Text
                    f, . и ...

.города и здания на юге следует проектировать и строить сообразно теплому климату и совсем по другому на севере". ВИТРУВИЙ " ...ширину улиц, высоту зданий и размеры окон надо выбирать с учетом ориентации и глубины помещений". АЛЬБЕРТИ "В хорошей архитектуре оболочка здания должна эффективно объединять все проектные параметры, включая планировку, конструкцию, тепловой и световой комфорт,..." ХАРКНЕСС
СПЕЦИАЛЬНОСТЬ ’’АРХИТЕКТУРА” Редакционная коллегия: Дуров В.В. (ответственный секретарь) Буга П.Г. Демидов С.В. Дыховичный Ю.А. Змеул С.Г. Касаткин В.А. Кудрявцев А.П. (главный редактор) Лежава И.Г. Орехова Н.И. Платонов Ю.П. Рожин И.Е. Рябушин А.В Степанов А.В. (зам. главного редактора) Яргина З.Н. Ягупов Б.А.
АРХИТЕКТУРНАЯ ФИЗИКА Под редакцией акад. Международной Академии наук высшей школы, чл.-корр. Международной Академии архитектуры, д-ра техн, наук, проф. Н.В. Оболенского Рекомендовано Министерством образования РФ в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению и специальности «Архитектура» Стереотипное издание Москва «Архитектура-С» 2007
ББК 38.113 УДК72 А 87 Рецензенты: чл.-корр. РААСН, канд. архитектуры Ж.М. Вержбицкий, чл.-корр. РААСН, д-р техн, наук В.К. Савин Авторы : В.К. Лицкевич, Л.И. Макриненко, И.В. Мигалина, Н.В. Оболенский, А.Г. Осипов, Н.И. Щепетков Редакторы: Т.В. Рютина, Н.Б. Либман Архитектурная физика: Учеб, для вузов: Спец. “Архитектура” / В.К. Лицкевич, А 87 Л.И. Макриненко, И.В. Мигалина и др.; Подред. Н.В. Оболенского. — М.: «Архитектура-С», 2007. — 448 с.: ил. ISBN 978-5-9647-0034-0 Рассматриваются теоретические основы формирования комфортной светоцветовой, тепловой и акустической среды в городах и зданиях. Излагаются методы нормирования, расчета и проектирования ограждающих конструкций, освещения, инсоляции, солнцезащиты, цветового решения, акустики, звукоизоляции зданий и борьбы с городскими и производственными шумами. Для студентов архитектурных вузов и факультетов. ISBN 978-5-9647-0034-0 ББК 38Л13 © В.К. Лицкевич, Л.И. Макриненко, И.В. Мигалина, Н.В. Оболенский, А.Г. Осипов, Н.И. Щепетков, 1997 © «Архитектура-С», 2007
Светлой памяти профессора Н.М. Гусева и доцента В. Г. Макаревича посвящает свой труд кафедра архитектурной физики МАрхИ ПРЕДИСЛОВИЕ Учебник по архитектурной физике издается под таким названием впервые и является развитием учебника "Основы строительной физики", изданного в 1975 г. проф. Н.М.Гусевым, основателем кафедры строительной физики МАрхИ. Новое название учебника и кафед- ры не случайно. Актуальность проб- лемы экологизации современной архитектуры ныне признана во всем мире, а поскольку свет, цвет, климат и звук являются основными факто- рами , формирующими комфортность искусственной окружающей среды (архитектуры), вписываемой в естест- венную среду (природу), эта проблема имеет огромное значение для развития качественно нового этапа в капиталь- ном строительстве и массовой ур- банизации. Естественна поэтому и необ- ходимость экологизации высшего архитектурного образования. По суще- ству, архитектурная физика является второй частью новой дисциплины, ко- торую должен изучать современный архитектор, — "Архитектурная эко- логия". Первая часть этой дисцип- лины — "Архитектурное природополь- зование" ("Охрана окружающей сре- ды") включает основы защиты живой и неживой природы от воздействия на нее урбанистической деятельности человека, приняв it ей ныне глобальный характер, что вызывает обостренную озабоченность во всем мире. ственного света, цвета, тепла, движения воздуха и звука, а также природу их восприятия человеком с оценкой социологических, гигиени- ческих и экономических факторов. Кроме того, эта наука — фунда- мент, на котором базируются важ- нейшие положения основных строи- тельных документов — СНиПов, рег- ламентирующих комфортность, плот- ность и экономичность застройки. Архитектурная физика как часть архитектурной экологии (а ныне одной из важнейших и обязательных частей проекта является его экологический раздел) непосредственно помогает определить качество проекта на всех стадиях (а следовательно, и качество архитектуры) по нескольким основным группам критериев1: 1) комфортность городских пространств и интерьеров зданий и их функциональность; 2) на- дежность (долговечность) сооружений; 3) выразительность (композиция, све- тоцветовой образ, масштабность, пластика и т.п.); 4) экономическая эффективность (особенно при инду- стриальном строительстве). Все эти критерии в значительной степени предопределяются при про- ектировании профессиональным уче- том светоклиматических и акусти- ческих параметров среды и элементов зданий. Следовательно, архитектурная физика имеет самые непосредственные Архитектурная физика изучает теоретические основы и практические методы формирования архитектуры под воздействием солнечного и искус- 1 По аналогии с критериями Витрувия ’’поль- за. п чность, красота” (обратим внимание на то. что даже Витрувий говорит о красоте здания толь- ко после пользы и чности).
6 Предисловие связи с профилирующими дисцип- линами — "Архитектурное про- ектирование", "Теория, история и критика архитектуры" и "Архитектур- ные конструкции", а также с системой государственной экспертизы проек- тов. Архитектурная физика находится на стыке таких наук, как астрономия, метеорология и климатология, а пос- кольку архитектура служит для обес- печения жизнедеятельности человека и представляет основные материаль- ные и культурные фонды любой стра- ны, эта наука тесно связана с гигиеной, эстетикой, психологией, социологией и экономикой. Содержание учебника отвечает современному уровню развития этой науки и учитывает многолетний опыт ее преподавания в Московском архитектурном институте, дискуссии, проведенные в последние годы в на- учных изданиях нашей страны и за рубежом, правительственные поста- новления по экологическим и градо- строительным вопросам и программы Академии наук России по биосферным и экологическим исследованиям. Курс состоит из вводной части "Предмет и место архитектурной физики в творческом методе архитек- тора" и трех основных частей: "Архи- тектурная климатология", "Архитек- турная светология" и "Архитектурная акустика". В каждой из основных частей учебника приводятся примеры про- ектирования комфортной среды из оте- чественной и зарубежной архитектур- ной и градостроительной практики. Изучение курса сопровождается выполнением студентами учебно- исследовательских работ, связанных с архитектурным проектированием горо- дов и зданий. Для адаптации расчет- ных работ к реальным условиям твор- ческой работы архитектора в учебнике приведены графические, табличные и справочные материалы. Основные разделы учебника за- вершаются списками литературы, с помощью которых студенты и аспиран- ты могут расширить свои знания и освоить методы научно-исследова- тельских работ по архитектурной физике. В учебнике использованы действу- ющие нормативные документы и результаты новейших исследований отечественных и зарубежных ученых в области архитектуры, градо- строительства, архитектурной физики и экологии. Предисловие, введение и главы 3 и 5 написаны Н.В.Оболенским, главы 1 и 2 — В.КЛицкевичем, глава 4 — Н.В. Оболенским и Н.И.Щепетковым, глава 6 — И.В.Мигалиной, главы 7 и 8 — А.Г. Осиповым, глава 9 — Л. И .Макриненко. Авторы выражают признатель- ность Ж.М.Вержбицкому и В.К.Са- вину за замечания к рукописи.
Введение. ПРЕДМЕТ И МЕСТО АРХИТЕКТУРНОЙ ФИЗИКИ В ТВОРЧЕСКОМ МЕТОДЕ АРХИТЕКТОРА Архитектура, представляю- щая собой один из важнейших аспек- тов жизнедеятельности человека, от- личается от всех других видов и форм этой деятельности тем, что по- стоянно и повсюду воздействует на живую и неживую природу. От того, насколько комфортно в широком смысле этого слова построен город, здание или сооружение и на- сколько гармонично они вписываются в природу, зависит жизнь человека и само существование природы. Никогда еще в истории человечества этот воп- рос не стоял столь остро. Только XX век с его научно-техническим и демографическим "взрывом”, глобаль- ной урбанизацией, миграцией насе- ления и массовым индустриальным строительством беспрецедентно обост- рил эту проблему. Почему так важно иметь это в ви- ду современному архитектору? Ведь на протяжении тысячелетий архитекто- рам было известно, что "...города и здания на юге следует проектировать и строить сообразно теплому климату, и совсем по другому на севере" (Вит- рувий), что "...ширину улиц, высоту зданий и размеры окон надо выбирать с учетом ориентации и глубины по- мещений" (Альберти, Палладио), что "важнейшими материалами для архи- тектора являются солнце, бетон, ме- талл, стекло, деревья, трава и т.д. При этом последовательность их пе- речисления соответствует их важно- сти" (Корбюзье), что "...вписывать ар- хитектуру в природу необходимо бе- режно и композиционно оправданно" (Жолтовский) и что "для того, чтобы осветить помещение, недостаточно сде- лать отверстие в кровле, а необходимо убедиться в том, что ритм света и тени будет соответствовать компози- ции интерьера" (Кан)... Все архитектурные и градострои- тельные шедевры создавались с учетом этих вечных истин. Города южных сухих районов всег- да имели характер "самозатеняющихся структур", а здания — своеобразных "термосов" с массивными стенами, замкнутой компактной планировкой и редкими небольшими окнами. Ярко выраженный образ такой архитектуры был прямым следствием характерных климатических условий и приобретал четкий национальный характер. Для влажных районов, наоборот, характерны открытая планировка, лег- кие "дышащие" стены и светопроемы, хорошо проветриваемые городские пространства. Большинство южных районов от- личается большим количеством сол- нечных дней в году, очень высокой радиацией и контрастностью освеще- ния. Это предопределяет специфиче- ский характер архитектурной пласти- ки и цветовых соотношений элементов и деталей зданий: тонкую пластиче- скую модуляцию декора, большую насыщенность цвета и его контрастные сочетания (эти особенности распрост- раняются также на одежду и утварь). В северных и большинстве цент- ральных районов преимущественно об- лачное небо обусловливает крупную пластику стен и деталей и нюанси- рованные пастельные цветовые соче- тания, что полностью соответствует
8 Введение природному окружению и мягкому рассеянному освещению. XX век и здесь оставил следы своей бурной де- ятельности. Появились новые мате- типа "Кудо-Аурезин" и новей их си- риалы и технические нов ества ка- стем кондиционеров не позволяет до- стичь в подобных зданиях комфортно- го освещения и микроклимата без при- менения регулируемой солнцезащиты тает Ilu £ ически разрослись города, транспорт, про мы ленность вредные выбросы в атмосферу и водостоки, го- и колоссальных затрат на эксплуата- цию установок искусственного ох- лаждения помещений. Это особенно к п родской и технологический шум, воз- никли предпосылки для энергетиче- ских, экологических, демографических и даже нравственных кризисов. В Лос-Анджелесе обнаружен новый невидимый глазом смог, образующийся в современных городах в результате сочетания ультрафиолетовой радиации солнца с выбросами двигателей внут- реннего сгорания и выделениями от ас- фальтовых поверхностей. Оказалось, что этот смог обладает повышенным канцерогенным действием. Всемирной организацией здравоох- ранения (ВОЗ) зафиксировано откры- тие американских, австралийских и российских ученых, согласно которо- му в результате массовой миграции слабопигментированного населения (людей со светлой кожей) из север- ных городов в южные в последних слу- чаи заболевания горожан раком кожи возросли в 4 раза. Это объясняется тем, что в современных городах отме- чена повышенная ультрафиолетовая солнечная радиация в микрорайонах с малой плотностью застройки при от- сутствии там солнцезащиты. В то же время исследования показали, что учет архитекторами солнечной радиа- ции при проектировании застройки может снизить радиационный фон в городской среде на 30%. Как известно, в последнее время многие архитекторы вновь начали ув- лекаться стеклянными поверхностями. Это обусловлено ложным представле- нием о беспредельных возможностях современного солнцезащитного стекла и оборудования для кондиционирова- ния воздуха. Однако даже использо- вание весьма дорогостоящего стекла важно помнить нашим архитекторам, поскольку у нас мало развита отрасль промышленности, выпускающая подо- бные стекла и устройства. Опыт некоторых мастеров архитек- туры XX в. не может и не должен служить предметом для подражания, что, к сожалению, осознали еще да- леко не все. Ярко и профессионально сказал об этом современный австра- лийский архитектор Е.Харкнесс1: "За малым исключением геометрические формы архитектуры Миса ван дер Роэ просты и прямолинейны. Небольшое число его построек от- личается усложненными формами, обусловленны- ми регулированием солнечной радиации. Системы светопроемов, по существу, являют- ся выражением его личного философского пред- ставления о структуре. Хотя многое подтверждает его известную заинтересованность технологией и конструкционной детализацией, физические па- раметры окружающей среды не играли значитель- ной роли в его творчестве. Геометрические формы его произведений претерпели бы изменения, если бы он с большим вниманием относился к солнечной геометрии. Одним их классических примеров недоста- точного понимания или непризнания архитекто- ром влияния физических параметров окружающей среды является Франсуорт Хаус в Плэнс, штат Ил- линойс, США (1950), абсолютно не обогреваемый зимой и невыносимо жаркий летом. Владелец зда- ния даже возбудил дело против архитектора, так как дом непригоден для жилья. Стеклянная короб- ка настолько неудачна с точки зрения выбора ма- териала для •1111 лочки здания, что можно было на- деяться, что она будет отвергнута любым серьезным архитектурным исследованием. Тем не менее в большинстве печатных работ без какого-либо кри- тического комментария ее все еще выдают за ше- девр... Люди, помещенные в стеклянные жаркие ко- робки, применяли различные солнцезащитные' Харкнесс Е., Мехта М. Регулирование сол- нечной радиации в зданиях. — М.: Стройиздат, 1984.
Предмет и место архитектурной физики 9 приспособления, что привело к беспорядочности и неопрятности архитектуры фасадов. Для решения этой проблемы стали применять полу регулируе- мые внутренние жалюзи с тремя положениями эк- ранирующих элементов: полностью открытым, полностью закрытым и наполовину закрытым. Это привело к чрезмерному снижению освещенности помещения и ограничению обзора при закрытых жалюзи, защищающих от прямого солнечного све- та, хотя стеклянная коробка, обладающая плохи- ми теплоизоляционными свойствами и требующая дорогостоящих отопления и охлаждения, должна была хотя бы обеспечить обзор из здания... В настоящее время мы осознаем ограничен- ность мировых энергетических ресурсов. Новые поколения архитекторов будут нести моральную ответственность за проектирование зданий, не обеспечивающих комфорта при минимальных энергетических затратах. Возможно, что в буду- щем максимальное количество единиц энергии, которое могут потреблять здания, будет ограничено законом. Основаниями для подобных ограничений могут служить число людей, для которых запроек- тировано здание, его назначение или другие фак- торы. В течение всей профессиональной карьеры Мис ван дер Роэ не учитывал регулирование сол- нечной радиации. Он никогда не изучал геометрии солнечного движения относительно ориентации здания или же представлял себе ее, но отвергал, так как она не вписывалась в его философию раци- ональной ясности форм, ограниченной эстетиче- скими рамками визуального восприятия. Простота геометрии, присущая произведени- ям архитектора, редко встречается в природе; при- родный порядок сложен. Живые организмы, взаи- модействуя с природными условиями, усложняют- ся, в противном случае они не выживают. Мис ван дер Роэ не учитывал многие изменяемые парамет- ры окружающей среды, которые оказывали влия- ние на его здания и их обитателей, и не противодей- ствовал конфликтам, возникающим в результате этого влияния. Подражание творчеству Миса ван дер Роэ бы- ло очень значительным и продолжает быть тако- вым — это бесспорно, так же как и то, что это под- ражание нанесло большой вред архитектурному образованию и уважению общества к архитектур- ной профессии. В хорошей архитектуре оболочка здания дол- жна эффективно объединять все проектные пара- метры, включая планировку, конструкцию, теп- ловой и световой комфорт и технологические фун- кции, при оптимальных капитальных и эксплуата- ционных затратах как в денежном выражении, так и в единицах энергии”. Значение этой проблемы для мас- сового строительства особенно вели- ко: в последнее десятилетие развитие архитектуры во всем мире не соответ- ствует глобальным явлениям, характе- ризующим экономические и социаль- ные условия жизни людей на планете. В социальном аспекте архитектура в значительной степени утратила свя- зи с национальными, эстетическими, демографическими традициями и тре- бованиями, которые на протяжении тысячелетий определялись конкретны- ми климатическими условиями и ду- ховными потребностями человека. В экономическом отношении со- временная архитектура в еще большем долгу перед человечеством. В век энергетического кризиса и всемерной экономии энергетических ресурсов и капитальных затрат рациональные проектные решения городов, агропро- мышленных комплексов и отдельных зданий и сооружений обеспечивают значительную экономию материаль- ных и финансовых ресурсов. Основа рационального с точки зре- ния комфортности и экономичности решения будущего здания закладыва- ется архитектором в самом начале проектирования, когда определяются композиционный замысел и образ бу- дущего сооружения, его ориентация по сторонам горизонта, размеры и про- порции светопроемов и т.п. Было бы грубой ошибкой считать, что совре- менная техника и новые материалы позволяют архитектору реализовать любой его проект (к сожалению, с этим мнением приходится сталкивать- ся в практике реального и учебного проектирования). Среди архитекторов бытует еще и такое суждение: зодчему не обязатель- но владеть основными методами про- ектирования микроклимата, освеще- ния, инсоляции, солнцезащиты, аку- стики и т.п., так как при необходи- мости он может обратиться к соответствующему специалисту. Меж- ду тем круг таких специалистов весьма ограничен. Следует отметить, что все выдающиеся архитекторы прошлого — Витрувий, Альберти, Аалто, Кан — не
10 Введение Mln ми методами, но еще и совершенство- вали и развивали их. Достаточно вспомнить знаменитую "аналему Сол- нца’* Витрувия, на основе которой по- строены все современные графики для расчета инсоляции и солнцезащиты. Крупнейшие мастера архитектуры хо- рошо понимали формообразующие и гигиенические свойства солнечного света, этого своеобразного инструмента и материала в руках архитектора. Не меньшее значение имеют эти вопросы и для развития теории и ос- мысления истории архитектуры. Глу- бокий анализ закономерностей формо-, цвето- и пространствообразования под воздействием света выполнен Н.И.Бруновым в его очерках по исто- рии архитектуры. С этой точки зрения Е.Харкнесс продемонстрировал пример подлинно научной критики произведе- ний мастеров Нового движения в ар- хитектуре (Миса ван дер Роэ, Райта, Гропиуса и др.). В связи с этим нельзя не упомя- нуть о блестящем научном анализе и открытии в области изучения твор- чества Микеланджело, которое сделал патриарх российской ксилографии проф. П.Я.Павлинов в 40-е гг. Он до- казал, что все свои скульптуры, осо- бенно знаменитую "Пьету’', Микелан- джело создавал в расчете на главную точку восприятия при определенных условиях освещения. В результате итальянская Академия художеств в 1949 г. приняла решение повернуть ’’Пьету” на постаменте почти на 40° и соответствующим образом ее осветить. Нельзя считать, что задачи архи- тектуры и архитектурной науки огра- ничиваются поисками красоты и изя- щества форм, пропорций и линий (что характерно для творческого мировозз- рения Миса ван дер Роэ). Их содер- жание не исчерпывается искусствовед- ческими изысканиями о закономерно- стях композиционных соотношений, спорами о тектонической сущности форм и историей создания архитектур- ных шедевров. Последние, кстати, ста- ли таковыми именно потому, что их создатели понимали: выразительность архитектуры во многом зависит от природных параметров световой среды, иначе никогда не возникло бы разли- чия между глубокой и мощной пла- стикой русской архитектуры и тонким кружевоподобным декором в египет- ском и среднеазиатском зодчестве, между открытым солнцу пространст- вом в городе с умеренным климатом и замкнутыми композициями и само- затеняющими градостроительными структурами в районах с жарким су- хим климатом. В экономическом отношении зна- чение этих вопросов не менее велико. Достаточно сказать, что при рацио- нальном выборе размеров светопрое- мов и увеличении использования ес- тественного света в зданиях на 1 ч в течение суток государство экономит 3 млн кВт/ ч электроэнергии в год только в промышленных зданиях. При правильном подходе архи- тектора к решению планировочных за- дач с учетом требований к инсоляции зданий можно более рационально ис- пользовать ценные селитебные тер- ритории, повысить плотность застрой- ки на 8—10% и увеличить строитель- ство экономичных домов меридиональ- ного типа с широким корпусом. С учетом масштабов жилищного строи- тельства в нашей стране это позволит значительно сократить градостроитель- ные затраты без снижения объема ввода жилых домов. При рациональном применении солнцезащитных средств в архитектуре приведенные затраты на здания с уче- том повышения производительности труда, уменьшения бракованной про- дукции и расходов на искусственное регулирование микроклимата снижа- ются на 20—30%. В настоящее время, когда процесс урбанизации охватил весь мир, а де-
Предмет и место архитектурной физики 11 ятельность общества в целом оказы- вает возрастающее и все более мно- гообразное воздействие на природу, возникли актуальные социальные про- блемы взаимодействия общества и природы в целях сохранения экологи- ческого равновесия и создания для че- ловечества благоприятной жизненной среды. В области архитектурной экологии таких проблем множество. Наиболее важные из радиацией, русского ляется первым и важнейшим факто- ром, формирующим как климат в це- лом, так и искусственную материаль- ную среду — архитектуру. Недаром Корбюзье ставил солнце на первое место, когда перечислял материалы и средства, с которыми имеет дело ар- хитектор. Более всего зависит от солнечного них связаны с солнечной которая, по выражению климатолога Воейкова, яв- излучения световая среда, создаваемая ультрафиолетовой, видимой и тепло- вой радиацией Солнца. Актуальная для нашего времени проблема — эко- номия невозобновляемых энергетиче- ских ресурсов также теснейшим обра- зом связана с радиацией. Потери теп- ла и холода, а тем самым и стоимость эксплуатации зданий в значительной степени зависят от композиции и плотности застройки, ориентации зда- ний по сторонам горизонта, размеров и пропорций светопроемов и интерье- ров, пластики фасадов. Современная практика показывает, что элементарные требования к архи- тектуре, определяемые экологически- ми факторами, учитываются недоста- точно. Иначе нельзя объяснить распро- странение идентичных планировоч- ных, конструктивных и композицион- ных приемов, а также материалов, размеров и форм светопроемов (в том числе ленточных) в различных кли- матических районах. Последнее вызы- вает особое опасение, так как размеры светопроемов в общественных и про- мышленных зданиях массового строи- тельства сейчас вновь возросли до недопустимых пределов. Некоторые теоретики архитектуры оценивают ленточное горизонтальное остекление фасадов как “огромное завоевание ар- хитектуры", так как оно дало "прин- ципиальную возможность полного ви- зуального раскрытия внутреннего про- странства к вне ней среде". Нелишне и спросить, нужно ли такое "завоева- ние"? Во-первых, "полное визуальное раскрытие внутреннего пространства" вообще не имеет смысла и невозмож- но, во-вторых, максимальное остекле- ние фасадной стены интерьера допу- стимо как исключение, если этого тре- бует его функциональное назначение или особые композиционные условия в интерьере. Далеко не случайно здесь уделено такое внимание светоцветовому ком- форту и инсоляции в городах и зда- ниях. Поистине для архитектуры эта область — одна из наиболее важных: известно, что более 80% всей инфор- мации, воспринимаемой человеком, приходится на зрительное восприя- тие, а в творческом методе архитек- тора данная проблема всегда занима- ла ведущее место. Тем не менее тепловой и акусти- ческий комфорт также обязательны, а в ряде случаев являются определяю- щими в поисках архитектурной ком- позиции, формы и пространства. На- пример, в экстремальных климатиче- ских районах планировка города и осо- бенно архитектура зданий и их композиция прежде всего определяют- ся климатическими и ландшафтными условиями места строительства. А для театра или концертного зала акусти- ческие требования, так же как и ви- зуальные, — основа выбора формы и образа сооружения. Вся мировая история архитекту- ры — яркое тому свидетельство.
