, розташованих в певному ритмі або вільно на тлі рівномірної яскравості.

Правильно вибране співвідношення між скалярною і векторною складовою зумовлює сприйняття об'єму інтер'єру, пластику архітектурної обробки інтер'єру і, нарешті, сприйняття обличчя людини.

Скалярна складова визначається за формулою:

 

де – середня горизонтальна освітленість на заданій поверхні;  – ефективне віддзеркалення від поверхні підлоги; k – коефіцієнт, залежний від індексу приміщення, а також від коефіцієнта віддзеркалення стелі  і середнього коефіцієнта віддзеркалення стін .

Розрахунок прямої компоненти освітленості не викликає утруднень і проводиться на основі відомих формул від точкового джерела світла або від смуги (якщо відома крива світлорозподілу світильника), що світиться.

Точний розрахунок відбитої компоненти пов'язаний із складними математичними обчисленнями. Якщо допустити, що кожна поверхня приміщення оточена як би півсферою, що утворюється усіма поверхнями стелі і стін приміщення, то при відомій світності цих поверхонь освітленість від них може бути визначена, наприклад, графіками Данилюка за законом проекції тілесного кута, тобто

де R – світимість поверхні, лм/м²;  – проекція просторового кута, під яким видно з цієї точки поверхню, що світить, на освітлену поверхню.

Методом Данилюка відбиту компоненту знаходять зазвичай від усіх поверхонь, які визначають загальний розподіл яскравості в приміщенні. Різниця між сумарною освітленістю приміщення і відбитою компонентою дає пряму компоненту освітленості, яка забезпечується освітлювальними приладами.

Сприйняття просторового рішення, архітектоніки, пластики і колірної обробки зальних приміщень залежить від міри насиченості світлом інтер'єру. При проектуванні освітлення архітекторові доводиться піклуватися про збереження площини, зведення, куполу, архітектурних розчленовувань і пластики, сприйняття яких різко спотвориться при випадковому освітленні. Вище було з'ясовано, що для площини характерний рівномірний розподіл яскравості. Яскраві плями на плоскій поверхні позбавляють її цілісності, різко спотворюють її сприйняття, особливо якщо в поле зору не потрапляють деталі і сполучення, що підкреслюють її форму. Ритмічне розташування на площині "розмитих" світлих і темних смуг надає їй вигляду хвилястої поверхні. Постійне зменшення яскравості на плоскій поверхні може створити ілюзію циліндричної поверхні. Для усунення цих ілюзій, що виникають при неправильно вибраному прийомі освітлення, потрібне дотримання допустимої нерівномірності між максимальною та мінімальною яскравостями плоских деталей.

 

18.3. Світлова архітектура інтер'єру

При проектуванні освітлення інтер'єрів вирішуються три основні завдання:

· функціональна – забезпечення рівня освітленості для конкретних умов зорової роботи в приміщенні;

· архітектурна – створення художньої виразності інтер'єру;

· економічна – визначення оптимального варіанту рішення при обліку функціональних і архітектурних вимог до освітлення.

Труднощі проектування світлової архітектури інтер'єру (під якою розуміють гармонію функціонального, художнього та економічного аспектів освітлення) полягають не в розрахунку числа джерел світла, а в проектуванні і реалізації в натурі задуманих у проекті світлових співвідношень, які визначають архітектурний світловий образ інтер'єру.

Найбільш поширеним елементом сучасної архітектури є площина. Розподіл яскравості на площині, що має дифузне віддзеркалення, рівномірний. Якщо на цій площині створити світлі і темні смуги, що чергуються, то виникає ілюзія хвилястої поверхні. З іншого боку, якщо крайні, примикальні до стін зони стелі зробити темнішими, ніж середня його частина, то виникає ілюзія скосу стелі в місці його сполучення із стіною.

Щоб виявити художні якості і деталі інтер'єру (скульптур, горельєфів, барельєфів та ін.), необхідно дотримувати певне співвідношення між освітленістю, що створюється в приміщенні внаслідок багатократних віддзеркалень світла від внутрішніх поверхонь (скалярна складова) і освітленістю, яка створюється світловим потоком, що йде безпосередньо від освітлювальних приладів (векторна складова).

При формуванні світлової архітектури будівель – сукупності інтер'єрів – не слід виділяти і відособлено вирішувати світлову задачу тільки центрального приміщення. Подібно до симфонії, світлова архітектура має свій лейтмотив, який зв'язує приміщення, що ведуть відвідувача до центру будівлі в цілісну світлодинамічну композицію.

Для цього архітектор намічає порядок зростання і спаду яскравостей, використовуючи адаптацію як засіб, що підвищує сприйнятливість до світла і організуючу зорову поведінку людини.