АРХИТЕКТУРНАЯ КЛИМАТОЛОГИЯ Глава 1. КЛИМАТ И АРХИТЕКТУРА Архитектурная климатоло- гия — наука, призванная раскрыть связи между климатическими усло- виями и архитектурой зданий и гра- достроительных образований. Овладе- ние этими связями позволяет архитек- тору при проектировании правильно оценить и учесть климатические воз- действия, создать в формируемой им искусственной среде благоприятную экологическую обстановку, найти вы- разительную архитектурную форму, индивидуальный образ, обусловленные объективными природно-климатиче- скими факторами места строительства. Архитектурная климатология опи- рается на типологию архитектурных сооружений (например климатиче- ская типология жилища и др.), общую климатологию, гигиену, строительную физику, экономику, эстетику. Климатическая типология архи- тектурных сооружений обогащает ар- хитектора знаниями приемов и средств, используемых для улучше- ния среды, для защиты человека и его окружения от холода и перегрева, знакомит с накопленным веками опы- том регулирования микроклимата (рис. 1.1 и 1.2). К средствам клима- тозащиты (или использования клима- та) относятся: приемы планировки (ориентация по сторонам горизонта, организация проветривания или за ты пространств от ветра, использова- ние пространств разной степени от- крытости, посадок зелени, устройство тамбуров и др.), наружные ограждаю- щие конструкции (стены, окна, покры- тия), инженерное оборудование (отоп- ление, охлаждение, вентиляция и др.). Здесь уместно отметить, что в климатической типологии жилище играет едва ли не определяю- щую роль, несравненно более значительную, чем другие разновидности зданий. В жилище человек проводит большую часть своего времени, отдыха- ет, воспитывает детей, восстанавливает свои физи- ческие и духовные силы; жилище эксплуатируется в течение всего года, всего времени суток, имеет традиции, уходящие в глубокую древность, непос- редственно связано с внешней средой наличием двориков, балконов и т.п. Поэтому архитектору, проектирующему жилые здания, следует знать все аспекты связи климата и жилища. Архитектурная климатология да- ет архитектору информацию о клима- те в районе проектирования, о кли- матических факторах, их изменении во времени и пространстве, о методах анализа климата. Коммунальная гигиена помогает понять реакции организма человека, изменение его физиологических и пси- хологических функций в состояниях переохлаждения и перегрева, дает нор- мативы комфортного микроклимата в здании и наружной среде, которые ис- пользуются архитектором для сравне- ния их с фактическими климатически- ми данными и установления необхо- димых средств климатозащиты. Экономические знания (о строи- тельных , эксплуатационных, приве- денных затратах, социально-экономи- ческой эффективности) позволяют ар- хитектору выбирать наиболее рацио- нальные решения. Механизм связи эстетики, в том числе теории архитектурной компози- ции, с архитектурной климатологией изучен недостаточно. Однако можно
Глава 1. Климат и архитектура 13 Рис. 1.1. Примеры народно- го жилища а — жилой дом европейского Севера — компактный объем, включающий избу и хозяйст- венный блок под одной кры- шей; б — жилой дом Средней Азии: озелененный замкну- тый дворик и теневые наве- сы — ай ваны — главное в ком- позиции жилища; в — жилой дом Западной Грузии: гале- реи, крыши с большим све- сом карнизов, приподнятость над грунтом, большие зате- ненные окна обеспечивают защиту от осадков и хорошее проветривание помещений Рис. 1.2. Основные типы старого народного жилища индейцев на территории США а — обшитые досками коридо- рные дома с очагами . строились в холодном и сы- ром северо-западном районе; б — вигвамы, крытые березо- вой корой, позднее — шку- рами, типичны для контине- нтального климата Великих равнин; в — коридорные жилища с очагами, обшитые корой, характерны для северо- восточных лесов и плодород- ных земель; г — многоэтаж- ные жилища с толстыми сте- нами из камня или сырца и маленькими окнами типичны для сухого жаркого климата юго-запада; д — дере- вянные дома на насыпях или столбах характерны для влаж- ного жаркого климата юго-во- стока назвать категории архитектурной ком- позиции, при выборе которых архи- тектор всегда считается с климатом. К ним относятся организация архитек- турного пространства, объемное реше- ние различной степени расчлененно- сти, компактности и направленности, пластика поверхности различной сте- пени расчлененности, фактура, цвето- вое решение и др. Таким образом, архитектурная климатология вбирает в себя данные
14 Часть I, Архитектурная климатология многих наук, но это не мешает ей быть самостоятельной архитектурной дисциплиной. Климат — многолетний режим погоды, наблюдающийся в данной ме- стности. Важней ими для архитектур- и ного проектирования климатическими факторами являются: солнечная радиация (прямая и рассеянная), поступающая на разных широтах, на горизонтальные и верти- кальные поверхности разной ориента- ции, при безоблачном небе или при облачности, за разные сроки (Вт/м2); температурные факторы — тем- пература воздуха, например средняя по месяцам, абсолютная минимальная, максимальная, средняя максимальная наиболее жаркого месяца, наиболее холодных суток или пятидневки, сред- няя наиболее холодного периода (°C); период со средней суточной темпера- турой менее 8 или 10°С; амплитуда температуры средняя или максималь- ная по месяцам и др.; влажностные факторы — влаж- ность воздуха, например относитель- ная среднемесячная, в 13 ч или другие Таблица 1.1. Климатические данные Харькова по месяцам Показатель Темпера- тура, °C Относительная влажность, % Скорость ветра, м/с Часы дня Ш IV V VI VII VIII IX X XI XII 7 —10,4 -10,5 -4,6 2,6 13 -5,9 -4,9 0,9 10,7 7 88 87 89 80 13 82 77 72 55 13 3,3 3,6 3,7 4,0 8,9- 19,5 12,3 22,5 14,2 25,1 12,8 24,0 8,0 18,6 2,9 11,0 -2,3 2,0 -7,9 -4,1 71 75 77 77 84 88 90 84 45 50 49 47 51 62 78 84 3,6 3,4 3,2 3,3 3,4 3,6 3,3 3,0 Таблица 1.2. Климатические данные Харькова по сторонам горизонта Показатель Январь Температура ветра, °C Повторяемость направлений ветра, % Скорость ветра, м/с Суммарная радиация, ккал/(м2 ч) -7,3 9 -10,4 12 -8,9 16 -5,7 17 -2,5 10 -2,4 12 -2,0 13 -8,3 11 4,9 5,2 5,0 4,6 4,1 4,4 4,7 4,8 Температура ветра, °C — — — - — _ „ „ Повторяемость направлений 17 14 12 9 4 9 14 21 ветра, % Скорость ветра, м/с 4,4 4,5 4,2 3,2 3,0 3,7 4,4 4,3 Суммарная радиация, ккал/(м2’Ч) 66 109 161 159 137 159 161 109 Примечание. 1 ккал/(м2-ч) = 1,163 Вт/м2.
Глава 2. Климатический анализ 15 сроки (%), абсолютная, т.е. упругость водяного пара по месяцам (ГПа), ко- личество осадков за год, месяц, сутки, осадков жидких, смешанных (мм) и др.; ветер, например повторяемость направлений ветра (%), повторяемость штилей, средняя скорость по направ- лениям, максимальная, минимальная скорость (м/с) и др. Пример записи климатических данных по Харькову приведен в табл. 1.1 и 1.2. Климат формируется под влиянием следующих факторов: солнечной ради- ации, поступающей на землю в разных количествах в зависимости от широты местности (при безоблачном небе по- ступление прямой радиации на гори- зонтальную поверхность за сутки со- ставляет 6490 Вт/м2 на широте 38° и 6332 Вт/м2 на широте 60°) и облач- ности; высоты места над уровнем моря (на 100 м подъема температура сни- жается на 0,5°С); переноса крупных возду и ных масс над океанами и сушей (циклоническая деятельность) в ре- зультате разного нагрева поверхностей и движения Земли. Помимо отдельных климатиче- ских факторов, названных выше, боль- шую роль играют комплексные харак- теристики, например климатическое районирование территории, т.е. выде- ление районов с общими архитектур- но-типологическими признаками; так называемые типы погоды, когда от- дельные климатические факторы син- тезируются в комплексы, обусловлен- ные типологией, поддающиеся расчету и выражающие продолжительность в течение года определенных климати- ческих условий; радиационно-тепло- вой, тепловлажностный, тепловетровой режимы; снегоперенос, пылеперенос, косые дожди и др. Глава 2. КЛИМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ Климатический анализ в ар- хитектурном проектировании ведется "от общего к частному’’, от оценки наиболее общих фоновых закономер- ностей климата, характерных для крупных территорий (климат района Южного Урала, климат подрайона IVB по СНиП, климат Калуги и др.), к оценке микроклимата локальных конкретных выбранных для строитель- ства участков, расположенных в опре- деленных условиях подстилающей поверхности (рельеф, акватории, рас- тительность, покрытие, характер за- стройки) , которая изменяет фоновые условия, преломляет их. На фоновом уровне архитектор, используя гото- вые климатические данные, ведет анализ климата, оценивает условия широтного пояса земли, определяет район, в котором предстоит строитель- ство (например, используя карты рай- онирования территории страны, при- веденные в СНиПе [10]), выявляет се- зоны года, определяющие типологию в данном пункте, оценивает роль каж- дого климатического фактора, устанав- ливает наиболее благоприятные и не- благоприятные стороны горизонта для ения вопроса о направлениях рас- крытия архитектурного пространства или его защиты. На уровне оценки микроклимата архитектор изучает ландшафт, рельеф площадки, делает поправки на микро- климат склонов разной ориентации, устанавливает условия обдувания объ- екта ветром, рассчитывает инсоляцию и др. Данных, помещаемых в клима- тических справочниках, может ока- заться недостаточно для такого анали- за, поэтому приходится использовать геодезические подосновы участков строительства с нанесенными горизон-
16 Часть J. Архитектурная климатология талями рельефа, таблицы поправок микроклимата на склонах и др. Гигиенические предпосылки. По- скольку архитектурная среда создается для человека, архитектору необходимо знать требования организма к среде. "Архитектура — настоя щя только та, для которой человек в центре вни- мания" (А. Аалто). Организм человека постоянно вы- рабатывает и отдает тепло во вне п нюю среду. "Жарко" — это когда сре- да не может достаточно активно по- гло щть тепло, "холодно" — когда тепла поглощается больше, чем выра- батывает организм. Отдача тепла в оп- ределенных пропорциях осуществляет- ся конвекцией (от тела воздуху), кон- дукцией (при контакте тела с повер- хностью, например пола, стола и др.), радиацией (излучением от теплого те- ла на более холодные поверхности) и испарением влаги (с поверхности кожи и при дыхании) (рис. 2.1). Ограждающие конструкции зда- ний, планировка, инженерное обору- дование должны обеспечивать благо- приятные микроклиматические усло- вия среды (оптимальные температуру, влажность, подвижность воздуха, бла- гоприятный радиационный режим). Вне зданий микроклимат в зонах на- хождения человека может быть улуч- шен за счет соответствующего исполь- зования элементов застройки и малых форм, зеленых насаждений, рельефа, акваторий, покрытий и др. Требования к микроклимату поме- щений изменяются в определенных Рис. 2.1. Способы отдачи человекам тепла в окружа- ющую среду 1 — конвекцией; 2 — хонду к- цией; 3 — радиацией, или излучением; 4 — испаре- нием районах — 17—19°С. Летом в районах с умеренным климатом для жилища пределах в зависимости от адаптации предпочтительна температура 23— человека к климату местности и се- 24°С, на юге на страны — зону года, от характера поведения че- 26°с, при кондиционировании 26°С, а ловека грузке больше (при боль ей физической на- в организме вырабатывается тепла), от вида одежды, со- стояния здоровья, возраста и т.п. (табл. 2.1 и 2.2). В районах с уме- ренным климатом температура в жи- лище зимой должна составлять 18— 20°С, на севере — 21—22°С, в южных при радиационном охлаждении 28°С. В Дели, например, комфортной тем- пературой для местных жителей летом считается 31—32°С. Некоторые микроклиматические параметры и их сочетания непосред- ственно влияют на выбор архитек- турных решений. Температура воздуха
Глава 2, Климатический анализ 17 Таблица 2.1. Гигиенические требования к тепловому режиму жилых помещений в разных климатических районах (по рекомендациям Киевского НИИ общей и коммунальной гигиены) I Показатель Сезон Климатический район1 I Т II Г Ш Температура воздуха, °C Зима Лето Влажность воздуха, % Зима Лето Подвижность воздуха, м/с Зима Лето Температура внутренних поверх- Зима костей ограждающих конструк- Лето ций, °C 21-22 23-24 30-45 35-50 0,08-0,10 0,08-0,10 21 26 18-20 23-24 30-45 35-50 0,08-0,10 0,08-0,10 18 26-27 18-19 25-26 35—50 30-60 0,08-0,10 0,1-0,15 18 28 17-19 25-26 35-50 30-60 0,08-0,10 0,1-0,15 18 28 * Климатические районы приняты по СНиП 2.01.01—82 ’’Строительная климатология и геофизика”, с. 51- Таблица 2.2. Гигиенические требования к тепловому режиму жилища при конвекционном обогреве в зависимости от возрастной группы (по рекомендациям Киевского НИИ общей и коммунальной гигиены) Возрастная группа, лет Помещения Температура Влажность Подвижность Температура внутрен- воздуха, °C воздуха, % воздуха, м/с них поверхностей ограждающих конст- рукций, °C 12-13 Жилые Спальни 20-22 16-17 45-50 38-50 0,1-0,15 0,08-0,1 18 15 20-30 Жилые 18-20 45-50 0,1-0,15 18 Спальни 14-15 38-50 0,08-0,1 14 55—60 Жилые 20-22 45-50 0,1-0,15 18 Спальни 16-17 38-50 0,08-0,1 15 является первым, отправным критери- ем среды, тепловым фоном, без кото- рого трудно оценивать другие парамет- ры. Влияние температуры поверхно- стей сказывается на выборе материа- лов, например для полов. Большое теплоусвоение1 каменных, в том числе мраморных, полов предопределяет их использование в странах с жарким климатом, а в умеренном климате и на Севере предпочитают "теплые” де- 1 Поглощение тепла кондукцией. ревянные полы, и даже линолеум ка- жется "холодным". Зимой холодная по- верхность оконного заполнения (тем- пература ниже 8°C) вызывает сильную отдачу тепла от организма на эту по- верхность, что даже при хорошем уп- лотнении притворов создает ощущение дискомфорта. Летом нагретый через крышу потолок может вредно отра- зиться на самочувствии человека. Архитектор как организатор про- странства в большей степени "владеет" ветром, чем температурой и влажно- стью, и эту возможность должен пра- вильно использовать (рис. 2.2). Чем
18 Часть I. Архитектурная климатология СРЕДНЕМЕСЯЧНАЯ ТЕМПЕРАТУРА САМОГО ЖАРКОГО МЕСЯЦА, °C ИСПАРИТЕЛЬНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ ВЫСОКАЯ МАССИВНОСТЬ ОГРАЖДЕНИЙ И НОЧНАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ 93,3 32,2 26,7 ЗОНА КОМФОРТА ?/,7 ВЫСОКАЯ МАССИВНОСТЬ ОГРАЖДЕНИЙ ЕСТЕСТВЕННОЕ ПРОВЕТРИВАНИЕ 37$ ПАССИВНЫЕ СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ОТОПЛЕНИЯ 15,6 Ю,0 | 4,4 - -Д—I___I__I__I--1---1--1 30 50 70 90 ВЛАЖНОСТЬ, % вия ветра м температу- ры воздуха на жилую сре- ду Рис. 2.3. График определе- ния температурно-влажно- стной характеристики воз- духа в летнее время Рис. 2.4. Биоклиматиче- ский график зоны комфор- та (по В. Олгею) Рис. 2.5. Биоклиматиче- ский график стратегии проектирования зданий (по Г. Милну и Б. Гиво- ни) Рис. 2.6. Схематическая карта климатического рай- онирования территории для строительства (СНиП 2.01.01-82) холоднее, тем сильнее охлаждающее действие ветра: при температуре —30°С даже слабый ветер (2—3 м/с) делает прогулку на воздухе недопу- стимой. При температуре от +5 до +20°С охлаждающее влияние такого ветра значительно, а при +25°С пред- почтительна скорость ветра 1—3 м/с,
Рис. 2.6. Схематическая карта климатического районирования территории для строительства (СНиП 2.01.01-82) Глава 2. Климатический анализ 19
20 Часть Л Архитектурная климатология так как она создает комфорт, снижая перегрев. При температуре более 20°С боль- шую роль играет влажность воздуха. В сухом воздухе влага, выделяемая потовыми железами человека, легко испаряется, и человек, отдавая с потом много тепла, чувствует себя нормаль- но (лето в Крыму, осень в Средней Азии). Во влажном воздухе испарение затруднено, и только ветер (подвиж- ность воздуха в помещении) способст- вует охлаждению организма (лето в Западной Грузии). При повышении температуры с 19 до 29°С относитель- ная влажность воздуха должна сни- жаться с 50-70 до 30—50% (рис. 2.3). Только в этом случае сохраняется ощущение, близкое к комфортному, и подвижность воздуха не играет боль- шой роли. Если влажность не снижа- ется, то проветривание и аэрация про- странства приобретают первостепенное значение. Весьма показателен и нагляден биоклиматический график комфорта В.Олгея, на котором для жителей, адаптированных к климату США, на- несены характеристики температуры, а также движения воздуха и солнечной радиации, как бы "возвращающие" ощущение комфорта при выходе (по- вышении или снижении) температуры за границы зоны комфорта (рис. 2.4). Милн и Гивони предлагают на базе подобного биоклиматического графика определять для стран с жарким кли- матом стратегию проектирования зда- ний путем выделения температурно- влажностных зон, обусловливающих необходимость в испарительном ох- лаждении, солнечном отоплении, аэра- ции, большой теплоемкости конструк- ций и т.п. (рис. 2.5). Оба графика хо- рошо раскрывают взаимосвязь теплого и жаркого климата, человека и архи- тектуры. Климатическое районирование — существенная составляющая архитек- турной климатологии. Оно разрабаты- вается архитекторами и климатолога- ми для целей проектирования и не- Таблица 2,3. Характеристика климатических районов и подрайонов согласно СНиП 2.01.01-82 Климати- ческий район Климати- ческий подрайон Среднемесячная температура воз- духа в январе, °C Средняя ско- рость ветра за три зимних месяца, м/с Среднемесячная температура воз духа в июле, °C Среднемесячная относительная влаж- ность воздуха в июле, % I IA От -32 и ниже — - От +4 до +19 — ИЗ 9э -28 99 5 и более 99 0 ” +13 Более 75 IB 99 -14 ДО -28 99 +12 ” +21 — 1Г 99 -14 99 -28 5 и более 99 0 ” +14 Более 75 1Д 99 -14 99 -32 —— 99 + 10 ” +20 —— II ПА 9 9 -4 99 -14 5 и более 99 +8 ” +12 Более 75 ПБ 9? -3 99 —5 То же 99 +12 ” +21 То же ПВ 5 9 -4 99 -14 99 +12 ” +21 -— ПГ >9 -5 99 -14 5 и более 99 +12 ” +21 Более 75 III IIIA -14 99 -20 —— 9 9 +21 ” +25 —— П1Б 99 -5 99 +2 — — 99 +21 ” +25 — НТВ 99 -5 99 -14 99 +21 ” +25 -— [V IV А 9» -10 99 +2 — 99 +28 и выше --—' IV Б 99 99 +6 — 99 +22 до +28 50 и более в 13 ч IVB 99 0 99 +2 — 9 9 +25 ” +28 IV Г >9 -15 99 0 — 99 +25 ” +28 1 Примечание. Климатический подрайон 1Д характеризуется продолжительностью холод- ного периода (со средней суточной температурой ниже 0°С) 190 дней в году и более.
Таблица 2.4. Типологические требования к жилым домам в различных климатических подрайонах Требование IA 1Д ГБ IT ПА ПГ ГВ ПБ Высота этажа Площадь квартир Проветривание сквозное, угловое 3,0 м Норма + 10% 2,8 м ПВ ШВ ШБ ША IV А IV Б 3,0 м IVB IVT Балконы, лоджии Отношение площади окон к площади пола помещения Солнце защита Допускаются при благоприятных условиях Обязательно; допускается через лестницу Допускаются Обязательна на окнах Обязательно Обязательно Обязательна на окнах и лоджиях Приточная искусственная вентиляция, обогрев пола первого этажа Кондиционеры Допускаются Обеспечить возможность установки Сушильные шкафы Лифты (с отметки) Лестницы основные Тамбуры (при этажности): одинарные двойные Защита от влаги Обязательны 12 м Закрытые, отапливаемые С первого этажа Обязательна 14 м 14 м 12 м Допускаются наружные С первого этажа От 4 до 12 этажей С 12-го С 1-ю Обязательна Таблица 2.5. Типологические требования к проектированию школ в различных климатических подрайонах Требование IA IE 1Г 1Г 1Д IE ПА IB IB ПБ ПВ ПГ ША ШБ ШГ С 12-го ШВ IVT IV А IV Б IVB Площадь земельного участка Допускается уменьшать, но не более чем на 40% В зависимости от местных условий допускается сокращение Не допускаются 40—50% общей'площади 0,3—4,0 га в зависимости от числа учащихся Классы ”на воздухе” Площадь озеленения участка Допускаются для 1 -4-го классов Не менее 50% общей площади Глава 2. Климатический анализ 21
Продолжение табл. 2.5 Требования <ВМф IA 1Б 1Г 1Г' 1Д IE ПА IB' IB ПБ ПВ ИГ П1А 1ПБ 1ПГ ШВ ТУГ IVA IVB IVB Не предусматривается Наличие рекреационных площадок с навесом или защищенных широко- кронными деревьями Открытый бассейн для плавания с подогревом воды Объемно-планировочное решение Фотарий Уголок живой природы Площадь рекреационных помещений, м2 на 1 учащегося Переходы между корпусами Предусматривается Ширина рекреационных помещений Наличие тамбуров Солнцезащитные устройства Ориентация окон: классы: оптимальная допускаемая кабинеты и лаборатории, кроме черче- ния, изобразительного искусства: оптимальная допускаемая кабинеты черчения и изобразительного искусства: оптимальная допускаемая кабинет биологии: оптимальная допускаемая Не допускается Централи- зованное Предусмат- ривается То же 0,75 Размещение в одном здании Допускается блочное Не предусматривается То же 0,6 Отапливаемые Допускается Допускается павильонное Не менее 4 м С тремя дверями С двумя дверями Не предусматриваются Предусматриваются Юг, восток, юго-восток Не более 25% на юго-запад, запад Юг, восток, юго-восток Не более 50% на остальные стороны Север, северо-восток, северо-запад Любая, кроме юго-востока, юго-запада Юг Юго-восток, юго-запад, восток, запад 0,42 Допускаются отдельные корпуса без соединительных переходов 2,8 С одной дверью Юг, юго-восток Любая, кроме запада, юго-запада Любая, кроме запада, юго-запада Любая, кроме запада, юго-запада 22 Часть I. Архитектурная климатология
Таблица 2.6. Типологические требования к проектированию яслей-садов в различных климатических подрайонах Требования Площадь земельного участка Увеличение числа мест на летний период Ограждение теневых навесов Устройство плескательных и открытых бассейнов Расстояние между зелеными насаждениями и зданием Объемно-планировочное решение Неотапливаемые переходы между корпусами Ориентация групповых и игральных, столовых Наружные входы в здания Места для хранения санок Фотарий Сквозное проветривание в груп- повых. игральных-столовых, спальнях IA 1Б 1Г 1Г' 1Д IE ПА IB IB IIБ ПВ ИГ ША ШБ ШГ 1ПВ ivr IVA IVB — IVB Допускается уменьшать до 25 м2 на 1 место Не допус- кается В зависимости от местных условий до- пускается сокращение Допускается в зависи- мости от местных условий С трех сторон 30—40 м2 на место Допускается Вместо тене- вых навесов остекленные прогулочные веранды Не допускается Для кустарников - не ближе 5 м, для деревьев — не ближе 10 м Допускается С двух сторон Централизованное Не допускаются Допускается на запад и юго-запад С тройными тамбурами Предусмат- риваются Предусмат- ривается Не допускается Допускается блочное Допускается ум еньшать Допускается павильонное Допускаются Не допускается на запад и юго-запад С двойными тамбурами С одним тамбуром или без тамбура Не предусматриваются Не предусматривается Через спальни-веранды или раздевальные Также в кухнях, сти- ральных, сушильных- гладильных и туалет- ных Глава 2. Климатический анализ 23
Требования IA ТБ 1Г ТГ' ТД ТЕ -в- ПА * IB' IB ПБ ПВ ПГ ПТА ПТБ ПТГ НТВ IV Г TV А IVB IVB Особенности проектирования лестничных клеток Освещение вторым светом в помещении Солнцезащитные устройства Допускаются Закрытые с естественным освещением закрытые без естественного освещения Допускается в туалетных, приемных и раздевальных Не предусматриваются Предусматриваются Допускаются откры- тые, выходящие на участок Не допускается Таблица 2.7. Требования к застройке городов в различных климатических подрайонах Требования тд IA 1Б тг ПА ПГ ТВ ПБ ПВ НТВ ПТБ ПТА IV А IV Г IVB IV Б До 3 этажей - 10-20 га, от 4 до 8 этажей — 8 га, 9 этажей - 7 га Потребность в селитебной тер- ритории на 1000 чел., га Площадь озелененной территории микрорайона (квартала), м2 /чел. Площадь озелененной территории общего пользования в городах, м2/чел. Допускается уменьшать по казатели на 30% Севернее 58° с.ш. — не менее 3 Южнее 58° с.ш. — не менее 5 Допускается для тундры и лесотундры уменьшать до 2 Не менее 6 Не менее 5 6-10 Допускается для степи и лесостепи увеличивать на 10-20% Расчетное число единовременных посетителей парков, лесов и т.п., чел./га Парки 50-100, леса 1—3 Радиус обслуживания населения в жилой застройке,не более, м Следует уменьшать на 30% Дошкольные учреждения — 300, поликлиники — 1000, торговля, питание — 500—800 Допускается для пустынь и полупустынь уменьшать на 20-30% Для пустынь и полупустынь уменьшать на 20% Для пустынь и полупустынь уменьшать на 30% 6-10 Парки 50—100, леса 1-3 Дошкольные учреждения - 300, поликлиники — 1000, торговля, питание — 500-800 Дальность пешеходных подходов 400 300 до остановки пассажирского транспорта, м 500 400 24 Часть I. Архитектурная климатология
Глава 2. Климатический анализ 25 посредственно связано с типологией зданий, в частности жилых, а также с градостроительными решениями. Согласно СНиП 2.01.01—82 "Стро- ительная климатология и геофизи- ка" — основному источнику климати- ческой информации для архитекторов на карте было выделено четыре кли- матических района (рис. 2.6): I — се- вер, холодный климат; II — умерен- ные широты, умеренно-холодный кли- мат; III — часть южных районов с очень теплым летом; IV — юг, зима мягкая, лето жаркое (Южный берег Крыма, Закавказье), жаркое влажное (Западная Грузия) или очень жаркое сухое (долины Средней Азии). Определяющими климатическими параметрами этого районирования слу- жат среднемесячные температуры воз- духа в январе и июле, в ряде подрай- онов с умеренной и холодной зимой — также средняя скорость ветра за три зимних месяца, а в подрайонах с теп- лым и жарким летом — среднемесяч- ная относительная влажность воздуха (табл. 2.3). Солнечная радиация учи- тывается опосредованно, через нара- стание температуры воздуха от севера к югу. Границы районов и подрайонов проведены на карте по линиям с оди- наковым значением температуры (изо- термы), ветра (изоветры) и влажности (изогиеты). Границы во многом обус- ловлены комплексом типологических требований, предъявляемых в СНиП и рекомендательных документах, напри- мер, к жилищу, школам, яслям-садам, а также к градостроительным решени- ям (табл. 2.4—2.7). В качестве комментариев к табли- цам укажем следующее. К табл. 2.4. Разница в высоте этажа и площа- ди квартир, а также допущение приточной венти- ляции на севере обусловлены необходимостью уве- личить в жилище кубатуру воздуха на 1 чел., улуч- шить воздушный режим в течение долгой зимы. На юге увеличение высоты этажа снижает неблагоп- риятное воздействие нагретого потолка на челове- ка, позволяет подвесить вентилятор-фен. Небла- гоприятными условиями для проектирования бал- конов и лоджий являются: среднемесячная температура воздуха в июле ниже 4°С при любых среднемесячных скоростях ветра; 4—8°C при скорости до 4 м/с; 8—12°С при скорости 4—5 м/с; 12—16°С при скорости более 5 м/с; шум от транспортных магистралей или про- мышленных территорий 75 дБ и более на расстоя- нии ,2 м от фасадов жилого дома; концентрация пыли в воздухе 1,5 мг/м3 и бо- лее в течение 15 дней и более за 3 летних месяца. Сквозное и угловое проветривание квартир (двусторонняя ориентация окон), используемое с учетом суточного изменения температур, снижает летний перегрев до 3°С. Наиболее эффективны для защиты от перегрева солнцезащита окон и конди- ционеры. Разница в нормировании отметок, с которых устраиваются лифты, обоснована тяжелой одеж- дой на севере и большими нагрузками на организм при подъеме на юге. Разные требования к тамбурам обусловлены тем, что с ростом этажности и сниже- нием температуры резко возрастает инфильтрация холодного воздуха через входы. К табл. 2.5 и 2.6- Централизованное объемно- планировочное решение зданий — компактное, в одном корпусе, минимально расчлененное — обес- печивает меньшие теплопотери в районах с очень холодным климатом. Блочное решение допускает построение здания из нескольких объемов, что не- много увеличивает теплопотери, но улучшает осве- щенность и проветриваемость помещений. Па- вильонное решение на юге позволяет организовать внутренние дворики для рекреации детей, обеспе- чить сквозное проветривание. Соотношение рекреаций закрытого и откры- того (на участке) типа, характер переходов между корпусами и ширина рекреационных помещений обусловлены возможностью использовать откры- тое пространство для отдыха школьников во время перемен. Требования к фотариям и ориентации по- мещений обусловлены разным световым клима- том — дефицитом солнечного облучения на севере и избытком его в южных районах. К табл. 2.7. В плане градостроительных тре- бований территория была условно расчленена на три зоны: холодный климат — азиатская часть страны севернее 56° с.ш., теплый климат — Закав- казье, Прикавказье, Средняя Азия, Центральный и Южный Казахстан, умеренный климат — осталь- ная территория. В этих зонах предъявляются сле- дующие общие градостроительные требования: холодный климат — максимальная защита человека от переохлаждения; активизация солнеч- ного воздействия; защита от низких температур (ограничение времени пребывания человека на от- крытом воздухе в холодный период до 15—30 мин); защита территории от ветра и пурги; умеренный климат — умеренная защита от переохлаждения в холодный и от перегрева в теп-
26 Часть I. Архитектурная климатология лый период, использование благоприятных усло- вий климата; активизация солнечного воздейст- вия севернее 57° с.ш. и умеренная солнцезащита в теплый период южнее этой широты; умеренная ветрозащита, влагозащита на морском побережье; теплый климат — максимальная защита от перегрева: солнцезащита, защита от высоких тем- ператур воздуха (сокращение времени пребывания человека на открытом воздухе в пустынных райо- нах); активизация проветривания, защита от по- ниженной влажности воздуха и пыли в пустынных районах и от повышенной влажности и ливней во влажных субтропиках; использование благоприят- ных погодных условий. Исходя из указанных общих требований мож- но дать обоснования к данным табл. 2.7. Уменьше- ние потребности в селитебной площади на 1000 жителей на севере обусловлено большой дорого- визной освоения территории в районах вечной мерзлоты (сложные фундаменты, прокладка ком- муникаций, благоустройство). На нормы озелененной территории и посеще- ния парков влияют большие затраты и ограничен- ные возможности выращивания растений в тундре, пустынях и т.п. Радиусы обслуживания и расстоя- ния до остановок транспорта сокращаются на севе- ре из-за опасности обморожения и трудностей пе- редвижения в тяжелой одежде по занесенным сне- гом улицам, в южных пустынях — из-за перегру- зок организма от перегрева и гиперинсоляции. Приведенные в табл. 2.4—2.7 дан- ные свидетельствуют о том, что в районировании климатические харак- теристики районов (подрайонов) и ти- пологические требования (нормативы) составляют единый, неразрывный блок основных понятий, регламентирующих проектирование. Однако для архитектурного анали- за климата специалисту-проектиров- щику недостаточно знать нормативные требования, заложенные в райониро- вании, так как они чрезмерно огра- ничены, не дают перспективы разви- тия и не подсказывают путей для по- исков индивидуального архитектурного решения. Методика оценки погодных ком- плексов — более точный, чем райо- нирование, инструмент оценки фоно- вых условий климата. Она позволяет учесть продолжительность тех или иных погодных условий в течение года и, следовательно, определить значение климатозащитных средств. В соответствии с задачами типо- логии в ЦНИИЭП жилища разрабо- тана классификация погодных условий (выделено семь типов погоды) и даны их климатические характеристики. Каждый из типов погоды связан с ре- жимом эксплуатации жилых зданий и группой типологических требований (табл. 2.8). Изменение критериев в Таблица 2.8. Классификация типов погоды и режимы эксплуатации жилища Тип погоды Режим эксплуатации жилища Средне- месячная темпера- тура воз- духа, °C Средне- месячная относи- тельная влажность воздуха, % 4 Средне- месячная скорость ветра, м/с Жаркая (сильный перегрев при нормаль- ной и высо- кой влаж- ности) Сухая жаркая (сильный перегрев при низкой в лажн ости) Изолированный. Характерны затенение, аэрация, компактное объемно-планировоч- ное решение зданий, полное кондициони- рование воздуха, побудительная вытяжная вентиляция, воздухонепроницаемость и теплозащита ограждений Закрытый. Характерны затенение, защита от пыльных ветров, искусствен- ное охлаждение помещений без снижения в л агосо держания, воздухонепроницаемость, теплозащита ограждений 40 и выше 24 и менее 32 ” ” "25—49 25” ” 50 и более 32-40 24 и менее 3 5
Глава 2. Климатический анализ 27 Продолжение табл. 2.8 Тип погоды Режим эксплуатации жилища Средне- месячная темпера- тура воз- духа, °C Средне- месячная относи- тельная влажность воздуха, % Средне- месячная скорость ветра, м/с Теплая Полуоткрытый. Характерны затенение и (перегрев) аэрация, сквозное (угловое, вертикальное) проветривание квартир, лоджии и веранды, механические вентиляторы-фены, трансфор- мация ограждений Комфортная (тепловой комфорт) Открытый. Климатозащитная функция архитектуры не требуется, типичны лоджии, веранды Прохлад- ная Холодная (охлажде- ние) Суровая (сильное охлажде- ние) Полуоткрытый. Защита от ветра, ориента- ция на солнце, отопление малой мощности, трансформация и необходимая воздухо- непроницаемость ограждений Закрытый. Защита от ветра, ориентация на солнце, компактное объемно-планиро- вочное решение, закрытые лестницы, шкафы для верхней одежды, центральное отопление средней мощности, вытяжная канальная вентиляция, воздухонепроницае- мость и теплозащита ограждений Изолированный. Желательны переходы между жилищем и сетью первичного обслуживания, максимальная компакт- ность зданий, отопление большой мощности, искусственная приточная вентиляция с обогревом и увлажнением воздуха, высокие воздухонепроницаемость и теплозащита зданий, двойные тамбуры, шкафы для верхней одежды 24-28 50-74 20—25 75 и более — 24— 32 24 и менее — 28-32 25 и 49 12—24 24 и менее — 12-24 50-74 12-28 25-49 12—20 75 и более — 4—12 — 0 и более —36...+4 — 28...+4 —20...+4 -12...+4 2 и ниже 2-5 5—10 Более 10 —36 и ниже 2 и менее -28 ” ” — 2-5 -20” ” — 5-10 -12” ” Более 10 Примечание. В качестве минимальной продолжительности типа погоды, определяющего режим эксплуатации жилища, принимается 1 месяц. графах 4 и 5 таблицы не случайно: если для погоды жаркой, теплой и комфортной важно сочетание темпера- туры воздуха с относительной влаж- ностью, то для погоды, прохладной, хо- лодной и суровой существенно сочета- ние температуры с ветром. Под пого- дой здесь понимается состояние внешней среды в определенном диапа- зоне климатических параметров, при котором соответствующий комплекс типологических свойств жилища обес- печивает в помещениях тепловой ком- форт или близкие к нему условия. Жилище при комфортной погоде почти не несет климатозащитных фун- кций. Режим эксплуатации открытый, помещения непосредственно связаны с внешней средой, воздухообмен не ог- раничен. Не обязательны ограждаю- щие конструкции с высокими тепло- изоляционными качествами, отопи- н тельное и охлаждаю [ее оборудование. Типичны приквартирные открытые пространства; пребывание человека во внешней среде не ограничено, хотя при крайних значениях температуры (+12, +27°С) могут быть желательны инсоляция или затенение. Для ком- фортной погоды характерны темпера- тура 18—25°С, относительная влаж- ность 30—60%, скорость движения
28 Часть I. Архитектурная климатология воздуха 0,1 —0,2 м/с в помещении, 1—3 м/с снаружи (лучший период лета в средней полосе). Жилище при теплой погоде защи- щает человека от легкого перегрева. Режим эксплуатации полуоткрытый, для него характерны двусторонняя планировка квартир с активным про- ветриванием, открытые приквартир- ные пространства, дворики, трансфор- мация пространств и ограждений в те- чение суток, открытые окна при на- личии солнцезащитных устройств, вентиляторы-фены. В городской среде аэрация и затенение создают комфор- тные или близкие к ним условия. Ха- рактерные температурные условия 24—30°С соответствуют наиболее жар- ким дням лета в средней полосе. Если влажность понижена (25—50%, на- пример в степной полосе), то типич- ные средства защиты — затенение и ночное проветривание для аккумуля- ции ночной прохлады; если повышена (60% и более, в приморских районах), то применяются затенение и аэрация пространств. Жилище при жаркой сухой (засуш- ливой) погоде защищает человека от сильного перегрева, гиперинсоляции, а нередко и от пыли. Режим эксплу- атации закрытый. Характерны компак- тные объемно-планировочные реше- ния, обеспечивающие минимальные теплопоступления извне, увеличение кубатуры внутренних пространств, от- крытые помещения для вечернего и ночного отдыха, защищенные от сол- нца проемы, искусственное (испари- тельное) охлаждение, вентиляторы- фены, использование охлаждающего действия грунта. В городской среде ак- тивное затенение и обводнение смяг- чают микроклимат, но нередко не со- здают полного комфорта; необходимы защита от горячих пыльных ветров пу- стынь, улавливание ночных ветров с гор, установка нтанов. температуры 33—36°С и Типичны влажность менее 24 % (дневные часы лета в Средней Азии). Жилище при жаркой погоде защи- щает человека от сильного перегрева, гиперинсоляции и духоты. Режим экс- плуатации изолированный, требующий для создания условий теплового ком- форта полного кондиционирования (охлаждения и уменьшения влагосо- держания воздуха); недопустимы ис- парительное (повышает влажность) и радиационное (выпадает конденсат) охлаждение. Характерны компактные объемно-планировочные решения, от- крытые помещения для вечернего и ночного отдыха, использование охлаж- дающего действия грунта; окна при работе кондиционеров закрыты, уплот- нены, защищены от солнца. Для го- родской среды и традиционного жили- ща характерны затенение и активная аэрация, которые крайне необходимы для снижения духоты и перегрева, но недостаточны для создания комфорта. Типичные температуры воздуха со- ставляют 30—35°С при влажности 60—25% (наиболее жаркие дни на Черноморском побережье Кавказа, ха- рактерные дни в зоне экваториального климата). В предложенной классификации жаркая погода с высокой и с нормаль- ной влажностью объединены в одну, хотя во многих работах они различа- ются. Объединение основано на общно- сти типологических требований для получения благоприятных условий среды (охлаждение с понижением влажности, аэрация и затенение го- родских пространств и т.д.). Жилище при прохладной погоде защищает человека от легкого охлаж- дения; режим эксплуатации полуотк- рытый. Для такого жилища характер- ны: обращение комнат на солнечные стороны горизонта; умеренно компак- тные объемно-планировочные реше- ния; ограждения, обладающие тепло- защитными свойствами; в кварти- рах — места для хранения верхней
Глава Z Климатический анализ 29 одежды, воздухообмен через форточки, фрамуги, клапаны; отопительные уст- ройства малой мощности; накопление внутренних тепловыделений (от при- готовления пищи, стирки). В город- ской среде защита от ветра и исполь- зование инсоляции создают условия, близкие к комфортным. Характерны температуры 6—10°С (апрель—май, октябрь в Москве). Жилище при холодной погоде за- щищает человека от сильного охлаж- дения. Режим эксплуатации закрытый. Характерны компактное объемно-пла- нировочное решение, обеспечивающее минимальные теплопотери, закрытые отапливаемые лестницы, шкафы для верхней одежды, необходимая возду- хонепроницаемость и высокие тепло- защитные качества ограждений; за- крытые, уплотненные окна, централь- ное отопление средней мощности, вы- тяжная канальная вентиляция. В городской среде ветрозащита и инсо- ляция смягчают условия охлаждения. Характерны отрицательные температу- ры: до —25°С. Скорость ветра состав- ляет 3—10 м/с, в отдельных районах снегозаносы требуют защиты террито- рий и входов в здания. Холодная по- года типична зимой на европейской территории страны, в Западной и на юге Восточной Сибири. Жилище при суровой погоде защи- щает человека от крайне сильного ох- лаждения. Режим изолированный, тре- бующий для создания комфорта побу- дительной приточной-вытяжной венти- ляции с подогревом и увлажнением воздуха. Характерны максимально компактное объемно-планировочное решение зданий, закрытые отаплива- емые лестницы, минимальное количе- ство входов в здание, двойные тамбу- ры при входах, очень высокие возду- хонепроницаемость и теплозащитные качества ограждений; отопление пре- имущественно центральное, большой мощности. В городской среде пребы- вание человека на улице резко огра- ничено из-за угрозы обморожения от- крытых частей тела. Эффективна вет- розащита; целесообразны теплые пе- реходы-галереи между квартирами и предприятиями повседневного обслу- живания, зимние сады и рекреации. Типичные температуры наружного воздуха составляют до —36°С (зима в Якутии) или до —20°С при повы- шенных (5—12 м/с) скоростях ветра (зима на побережье Северного Ледо- витого океана). Установив таким образом связь между типами погоды и требованиями к жилищу, получим возможность че- рез продолжительность погодных ком- плексов (в течение года) выражать ти- пологическую сущность жилища. Пус- ть каждый из типов погоды будет обоз- начен одной первой буквой: к — комфортная, т — теплая, п — про- хладная, х — холодная, с — суро- вая, з — засушливая (сухая жаркая), ж — жаркая. Сравнивая фактические климатические данные какого-либо пункта (за каждый месяц года осред- ненные для дня и ночи отдельно) с графами 3—5 табл. 2.8, определяем запись погоды за 12 месяцев, за ночь (верхняя строка) и день (нижняя стро- ка) по табл. 2.9. Приведенная запись в виде фор- мулы выглядит так: Диксон — 10с 12х 2п, Москва — 12х 6п 6к, Ашхабад — 4х 6п 9к 2т Зз. В отличие от записи в табл. 2.9, здесь не прослеживается помесячный ход погоды за год, не вы- являются различия между ночными и дневными часами по месяцам, но кли- матотипологическая сущность жилища прочитывается достаточно четко: оче- видна необходимость мер по защите человека от суровой и холодной пого- ды на Диксоне и от холодной в Мо- скве; наличие засушливой и теплой погоды в Ашхабаде свидетельствует о важности соответствующих типологи- ческих решений (ночное сквозное про- ветривание квартир, искусственное ох- лаждение в дневные часы, затенение
30 Часть L Архитектурная климатология Место Время суток Таблица 2.9. Запись типов погоды за день и ночь по 12 месяцам года для условий Диксона, Москвы и Ашхабада Месяц I и Ш IV V VI VII VIII IX » -- XI XII Диксон Москва Ашхабад сссххххххсс ссхххппхххс хххппкппххх ххпкккккпхх хппкккккпхх пкктзззтккп Таблица 2.10. Климатотипологические характеристики различных городов Таблица характеристика 2 Л1. Климатотипологическая некоторых городов зарубеж- ных стран, выраженная условно числом Клима- Климатотипологи- тический Город ческая характеристика подрайон IA 1Б IB 1Г 1Д ПА ПБ ПВ ПВ ПВ ПГ ША ШБ ШБ ШБ IV А IVB IVB IVB ivr ivr Якутск 5с Тикси 10с Новосибирск Воркута 2с Нерчинск 1с Мурманск Калининград Минск Вильнюс Киев Владивосток Джезказган Кишинев Краснодар Ростов-на-Дону Душанбе Сочи Баку Ялта Ереван Ташкент Их 4п 4к 10х 4п ХЗх 5п 6к 16х 4п 2к 13х 4п 5к 1т 16х 6п 2к 10х 7п 7к Их 6п 7к 12х 6п 6к Их 5п 8к Их 6п 6к 1т 12х 4п 7к 1т 8к 6п Юк 8х 6п 7к' 2т 1ж 10х 4п 8к 2т 5х 5п Юк 2т 2з 2х 8п 12к 2т 2х 8п Юк 4т 4х 9п 9к 2т 8х 5п 8к Зт 6х 6п 9к 1т 2ж и солнцезащита пространства и др.). Климатотипологические характеристи- ки отдельных городов приведены в табл. 2.10. Не исключено использование и бо- лее схематичной, но простой в расче- тах системы выражения климата через число месяцев в году с разной погодой без учета суточной специфики дня и ночи. Так, на Диксоне приближенная формула будет иметь вид 5с 6х 1п, в Москве — 6х Зп Зх, в Ашхабаде — 2х Зп 4,5к 1т 1,5з. В табл. 2.11 при- ведены данные по ряду зарубежных месяцев за год с разными типами погоды Город Климатотипологическая характеристика Аддис-Абеба Аккра Ангмагссалик (Гренландия) Анкара Анкоридж Афины Багдад Берлин Богота Варшава Вашингтон Гонолулу Дели Джакарта Джибути Джидда Каир Калькутта Карачи Касабланка Кейптаун Квебек Лондон Лхаса Мадрид Мельбурн Мехико Могадишо Монреаль Найроби Нью-Йорк Осло Париж Рим Рио- де-Жа нейро Сан-Франциско Сингапур Тегеран Токио Триполи 6п 6к 12к 10х 2п Зх Зп 5к 1т 7х Зп 2к Зп 7к 2т 2п 6к 1т 2ж 1з 5х 2п 5к 6п 6к 5х 2п 5к 2х 4п 4к 1т 1ж 5к 5т 2ж 1п 4к 4т Зж 6т 6ж 4т 8ж 4к 2т 6ж 2п 7к 1т 1ж 2к 6т 4ж 4к 4т 4ж Зп 7к 2т Юк 2т 6х 2п 4к 1х 7п 4к Зх 5п 4к 2х Зп 6к 1т Зп 8к 1т 6п 6к 6т 6ж 5х 2п 5к 12к Зх Зп 4к 2т 5х 4п Зк 2х 5п 4к 1т 1х Зп 7к 1т Зк 4т 2ж 6п 6к 6т 6ж 2х Зп 5к 1т 1ж 2х 2п 5к 1т 1ж 2п 7к 2т 1ж
Глава 2. Климатический анализ 31 Продолжение табл. 2.11 "комфортная" и "теплая" типичны от- Город Климатотипологическая характеристика крытый характер архитектурных про- странств (свободная застройка микро- районов, площадей, планировка внут- Улан-Батор 7х Зп 2к Хартум 4к Зт Зж 2з Хельсинки 6х Зп Зк Черчилл Зс 6х 2п 1к Шанхай 1х Зп 5 к 2т 1ж Эр-Рияд 1п 7к 1т Зж городов, записанные по этой системе. Например, в г. Найроби (Экваториаль- ная Африка, 1820 м над уровнем мо- ря) все 12 месяцев длится комфортная погода, в г.Черчилл (Северная Кана- да) — 3 месяца суровая, 6 — холод- ная, 2 — прохладная и 1 — комфор- тная. С характером погодных условий связаны категории архитектурной ком- позиции, например архитектурное пространство, масса (пластика объем- ного решения), пластика поверхности (табл. 2.12). Так, для классов погоды ренних помещений, обеспечивающая аэрацию и раскрытие во вне нюю сре- и ду), расчлененная масса здания (дво- рики, курдонеры, разделение зданий на блоки), расчлененная (нередко ак- тивно расчлененная) пластика повер- хности (лоджии, балконы, окна зна- чительных размеров, затеняющие ко- зырьки, навесы, перфорированные сте- ны). Для классов погоды "суровая", "холодная", "засушливая" типичны замкнутый и полузамкнутый характер архитектурных пространств (плотная, ячеистая, периметральная застройка кварталов, закрытый тип площадей, закрытые связи-галереи между здани- ями, односторонняя планировка квар- тир), нерасчлененная или малорасчле- ненная масса здания (компактная пла- нировка, простая конфигурация, объ- емы, близкие к кубу, шару, Таблица 2.12. Связь категорий архитектурной композиции с климатическими условиями Тип погоды и дополнительные характеристики климата Категория ком- форт- ная теплая засушливая жаркая влажная с повы- шенной влаж- ностью с пыль- ными бурями со шти- лем Архитектурное пространство: замкнутое 0 0 0 0 0 полузамкнутое 0 0 0 0 полуоткрытое 0 0 0 0 открытое 0 0 0 0 0 неориентированное 0 0 ориентированное 000 0 Масса, пластика объема: нерасчлененная 0 0 0 0 0 0 0 малорасчлененная 0 0 0 0 0 расчлененная 0 0 0 0 0 0 обтекаемая 0 0 0 0 ориентированная 0 0 0 0 0 Пластика поверхности: нерасчлененная 0 0 0 0 0 малорасчлененная 0 расчлененная 0 00000 00 активно расчлененная 0
32 Часть I. Архитектурная климатология внутренние закрытые атриумы), не- расчлененная пластика поверхности (небольшие окна, отсутствие лоджий, преобладание гладких поверхностей стен). Зонирование земного шара в ар- хитектурно-климатическом аспекте является неотъемлемой частью архи- тектурной климатологии. Упомянутое выше районирование страны, исполь- зуемое для архитектурного проектиро- вания, согласуется с зонированием земного шара. В качестве такой схемы приведем поясное зонирование Б.П.Алисова (рис. 2.7). I климатиче- ский район отвечает природно-клима- тическим поясам мира — арктическо- му и субарктическому, II и III кли- матические районы — умеренному по- ясу, IV — субтропическому, южнее расположены тропический, субэквато- риальный и экваториальный пояса. Климатическим поясам земного шара (рассматривается северное полу- шарие) свойственна своя типологиче- ская специфика жилища. Экваториальный пояс отличается жарким влажным климатом. Днем здесь преобладает жаркая погода, ночью — теплая (Джакарта, Сингапур и др.). Достигнуть комфортного мик- роклимата в помещениях без искусст- венного охлаждения невозможно, но из-за слабого экономического развития стран пояса дорогостоящее кондицио- нирование (с понижением влажности) не получило массового применения. Принципы проектирования — защита от солнца и дождя, свободная аэрация пространств; наилучшая ориентация окон — на север и юг (утренние и вечерние лучи падают на глухие тор- цы зданий, нередко экранированные в целях снижения перегрева, а дневные лучи отвесны, и даже небольшой ко- зырек хорошо защищает от них поме- щение) . Выход окон большого размера на две стороны и улавливание благопри- ятных ветров обеспечивают активное проветривание помещений. Распрост- ранены веранды, лоджии; галереи не- редко опоясывают здание, защищая его от солнца и дождя. Кухни изоли- руются от комнат, затеняются, хорошо проветриваются. Типичны "дышащие" дырчатые стены, надежная гидро- и теплоизоляция крыш, подъем зданий над землей с целью удаления от почв с повышенной влажностью. Тропический пояс характеризуется самой высокой на земле температурой (летом днем до 40°С и выше ежеднев- но), интенсивной солнечной радиацией (безоблачное небо), сильными ветра- ми, песчаными или пылевыми вихря- ми. Зимой преобладает комфортная погода (бывает и прохладная), в ос- тальную часть года — днем засушли- вая, ночью — комфортная или теплая (Хартум). Комфорт без искусственного охлаждения получить невозможно. Применяется наиболее экономичное испарительное кондиционирование, до- пустимое в условиях большой сухости воздуха. Характерны замкнутые планиро- вочные решения с внутренними дво- риками, маленькие по размерам окна (особенно при ориентации на запад), хорошо защищенные от солнца, тяже- лые теплоустойчивые стены от 20 т и более, массивная крыша, часто исполь- зуемая ночью для сна. Кухня изоли- руется; открытые пространства исполь- зуются летом для ночного отдыха, зи- мой — для дневного пребывания. Ок- на ориентированы на север и юг. Ночное проветривание при изоляции помещений днем снижает температуру в дневные часы летом на 2—3°С. Ори- ентация окон на юг повышает зимой температуру на 2°С, легкие стены и крыши экранируются. На островах и побережьях, где вы- сокая влажность и сильные ветры, преобладает теплая погода. Помеще- ния там затеняются и активно про- ветриваются; искусственное охлажде- ние требуется реже.