Тектоніку інтер'єру (виявлення художньої конструктивної структури приміщення) рекомендується вирішувати, враховуючи наступні особливості зору:

· конструкції, що несуть, сприймаються легенями і статично активними, якщо вони виглядатимуть темнішими в порівнянні із заповненням між ними;

· відчуття глибини і природності простору інтер'єру створюється при наростанні яскравості від підлоги до стелі, при значенні градієнта яскравості не менше, ніж 0,3 кд/м² на 1 м висоти;

· застосування конструкцій несучих колон, що світять, прогонів, арок зорово позбавляє їх відчуття напруженості та правдивості.

Прагнення створити в приміщенні ілюзію денного освітлення викликало до життя вбудовані в інтер'єр прийоми штучного освітлення; серед них широке застосування отримали стелі, що світять, і панелі. Конструкція стелі, що світить, складається з каркаса (сталевого, алюмінієвого та ін.), підвішеного до конструкції, що несе, на тяжах, розсіювального скла (органічного молочного, світлорозсіювальної плівки та ін.), екрануючих світлорозсіювальних ґраток (дзеркальних або матованих) і відбивачів (дзеркальні софіти та ін.).

18.4. Світлова архітектура міста

З поняттям архітектоніки міста пов'язане світлоколірне його зонування. Користуючись різними за спектром джерелами світла, можна виділити наступні основні зони на території міста: промислову, селітебну (мікрорайони), адміністративний і громадський центр, зону спілкування (театри, концертні зали та ін.) і територію відпочинку (парки, сади і т.д.).

Світлова архітектура – альтернатива світловому оформленню міста, що ставить метою насичення головних вулиць і центру міста головним чином засобами рекламного і вітринного освітлення.

Головне завдання світлової архітектури – створення засобами світла і кольору цілісного художнього організму при переході від дня до ночі. Це складне завдання вирішується на основі наступних початкових положень:

· збереження просторових рішень міста і його архітектурних ансамблів;

· виявлення будівель і споруд, що характеризуються високою архітектурною якістю;

Велика кількість установок рекламного освітлення може привести до спотворення архітектурного образу та змінити психологічний клімат і колористичний образ проспекту. Результати фотометричних досліджень, оброблені у вигляді кривих циліндричної освітленості, свідчать про наступні світлові характеристики цих характерних проспектів:

1) співвідношення циліндричної середньої освітленості в просторі вулиці, що характеризуються відношенням максимальної освітленості до мінімальної, коливаються в межах від 1:1, 5 (нюансні) до 1:10 (контрастні);

2) абсолютні рівні яскравості фасадів в системі міських просторів коливаються в межах від 2…4 кд/м² (нижчий рівень) до 6…10 кд/м² (середній рівень); світлові акценти уздовж проспектів і вулиць доходять до 30 кд/м²;

3) нерівномірність яскравості освітлених і неосвітлених фасадів (фрагментів їх) не перевищує 10:1;

4) найбільші яскравості самосвітних засклених фасадів коливаються в межах 10-80 кд/м²;

5) світловий градієнт – зміна яскравості упродовж 1·м – коливається в межах від 0,3 (пасивний) до 3 (активний).

Світлова архітектура ансамблів, будівель і споруд створюється:

· прийомом заливального світла, тобто освітлення фасадів за допомогою дзеркальних ламп і прожекторів з лампами розжарювання, йодними, натрієвими, ДРЛ, ДРИ та ксеноновими;

· використання світла інтер'єрів, що проходить через вікна, вітражі, вітрини, а також ефекту “перетікального” простору, тобто прийняття архітектурного рішення освітлення інтер'єру і екстер'єру;

· світловою графікою, а також контурним освітленням.

Список рекомендованої літератури

Основна література

1. Блази В. Справочник проектировщика. – М.: Техносфера, 2004. – 480 с.

2. Богословский В.Н. Строительная теплофизика. – М.: Стройиздат, 1980. – 360 с.

3. Гусев Н.М. Основы строительной физики. Учебник для вузов. – М.: Стройиздат, 2005. – 440 с.

4. Лабораторный практикум по строительной физике. – М.: Стройиздат, 1985. – 360 с.

5. Папернов Л.З. Расчет и проектирование систем озвучения в закрытых помещениях. – М.: Стройиздат, 2002. – 415 с.

7. Шильд Е., Касельман Х.Ф. и др. Строительная физика. Перевод с немецкого. – М.: Стройиздат, 1982. – 296 с.

8. Штейнберг А.Я. Солнцезащита зданий. – М.: Стройиздат, 2007 – 280 с.

Додаткова література

9. СНиП ІІ-4-79. Естественное и искусственное освещение. – М: Стройиздат, 1980. – 46 с.

10. СНиП 2.01.01-82 Строительная климатология и геофизика. – М.: Госстрой, 1982.

11. СНиП ІІ–12–77. Естественное и искусственное освещение. Москва. Стройиздат, 1979. – 56 с.

12. СНиП ІІ–12–77. Защита от шума. – М.: Стройиздат, 1978.