Глава 2. Климатический анализ 33 Рис. 2 7. Природно-климати- ческие пояса на карте Б.П. Алисова 1 — экваториальный; 2 — суб- экваториальный; 3 — тропиче- ский; 4 — субтропический; 5 — умеренный; б — субарктиче- ский; / арктический Рис. 2.8. Для жилища в г. Джайпур (Индия) харак- терны затеняющие навесы, лоджии и эркеры, защищен- ные от солнца решетками Субэкваториальный пояс — пояс экваториальных муссонов расположен между экваториальным и тропическим поясами. Для него характерны два се- зона — дождливый (летние месяцы) и сухой (зимние месяцы). Днем там жарко, а ночью тепло (Калькутта). Жилище как бы совмещает особенно- сти жилищ экваториального и тропи- ческого поясов. Изоляция их от жары и пыли в сухой сезон сменяется рас- крытием и аэрацией пространств во влажный сезон, а также в ночное вре- мя сухого сезона (рис. 2.8). Характер- ны озелененные дворики, солнцеза- щитные устройства, разные формы проветривания помещений (окна на наветренной стороне меньше по раз- меру, чем на подветренной), теплоем- кие конструкции стен основных поме- щений и легкие конструкции откры- тых помещений, что обеспечивает их быстрое охлаждение вечером и про- хладу ночью. Высокие тепло- и влагозащитные требования предъявляются к крыше. Здесь так же, как и в двух вы к е- упомянутых поясах, достижение ком- тного микроклимата невозможно без искусственного охлаждения. Спе- цифика жилища заключается в воз- можности использования более деше- вого испарительного кондиционирова- ния в сухой сезон и в более коротком периоде применения кондиционеров с понижением влажности воздуха Горный климат внутритропиче- ских широт (на территории трех рас- смотренных поясов) отличается от климата равнин пониженными темпе-
34 Часть I. Архитектурная климатология Рис. 2.9. Жилища в гор- ных районах Пакистана ратурой и давлением воздуха, боль- шими суточными (иногда и сезонны- ми) колебаниями температуры, высо- кими значениями солнечной радиации (рис. 2.9). В течение всего года гос- подствует комфортная погода (г. Най- роби), но может наблюдаться теплая и прохладная (Аддис-Абеба, Богота, Мехико). Для жилищ помимо призна- ков, присущих жилищам в равнинных районах, типичны отопительные при- боры, включаемые периодически. Ис- куственное охлаждение не обязатель- но. Учитываются горные ветры, спу- скающиеся с гор ночью и поднимаю- щиеся по склонам днем. Субтропический пояс отличается мат (зима сухая, преобладает холод- ная и прохладная погода, лето влаж- ное, днем погода жаркая, ночью теп- лая и комфортная — Токио); запад- ные побережья имеют более мягкий климат, холодная и жаркая погода не- типична (Сан-Франциско). Жилища в этом поясе отапливаются, а летом нуждаются в искусственном охлажде- нии (широко распространено в США). Характерны хорошая теплоизоляция ограждений, активное проветривание пространства, открытые помещения, солнцезащита, открытые лестницы. Оптимальна южная ориентация, обес- печивающая инсоляцию комнат зимой и защиту от лучей летом. жарким летом и мягкой, но ярко вы- раженной зимой. В континентальных частях пояса может выпадать снег (Ашхабад). Для восточных побережий материков характерен муссонный кли- Рис 21ft Традиционная жилая застройка в оази- сах, смежных с пусты- ней (Хива. Узбекистан), отличается замкнутостью форм. затененными узки- ми улицами а — для пустынь; б — для полупустынь; в — для оази- сов
Глава 2. Климатический анализ 35 Рис. 2.11. Раскрытие дво- рика к небосклону в Средней Азии способству- ет ею охлаждению в ве- черние и ночные часы. Угол раскрытия зависит от характера климата Планировка городских жилищ сек- ционная, галерейная, нередко с дво- риками и шахтами (рис. 2.10—2.11). Для восточных частей материков ха- рактерны трансформация пространства помещений (Япония), для побере- жий — кондиционирование с пониже- нием влажности, для континентальных районов (пустыни) — испарительное охлаждение; размеры окон составляют от 1/10 от площади пола в пустынях до 1/6 — на побережьях. Умеренный пояс характеризуется холодной снежной зимой, теплым ле- том, переходными сезонами, большой изменчивостью погоды. Так же, как и в субтропическом поясе, здесь вы- деляются континентальные области (преобладает холодная погода зимой, комфортная летом и прохладная в пе- реходные сезоны — Москва, Новоси- бирск), восточные области с муссон- ным и западные части континентов с более мягким климатом (Лондон). На юге пояса летом наблюдается теплая погода (Ялта). Характерны стационарные отопи- тельные устройства и канальная есте- ственная вентиляция, обеспечивающая зимой воздухообмен кратностью 0,8— 1,2 в час. Искусственное охлаждение не используется. Зданиям придается компактная форма, утепляются входы (тамбуры). Ограждения обладают вы- сокими теплозащитными качествами. Оптимальная ориентация — южная, вполне приемлемы восточная и запад- ная, неблагоприятна северная. Двусто- ронняя ориентация квартир предпоч- тительна по условиям инсоляции и проветривания. Открытые помещения используются летом (рис. 2.12). В квартирах устраиваются кладовые для сезонных вещей. В горных районах умеренного по- яса жилища носят более "северный ха- рактер", большое значение приобрета- ет учет климата на склонах разной ориентации. Субарктический пояс характеризу- ется холодным климатом с очень мо- розной зимой и летней температурой 5—15°С. Полярный круг проходит по территории пояса; зимой солнечного света крайне мало, летом много, солнце практически не заходит за го- ризонт. Почти повсеместно распрост- ранена вечная мерзлота. Зимой гос- подствует суровая и холодная погода, летом — прохладная и комфортная
36 Часть I. Архитектурная климатология Рис. 2.12. Просторная лод- жия-веранда, защищенная трансформируемым остеклен- ным ограждением и озеле- ненная, — необходимый элемент комфортного жили- ща в умеренном климате (Якутск, Черчилл, Мурманск). Для зданий характерны мощные отопитель- ные установки, ограждения имеют вы- сокие теплозащитные качества. При суровой погоде необходима приточная вентиляция с подогревом и увлажне- нием воздуха. Планировка зданий отличается максимальной компактностью, входы утеплены (двойные тамбуры, тепловые завесы), открытые летние помещения, как правило, отсутствуют. Имеются хранилища для верхней одежды и кла- довые увеличенной площади. Окна с тройным остеклением. Желательна за- щита пешеходов от морозов и ветров. Арктический пояс характеризуется наличием полярного дня и полярной ночи, очень морозной, ветреной зимой со снегозаносами и пургой, холодным летом с туманами (Тикси). Для этого пояса типично строительство полярно- го типа — на ледяном или снежном покрове, нередко используют для ком- муникаций пространство под снегом в тоннелях, иногда строят на сваях, над снежным покровом. Особенности жи- лища близки к особенностям жилищ субарктического пояса. Ориентация по солнцу теряет значение: обязательна защита от ветра и снегозаносов. Же- лательны жилища-комплексы с внут- ренними теплыми связями, искусст- венным микроклиматом и зимними са- дами. Архитектурный анализ климата предусматривает характеристику кли- матических условий, направленную на обоснование архитектурных решений. С этой целью используются рассмот- ренные выше климатическое райони- рование и методика погодных комп- лексов, а также пофакторный анализ климатических данных, завершаю- щийся комплексной оценкой сторон горизонта. Связь факторов, подлежа- щих анализу, с типами погоды дана в табл. 2.13. Солнечная радиация регламенти- рует ориентацию помещений и зданий в целом, планировку, устройство све- топрозрачных ограждений, солнцеза-
Глава 2. Климатический анализ 37 Таблица 2.13. Природно-климатические факторы, подлежащие анализу при различных типах погоды Природно- климатические факторы Тип погоды по табл. 2.8 суро- вая холод- ная прох- лад- ная ком- форт- ная теп- лая жар- кая сухая жар- кая Солнечная радиация, поступающая на стены разной ориентации Комплекс температуры с солнечной радиа- цией Комплекс температуры с влажностью Ветер: температурно-ветровой режим ветроснегозаносы ветер с дождем ветер с пылью Влияние подстилающей поверхности на климатические элементы: ветер и солнце рельеф и ветер застройка озеленение акватории Примечание. + — факторы, подлежащие учету; 0 — факторы, не подлежащие учету. Таблица 2.14. Оценка круга горизонта по условиям теплового облучения и солнечной радиации в летний период (май-август) Территория Оценка в баллах 1 2 3 4 От побережий Северного Ледови- того океана до 65—63° с.ш., включая север Дальнего Востока От 65—63° с.ш. до 52° с.ш. К югу от 52° с.ш. Юг Средней Азии Юг Дальнего Востока СЗ—СВ — запретные секторы для квартир односторонней ориентации во всех зонах В 3, ЮВ ЮЗ, Ю 3 В, ЮЗ ЮВ, Ю ЮЗ 3, ЮВ Ю, В 3 В, ЮЗ Ю, ЮВ В 3, ЮЗ ЮВ, ю Примечание. Число баллов пропорционально количеству получаемой солнечной радиации и общему тепловому фону. щитных экранов, озеленения и др. Данные о поступлениях радиации в июле на горизонтальную и вертикаль- ные поверхности при безоблачном небе можно получить в СНиП 2.01.01—82 (прил. 6 и 7). Результаты архитектур- ного анализа солнечной радиации при- ведены в табл. 2.14. Число баллов для разных ориен- таций изменяется в зависимости от географического района, что обуслов- лено разным тепловым ном и ходом облачности в течение суток. Для ши- роты Москвы оценка круга горизонта по условиям теплового облучения дана на рис. 2.13. Рекомендуется учитывать влияние прямой солнечной радиации по шкале, цена деления которой равна 1500 ккал/(м2 • сут) [6279 кДж/ /(м -сут)] и соответствует дополни-
38 Часть I. Архитектурная климатология НЕДОПУСТИМАЯ ПО СНиП НЕБЛАГОПРИЯТНАЯ ДОПУСТИМАЯ ДОПУСТИМАЯ Рис. 2.13. Оценка круга го- ризонта Москвы в баллах по условиям теплового облу- чения и с учетам ограниче- ния ориентации жилых по- мещений на север Рис. 2.14. Годовой ход тем- пературы и влажности воз- духа в Москве БЛАГОПРИЯТНАЯ тельному нагреву помещений за счет прямых солнечных лучей на 4°С. Практически малыми можно считать поступления солнечной радиации ме- нее 1500, средними — от 1500 до 3000 и большими — от 3000 до 4500 ккал/(м2-сут) [соответственно 6300, 6300—12500 и 12500— 18800 кДж/(м2 сут) ]. Температурный режим характери- зуется данными годового и суточного хода температуры воздуха. На графи- ках годового хода среднемесячной тем- пературы (рис. 2.14) наносятся линии,
Глава 2. Климатический анализ 39 отмечающие продолжительность тех или иных условий, например линия температуры 20 и 21 °C (начало пере- грева помещений, необходимость сол- мень е оптимальной). Если бы линия АБ вышла сверху за пределы зоны, то период характеризовался бы оцен- кой "влажно” в 13 ч и потребова- нцезащитных средств на оконных про- емах, площадках отдыха). При про- лись бы дневное проветривание по- мещении и улавливание ветра пла- должительности перегрева менее 20 дней рекомендуются внутренние солнцезащитные устройства, 20— 40 дней — межстекольные или на- ружные, 61—100 дней — наружные или межстекольные в сочетании с теп- лозащитным стеклом а также искус- ственное охлаждение. График суточного хода температу- ры (рис. 2.15) позволяет уточнить ус- ловия эксплуатации открытых поме- щений при наличии солнцезащиты (температура 16°С и выше) или при инсоляции (12— 16°С). Влажность воздуха может быть нанесена на один график с темпера- турой (см. рис. 2.3); относительная влажность <Р = (е/£) 100%, где е — абсолютная влажность воздуха, Е — максимальная абсолютная влаж- ность при данной температуре Линии 30 и 70% относительной влажности на рис. 2.3 ограничивают зоны с низкой и высокой влажностью. Для уточнения типов проветрива- ния помещений на юге (ночное, днев- ное, круглосуточное) при комфортной, теплой и двух типах жаркой погоды (18—30°С) рекомендуется использо- вать график температурно-влажност- ной характеристики (см. рис. 2.3). С его помощью строят рабочий график (рис. 2.16), для чего используют кли- матические данные, приведенные в табл. 1.1. При средней температуре в 13 ч для каждого месяца с помощью рис. 2.3 определяют критические вер- хние и нижние значения относитель- ной влажности и наносят их на рабо- чий график, что дает зону оптималь- ной влажности в 13 ч. Нанеся линию фактической влажности ЛЬ, определим период в апреле—мае с состоянием "сухо” в 13 ч (фактическая влажность нировкой. Нанеся линию фактической влаж- ности в 7 ч ВГ и сравнивая значение влажности с линией, соответствующей 70% (оптимум при ночных и утренних температурах), определяем повышение влажности, которое, однако, не требу- ет сквозного йроветривания, так как температура в эти часы невысока. Проветривание ночью необходимо при температуре около 24°С, а при более высокой желательно кондиционирова- ние. Ветер оценивается для решения планировочных задач, связанных с ветрозащитой или аэрацией, а также с выбором ориентации, взаимного раз- мещения селитебных и промышленных зон и др. Удобной формой для архи- тектурного анализа ветрового режима является роза ветров — показатель направления и скорости ветра по ме- сяцам (рис. 2.17). Следует обращать внимание на конкретный румб с ми- нимальной повторяемостью 20%, а при пыле- и снегозаносах — 10%. Со- гласно рис. 2.2 при любой температу- ре скорость ветра более 4м/с небла- гоприятна для пешехода, при скорости 6 м/с и более начинается перенос сне- га и песка, а при скорости 12 м/с и более возникают механические разру- шения элементов зданий. При средне- месячной скорости ветра зимой 5 м/с и более здания подвергаются заметно- му ветровому охлаждению, поэтому желательна защита зданий и пешехо- дов от ветра. На архитектурное решение влияет измеряемый в м*5 объем снега при ме- телях, переносимого через 1 м (пре- пятствия или полосы). Непродуваемая полоса леса шириной более 20—25 м может задержать до 600 м3 на 1 м
40 Часть I. Архитектурная климатология Рис. 2.15. Суточный ход температуры воздуха в Мос- кве (арабскими цифрами на графике указаны часы суток, римскими — меся- цы) Рис. 2.16. Рабочий график оценки температурно-влажно- стных условий в Харькове lt2 — зоны оптимальной влажности соответственно в 7 и 13 ч 15 Ю 15 20 24 ЧАСЫ СУТОК полосы, продуваемая полоса шириной 7—10 м имеет снегосборность 100— 150 м3/м; система из трех продува- емых полос шириной 12, 12 и 15 м с межполосными разрывами 30— 40 м задерживает до 400 м3 снега на 1 м. Для районов, где ветры сочетаются с ливнями или запыленностью возду- ха, следует определять наиболее не- благоприятные направления (стороны горизонта) и предусматривать средства защиты (экранирование ограждений, уплотнение стыков, направленная пла- нировка пространств, лесопосадки и др.). На песках и песчаных рыхлых по- чвах большая запыленность возникает при скорости ветра 1—2 м/с, на пес- чаных и супесчаных — 3—4, на лег- ких суглинках — 5, на тяжелых — 5,5—7 м/с. Критическая концентра- ция в воздухе пыли составляет 1,5 мг/м3 и более. Если концентра- ция превышает критическую 30 дней в году и более или если повторяемость пыльных бурь составляет не менее 3 в месяц, то необходима пылезащита.
Глава 2. Климатический анализ 41 ЯНВАРЬ Рис, 2.17. Вероятности на- правлений и скоростей вет- ра за январь и июль в Москве Для защиты жилого района от задымления со стороны промышленного предприятия следует раз- мещать последнее в направлении с наименьшей по- вторяемостью ветра. При невозможности такого решения необходимо определять минимальное расстояние ЛМин от жилого района до промышлен- ной зоны по формуле -Ямин ” Лор/Ро, где Ло — допустимое расстояние от жилого района до промзоны при отсутствии ветра; Ло“ 1000 м; ро — средняя повторяемость ветра по любому на- правлению; ро * 1 © %/8 - 12,5%; р — повторяе- мость ветра в данном направлении (р>ро). В данном случае Лмин “ 1000рмакс/12,5. Направление городских магистра- лей следует выбирать с учетом обес- печения аэрации или ветрозащиты. При совпадении направления ветра с прямой магистралью, застроенной фронтально, возникает эффект усиле- ния скорости ветра до 20%. Если этот эффект нежелателен, здания (особенно длинные) следует разместить под уг- лом 45—90°С к направлению магист- рали. июль А7 Здание, встречающее ветровой по- ток, создает позади ветровую тень (за- тишье) в пределах 3—8 высот здания Н. Для защиты территории здания должны размещаться не дальше 5 Н друг от друга, а для аэрации — на большем расстоянии. Оценка круга горизонта по комп- лексу факторов — важная стадия уче- та климата, так как она ориентирует архитектора в отношении сторон го- ризонта для "закрытия" или "откры- тия" архитектурного пространства. Пример розы ветров с балльной оцен- кой сторон горизонта для Москвы дан на рис. 2.18. Построение осуществлено с помощью вспомогательной табл. 2.14,а. Для составления таблицы отбира- ются климатические показатели, су- щественные для Москвы (тепловой фон, солнечная радиация, ветер). Не- характерные факторы опускаются (снегозаносы, пыльные бури и др.). Для каждого из отобранных факторов задается шкала балльной ценности, от- ражающая возможность дифференциа- ции в их оценке: для Москвы по пя- тибалльной шкале можно оценить сол- нечную радиацию, так как ее изме- нение от С до Ю весьма велико (см.
42 Часть I. Архитектурная климатология СРЕДНЕЙ БЛАГОПРИЯТНОСТИ НАИБОЛЕЕ НЕБЛАГОПРИЯТНЫЙ НЕБЛАГОПРИЯТНЫЙ МАЛО- БЛАГОПРИЯТНЫЙ НЕБЛАГОПРИЯТНЫЙ НАИБОЛЕЕ БЛАГОПРИЯТНЫЙ СРЕДНЕЙ БЛАГОПРИЯТНОСТИ БЛАГОПРИЯТНЫЙ С УЧЕТОМ ВЕТРОЗАЩИТЫ ЗИМОЙ Рис. 2.18. Комплексная оцен- ка секторов горизонта по ряду факторов для Москвы Таблица 2.14, а. Вспомогательная таблица подсчета баллов для оценки круга горизонта на примере Москвы Сто- рона гори- зонта Теп- ловой фон Сол- нечная радиа- ция Ве- тер Абсо- лютная сумма баллов Приведен- ная сумма баллов для построе- ния розы С 1 1 1 3 1 СВ 1 2 3 6 2 В 3 3 3 9 4 ЮВ 3 5 2 10 5 Ю 3 5 3 11 6 ЮЗ 2 4 3 9 4 3 3 2 3 8 3 сз 1 2 3 6 2 рис. 2.13), да и гигиеническое влияние существенно. Меньшая роль и затруд- нительность в дифференцированной оценке обусловливают трехбалльную шкалу для теплового фона и ветра. Тепловой фон оценен с учетом жела- тельности солнечного облучения при всех ориентациях, кроме ЮЗ, где ле- том возможен перегрев. Солнечная ра- диация тоже оценена с учетом пере- грева, а также дефицита инсоляции при ориентации С. Ветровой режим оценен с учетом неблагоприятных вет- ров с севера (более 5 м/с) в январе и июле, а также с юго-востока в ян- варе. Абсолютная сумма баллов опре- деляет "место" каждого румба, а при- веденная сумма наносится на розу. Типологическое заключение: рас- крытие пространства жилых групп предпочтительно на Ю, а также ЮВ при условии защиты от ветров посад- ками зелени, и на ЮЗ при условии сквозной аэрации и хорошего озеле- нения. Оптимальная ориентация жи- лых помещений — Ю, ЮВ, наихуд- шая — С. При ориентации на 3 и ЮЗ необходима защита от солнца. Оценка микроклимата в архитек- турных целях предусматривает анализ микроклиматической изменчивости ос- новных элементов климата (прямой солнечной радиации и ветра) под вли- янием подстилающей поверхности — ландшафта и застройки данного горо- да. Для оценки ландшафта использу- ются топографическая подоснова (рельеф) и методы количественной оценки. На подоснове выделяют ори- ентацию склонов (С, Ю, В, 3 и др.) и углы наклона местности, подразде- ляя ровные места на повышенные и пониженные. Для этого треугольник с углами 30—60° следует перемещать по
Глава 2. Климатический анализ 43 С Рис. 2.19. Распределение склонов г. Москвы по экспозициям от 90 до 27(Р (3—В, Ю) — благо- приятные; от 315 до 45° (СЗ-СВ) — неб ла гоп- риятные; от 45 до 9(Р (СВ—В) и от 270 до 315° (З—СЗ) — допусти- МЫ£ даций: до 3, 3—10, 10—20 и более 20%. Критерии оценки склонов по солнечной радиации и ветру приведе- ны в табл. 2.15 и 2.16. Оценка микроклимата застройки проводится на основе установленных закономерностей и данных наблюде- ний метеостанций или натурных об- следований. Целью оценки является выявление территорий города, требу- ющих разного подхода к улучшению микроклимата — ветрозащиты, аэра- ции, солнцезащиты, обводнения и др. Оценка микроклимата в пределах групп зданцй и около последних про- водится по специальным методикам. Основные закономерности формирова- ния микроклимата в застройке даны в табл. 2.17. В целом задачи архитектора в об- ласти архитектурной климатологии за- ключаются в анализе климатических условий места строительства объекта, подоснове так, чтобы его катеты были параллельны С—Ю и 3—В. В точках касания гипотенузой горизонталей рельефа делают засечки, по которым проводят границы участков разной экспозиции (рис. 2.19). Границы меж- ду участками смежных экспозиций проводят через те точки на горизон- талях, в которых нормали к ним име- ют азимуты 30, 60, 120, 150° и т.д. Оценка территории по уклонам проводится с учетом следующих гра- выявлении нормативных и вненорма- тивных требований к объекту в связи с климатом, отборе среди этих требо- ваний наиболее существенных, влия- ющих на микроклимат и внешний об- лик объекта, и в отражении этих тре- бований в архитектурном проекте. Привлечение к этой работе специа- листов (научных работников, клима- тологов, экологов и др.) является со- ставной частью нормального творче- ского процесса. Таблица 2.15. Оценка территории по тепловому воздействию солнечной радиации Климатическая зона Степень благоприятности ориентации благоприятная неблагоприятная умеренно благоприятная Холодный и умеренный климат От 90 до 270 (В-3) От 315 до 45 (СЗ-СВ) Очень теплый и жаркий климат От 315 до 45 (СЗ-СВ) От 90 до 270° (В-3) От 4,5 до 90 от 270 до 315° От 45 до 90° от 270 до 315° (СВ-В), (З-СЗ) (СВ-В), (З—СЗ)
44 Часть I. Архитектурная климатология Таблица 2.16. Оценка территории по ветровому режиму Общая оценка ветрового режима вершины и возвыше- ния с плос- кими вер- шинами и пологими склонами Степень благоприятности форм рельефа Районы с большими ско- Неблагоприятные ростами ветра (повто- ряемость скорости более 5 м/с свыше 20%) То же, с умеренными Неблаго- скоростями (повторяв- приятные мость скорости ветра 3—5 м/с свыше 50%, более 5 м/с — менее 20%) Благоприятные Небла- Благо- гоприят- прият- ные ные Умеренно благо- приятные Благо- Умеренно приятные благоприятные Примечание. Цифрами 1, 2, 3 обозначены соответственно верхняя, средняя и нижняя части склонов. Таблица 2.17. Основные закономерности формирования микроклимата в застройке (по данным Г. К. Климовой) Элементы климата Закономерности формирования микроклимата (по отношению к загородным условиям) Солнечная Снижение до 20% в зависимости от степени загрязнения воздуха, времени года радиация и суток Температура Повышение на 1—4°С в зависимости от плотности застройки: при плотности воздуха до 20% — на 1—2°С, более 20% — на 3—4°С (без учета влияния озеленения на снижение температуры). В городах-оазисах зоны пустынь понижение на 2—3°С Скорость Снижение на 20—70% в зависимости от плотности застройки: при плотности ветра до 20% — на величину до 20%, плотности 20—30% — на 20—50%, плотности более 30% — более чем на 50% П р имечание. Под плотностью застройки понимается отношение площади, занятой зданиями, к общей площади рассматриваемой территории. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Аронин Д. Климат и архитектура: Пер. с англ. — М.: Госстройиздат, 1959. 2. Гербурт-Гейбович А.А. Оценка климата для типового проектирования жилищ. — Л.: Гид- рометеоиздат, 1971. — 194 с. 3. Лицкевич В.К. Жилище и климат. — М.: Стройиздат, 1984. — 288 с. 4. Оболенский Н.В. Архитектура и солнце. — М.: Стройиздат, 1988. — 207 с. 5. Подуй Б.М. Архитектура и градострои- тельство в суровом климате. — Л.: Стройиздат, 1989. — 300 с. 6. Римша А.Н. Градостроительство в условиях жаркого климата: Учеб, для вузов. — М.: Стройиз- дат, 1979. — 312 с. 7. Рекомендации по методике строительно- климатической паспортизации городов для жи- лищного строительства. — М.: ЦНИИЭП жилища, 1981. —37 с. 8. Рекомендации по учету природно-климати- ческих факторов планировки, застройки и благоуст-
Глава 2. Климатический анализ 45 ройства городов и групповых систем населенных мест. — М.: ЦНИИП градостроительства, 1980. 9. Романова Е.Н. Микроклиматическая из- менчивость основных элементов климата. — Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 10. СНиП 2.01.01—82. Строительная клима- тология и геофизика. 11. Шевцов К.К. Проектирование зданий для районов с особыми природно-климатическими ус- ловиями: Учеб, пособие для вузов. — М.: Высшая школа, 1986. — 232 с. 12. Яковлев А.В., Ионов Ю.Н., Вронская О.А. Рекомендации по учету природно-климати- ческих условий при проектировании жилых комплексов и поселков в IA, 1Б и 1Г климати- ческих подрайонах. — Л.: ЛенЗНИИЭП, 1978. — 48 с. 13. Olgyay V. Design with Climate. — Princeton University. New Jersey, 1963. СПИСОК ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ Губернский Ю.Д., Лицкевич В.К. Жилище для человека. — М.: Стройиздат, 1991. — 280 с. Давидсон Б.М., Мазаев Г.В. Архитектура ориентированного жилого дома: Учеб, пособие. — М.: МАрхИ, 1977. Маркус Т.А., Моррис Э.Н. Здания, климат и энергия: Пер. с англ. / Под ред. Н.В.Кобышевой, Е.Г.Малявиной. — Л.: Гидрометеоиздат, 1985. — 543 с. Строительная климатология: Справ, пособие к СНиПу. — М.: Стройиздат, 1990. — 88 с. Evans М. Dwellings, Climate, Comfort. — London, Applied Science publish rs LTD, 1980. Givoni B. Man, Climate and Architecture. — London, Applied Science publish rs LTD. Second Edition, 1976.
Часть II АРХИТЕКТУРНАЯ СВЕТОЛОГИЯ Г л а в а 3. СВЕТОЦВЕТОВАЯ СРЕДА — ОСНОВА ВОСПРИЯТИЯ АРХИТЕКТУРЫ 3.7. Свет, зрение и архитектура Свет — излучение оптиче- ской области спектра, которое вызы- вает биологические, главным образом зрительные реакции. Цвет — особенность зрительного восприятия, позволяющая наблюдате- лю распознавать цветовые стимулы (излучения), различающиеся по спек- тральному составу. Световая среда — совокупность ультрафиолетовых, видимых и инф- ракрасных излучений, генерируемых источниками естественного и искусст- венного света; это важнейшая состав- ляющая жизненной среды живых ор- ганизмов и растений, определяемая световыми потоками источников света, трансформируемыми в результате вза- имодействия с окружающей предмет- ной средой, которая воспринимается по распределению света и цвета в про- странстве. В жизни мы постоянно говорим: свет режет глаз, свет пробивается че- рез щель, свет льется, струится. Это существовавшая издревле мысль о све- те — догадка о родстве глаза и сол- нца — сохранилась в глубоко изме- ненной форме и в современном есте- ствознании. Глаз человека хорошо приспособился к солнцу как к источ- нику света. Хрусталик глаза пропу- скает к сетчатке только лучи солнца, безвредные для организма. Сетчатка обладает большой чувствительностью; однако при дневном интенсивном ос- вещении эта чувствительность резко снижается, а при ночном — возрастает. Рассматривание цветных поверхно- стей при изменении уровня яркости в пределах, соответствующих области дневного зрения, сопровождается из- менением цветового ощущения, кото- рое особенно заметно при солнечном освещении поверхностей (фасадов, де- талей). Это явление архитектуры оп- ределяют словами "солнечный свет съедает цвет". Зрение — чрезвычайно сложный процесс. Химические и электрические явления в сетчатке глаза, передача нервных импульсов по зрительному нерву, деятельность клеток в зритель- ных зонах мозга — все это составные части процесса, называемого зрением. Процесс зрения не завершается изображени- ем на сетчатке, а начинается с него. Глаз превраща- ет падающий на него свет в сигналы, преобразует эти сигналы и посылает их в мозг. Как возникают сигналы, когда Свет попадает на сетчатку? Как мозг преобразует эти сигналы в зрительные образы? Ис- черпывающих ответов на эти вопросы наука не да- ет. Однако многое о работе сетчатки глаза уже из- вестно и может быть использовано при решении разнообразных задач световой архитектуры. Глаз способен оценивать общее количество доходящего до него света и распределение его по различным направлениям. Иными словами, глаз представляет собой не только орган светоощуще- ния, но и оптический анализатор окружающего мира. Благодаря зрению все видимое человеком пространство разбивается на отдельные конусы, вершины которых находятся в.глазу наблюдателя. Свет, поступающий на каждую группу светочувст- вительных элементов в определенных направлени- ях, позволяет оценивать средние значения яркости в пределах каждого из этих пространственных уг- лов. Чем больше число независимых светочувстви- тельных элементов на сетчатке глаза и чем меньше поле зрения, в пределах которого происходит ус- реднение яркости по направлениям, тем ниже по- рог светоощущения, т.е. тем меньше размеры пре- дельно различимых деталей.
Глава 3. Светоцветовая среда — основа восприятия архитектуры 47 Видимость предметов окружающе- го мира основана на получении опти- ческого изображения на светочувстви- тельном слое сетчатки глаза. Каждый участок светочувствительного слоя со- стоит из элементов, по-разному вос- принимающих световую энергию раз- личных полос спектра; это определяет различия в цвете. Отсюда следует, что предмет, рассматриваемый на опреде- ленном фоне, может выявляться не только благодаря своей яркости, но и вследствие цветового контраста. Человеческому глазу присущи де- фекты и ограничения, свойственные всякой оптической системе. Однако широкие пределы чувствительности глаза, его способность приспосабли- ваться к различным условиям распре- деления яркости в поле зрения позво- ляют оценивать глаз как наиболее со- вершенный орган чувств. Способность глаза реагировать как на весьма сла- бые, так и на интенсивные раздражи- тели объясняется наличием в сетчатке глаза двоякого рода элементов — колбочек и палочек, воспринимающих световые раздражения (табл. 3.1). Светочувствительные элементы расположены на сетчатой оболочке неравномерно: в центральной части преобладают колбочки, в периферических (удаленных от оптической оси глаза) частях — па- лочки. Благодаря палочкам сетчатая оболочка гла- за может ощущать яркость при весьма малой ин- тенсивности освещения (например, при сумереч- ном, лунном и даже звездном освещении). Свето- техническая особенность палочек заключается в том, что они не вызывают у нас ощущения цвета: с наступлением сумерек улицы и здания кажутся се- рыми. При сумеречном зрении глаз, подобно фото- графической пластинке, фиксирует только пере- ходы через ахроматические ступени от белого к черному, при центральном же зрении от точки "черное" к точке "белое" ведет множество цветовых оттенков, соответствующих различным цветовым ощущениям. В противоположность палочкам колбочки не реагируют на слабые световые раздражители; в этом отношении они менее чувствительны, чем па- лочки. Превалирующая доля зрительной работы совершается колбочками, при помощи которых глазом воспринимаются как ахроматические, так и хроматические ощущения. На сетчатке колбочки густо собраны в центральной части. Поэтому зре- Таблица 3.1. Характеристики зрительного анализатора Характе- ристика глаза Дневное (центральное) зрение Сумеречное зрение Ночное (периферическое) зрение Светочувст- Колбочки вительные элементы Колбочки + палочки Палочки Способность реагировать на яркость Спектральная чувствитель- ность к излучениям Способность к восприятию цветов Способность к различению деталей Высокие яркости, L 10 кд/м2 Максимальная к желто-зеленому [ X = 555 нм, И(Х) = 1,0] с умень- шением к красному [ X — 710 нм, И(Х) = 0,0021] и фиолетовому [ Г(Х) = 0,0012 при X = 410 нм] Хорошее различение цветов Высокая разрешаю- щая способность Малые яркости, Очень малые яркости, 0,01 < L < 10 кд/м2 L < 0,01 кд/м2 Максимальная к голубовато-зеленому (Х= 520 нм) с уменьшением в длинноволновой и коротковолновой частях спектра Голубые и зеленые свет- леют, красные темнеют Малая разрешающая способность Максимальная к зелено- вато-голубому [X = 510 нм, v (X) = 1,0] с уменьше- нием к красно-оранже- вому [ V1 (X) = 0,00737 при X = 620 нм] и фиолетовому ГИ'(Х) = 0,0022 при X = 390 нм] Цвета не различаются, черно-белое видение Отсутствует
48 Часть И. Архитектурная светология ние посредством колбочек называют дневным или центральным. Особую роль играет небольшая, рас- положенная несколько в стороне от оптической оси область сетчатки, называемая "желтым пятном". Диаметр его около 1 мм, что соответствует углу зрения около 2°. Посередине желтого пятна имеет- ся "центральная ямка"; размеры ее соответствуют полю зрения около 1°. В пределах этой ямки укла- дывается изображение пятиэтажного здания (вы- сота 15 м), рассматриваемого с расстояния 1 км. При рассматривании архитектур- ных ансамблей, зданий и интерьеров глаз ’’обегает" ("ощупывает") поле об- зора таким образом, чтобы изображе- ния отдельных участков последова- тельно попадали в центральную ямку. В этом случае глаз видит предметы отчетливо. Объясняется это отчасти тем, что глаз, подобно оптической си- стеме, дает наилучшие изображения для точек, которые расположены близ- ко к оптической оси, отчасти же более плотным расположением светочувстви- тельных элементов в этой области сет- чатки. Центральное зрение отличается от периферического тем, что оно позво- ляет судить о спектральном составе света. Это свойство глаза обогащает возможности архитектора оценивать пространство распределения света с по- мощью не только количественных, но и качественных характеристик, опреде- ляемых спектральным составом света. Периферическое зрение с более высокой (в тысячи раз) чувствитель- ностью к свету обладает меньшей чет- костью видимости. Максимум чувстви- тельности при сумеречном зрении сдвинут из желто-зеленой части спек- тра (при центральном зрении) в си- не-зеленую при почти полной потере чувствительности палочек в красной части спектра. Такое изменение чув- ствительности глаза к излучениям раз- личных участков спектра при переходе от больших яркостей к малым изве- стно под названием эффекта Пур- кинье. Иллюстрацией этого эффекта может служить сравнение яркостей красной и синей или зеленой поверх- ностей, которые воспринимаются рав- нояркими при интенсивном освещении и резко контрастными — при малом: красная поверхность кажется значи- тельно темнее синей и зеленой. Эффект Пуркинье имеет большое практическое значение при выборе уровня освещенности на улицах горо- дов и в зданиях, а также при отделке зданий и интерьеров, освещаемых ис- точниками с различной цветностью из- лучения. Глаз последовательно обегает поле зрения и при распознавании предметов, их формы и цвета проецируют изображение в зону наиболее отчетли- вой видимости (центральная ямка). В условиях ма- лых яркостей центральная ямка представляет "волчью яму" для падающего на нее света, ибо предмет, проецирующийся на центральную ямку, становится невидимым. Почти невидимы и изобра- жения малоярких предметов (рассматриваемых под углами 2—3°), попадающие на желтое пятно сетчатки. Опыт показывает, что для отчетливой видимо- сти предметов в вечерних и ночных условиях при низких яркостях поверхностей1 необходимо, что- бы рассматриваемые предметы имели угловой раз- 50 ж Степень зрительного ощущения определяется освещенностью изображения на сетчатой оболочке глаза. Освещенность получаемого на сетчатке изо- бражения зависит не от угловых размеров рассмат- риваемых предметов, а от яркости светящей повер- хности в направлении к наблюдателю. В этом мож- но убедиться, рассматривая здание (или его де- таль) с различного расстояния. Если отходить от здания, то освещенность на сетчатке глаза остается постоянной, так как изображение здания уменьша- ется пропорционально изменению проникающего в глаз светового потока. Однако эта закономерность изменяется при малых угловых размерах рассмат- риваемого предмета, поскольку в этом случае на размер изображения определенное влияние оказы- вают дифракция и аберрация2. В этом случае ви- димость определяется не яркостью рассматривае- мого предмета, а интенсивностью проникающего в глаз светового потока. Низкие яркости поверхностей, при которых колбочковый аппарат зрения постепенно выключа- ется, составляют около 3 кд/м2. 2 Дифракция — отклонение световых лучей от направлений, по которым они должны были бы распространяться по законам оптики; наблюдается при ограничении световых потоков экранами; обусловлена волновой природой света. Аберра- ция — искажение или недостаточная отчетливость изображения.
Глава 3. С ее то цветовая среда — основа восприятия архитектуры 49 Знание фотометрических и коло- риметрических характеристик фасадов даже при учете эффекта Пуркинье не позволяет однозначно судить об их восприятии, поскольку субъективная (воспринимаемая глазом) яркость (светлота) зависит не только от дей- ствительной яркости и яркостных контрастов, но и от условий адаптации глаза. Различают темновую адаптацию, наблюдаемую при переходе от боль- шой яркости к малой, и световую — при обратном переходе. Входя днем с ярко освещенной площади (или улицы) в сдабоос веще иное помещение с темной от- делкой стен, человек в первые секунды пребывания в таком помещении не способен увидеть и оценить ни окружающее его пространство, ни детали, ни цвета отделки интерьера. И только после адапта- ции глаза к новым световым условиям он сможет хорошо различать предметы и отделку помещения. Такое ощущение испытывает человек, например, в кинотеатре "Россия” (Москва), когда днем из насы- щенного светом фойе входит в зрительный зал с темной отделкой потолка и части стен. Темновая адаптация возникает в результате изменения чув- ствительности как периферического, так и цент- рального зрительного анализатора. Световая адаптация характеризуется измене- нием световой чувствительности глаза в процессе его приспособления к заданной яркости после дли- тельного пребывания в темноте. Она определяется понижением световой чувствительности глаза, тем более заметным, чем больше яркость, на которую адаптируется наблюдатель. Сущность процесса адаптации состоит в том, что сетчатка изменяет свою чувствительность к све- ту вследствие автоматического изменения количе- ства химического вещества (родопсина), содержа- щегося в ее палочковых клетках. При темновой адаптации количество родопсина увеличивается, при световой — уменьшается. В первые пять минут пребывания в темноте количество родопсина изме- няется очень быстро, а затем еще примерно в тече- ние часа — медленно. В результате адаптации чув- ствительность глаза к свету вырастает в тысячи раз. При идеальных условиях глаз, полностью адапти- рованный к темноте, может заметить свет от обык- новенной свечи, находящейся от него на расстоя- нии 20 км. Анализ памятников архитектуры показывает, что для решения архитек- турно-художественных задач интерье- ра и экстерьера архитекторы умело ис- пользовали световую и темновую адаптацию зрения. Так, прием темно- вой адаптации удачно применялся в архитектуре Древнего Египта. Египет- ские храмы Нового царства, как из- вестно, состояли из нескольких про- странств, следовавших друг за другом. Первое — окруженный колоннадой открытый двор, залитый солнцем. Всякий проходящий через этот двор человек адаптировался к высоким яр- костям колонн и пола. За двором рас- полагался гипостильный зал, ограни- ченный с боков глухой стеной с не- большими отверстиями для проветри- вания помещения. Зал освещался через проемы, расположенные в мес- тах перепада высот среднего и боковых нефов. Полусумрак гипостильного зала сгущался по направлению к святили- щу, куда имели доступ только жрецы. Простые смертные могли видеть свя- тилище только после длительного пре- бывания в зале. Приближаясь к нему, молящиеся постепенно теряли связь с миром, с солнцем, все более подчиня- ясь власти мистики и мрака. По сви- детельству исследователей, египетские мастера Нового царства ввели в архи- тектуру движение, открыли красоту световых контрастов и полутонов. Прием световой адаптации широко использовался в архитектуре барокко. Отчетливо выраженная тенденция к яркостным контрастам особенно харак- терна для этого стиля в решении ин- терьера. Используя в соборах и цер- квях контраст ярких поверхностей центральных нефов и алтарей с сум- раком боковых нефов, зодчие барокко добились впечатления движения и бес- предельности пространства. При восприятии русской архитек- туры полем адаптации почти всегда служит высокая и равномерная яр- кость пасмурного неба. Как живописец выбирает изобразительный прием в за- висимости от яркости поля адаптации, так и архитектор выбирает компози- ционный прием в зависимости от яр- кости фона, на котором будет рассмат-
50 Часть IL Архитектурная светология риваться его произведение. Обращаясь к истории русской архитектуры, мож- но найти в разнообразии композиций, форм, пластических и цветовых реше- ний различных стилей общие законо- мерности, связанные с особенностями природного освещения места строи- тельства. Так, в районах с преоблада- ющим рассеянным светом облачного неба создаются особенно благоприят- ные условия для ощущения цветовых нюансов (благодаря высокой цветовой чувствительности глаза при дневном рассеянном освещении) и восприятия силуэтной архитектуры (благодаря вы- сокой яркости облачного неба). Тща- тельно прорисованные прекрасные си- луэты русских церквей и соборов на фоне светлого неба гармонично впи- сываются в окружающую природу [7]. Глаз не только реагирует на вы- сокие яркости и сопутствующие им контрасты, но и ’’охотится" за ними, выделяя наиболее яркие и контрастные участки поля зрения. Этой свойство глаза следует учитывать в архитектур- ной композиции. Световая композиция русского храма как бы "втягивает" по- сетителя в него, ведет его к центру и заставляет затем поднять голову кверху — к светоносному куполу, внутренняя поверхность которого, наи- более яркая, являет собой и живопис- ную кульминацию интерьера. Посети- тель видит главное в архитектуре хра- ма (рис. 3.1). Современное общественное соору- жение, как правило, большое по раз- мерам и числу помещений, выдвинуло задачу светового ансамбля как синтеза световой архитектуры его отдельных интерьеров. Свет в таких сооружениях может определять последовательность восприятия интерьеров и их нараста- ющее эмоциональное воздействие на человека. Роль света как своеобразного пу- теводителя определяется тем, что ха- рактер ощущений, так же как и зри- тельный процесс, развертывается во времени. Появление, изменение и ис- чезновение раздражателя — главный источник зрительного ощущения. Ус- тановлено, что к постоянно действую- щим раздражителям глаз привыкает настолько, что их не замечает. Это испытываешь, например, идя вдоль улицы, освещенной типовыми фонаря- ми. Когда в окружающем пространстве отсутствуют архитектурные доминан- ты , а также резко контрастирующие с фоном или друг с другом объекты, зрительная ориентация человека за- трудняется. Такое ощущение испыты- вает человек, попадая в районы горо- да, застроенные однотипными здания- ми, не отличающимися друг от друга ни формой, ни пластикой, ни цветом. Й наоборот, последовательное, заранее предусмотренное в проекте распреде- ление яркостей и контрастов, а также использование адаптации, усиливаю- щей впечатление насыщенности про- странства светом, позволяет архитек- тору организовать движение человека в здании или на улице города. Организация яркостного ритма в интерьере решает только функцио- нальную сторону дела (проблему дви- жения посетителей). Умелое распреде- ление яркостей в помещении делает пространство более глубоким и архи- тектурно выразительным. В соответст- вии с законами адаптации темное про- странство прекрасно "работает" на по- следующее светлое, так как глаз, адаптированный к темноте, лучше вос- принимает освещенное пространство; адаптация к свету позволяет лучше чувствовать темноту. При удачно вы- бранных светлотных соотношениях ос- вещенное малое пространство при пе- реходе в него из темного помещения может показаться большим. При выборе световой композиции здания или сооружения целесообразно учитывать ассоциации, выработанные у нас природой. Открытое пространст- во поляны более светлое, чем узкая
архитектур* гдава приятно; °Р рисков .ж^> света Софии фраг- --»'• va я л eeV’ Пр «пы- бол*01*0 37 светлее уЛ высокие налы*, тСТЛ^^ ; ’SS ^”“а ПрОСТр циЗКИК’ -- I а тем»°т^ юи“ “’рты-»* а1Я,Ос»ёр«/. св" свет идти «епрИЯГен- ваправ-’' ествен. СВ"3Есл» “'«“о”^ш“е , арх«те«»₽е' Э»*1*4 интерьер
52 Часть II. Архитектурная светология логично делать более светлыми, чем малые, а низкие — более темными, чем высокие. Такое распределение яр- костей в интерьере вызывает ощуще- ние естественности; распределение яр- костей, построенное на обратной за- кономерности, вызывает ощущение не- ожиданности, театрального эффекта, поэтому в рабочих помещениях подо- бная световая организация простран- ства не может быть рекомендована как архитектурный принцип, хотя может быть применена в отдельных случаях для создания театрального эффекта (бары, дискотеки и т.п.). Различают две задачи, связанные с учетом оптических свойств глаза че- ловека. Первая задача — не допустить всякого рода оптические обманы, ко- торые искажают художественный об- раз, масштаб, пропорции и архитек- тонику интерьеров зданий и сооруже- ний; вторая — использовать оптиче- ские иллюзии для архитектурных целей (увеличение или уменьшение глубины пространства, использование живописных средств светоцвета для изменения пластической отделки фа- садов, интерьеров, устранение геомет- ризма в архитектуре и др.). Опыт показывает, что степень оп- тических искажений и иллюзий во многом предопределяется условиями освещения здания или интерьера и яр- костью поля адаптации и позиции на- блюдателя. Внимательное изучение архитек- турных функций света неразрывно связано со знанием оптических свойств глаза архитектора, который обладает (по аналогии с музыкантом) "абсолют- ным глазомером". Сказанное усилива- ется тем, что применяемые в начер- тательной геометрии способы построе- ния ортогональных изображений и перспектив условны; они не отобража- ют многообразие восприятия улиц, зданий, интерьеров и не учитывают действительных условий освещения. Условность построения этих изображе- ний усугубляется условностью свето- тени, которая не отражает ни дейст- вительного направления солнечного света, ни контрастности освещения, присущего данной местности, ни дей- ствительного распределения яркости на поверхностях фасада или деталей. Задачи освещения не могут быть решены без творческого учета особен- ностей превалирующего в данной ме- стности природного освещения, кото- для человека. На рис. I—VIII* приве- дено несколько примеров светоцвето- вого решения зданий и интерьеров различного назначения, в которых профессионально (инженерно и худо- жественно) решен комплекс архитек- турных задач * Архитектор В.И.Баженов отмечал, что на основе ортогональных и услов- ных перспективных изображений нель- зя составить представление об истин- ном образе здания в натуре. Критери- ем правильности принимаемых зодчим решений может служить только прак- тика. Действительно, ортогональные проекции фасадов зданий обычно от- ражают только частный образ, кото- рый в общем случае не совпадает с действительным восприятием здания в натуре. Причины наблюдаемого рас- хождения между проектом и натурой заключаются в том, что архитектор не учитывает конкретных особенностей натурного восприятия (освещения, то- пографии, точки наблюдения и др.) и недооценивает роль оптических кор- рекций; так создаются "ножницы" между художественным замыслом и действительностью. В справедливости сказанного мож- но убедиться, сравнивая проекты и на- Римскими цифрами пронумерованы цветные иллюстрации. За исключением примеров с необоснован- ным сплошным остеклением.
Глава 3. Светоцветовая среда — основа восприятия архитектуры 53 туру ряда зданий в Москве; например, башню здания гостиницы "Пекин", здание Центрального академического театра Российской Армии и др. Про- порции венчающих частей этих зданий резко изменились из-за того, что ниж- ние выступающие вперед части невы- годно закрывают собой верхние. Древнерусская архитектура богата примерами, свидетельствующими о тонком умении зодчих переходить от проекта к натуре. В частности, русские зодчие широко пользовались различ- ными проверками; одна из них заклю- чалась в том, что в кладке барабана собора (или церкви) укреплялся шест, который поднимался вверх и завер- шался крестом. При сооружении вен- чающей части здания такой ест слу- и жил надежным контролем задуманных пропорций при наблюдении с опреде- ленных точек. Такие шесты были об- наружены, например, при обмерах Спасского собора монастыря в Волог- де, в Николаевской церкви в Каре- лии и др. Расхождения между восприятием в натуре и проектом возможно предви- деть на первой стадии проектирования зданий и сооружений. Эта стадия ха- рактеризуется геометрическим проек- тированием (перспективами, рисунка- ми), а также макетами, позволяющи- ми осматривать и оценивать здание с разных точек зрения. При этом оцен- ку проекта целесообразно проводить на макетах разного масштаба (напри- мер, 1/50 и 1/200), чтобы уловить возможные зрительные искажения при переходе от проекта к натуре. Вторая стадия связана с проверкой восприятия в процессе возведения зда- ний и сооружений. Известны случаи, когда видные зодчие вносили коррек- тивы в возводимые по их ектам здания и сооружения в процессе их строительства в результате обнаружен- ных при наблюдении с разных точек грубых искажений объемной компози- ции и пропорций. и Однако этот способ контроля за воплощением художественного замыс- ла обычно связан с большими допол- нительными затратами времени и средств; поэтому к нему можно при- бегать только в случае крайней необ- ходимости. Архитектурные ухищрения, выра- женные в древнегреческом зодчестве в виде энтазиса, курватур, наклона ко- лонн, широко использовались в рус- ской классической архитектуре для придания ансамблям и зданиям боль- шей выразительности и монументаль- ности. Наряду с коррекциями в архитектуре прошло- го широко использовался прием перспективных со- кращений (наклон стен, уменьшение размеров кверху» трапециевидная форма площадей, коридо- ров, лестниц и др.). При этом наибольший оптиче- ский эффект возникает при наблюдении в ракурсе и применении перспективных сокращений, совпа- дающих с главным направлением движения зрите- ля. Подобного рода оптический эффект кажущего- ся увеличения высоты здания и сооружения с успе- хом применялся в русской архитектуре и, в частно- сти, в творчестве академика И.В.Жолтовского. Часто применяемый в прошлом прием утоне- ния и наклона стен зданий, башен, колоколен зри- тельно увеличивал высоту зданий, вызывал ощу- щение их статической устойчивости и закономер- ного распределения материала, соответствующего игре возникающих в конструкции усилий. Многообразные приемы, придаю- щие небольшим зданиям Провиант- ских складов в Москве грандиозность, выразительность и масштабность, про- демонстрировал архит. В.П.Стасов. Особенно важно, что все эти тонкости были им предусмотрены в процессе проектирования (на чертеже, датиро- ванном 1821 г.). Оптические коррекции не потеря- ли значения и в современной архи- тектуре. Наблюдаемый геометризм за- стройки нередко вызывает ощущение монотонности и однозначности, однако было бы неосмотрительно вносить та- кие поправки произвольно, без соблю- дения должной меры. Такой подход обычно не приводит к обогащению вос- приятия здания или сооружения.

Глава архитгктурь» рис рис- Ш Бристоль ия) в -^л^СТв^Н' “'• ПР°(Х^,и) ^анив <А рис (Цтал рис- нии рис- нос рис- нос • Л1/^мдия) (фиНЛЯ^ ’nwp^1^ у. Интерьер Копенга- ,«о гене (франк<КР ( Г- И“оя^-’ гара*
56 Часть IL Архитектурная светология При выборе вносимых в проект (или макет) коррекций могут быть по- лезными данные об остроте различе- ния, характеризующейся угловым раз- мером при большом контрасте между зданием и небом в различных усло- виях освещения, а также данные прак- тики, которые черпаются из тщательно проведенных обмеров памятников про- шлого. Так, на примере колокольни Ивана Великого установлено, что на- блюдаемый эффект устремленности ввысь достигается при применении в верхнем ярусе утонения, характеризу- ющегося углом, равным примерно 1°. Другой известный прием — ис- пользование курватур, которыми под- черкивается и усиливается перспек- тивное искривление прямых, находя- щихся выше горизонта зрителя. В со- вокупности с другими коррективами курватуры способствуют ощущению монументальности, кажущегося увели- чения высоты и протяженности зда- ния, устранению сухости геометризма. Именно поэтому курватура получила широкое распространение в древнегре- ческой архитектуре. На основе тща- тельно проведенных в XVIII и XIX вв. обмеров (Пенрозом, Пеньеторном и др.) была установлена характеристика курватур в виде отношения стрелы подъема (вспарушенности) к длине фасада. Численные значения этого со- отношения колеблются в пределах 0,0015—0,0017. Разновидность курватур представ- ляет энтазис колонн. Такая коррекция использовалась в русской и, в частно- сти, владимиро-суздальской архитек- туре (например, башня в Боголюбове, церковь в Кидекше и др.).Этот прием был с успехом использован Ж.Суфло при возведении портика в здании Пантеона в Париже (1764 г.). При рассматривании архитектур- ных ансамблей возникает ряд искаже- ний, связанных с оценкой глубины пространства. Опыт показывает, что точность оценки уменьшается при уве- личении пространства. Архитектур- ной практике прошлого известны слу- чаи, когда зодчий существенно изме- няет восприятие глубины площади приданием ей трапециевидной формы; в этих случаях боковые здания рас- полагались под углом 5—7° к продоль- ной оси площади; такая площадь ка- жется более глубокой (по сравнению с проектной глубиной) при сужении ее в сторону движения, т.е. по на- правлению к завершающему площадь зданию, и, наоборот, менее глубокой при рас и прении площади в направле- нии движения. Неправильная оценка глазом глу- бины пространства рождает ошибки в оценке действительной высоты зданий и сооружений. Зрительное изменение высоты зданий и сооружений особенно заметно в зданиях башенного типа шественных и жилых), получивших широкое распространение в застройке городов. В современной световой архитек- туре зданий и интерьеров часто встре- чаются оптические искажения, возни- кающие вследствие иррадиации. Явление иррадиации дает себя чувствовать при искусственном освещении зданий со сложным остеклением фасадов. Вечером несущие конструк- ции (колонны, ригели и др.) читаются с улицы чер- ными силуэтами на ярком фоне остекления. Подо- бный часто встречающийся в современной архи- тектуре мотив нередко сопровождается изменени- ем членений и пропорций фасадов. Особенность вечернего освеще- ния — его высокая контрастность, которая возникает из-за отсутствия рассеянного света неба. Даже днем при контрастном солнечном освещении ис- кажается восприятие колонны. На ос- новании сопоставления кривых види- мости и освещенности цилиндра было доказано, что возникают зрительные эффекты уплощения и излома цилин- дрической колонны. Подобные оптиче- ские искажения присущи вечернему освещению, обладающему, как прави- ло, резкими светотеневыми контраста- ми. Отсутствие полутеней и рефлексов
Глава 3. Светоцветовая среда — основа восприятия архитектуры 57 приводит к тому, что цилиндрическая поверхность, освещенная сбоку, восп- ринимается ломаной; освещенная же лучами, направление которых совпа- дает с направлением зрения наблюда- теля, такая поверхность воспринима- ется плоской. Чтобы приблизить светотеневой контраст вечернего освещения фасада к привычным контрастам, характер- ным для естественного освещения, сле- дует световые приборы разбить на две группы: первая из них должны быть подобна солнцу, заливающему детали ярким светом; вторая выполняет роль рассеянного света неба, смягчающего контраст светотени. Первую группу приборов располагают выше освещае- мых зданий; вторую группу можно располагать на земле. При обозрении предмета различа- ют две стадии: первую называют ви- димостью объекта; эта стадия харак- теризуется 75 %-й вероятностью уви- деть предмет без возможности разли- чения его формы; вторая стадия — различимость — характеризуется спо- собностью глаза видеть форму пред- мета. Первое, что мы замечаем, — яр- кость, цвет и светотень, которые, по существу, определяют первое впечат- ление и позволяют нам оценивать ок- ружающую обстановку, здание и его детали. Рассматривая одно и то же здание на различных естественных фонах (небо, деревья) и в разную по- году, мы убеждаемся в том, что вос- приятие его резко изменяется при пе- реходе от ясного солнечного дня к пас- мурному, исчезают определяющие форму контрасты светотени, искажа- ются глубинность пейзажа и объем- ность здания, пропадают пластика и выразительность архитектурных дета- лей . П ри диффузном освещении об- лачным небом решающее значение приобретают силуэт и цветовая ком- позиция ансамблей и зданий. Личный опыт убеждает нас в том, что рассмат- ривание архитектурных изведений связано со зрительными усилиями. Напряженность этих уси- лий зависит не только от размеров здания, интерь- ера и их деталей, но и от их освещения. Предметы, отчетливо видимые в полдень, плохо различаются в сумерки, когда мелкие детали рассматриваемых предметов исчезают и глаз различает лишь общий контур предмета. Наконец, наступает момент, ког- да освещенность достигает предела (порога) и рас- сматриваемый предмет становится невидимым. Мы видим предмет только в случае, когда сущест- вует разница по яркости, цвету или фактуре между ним и фоном, на котором он проецируется. Эту раз- ницу между предметом и фоном, которая опреде- ляет его видимость, называют контрастом. Каче- ство видимости будет при прочих равных условиях тем лучше, чем больше контраст между предметом и фоном. Наименьшее значение контраста между предметом и фоном, начиная с которого предмет становится видимым, называют порогом зритель- ного восприятия. Численное выражение этого по- рога определяется оптическими свойствами глаза. Контраст между деталью и фоном зависит не толь- ко от свойств рассматриваемого предмета и фона, но и от условий освещения. Например, при солнеч- ном освещении отчетливо ощущается многоплано- вость (пространство) застройки благодаря контр- асту между освещенными и затененными поверх- ностями зданий или территорий. В пасмурную по- году, когда светотеневой контраст очень мал, застройка воспринимается более плоско, силуэтно. Кажущееся изменение глубины пространства в еще большей степени ощущается с наступлением сумерек. Глаз — не только оптический при- бор, позволяющий видеть предметы, но и анализатор, дающий возможность получать впечатления, возбуждающие мысли и эмоции, на основании кото- рых рождаются суждения и оценки. Как оптический прибор глаз чело- века обладает рядом особенностей. Нормальное поле зрения, которое че- ловек видит двумя глазами, приведено на рис. 3.2. Зона бинокулярного ви- дения в вертикальной плоскости при- близительно равна 120°, в горизон- тальной — 180°, зона монокулярного видения по горизонтали составляет 40° (справа и слева). Несмотря на большое поле зрения неподвиж- ного глаза, обозрение архитектурных объектов происходит (подобно чтению книги) движущими- ся глазами, поскольку отчетливое видение деталей возможно только на весьма малой части поля зре- ния (равной примерно 1°).
58 Часть IJ. Архитектурная светология Процесс чтения состоит в том, что наш глаз следует по каждой строчке, но не непрерывно, а с различными интервалами; таким образом, процесс чтения идет только в моменты, когда глаз находит- ся в состоянии покоя. Это движение глаз можно уподобить процессу питья, происходящему не не- прерывно, а отдельными глотками. Движение глаз обеспечивается шестью крохотными мускулами, которые позволяют нам сосредоточить оба глаза од- новременно на обозреваемом объекте. При рассмотрении архитектурного объекта работа мускулов, движущих глазрсарактеризуется направлением их движения, длиной пробегаемого глазами пути и длительностью наблюдения. Всякое изменение направления взгляда связано с измене- нием положения глаз, а следовательно с преодоле- нием сил инерции глаза и сопровождается оптиче- скими иллюзиями и искажениями, например пере- оценкой действительного размера угла, образуемо- го горизонталью и наклонными пересекающими ее линиями, иллюзией уподобления и т.д. (рис. 3.3). На практике такие оптические искажения могут быть, например, ис- пользованы для того, чтобы избавиться от кажущегося или действительного небольшого прогиба балок, ферм, пе- ремычек и т.д. В общем случае различимость объ- екта (или детали) зависит от шести Рис. 3.2. Поле зрения че- ловека при бинокулярном видении (а) и углы зре- ния в вертикальной пло- скости (б) А — зона активного видения Рис. 3.3. Зрительные иллю- зии а — вследствие иррадиации и контраста: черный квад* рат кажется меньшим, чем белый, хотя они равны; тре- угольная полоса на фоне бе- лого квадрата кажется тем- нее и шире, чем на фоне чер- ного, хотя они одинаковы по светлоте и ширине; б — вследствие переоценки на- шим глазом острых углов: параллельные линии кажут- ся искривленными или схо- дящимися; в — основанные на свойстве глаза уподоб- лять части предмета цело- му: I — средний угол в ле- вой фигуре кажется больше среднего угла в правой, хотя они одинаковы; II — высота цилиндра кажется значи- тельно больше диаметра его полей, хотя они равны; Ш — верхняя линия кругов кажется провисшей подо- бно нижней, хотя она гори- зонтальна факторов: контраста между объектом и фоном, его яркости, углового раз- мера , спектра освещения, прозрачно- сти воздуха и продолжительности на- блюдения. Первые три фактора имеют решающее значение. Совокупность всех факторов создает световую среду, оптимальное воздействие которой мо- жет быть достигнуто при определен- ных количественных соотношениях этих II ести параметров. Если изменять
Глава 3. Светоцветовая среда — основа восприятия архитектуры 59 а) каждый из этих параметров при ус- ловии постоянства других, то можно установить, что каждый из них имеет свой абсолютный порог, ниже которого предмет становится невидимым, как бы ни были благоприятны прочие ус- ловия наблюдения. В связи с этим перед архитекто- рами встают следующие практические задачи: обеспечить хорошую различи- мость с больших расстояний архитек- турных доминант и ансамблей (задача градостроительного масштаба); обеспе- чить различимость отдельных объек- тов, их объемного и цветового решения при наблюдении со средних и близких дистанций; сохранить художественный образ ансамбля, здания, интерьера при переходе от проекта к натуре. Вечером в условиях темновой адаптации глаза абсолютный световой порог, определяющий видимость пред- мета, существенно отличается от по- рога различения его, при котором глаз может различать форму пред- мета. Порог видимости наблюдаемого предмета оценивают минимальной разностью яркостей фона и предмета, которую называют разностным поро- гом Л L. В отличие от разностного порога относи- тельное значение пороговой яркости, определяю- щее порог различимости, называют пороговым контрастом предмета с фоном. Величину, об- ратную этому порогу, называют контрастной чув- ствительностью глаза. Исследования показали, что значение разно- стного порога говой разности) яркости увели- чивается пропорционально повышению яркости фона; иными словами, отношение разностного по- рога ALk яркости фона L остается постоянным для всего диапазона изменения яркости адаптации.
60 Часть IL Архитектурная светология ОСВЕЩЕННОСТЬ. ЛК Рис- 3.4, Определение контр- аста между предметам и фоном для обеспечения его видимости в зависимо- сти от условия природного освещения Согласно закону1, открытому Вебером и уточнен- ному Фехнером, субъективное восприятие любого увеличения яркости определяется числом разност- ных порогов в оцениваемом приросте яркости. За- кон говорит о том, что едва ощутимый прирост зри- тельного восприятия А А есть функция разностно- го порога [ДА — /(Д LlL) ], а субъективное воспри- ятие увеличения яркости какой-либо поверхности оценивается числом разностных порогов, уклады- вающимся в рассматриваемом приросте яркости. При решении разнообразных задач световой архитектуры зданий необхо- димо оценивать во сколько раз изме- няется ощущение яркости одной или примыкающих друг к другу поверх- ностей при различном освещении. Яр- кость, субъективно воспринимаемая глазом, т.е. количественное выражение уровня зрительного ощущения, назы- вают светлотой. Светлота пропорциональна ярко- сти, т.е. по Веберу—Фехнеру В = clgL, (3.1) где В — светлота; L — фотометрическая величина яркости; с — коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора единиц. Для различения ахроматических или одноцветных предметов нужна не- J3aKOH исходит из гипотезы о количественной взаимосвязи (пропорциональности) между воздей- ствующим физическим стимулом и вызываемым им ощущением. которая разность яркостей между предметом и фоном. Отношение ми- нимальной разности яркостей (опреде- ляющей порог различения предмета) к яркости фона и называют пороговым контрастом. Значение порогового контраста, так же как и разностного порога, зависит от яркости поля адап- тации, углового размера и формы предмета и времени наблюдения. Так, при наблюдении объектов в вечерние часы пороговый контраст между ними и фоном резко возрастает. Значения требуемого контраста между объектом и фоном для обеспечения отчетливой видимости этого объекта при разных условиях природного освещения можно определить по рис. 3.4. Степень различимости определяет- ся контрастной чувствительностью гла- за. При уменьшении контраста между деталью и фоном для обеспечения раз- личимости необходимо увеличивать угловой размер предмета. По аналогии с пороговым контрастом отношение разности яркостей между деталью и фоном к большей яркости называют яркостным контрастом К, значение которого меньше единицы. Яркостный контраст между деталью и фоном К- (£i — L2)/Li -A £/£1 при Li>Li (3.2) [или К— (£2 — £1)iLz — &LtLz при £г>£1 ], где £1, £2 - яркости соответственно детали и на.
Глава 3. Светоцветовая среда — основа восприятия архитектуры 61 Из этого следует, что архитектурные детали, которые светлее фона, обладают положительным контрастом, детали же более темные, чем фон (на- пример, черные колонны на светлом фоне сте- ны), — отрицательным. Чтобы видеть архитектурные детали, имею- щие одинаковый цвет с фоном, необходимо, чтобы соблюдалось условие ДЬ^Ьпор или К>ХПор, где Ьпор — пороговое значение разности яркостей; Япор — яркостный пороговый контраст. Как уже указывалось, пороговая яркость зависит от углового размера объекта наблюдения и яркости фона, на которую адаптируется наблюдатель. Величина, обратная минимальному значению порогового контраста по яр- кости, определяет контрастную чувст- вительность. Значение контрастной чувствительности зависит от условий, в которых она определяется (угловые размеры детали, поле зрения, яркость окружения и т.п.). При высоких освещенностях глаз способен различать яркости, отличаю- щиеся одна от другой на 1—2% (на- пример, глаз может различать ярко- сти, равные 33 и 35 кд/м2), а при низких контрастная чувствительность резко умень ается (например, в тем- и ную звездную ночь для различения яр- кости двух смежных поверхностей не- обходимо, чтобы перепад между ними был не менее 55%; яркости поверх- ностей должны отличаться более чем в 1,5 раза одна от другой). При малых яркостях закон Вебе- ра—Фехнера не соблюдается. В этом мы убеждаемся при наблюдении лан- дшафта в сумерки, когда даже круп- ные его детали постепенно скрадыва- ются и, наконец, исчезают. Еще более заметное изменение ландшафта на- блюдается в лунную ночь, когда при одинаковом распределении яркостей в поле зрения абсолютные величины яр- кости снижаются в несколько тысяч раз. Согласно закону Вебера, в этих сущие солнечному освещению; тени кажутся глухими (вспомним картину Куинджи "Украинская ночь"), а контр- асты светотени — резкими. Значение отношения пороговой разности яркостей к яркости фона оп- ределяется так называемым вуалиру- ющим действием1 собственного света сетчатки глаза. Эффект вуалирующего действия сетчатки особенно заметен при малых яркостях фона и сопровож- дается резким повышением порогового контраста между деталью и фоном. Вуалирующий эффект оказывает существен- ное влияние на восприятие далеко расположенных от наблюдателя зданий и сооружений. Постепен- ное удаление наблюдателя от здания сопровожда- ется прежде всего исчезновением мелких архитек- турных деталей. С далеких расстояний невозмож- но видеть и крупные детали, видны только контуры здания, а затем исчезают и они. Это свидетельству- ет о наличии зависимости между видимостью и расстоянием, что обусловлено двумя факторами. Первый связан с уменьшением углового размера здания по мере удаления от него, а второй — с тем, что с увеличением расстояния слой воздуха стано- вится толще, а воздух не является абсолютно про- зрачной средой. В воздухе происходит рассеяние и поглощение световых лучей, дополняемое вуали- рующим эффектом воздушной дымки. Последняя накладывается на здание, снижая контрасты, что приводит к ухудшению видимости и различимости предметов. Вуалирующий эффект дымки воздуха усиливается при высокой мутности воздуха (высо- кая влажность, туманы и т.д.). При оценке видимости далеко расположен- ных зданий и сооружений приходится учитывать, во-первых, светопотери, обусловленные неполной зрачностью воздуха, которые характеризуются коэффициентом пропускания V ; при учете этих светопотерь яркости здания и неба будут соответст- венно равны LiT и ЬгТ . Во-вторых, необходимо принимать во внимание мутность слоя воздуха, от- деляющего здание от наблюдателя; мутная среда обладает яркостью, которая накладывается на соб- ственные яркости предмета и на. При наблюдении через мутный слой воздуха значение контраста здания и неба существенно уменьшается. Если воздух не имеет собственной яркости (сухой чистый воздух) и слой воздуха только ослабляет световые лучи вследствие своей условиях видимая структура ланд- и афта не должна изменяться. В дей- ствительности же отсутствие рассеян- ного и малая роль отраженного света уничтожают градации светотени, при- вуалирующее действие сетчатки глаза мож- но сравнить с эффектом шумового фона, снижаю- щим ощущение громкости звучания.
62 Часть IL Архитектурная светология неполной прозрачности, то значение контраста не изменяется. Эта закономерность ощущается при наблюдении в ясные дни (особенно утром) далеко расположенных и освещенных солнцем гор, башен ит.д. Исследования показывают, что в общем случае уровень зрительного ощущения зависит не только от ярко- сти поля зрения. Нелинейная зависи- мость уровня ощущения от яркости действующего на глаз излучения ог- раничивает применение яркости для количественной оценки зрительного ощущения. Поэтому характер боль- шинства зрительных ощущений опре- деляется не отношением яркостей, а разностью светлот, вызываемых этими яркостями, с учетом яркости поля адаптации. При заданном контрасте объекта с фоном порог различимости этого объ- екта определяется минимальным угло- вым размером (разрешающим углом). Значение, обратное разрешающему углу, называют остротой различения (в медицине — остротой зрения). Условно считают разрешающую способность глаза нормальной, если он видит предмет с угловым размером, равным 1 мин; это соответствует от- ношению абсолютного размера к рас- стоянию до глаз 1:3450. Люди с нормальным зрением имеют остроту зрения, превышающую единицу, т.е. они различа- ют при хорошем освещении детали (при высоком контрасте с фоном), характеризующиеся угловым размером меньше 1 мин. Результаты многочисленных исследований показали, что острота различия зависит в основном от яркости объекта наблюдения, контраста объекта Таблица 3.2. Зависимость разрешающего угла глаза а от яркости объекта Пока- затель При яркости объекта, кд/м2 неба, фасадов, подсве- стен в поме- дорог ночью ченных щениях фасадов 0,0003 0,003 0,03 0,3 3 30 170 300 Разре- 17 9 3 1,5 0,9 0,8 0,8 0,7 шающий угол а, мин астом для отчетливого ее различения она должна обладать. При уменьшении освещенности разрешаю- щий угол глаза увеличивается. Зависимость этого угла от яркости приведена в табл. 3.2. Из проведенных исследований из- вестно, что при большом контрасте между деталью и фоном1 для ее чет- кой видимости в условиях дневного рассеянного освещения (см. рис. 3.4) необходимо, чтобы угловой размер де- тали был в пределах 4—5 мин; при протяженных деталях (обелиски, ко- лонны, трубы и т.п.) необходимый уг- ловой размер уменьшается вдвое. При пониженной яркости адаптации в ус- ловиях сумеречного мый размер деталей менее 10—12 мин. освещения види- должен быть не Архитектору при решении про- странственных задач важно знать по- рог глубины, характеризуемый мини- мальной разностью параллактических углов между зданиями, которые обес- с фоном, от»: рмы детали, а также от спектрального состава света, освещающего деталь. Существенное влияние на остроту различения оказывает знак контраста. Так, объекты наблюде- ния, имеющие положительный контраст, облада- ют меньшей остротой различения; эта закономер- ность усиливается при адаптации наблюдателя к темноте {La ~ 0). Для архитектурной практики большой инте- печивают заданную вероятность раз- личения их при различной удаленно- сти от наблюдателя. Значение глубины выражается в угловых секундах по формуле $ пор “ Ш//, (3.3) рес представляет зависимость разрешающего угла от рмы наблюдаемого объекта. Установлено, что усложнение формы деталей значительно повыша- ет требования к остроте различения. Чем сложнее по форме деталь, тем более высокой яркостью, по- роговым угловым размером и пороговым контр- 1Контраст между деталью и фоном считается большим при Х>0,5, средним — при К - 0,5—0,2 и малым при /С«0,2.
Глава 3. Светоцветовая среда — основа восприятия архитектуры 63 где Ь — расстояние между центрами зрачков глаз наблюдателя (основание стереоскопического зре- ния) ; I — расстояние от ближайшего здания до на- блюдателя; Д I — максимальное расстояние меж- ду двумя зданиями, видимыми как различно уда- ленные от наблюдателя. Исследования В.Г,Самсоновой по- казали, что на значение порога глу- бины решающее влияние оказывает яркость объектов наблюдения и их контраст с фоном. При исследовании было установле- но, что порог глубины темных объ- ектов на светлом фоне возрастает по мере повышения яркости фона (с 0,01 до 5 кд/м2), а порог глубины белых объектов на черном фоне резко воз- растает (а острота стереоскопического эффекта соответственно снижается) при увеличении яркости объекта на- блюдателя свыше 8 кд/м2. Применительно к задачам световой архитектуры это значит, что при про- чих равных условиях (соотношения яркостей, размеров, глубины) архитек- турная композиция будет восприни- маться вечером более плоской, чем при естественном освещении. Поэтому вечером световой ансамбль, как пра- вило, должен характеризоваться боль- шими яркостными перепадами, чем при естественном освещении. 3.2. Основные величины, единицы и законы Оптическая часть электромаг- нитного спектра лучистой энергии включает в себя области ультрафио- летового, видимого и инфракрасного излучения. Ультрафиолетовым является излу- чение, длины волн Я монохрома- тических составляющих которого меньше длин волн видимого излучения и больше 1 нм1. По данным Между- народной комиссии по освещению Манометр — единица измерения длины вол- ны, равная 1/1000000 части миллиметра. (МКО), 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. Видимое излучение (свет) непос- редственно вызывает зрительные ощу- и (ения. Нижняя граница спектральной области видимого излучения лежит между 380 и 400 нм, верхняя — меж- ду 760 и 780 нм. Инфракрасным называют излуче- ние, длины волн монохроматических составляющих которого больше длин волн видимого излучения и меньше 1 мм. По данным МКО, различают следующие области инфракрасного из- лучения: 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. Различают монохроматическое и сложное видимое излучение. Монохроматическое излучение ха- рактеризуется очень узкой областью частоты (или длин волн), которая мо- жет быть определена одним значением частоты (или длины волны). Сложное излучение характеризуется совокупно- стью монохроматических излучений разных частот. Пример сложного из- лучения — дневной свет. Под спектром излучения понима- ют распределение в пространстве сложного излучения в результате его разложения на монохроматические со- ставляющие. Действуя на глаз, излучения, име- ющие разную длину волны, вызывают ощущение того или иного цвета. При- ближенные границы цветных полос видимого излучения приводятся в табл. 3.3. Средний человеческий глаз наиболее чувст- вителен к желто-зеленым излучениям с длиной волны Л - 555 нм. На рис. 3.5 приводятся кривые относительной спектральной световой эффектив- ности монохроматических излучений с длиной волны Л для дневного У(Л) и ночного У'(Л) зре- ния. Сравнение этих кривых свидетельствует о том, что в условиях ночного зрения глаз человека
64 Часть II. Архитектурная светология Таблица 3.3. Границы участков спектра Цвет Длина П Цвет волны, нм И Длина волны, нм Фиолето- вый Синий Г олубой Зеленый 450-380 485—450 510—485 510—575 Желтый Оранже- вый Красный 575-585 585-620 620-760 Единицей силы света является кандела (кд). Кандела — это сила све- та, излучаемого в перпендикулярном направлении 1/60000 м2 поверхности черного тела. Телесный угол (рис. 3.6) опреде- ляется по формуле =* S/r\ наиболее чувствителен к голубым излучениям с длиной волны / — 510 нм (см. гл. 6). Относительная спектральная световая эффек- тивность равна отношению спектральной чувстви- тельности среднего человеческого глаза для данно- го монохроматического излучения к наибольшей спектральной чувствительности глаза. Относи- тельная спектральная световая эффективность по- зволяет оценивать световое ощущение, вызывае- мое каким-либо монохроматическим лучистым по- током. Лучистый поток при оценке излу- чения по его действию на селективный приемник, спектральная чувствитель- ность которого определяется нормали- зованной функцией относительной спектральной световой эффективности излучения, называется световым пото- ком Ф. Он характеризует мощность световой энергии. Единица его изме- рения — люмен (лм); 1 лм — свето- вой поток, излучаемый в телесном уг- ле, равном 1 ср (стерадиану), равно- мерным точечным источником света силой в 1 кд (канделу). Так как применяемые на практике источники света распределяют свето- вой поток в пространстве неравномер- но, для оценки светового действия ис- точника в каком-либо определенном направлении пользуются понятием си- лы света. Сила света, исходящего от точечного источника и распространя- ющегося внутри телесного угла, содер- жащего заданное направление, вычис- ляется по формуле I = ф/Q, (3.4) где Ф — световой поток, лм; Л с— пространствен- ный угол, ср. где S — площадь, которую телесный угол вырезает на поверхности сферы, описанной из его вершины, м2; г — радиус этой сферы, м. Для представления о распределе- нии светового потока, излучаемого ис- точником в пространстве, пользуются кривыми распределения силы света. Эти кривые строятся обычно в поляр- ных координатах следующим образом: сила света в разных направлениях от- кладывается в принятом мае табе на и радиусах-векторах, проведенных из центра. Концы векторов, соответству- ющих значениям силы света в разных направлениях, соединяют и таким об- разом получают замкнутую поверх- ность; часть пространства, ограничен- ная этой поверхностью, называется фотометрическим телом силы света. Для большинства источников света и осветительных приборов фотометри- ческое тело симметрично относитель- но некоторой оси. Такие источники света и осветительные приборы назы- вают симметричными. Кривые силы света в плоскостях, проходящих через ось симметрии, называют продольны- ми кривыми силы света (рис. 3.7). Для симметричных источников света и осветительных приборов обычно строят половину продольной кривой силы света (от 0 до 180°). При оценке качества световой сре- ды решающее значение имеет яркость свечения источника света и освещае- мых им поверхностей. Яркость — све- товая величина, которая непосредст- венно воспринимается глазом; она представляет собой поверхностную плотность силы света в заданном на-
Глава 3. Светоцветовая среда — основа восприятия архитектуры 65 о J50 *50 550 650 Л, НМ Рис, 3.5. Кривые относи- тельной спектральной све- товой эффективности излу- чений для дневного V(jl ) и ночного V ‘(jl) зре- ния Рис. 3.6. Схема к опреде- лению телесного угла вые силы света источни- ков правлении, которая определяется от- ношением силы света к площади про- екции светящейся поверхности на пло- скость, перпендикулярную тому же направлению. Различают два частных случая оп- ределения яркости L\ 1) яркость в точке М поверхности источника в направлении светового луча I определяется по формуле L = //Л cos &, (3.6) 2) яркость в точке Л/ поверхности приемника (например, глаза или фо- тоэлемента) в направлении I представ- ляет собой отношение освещенности Е, создаваемой в этой точке приемника в плоскости, перпендикулярной на- правлению /, к телесному углу JhL, в котором заключен световой поток, создающий эту освещенность (нор- мальная освещенность, приходящаяся на единицу телесного угла): L = E/SL. (3.7) где / — сила света в направлении /; А — элемент светящей поверхности» содержащей точку М; Acos 0 — сила света, приходящаяся на единицу площади проекции; Единица яркости — кандела квадратный метр (кд/м2). на
66 Часть II. Архитектурная светология В общем случае яркость светящей поверхности различна в разных на- правлениях, поэтому яркость, подобно силе света, характеризуется значением и направлением. Поверхности, обладающие одина- ковой яркостью по всем направлениям, называются равнояркими излучателя- ми. К ним относятся, например, ош- тукатуренные и матовоокрашенные поверхности потолка и стен, освети- тельные приборы в виде шара из мо- лочного стекла и др. Для плоской равнояркой во всех направлениях поверхности (при 1$ = « Zcos#) справедливо соотношение L - Iq /Асоъв = I/A = const. (3.8) Ниже приведены значения ярко- сти для некоторых светящих элемен- тов. Светящий элемент Яркость, кд/м2 Облачное небо в зени те в полдень.................7000—8000 Ясное небо в зените в полдень................. 2500—4000 Луна при полнолунии ......2500 Пламя стеариновой свечи....5000—7500 Лампы ДРИ в светорассеивающей колбе . . . 105 Ксеноновые лампы .........1,5106— 1, 8* 109 Солнце в зените ..........1,5*109 Лампы накаливания (220 В, 100 Вт) ..........(0,5—15)106 Люминесцентные лампы......5000— 10000 Между яркостью и освещенностью поверхности, равномерно рассеиваю- щей падающий на нее свет, сущест- вует важнейшая зависимость По характеру распределения све- товых потоков, отраженных поверхно- стью или пропущенных телом, разли- чают следующие основные их виды: ЯП а) рассеянное (диффузное) отра- жение от оштукатуренной поверхности потолка и стен или пропускание света молочным стеклом (рис. 3.8); б) направленное отражение или пропускание, например при отражении света от зеркал и полированных по- верхностей металла или пропускание света через оконное стекло (рис. 3.9,а); в) направленно-рассеянное отра- жение, например от поверхностей, ок- рашенных масляной краской, или про- пускание света матированным стеклом (рис. 3.9,6). При направленном и направленно- рассеянном отражении света характе- ристикой распределения яркости в раз- личных направлениях служит коэффи- циент яркости, определяемый из соот- ношения 'оС = Ьос /Л), (3.11) где — яркость поверхности под углом к пер- пендикуляру на эту поверхность; £о — яркость иде- ально рассеивающей поверхности, имеющей ко- эффициент отражения jo - 1 и одинаковую осве- щенность с исследуемой поверхностью. В общем случае rcL = 1-du^lE или Efrr. (3.12) (3.9) где — коэффициент отражения. При световом потоке, проходящем через рассеивающее стекло с коэффи- циентом пропускания г*, яркость стек- ла определяется по формуле Для поверхностей, диффузно отра- жающих свет, коэффициент яркости ра- вен коэффициенту отражения: Освещенность поверхности пред- ставляет собой плотность светового по- тока, т.е. отношение светового потока Ф, падающего на элемент поверхно- сти, содержащей данную точку, к пло- щади этого элемента А: II L = Е r/fr . (3.10) Е = ФМ. (3.13)
Глава 3. Светоцветовая среда — основа восприятия архитектуры 67 Рис. 3.8. Схема, характери- зующая диффузное отраже- ние (а) и диффузное про- пускание (б) света Рис. 3.9. Виды отраже- ния света зеркальными (а) и блестящими (б) по- верхностями Рис. 3.10. Схема к опреде- лению освещенности ат точечного источника све- та (ТИС) Единица освещенности — люкс (лк); 1 лк равен освещенности, созда- ваемой световым потоком в 1 лм, рав- номерно распределенным на поверхно- сти площадью 1 м2. Об освещенности, равной 1 лк, можно судить по следующим приме- рам: освещенность горизонтальной по- верхности при лунном освещении (полнолуние) составляет 0,2 лк; в бе- лые петербургские ночи — 2—3 лк; минимальная освещенность на проез- жей части улиц (посередине между фонарями) — 1—0,5 лк. Освещенность, создаваемая точеч- ным излучателем (рис. 3.10) с задан- ным распределением силы света, оп- ределяется по формуле Ем ~ Icoscc/d2, (3.14) где / — сила света, кд; d — расстояние от источника света до точки М, в которой определяется освещен- ность. Критерием оценки переменного ес- тественного освещения служит коэф- фициент естественной освещенности (КЕО), который представляет собой отношение естественной осве ценности и Ем, создаваемой в точке М на задан- ной (рабочей) поверхности внутри по- мещения светом неба (непосредственно или после отражения), к одновремен- ному значению наружной горизонталь- ной освещенности под открытым не- босводом £н. КЕО выражается в про- центах . Участие прямого солнечного света в определении Ем и Еп исклю- чается. Значение КЕО, обозначаемого в формулах как е, находится из вы- ражения ем = (^m/^h)100%. (3.15) Наряду с КЕО в расчетах естест- венного освещения применяется гео- метрический КЕО, обозначаемый £ . Он отличается от е тем, что не учи- тывает влияние остекления и отделки
68 Часть II. Архитектурная светология в помещении, а также неравномерной яркости небосвода. Геометрический КЕО определяется по закону проек- ции телесного угла [см. формулу (3.22) ]. Суммарное значение КЕО в той или иной точке помещения определя- ется следующими составляющими: до- лей естественного освещения, создава- емого прямым светом неба и оцени- ваемого 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 исключает- ся; долей КЕО, обусловленной отра- жением света от внутренних поверх- ностей помещения. Для оценки распределения естест- венной освещенности в помещении применяется показатель неравномер- ности освещения (на заданной повер- хности), который является отношени- ем минимального к среднему или ми- нимального к максимальному значе- нию КЕО. При оценке качественной стороны освещения применяются следующие понятия: прямая блескость, проявляющаяся при наличии светящих поверхностей (окон, светильников и др.) в направ- лениях, близких к направлению зре- ния; периферическая блескость от све- тящих поверхностей в направлениях, не совпадающих с направлением зре- ния; отраженная блескость, вызван- ная наличием в поле зрения зеркаль- ных отражений от светящих источни- ков и поверхностей. Различают два вида блескости: а) дискомфортную, связанную с непри- ятным ощущением, но не всегда ухуд- шающую видимость; б) слепящую, со- провождающуюся резким нарушением видимости. При падении светового потока Ф на тело часть этого потока отража- Таблица 3.4. Значения коэффициентов р, т и а Материал Тол- щина, мм Коэффициенты, % Р а Листовое оконное стекло 2—3 8 90 2 Узорчатое прокат- ное стекло 3-6 20 70 10 Молочное стекло 2-3 60 Матированное стекло 2-3 ——₽ 65 — Зеркало посереб- ренное 3-6 85 — 15 Тонкие белые мраморные плиты 8-9 55 5 40 Материал с белой окраской —— 80 20 ется от него (Фу? ), часть проходит через тело (Ф^ ) и, наконец, часть поглощается телом (Ф^). На основа- нии закона сохранения энергии име- ем (3.16) Разделив обе части этого равенства на Ф, получим (3.17) где J> — коэффициент отражения тела; определя- ется из отношения /Ф; — коэффициент про- пускания тела; определяется из отношения Ф^/Ф; сС— коэффициент поглощения; определяется из отношения /Ф. Усредненные значения коэффи- циентов f> , т и oL для некоторых строительных материалов приводятся в табл. 3.4. Естественное освещение обладает по сравнению с искусственным той особенностью, что оно изменяется в течение года, сезона, дня как по уров- ню освещенности, так и по спектраль- ному составу. Для регламентации переменного по характеру естественного освещения от диффузного света неба принят КЕО, который аналитически выража- ется формулой (3.15).
Глава 3. Светоцветовая среда — основа восприятия архитектуры 69 Рис. 3.11. Графическая мо- дель небосвода. Схема к за- кону проекции телесного уг- ла (аксонометрия и разрез I—1). Условное допущение: 1Л — L2 — L3 — const S — участок неба, видимый из точки M,N— небосвод; — площадь проекции участка неба, освещающего точку М, на рабочую поверхность (РП); ЛГ — линия горизонта; & ° — угловая высота середины све- топроема С над горизонтом; Z — зенит небосвода; О — центр небосвода, совмещен- ный с исследуемой точкой Л£; L — яркость небосвода, кд/м£ Значение КЕО показывает, какую долю составляет освещенность в дан- ной точке М помещения от одновре- менно измеренной освещенности гори- зонтальной поверхности на открытом месте при диффузном свете неба. Абсолютное значение освещенно- сти, лк, в любой точке помещения можно найти из выражения Ем ~ ЕпемИОЬ, (3.18) т.е. для определения освещенности в какой-либо точке помещения в тот или иной момент времени необходимо знать одновременную наружную осве- щенность при диффузном свете неба. Последняя находится по кривым на- ружной освещенности при диффузном свете неба, которые строятся обычно на основе результатов обработки мно- голетних измерений, регулярно прово- димых метеорологическими станция- ми. В основу расчета и моделирования естественного освещения помещений положены два закона. Закон проекции телесного угла. Он говорит, что освещенность Ем в какой-либо точке поверхности поме- щения, создаваемая равномерно светя- щейся поверхностью неба, прямо про- порциональна яркости неба L и пло- щади проекции § телесного угла, в пределах которого из данной точки виден участок неба, на освещаемую рабочую поверхность. При этом при- нято три допущения: 1) яркость неба во всех точках одинакова; 2) не учи- тывается влияние отраженного света; 3) не учитывается остекление свето- проема. Графически закон иллюстрируется следующим построением: проведем из точки М полусферу небосвода радиу- сом, равным единице, и обозначим яр- кость неба через L (рис. 3.11). Опре- делим освещенность в точке М, созда-
70 Часть IL Архитектурная светология т.е. освещенность в какой-либо точке помещения равна произведению ярко- сти участка неба, видимого из данной точки через светопроем, на проекцию этого участка неба на освещаемую по- верхность. Представим теперь, что точка находится на открытой горизонтальной поверхности и освещает- ся всей равномерно яркой полусферой. В этом слу- чае (3.21) Рис. 3.12. Определение от- носительной световой ак- тивности еветопроемов с помои&ю закона проек- ции телесного угла при расположении точки на горизонтальной (1), на- клонной (2) и вертикаль ной (3) плоскостях где — площадь полусферы на горизон- тальную поверхность; но R - 1, следовательно, Отсюда = L% !L3t~ в/я, (3.22) т.е. значение КЕО в какой-либо точке поверхности определяется отношением проекции видимого из данной точки помещения участка неба на освеща- емую поверхность к величине ЗГ. Это отношение представляет собой геометрическое выражение ко- эффициента естественной освещенности — гео- метрический КЕО. Практическое значение этого за- кона очень велико: пользуясь им, можно определить относительную све- товую активность различных светопро- емов или сравнивать освещенности, ваемую в поме .ении через окно уча- стком полусферы 5, который можно принять за точечный источник света, по формуле (3.14). Выражая в ней си- лу света I участка неба 5 через яр- кость L согласно формуле (3.8), по- лучим создаваемые одним и тем же свето- проемом, расположенным различно относительно рабочей плоскости (рис. 3.12), а также определять све- тотеневой рисунок на объемных объ- ектах и деталях под открытым небо- сводом в пасмурный день. На основе этого закона разработа- ны графические способы расчета есте- Ем ~ £ScosoC. (3.19) ственного осве и [ения (в частности, гра- фики Данилюка), получившие широ- Но Seos об« g , т.е. площади проекции участка неба S на освеща- емую поверхность. Таким образом, закон проекции телесного угла выражается формулой Ем = , (3.20) кое распространение в на ей и миро- и вой архитектурной практике. Другой закон — закон светотех- нического подобия (рис. 3.13). Осве- щенность в точке М помещения со- здается через окна, обладающие ярко- стью L\ и Различная яркость мо- жет создаваться, например, приме- нением различных сортов стекла (про-
Глава 4. Архитектурное освещение 71 РАЗРЕ31-1 ПЛАН Рис. 3.13. Схемы к зако- ну светотехнического подо- бия. Модели помещения в масштабе 1:10 (а) и 1:20 (б) на разрезе I—> и плане N — условный небосвод освещенность в какой-либо точке по- мещения зависит не от абсолютных, а от относительных размеров помеще- зрачного, молочного, контрастного, матированного и т.д.). Однако при различных размерах окон (I и II), но ния. Большое практическое значение этого закона заключается в том, что он позволяет ре ать задачи естествен- ного освещения, пользуясь методом с одинаковым остеклением, освещен- ность в точке М создается одним и моделирования, т.е. оценивать условия освещения поме [ении на моделях. и и тем же телесным углом с вер it иной в этой точке. Из закона проекции телесного угла следует, что освещенность в точке М остается постоянной при условии, если Li = L2 = Ln = const. Следовательно, Для этого изготовляются модели в масштабе не менее чем 1:20. При этом тщательно соблюдаются все геометри- ческие и светотехнические параметры (отделка, пропорции, детали и др.) интерьера. Г л а в а 4. АРХИТЕКТУРНОЕ ОСВЕЩЕНИЕ Естественное и искусственное освещение городов и отдельных зданий и сооружений может и должно быть только "архитектурным”, т.е. выпол- нять одновременно экологическую, эс- тетическую и экономическую функ- ции. Прежде всего архитектурное осве- щение должно быть экологически со- вершенным, т.е. комфортным для зре- ния в городском пространстве и в по- мещении. Широкое понятие комфортности осве и ^ения связано главным образом с обеспечением благоприятной видимо- сти и восприятия архитектурных форм, пространства и объектов чело- веком. Обеспечение светового комфорта в общем случае достигается за счет ра-
72 Часть II. Архитектурная светология ционально выбранных количественных и качественных характеристик освеще- ния (как естественного, так и искус- ственного). Связанные с этим задачи контролируются нормами освещения. Эстетика освещения определяется, во-первых, необходимостью гармони- зации светлотных и цветовых соотно- шений в пределах единого простран- ства или ансамбля пространств, закры- тых или открытых, а во-вторых, ди- зайном элементов осветительных систем и установок. При решении задач, связанных с экологией и эстетикой освещения, важную, а иногда решающую роль иг- рает экономическая целесообразность реализации проекта с учетом эксплу- атационных расходов на содержание осветительных систем в будущем. При выборе приемов и систем ос- вещения в процессе разработки архи- тектурного проекта можно условно вы- делить два этапа. На первом этапе решают следую- щие задачи: в соответствии с нормами выбира- ют необходимые уровни освещенности с учетом особенностей зрительной ра- боты (размер объектов различения, светлота фона, контраст между объек- тами и фоном и т.п.); обеспечивают неравномерность, контрастность и направленность осве- щения, способствующие наилучшей видимости объектов различения и све- томоделировке их формы; определяют спектр и динамику ос- вещения, обеспечивающие требуемую цветопередачу и эмоциональную ат- мосферу; устраняют или ограничивают ос- лепленность и дискомфорт, возникаю- щие при попадании в глаза прямых или отраженных лучей солнца, неба или источников искусственного света; выбирают расположение световых проемов, осветительных приборов и отделочных материалов, обеспечиваю- •ют щее комфортное распределение ярко- стей и цвета в пространстве. Второй этап проектирования включает решение архитектурной сверхзадачи — создание архитектур- ного светового образа, который возни- кает в результате взаимодействия ар- хитектуры и света. В интерьерах этот образ зависит от назначения помеще- ний. Так, в зрительных залах архи- тектурный световой образ должен со- здавать впечатление праздничности и торжественности; в музеях и картин- ных галереях — ощущение отрешен- ности от внешнего мира и сосредото- ченности; в производственных поме- щениях — иллюзию естественности световой среды. Хорошими примерами достигнутой гармонии архитектуры и света служат древнегреческие и древнеримские соо- ружения. Архитектурный световой об- раз древнегреческого Парфенона в Афинах ассоциируется с солнечным днем. Пластические свойства солнеч- ного света отчетливо выявляют текто- нику сооружения, форму и профили- ровку архитектурных деталей фасада и интерьера. Мягкое освещение целлы создается благодаря рассеиванию пря- мых лучей солнца при прохождении через гипефральные отверстия, за- полненные тонкими плитами белого мрамора1. Наиболее сильное впечатле- ние на молящихся интерьер произво- дит в часы утренней службы, когда проникающий в целлу через проем в восточной стене солнечный свет осве- жает статую Афины Парфенос. Не менее интересен архитектур- ный световой образ римского Пантео- на. Это впечатляющий пример гармо- нии света и архитектуры. В помеще- нии царит сдержанное равномерное ос- н Существует и другая гипотеза, согласно кото- рой целла не имела покрытия и освещалась солн- цем и небом.
Глава 4. Архитектурное освещение 73 вещение, усиливающее впечатление сосредоточенности и покоя. Центр композиции — круглое отверстие в вершине купола диаметром 8,9 м, оно же является и центром внимания по- сетителей. Проем, через который вид- но небо, усиливает впечатление глу- бины пространства. Купол символиче- ски воспринимается как грандиозный небосвод. Мягкое сдержанное рассеян- ное освещение интерьера удивительно гармонично сочетается с высокой яр- костью передвигающегося по внутрен- ней поверхности купола солнечного пятна, что создает ощущение контр- аста солнца и полумрака, жизни и смерти. В современной архитектуре выра- зительные решения достигаются искус- ным сочетанием естественного и ис- кусственного света, применением но- вейших светотехнических и строитель- ных материалов и конструкций, разработкой оригинальных оптических систем, новых архитектурных форм и, в конечном итоге, рождением харак- терных образов. 4.L Системы естественного освещения помещений Существуют три системы ес- тественного освещения помещений: бо- ковое, верхнее и комбинированное ос- вещение. Эта классификация положе- на в основу нормирования естествен- ного освещения. Система бокового освещения под- разделяется на одно-, двух-, трехсто- роннее и круговое освещение. Система верхнего освещения мо- жет быть обеспечена различными ус- тройствами — от полностью светопро- пускающего покрытия до точечных фонарей и световых шахт. Система комбинированного естест- венного освещения представляет собой комбинацию бокового и верхнего ос- вещения (рис. 4.1). и Если любая из этих систем не обеспечивает требуемого уровня осве- щения и его качества (комфортности), то она может быть дополнена искус- ственным освещением. Такая система получила название совмещенной (см. и Выбор архитектором систем осве- щения определяется прежде всего на- значением помещения. Основными задачами проектирова- ния естественного освещения зданий являются: 1) выбор типа, размеров и расположения световых проемов (в стенах и покрытиях), при которых в помещениях обеспечиваются нормиро- ванные показатели освещения; 2) за- щита рабочих зон помещения от сле- пящей яркости прямых и отраженных лучей солнца; 3) согласование вы- бранных светопроемов и их располо- жения с архитектурными требования- ми к освещению, способствующими выявлению пространства, тектоники, ритма, цветового решения и характер- ного образа сооружения. Первую задачу, связанную с вы- бором типа и расположения светопро- емов, следует решать на основе све- тотехнических расчетов, подтверждаю- щих соблюдение норм. При этом не- обходимо учитывать затенение рабочих поверхностей оборудованием и корпусом самого работающего. По- следнее в большой степени зависит от системы естественного освещения и расположения работающего относи- тельно светового проема. На рис. 4.2 и 4.3 дана классифи- кация окон и фонарей, облегчающая проектировщику выбор типа и распо- ложения светопроемов. Светотехниче- ские и эксплуатационные характери- стики окон приведены в табл. 4.1, фо- нарей — на рис. 4.4. При выборе типа светопроемов и их расположения в помещении надо руководствоваться данными об их от- носительной световой активности, про- порциях, расстоянии друг от друга для мп
74 Часть 11. Архитектурная светология Рис. 4.1. Системы естествен- ного освещения помещений и нормируемые значения КЕО а — боковое освещение, одно- стороннее (слева) и двусто- роннее (справа); еи< гмин; б — верхнее освещение, П-об- разный, зенитный (слева) и шедовый (справа) фонари; в — комбинированное (боковое плюс верхнее) освещение; ем< $ еср (б, в) а) одностороннее □СВЕДЕНИЕ ДВУСТОРОННЕЕ ОСВЕЖИМ Е f ОКНА В СРЕДНЕЙ зоне ОКНА КВАДРАТНЫЕ f ДВУХЪЯРУСНЫЕ ОКНА ОКНО ГОРИЗОНТАЛЬНОЕ (ЛЕНТОЧНОЕ) Рис. 4.2. Классификация приемов бокового освеще- ния через окна (а) и ти- пы окон (б) 1.2 — большая и средняя не- равномерность освещения; 3 — равномерное освещение (показано кривой КЕО)
Глава 4. Архитектурное освещение 75 Рис. 4.3, Классификация ти- пов фонарей тип фонаря НАПРАВЛЕНИЕ СВЕТА ДВУСТОРОННЕЕ РАСПОЛОЖЕНИЕ ФОНАРЕЙ ДВУСТОРОННЕЕ ОДНОСТОРОННЕЕ ПИЛООБРАЗНЫЙ (ШЕДОВЫЙ) С ВЕРТИКАЛЬНЫМ ОСТЕКЛЕНИЕМ ПИЛООБРАЗНЫЙ С НАКЛОННЫМ ОСТЕКЛЕНИЕМ (ШЕД) ОДНОСТОРОННЕЕ ЗЕНИТНЫЙ 1 ЗЕНИТНОЕ ШАХТНОЕ ЗЕНИТНЫЙ ЗЕНИТНОЕ ЗЕНИТНОЕ ПРОДОЛЬНОЕ Рис. 4.4, Относительная све- товая активность фонарей при их площади, составляю- щей 10% площади пола
76 Часть II. Архитектурная светология Т а б л и ц а 4.1. Приемы бокового освещения и области рационального их использования Таблица 4.3. Относительная световая актив- ность фонарей при одинаковой площади свето- проемов (без учета конструкции) Одностороннее освеще- ние при высоте подоконника обычной увеличен- (0,8—1,2 м) ной (> 1,2 м) Двустороннее освеще- ние при обычной (0,8—1,2 м) и увели- ченной (> 1,2 м) вы- соте подоконника Тип фонаря Изменение значения среднего КЕО на го- ризонтальной рабочей плоскости, % 1. При до- 1. При требо- пустимости вании обеспе- болыпой не- чить более равномер- ности осве- щения по глубине помещения равномерное освещение в помеще- нии 1. При требовании обеспечить равно- мерное освещение в помещении Прямоугольный с дву- 100 сторонним остеклением Трапециевидный 160 Пилообразный (шед) с остеклением: вертикальным 120 наклонным 130 Зенитный 230 2. При необходимости обеспечить односторон- не направленный свет в помещении 3. При необходимости обеспечить защиту от ин- соляции планировоч- ными средствами (окна на север) 4. При необходимости сохранения в течение рабочего времени отно- сительного постоянства спектра света и яркости светопроема (окна на север) 2. При отсутствии требований к направ- ленности света или при возможности изменять положение работающего по от- ношению к окну 3. При защите от ин- соляции помещения в течение рабочего времени с помощью солнцезащитных устройств 4. В помещениях, относимых по усло- виям зрительной ра- боты к I-VI разря- дам, с большой глу- биной заложения Таблица 4.4. Изменение среднего КЕО в зависимости от высоты помещения Тип фонаря Отношение высоты помеще- ния к ширине пролета Значения среднего КЕО, % при одном пролете при трех и более пролетах 5. При совмещенном (естественном + искус- ственном) освещении многоэтажных зданий, характеризующихся большой глубиной поме- щений при небольшой их высоте Дву стор онний с вертикаль- ным остекле- нием Трапециевид- ный 0,4 100 110 0,7 65 100 1,0 50 80 0,4 100 ПО 0,7 75 100 1,0 65 90 Примечания: 1. За 100% принято среднее значение КЕО в трехпролетном помещении при отношении высоты помещения к ширине про- лета 0,7. 2. При двух пролетах среднее значение КЕО берется по интерполяции. Таблица 4.2. Относительная световая актив- ность окон, имеющих одинаковую площадь, при различном их расположении по высоте помещения Расположение окон от- носительно рабочей горизонтальной плос- кости в зоне стены Верхней Средней Нижней Изменение значения минимального КЕО на горизонтальной рабочей плоскости, % 125 100 55 обеспечения нормированной неравно- мерности освещения в помещении, а также о зависимости среднего значе- ния КЕО от высоты помещения. Дан- ные о световой активности светопрое- мов приведены в табл. 4.2 и 4.3. Рекомендуемое отношение ширины двусторонних П-образных фонарей с вертикальным остеклением к ширине пролета помещения колеблется в пре- делах 0,4—0,6; это же отношение ре- комендуется и для трапециевидных фонарей (принимая ширину фонарей по средней линии трапеции). Рекомен-
Глава 4, Архитектурное освещение 77 Рис 45. Классификация приемов естественного осве- щения по характеру свето- распределения дуется принимать следующие наиболь- При выборе типов окон и фонарей шие расстояния между осями смежных нарей: для П-образных — 4Лф, для трапециевидных — Зйф, для зенит- ных — 2,5Лф, где Лф — высота фо- наря от уровня кровли до карниза фо- наря. Для устранения затенения от со- седних фонарей расстояние между ос- теклением смежных П-образных фо- нарей должно составлять не менее полуторной суммы высот этих фона- рей, а при трапециевидных и зенит- ных фонарях — не менее суммы их высот. Зависимость среднего КЕО в по- и их расположения в пространстве це- ха необходимо учитывать большую ар- хитектурную роль этих деталей ин- терьера, которые вносят свой ритм в членение пространства, способствуют выявлению его глубины, а также во многом определяют художественную тектонику помещении. По характеру распределения про- к едшего в поме п ^ение светового пото- ка окна и фонари подразделяются на три вида (рис. 4.5): первый вид (рис. 4.5,а) характе- ризуется отчетливо выраженной на- правленностью светового потока, кото- мещении от высоты помещения при- ведена в табл. 4.4. Из данных таблицы рый четко выделяет рормы рассмат- видно, что в многопролетных зданиях высота помещения оказывает незначи- тельное влияние на значение среднего КЕО в пролете. Среди архитектурно-строительных приемов естественного освещения ин- терьеров важную роль играют солнце- защитные архитектурно-планировоч- ные и конструктивные решения, сущ- ность которых изложена в гл. 5. риваемой детали благодаря образую- щимся собственной и падающей теням, т.е. обладает наилучшим светомодели- рующим эффектом; световые проемы второго вида (рис. 4.5,6) создают в помещениях так называемое бестеневое освещение бла- годаря двустороннему или многосто- роннему освещению объектов в ин- терьере или применению в светопро- емах светорассеивающих материалов
78 Часть II. Архитектурная светология $ 60 70 80 90 100 110 120 130 (стекла, пленки, решетки и т.п.; обоз- начены штриховыми линиями); для третьего вида естественного ос- вещения (рис. 4.5, в) характерно ис- пользование отраженного света, кото- рый создается скрытыми от наблюда- теля окнами; этот прием освещения создает иллюзию открытого проема и зрительно увеличивает глубину про- странства. Проектирование системы верхнего освещения в современных зданиях — задача большой сложности; ее надо ре- шать комплексно, с учетом климати- ческих условий района строительства и особенностей технологии производ- ства. Большую помощь при решении этой задачи может оказать приведен- ная на рис. 4.6 зональная типизация фонарей, где указаны рекомендуемые типы фонарей для различных сочета- ний внешней среды и микроклимата помещений. Задачи проектирования естествен- ного освещения зданий определяются их художественным образом и назна- Рис. 4.6. Зональная типи- зация фонарей а — рекомендуемые обла- сти применения различных типов фонарей в разных районах страны: А — холод- но, многоснежно; Б — уме- ренно, снежно; В — умерен- но, многоснежно; Г — жар- ко, малоснежно; б — реко- мендуемые типы фонарей для разных климатических условий с учетом качества внутренней среды чением. Классификация зданий в за- висимости от требований к световой среде приведена в табл. 4.5. Естественное освещение зданий, относящихся к I группе, целесообразно решать так, чтобы свет подчеркивал архитектурное значение центральных (главных) помещений, акцентировал оси и членение пространства, служил своеобразным гидом при движении по- сетителей от вестибюля к центру зда- НИЯ. Приемы естественного освещения зданий, относящихся к группе I, мож- но проследить на архитектурных па- мятниках прошлого. Используя свет и цвет для акцентирования идейного 0)11 и х удож ественного замысла, зодчие
Глава 4. Архитектурное освещение 79 5) Б,В ХАРАКТЕРИСТИКА КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ КАЧЕСТВО ВНУТРЕННЕЙ СРЕДЫ ЦЕХИ ГОРЯЧИЕ ВЛАЖНЫЕ Таблица 4.5. Классификация зданий по требованиям к световой среде Группа зданий Требования к световой среде Примеры I Определяются в основном идейно- художественными задачами И Функциональные с учетом зрительной адаптации посетителей Ш Определяются высокими требова- ниями к обеспечению условий зри- тельной работоспособности в соче- тании с эстетическими и гигиеничес- кими требованиями IV Определяются в основном психоло- гическими, эстетическими и гигиени- ческими 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 разре- зе схематически показан ха- рактер изменения яркости L по ходу движения посе- тителя с целью создания зрительной иллюзии огромно- го пространства, насыщенно- го светом 1 — зона пониженной яркости адаптации La на плане в мес- те расположения зрителей •ТИП достигали большой выразительности интерьеров и предопределяли настро- ение и впечатление посетителя (архи- тектурная сверхзадача). Интересно решено освещение со- бора Св. Петра в Риме, основанное на использовании темновой адаптации. Полусумрак, царящий во входной ча- сти интерьера, подчеркивает яркость алтаря, освещенного светом, идущим от "неба" — от купола. Расположен- ные в нижней части купола окна хо- о освещают его пространство и в совокупности с выбранной вытянутой по вертикали формой купола создают впечатление большой глубины и уст- ремленности к небу. Примеры удачного использования света для создания подобного вида ил- люзий можно найти в русской клас- сической архитектуре (собор в Но- во-Иерусалимском монастыре на Истре, Казанский собор в С.-Петер- бурге). В основных помещениях зданий II группы свет используется как эффек- тивное средство акцентирования вни- мания на объекте восприятия (карти- не, скульптуре, сценической или спор- тивной мизансцене, панораме и т.д.), т.е. как бы без персонификации его роли в окружающем архитектурном пространстве (рис. 4.7). Для этого применяется неравномерное распреде- ление света в помещении и использу- ется эффект темновой адаптации глаз наблюдателей, располагающихся в зо- не пониженной яркости. Демонстрационные залы в зависи- мости от экспозиции подразделяются на два вида: в первых преобладают плоскостные экспонаты (картины, го- белены и т.п.), во вторых — объемные (скульптура, оборудование). При проектировании картинных галерей необходимо предусматривать выполнение следующих требований: а) обеспечение достаточно интен- сивной освещенности картин, которая характеризуется средним значением КЕО на плоскости картины в преде- лах 1,5—2%; б) соблюдение определенного от- ношения среднего КЕО на плоскости картины ек к значению КЕО на вер- тикальной плоскости, проходящей че-
Глава 4. Архитектурное освещение 81 Рис. 4.8. Прием Сиджера, позволяющий значительно уменьшать высоту помеще- ний и достигать неравномер- ного освещения выставоч- ной зоны и зоны наблюде- ния, способствующего наилуч- шей видимости картин а, б, в — варианты архитектур- ных решений; Нэ — высота экспоната рез глаз наблюдателя, ев; численное значение отношения eK/eB должно быть больше единицы и не превышать 10; в) соблюдение определенного от- ношения среднего значения КЕО на горизонтальной плоскости в зале еГ на уровне глаз наблюдателя к среднему значению КЕО на поверхности карти- ны ек; численное значение отношения должно быть меньше единицы; г) полное устранение инсоляции помещений во избежание разруши- тельного действия на картины прямого солнечного света, особенно его ульт- рафиолетовой составляющей; д) искусственное освещение кар- тинных 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 гале- реи осуществляется через окна или фонари. При боковом освещении залов целесообразно применять кабинетную планировку здания. Демонстрацион- ные залы при кабинетной планировке обычно имеют размеры 10x10 и 12x12 м. Достоинством этого архитек- турного решения является возмож- ность сосредоточенного обозревания экспозиций, а также экспонирования произведений искусства и техники в интерьерах, архитектура которых со- ответствует времени создания этих произведений. При верхнем освещении картин- ных галерей целесообразно пользо- ваться приемом Сиджера (рис. 4.8), который позволяет соблюдать изло- женные выше требования и, в част- ности, устранить зеркальные отраже- ния светопроемов на бликующей пло- скости картин, резко ухудшающие их восприятие. Устранение инсоляции в залах картинной галереи обеспечивается ориентацией светопроемов на север- ную часть неба, а также применени- ем фонарей шедового типа (на север) и экранированием прямых лучей сол- нца различными солнцезащитными средствами (см. гл. 5). В демонстрационных залах со скульптурами и объемными экспона-
82 Часть IL Архитектурная светология тами предпочтительно применять вер- хнебоковое, а также верхнее освеще- ние в виде зенитных фонарей, свето- вых шахт и т.п., обеспечивающих ча- стичное проникание прямого солнеч- ного света, который в сочетании с отраженным светом от стен, потолка и пола обеспечивает условия освещен- ности, приближающиеся к природному солнечному освещению. На рис. 4.9 приведены примеры верхнего освеще- ния некоторых современных музеев. Особую группу общественных зда- ний представляют павильоны на меж- Рис. 4.9. Приемы верхне- го освещения музеев с объемными экспозициями, расположенными а — в центральной зоне по- мещения; б — по обе сторо- ны центрального прохода; I — зона адаптации (La); Н — зона экспозиции (La); кри- вые показывают распреде- ление КЕО в зонах экспози- ции и адаптации, обеспечи- вающее хорошие условия обозревания экспонатов; La: La>3 представляли павильоны СССР и США на Всемирных выставках в Брюсселе (1959) и в Монреале (1967). Павильон СССР (архит. А.Т.По- лянский) выделялся лаконичностью и простотой архитектурного решения (рис. 4.10). Спло ь остекленные сте- и ет равномерно распределен- ное интенсивное освеще- ние интерьера дународных выставках, в которых де- монстрируются достижения различных государств в области культуры, науки и техники. Существенный интерес Рис. 4.10. Поперечный раз- рез павильона СССР на Всемирной выставке в Брюсселе (1958). На. разре- зе нанесена кривая КЕО, которая характеризу-
Глава 4. Архитектурное освещение 83 121 6) Рис. 4,11. Павильон США на Всемирной выставке в Брюсселе (1958) а — поперечный разрез па- вильона с нанесенной на нем кривой КЕО, которая показывает распределение света, подчеркивающего центрическую композицию здания и хорошо выделяю- щего демонстрационную площадку Л, расположен- ную в центре искусственно- го пруда; б — детали разре- за и плана покрытия па- вильона с расположенными на них источниками искус- ственного освещения — эле- ментами световой архитек- туры здания; I — светящий- ся карниз; 2 — лайпы нака- ливания; 3 — типовая секция; 4— просвечиваю- щий сотопласт (покрытие); 5 — нейлоновая сетка Значительно лучше была ре и ена эта задача в павильоне США (ар- хит. Р.Стоун). Круглый в плане па- вильон (рис. 4.11) диаметром 121 м имел комбинированную систему есте- ственного освещения. Сплошь остек- ленная стена из органического стекла, перед которым располагалась металли- ческая отделанная под бронзу решет- ны из чередующегося зеркального и светорассеивающего стекла и попереч- ные зенитные фонари в среднем нефе обеспечивали интенсивное и равномер- ное освещение интерьера. Однако вы- бранная система комбинированного ос- вещения весьма затруднила использо- вание адаптации для оптимального вы- явления основных экспозиций. ка, дополнялась открытым светопрое- мом диаметром 20 м и просвечиваю- щим легким покрытием. Эта система освещения подчеркивала центриче- скую композицию павильона. Вместе с тем мощный световой поток, прони- кающий через открытый фонарь, хо- рошо выделял центральную часть вод- ного бассейна с расположенной в цен- тре его площадкой для демонстрации мод. Убывающий к периферии вслед-
84 Часть II. Архитектурная светология ствие затенения антресолью уровень освещенности создавал иллюзию ог- ромного внутреннего пространства. На антресоли и на уровне пола павильона создавалась неравномерность освеще- ния, которая способствовала лучшему выявлению пластических свойств экс- понатов. К группе II общественных соору- жений относятся спортивные залы, в которых высокая освещенность спор- тивной арены должна сочетаться с по- ниженной яркостью (освещенностью) в зоне расположения зрителей. Нерав- номерность освещения с минимумом в зоне зрителей и максимумом на арене не должна быть более 0,3. Дополни- тельно к этому естественное освеще- ние спортивных залов должно отвечать следующим требованиям: интенсивное освещение арены дол- жно осуществляться через фонари или световые шахты, сосредоточенные в центральной части покрытия, защищающего спортсменов и от ослепленности прямыми солнца; боковое освещение трибун целесо- образно осуществлять через окна, рас- положенные под углом не менее 15° к линии фиксированного наблюдения, проведенной от глаз зрителей, сидя- щих в последних рядах амфитеатра (рис. 4.12); искусственное освещение спортив- ного зала должно по возможности про- должать 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 поме- щениях III группы должна удовлетво- рять комплексу функциональных и ги- гиенических требований, имеющих ко- нечной целью создание комфортных условий зрительной работы. Последняя характеризуется большим зрительным напряжением в течение рабочего дня надежно зрителей лучами вследствие разнообразия и специфики выполняемых учебных и производст- венных заданий. Особенно важны требования к све- товой среде помещений учебных заве- дений с постоянной зрительной рабо- той: аудиторий, классов, мастерских, лабораторий, кабинетов и т.п. В этих помещениях наряду с нормой освещен- ности необходимо соблюдать требова- ния качества значительной освещения которые в мере предопределяют восприятие пространства (эстетические характеристики) и психологический климат помещения. К важнейшим критериям качества световой среды в учебных помещениях относятся следу- ющие: а) соотношения между яркостями основных поверхностей интерьера; при этом целесообразно исходить из соот- ношений яркостей, наблюдаемых в природе; б) неравномерность освещения по- мещения и насыщенность интерьера светом; насыщенность определяется в основном значением цилиндрической освещенности, выбираемой по СНиП; в) на п ра в л ен ность света, котора я в помещениях для чтения, письма, ри- сования, лепки и т.п. должна быть слева; опыт показывает, что при рас- положении окон и фонарей надо от- давать предпочтение верхнебоковому направлению светового потока под уг- лом 30° к горизонту и более; г) зрительный дискомфорт, возни- кающий при попадании в поле зрения учащихся поверхностей с чрезмерно высокой яркостью: от прямых и отра- женных лучей солнца, от неба, а так- же от осветительных приборов. Кри- терием 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.
Глава 4. Архитектурное освещение 85 iHlIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIlliiiiiinii Рис- 4.12. Примеры рацио- нального естественного ос- вещения спортивных за- лов (штриховая линия по- казывает распределение КЕО) РП — рабочая поверхность При проектировании световой сре- ды в классах и аудиториях необходимо стремиться к обеспечению постоянства условий зрительной работы в течение всего учебного процесса. Это достига- ется применением приема совмещен- ного освещения, которое открыло но- вые возможности в создании прогрес- сивных объемно-планировочных реше- ний учебных зданий. Некоторые из применяемых проектных решений аудиторий и классов приводятся на рис. 4.13. К IV группе относятся помещения, световая среда в которых в основном определяется психологическими, эсте- тическими и гигиеническими требова- ниями; к ним относятся палаты боль- ниц, основные помещения детских уч- реждений, жилые помещения. Сово- купность этих требований, изложенных частично в СНиП, может быть удовлетворена: при обеспечении нормированных значений КЕО и не- равномерности естественного освеще-
86 Часть IL Архитектурная светология Рис. 4.13. Приемы освеще- ния классов и аудиторий а — одностороннее освеще- ние при небольшой глубине помещения; б — двусторон- нее освещение глубокого клас- са; в — варианты совмещен- ного освещения; 1 — светя- щийся карниз; 2 — искусст- венное окно; 3 — второй свет ния; при обязательной защите от сверхнормативного солнца солнцеза- щитными средствами (жалюзи, марки- зы и др.). Существенное влияние на освеще- ние помещений оказывает 1 рма зда- ния. На рис. 4.14 показано уменьше- ние освещенности (в плоскости окна) в зданиях различной формы. Изменение минимального КЕО в помещении в зависимости от его про- порций приводится на рис. 4.15. Ход кривой изменения КЕО свидетельству- ет о том, что наибольшая освещен- ность обеспечивается при одной и той же площади окон в помещениях с наи- меньшей глубиной заложения B/h при наибольшем отношении длины поме- щения I (размер по фасаду) к его глу- бине В. Значительное влияние на мини- мальное значение КЕО в помещении Рис. 4.14. Уменьшение от- носительной естественной освещенности помещения при усложнении формы здания (затеняющее дейст- вие выступающих частей корпуса) Рис. 4.15. Изменение ми- нимального КЕО в поме- щении в зависимости от его пропорций (В — глу- бина, h — высота от ра- бочей поверхности до пе- ремычки, I — длина) I _ Blh 3,1/В = 0,5; II — B/h = 2,5, l/B = 1; III — B/h = 2,1/В = 1,4
Глава 4. Архитектурное освещение 87 оказывают форма окна, конструкция переплета, сорт стекла, а также ар- хитектурные детали (лоджии, пило- ны, балконы, солнцезащитные устрой- ства) и другие факторы (см. п. 4.5). плоскости, расположенной перпенди- кулярно солнечным лучам и удален- ной от Солнца на расстояние, равное астрономической единице. Прибли- женное значение солнечной световой постоянной на границе атмосферы со- ставляет 135000—137000 лк. Соответ- 4.2. Световой климат Совокупность ресурсов при- родной 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 естествен- ной освещенности на открытой мест- ности — прямой солнечный свет Ес, рассеянный (диффузный) свет неба Ен и отраженный от земли свет Е3. Суммарная (общая) освещенность Ео в ясный день при полностью от- крытом горизонте ствующая этой освещенности средняя яркость Солнца Lc « 2*10^ кд/м . При заданном коэффициенте про- пускания света атмосферой кото- рый зависит от высоты стояния Сол- нца и прозрачности воздуха р, осве- щенность от Солнца на горизонталь- ной поверхности Ес определяется по формуле Е^ sin Ло, (4.2) где Ес — освещенность от Солнца на плоскости, перпендикулярной направлению солнечных лу- чей.; Ес = (£с7д2)рМ, (4.3) Ео = Ес + Ен + Е3. (4.1) Солнечное излучение, падающее на землю, претерпевает изменения вследствие его отражения, рассеяния и поглощения атмосферой и подстила- ющим слоем земной поверхности. Солнце представляет собой огром- ный шар радиусом 696000 км. Среднее где Л — расстояние от Солнца в заданный момент; определяется по астрономическим таблицам (~ 1); М — воздушная масса, которую необходимо пре- одолеть солнечным лучам при прохождении через атмосферу; Ло — высота стояния Солнца над гори- зонтом. Значения М изменяются в зависи- мости от h0: 90° (зенит) до 0° (гори- зонт) соответственно от 1 до 26,96; они определяются по таблице Бемпо- рада: Ло>град........ 0 5 10 20 М .......... 27 10,4 5,6 3,2 расстояние от Земли до Солнца, рав- ное большой полуоси эллипса земной орбиты, составляет приблизительно 149,6*106 км; это расстояние принима- ется за единицу (астрономическая еди- ница). Основными характеристиками, которые определяют излучательную способность Солнца, служат солнечные постоянные — световая и тепловая. Световая солнечная постоянная Ес представляет собой освещенность 30 40 50 60 70 80 90 2 1,6 1,3 1.2 1,1 1,015 1 Средняя освещенность поверхно- сти, перпендикулярной лучам Солнца, определяется по табл. 4.6. При естественном освещении диа- пазон освещеностей и яркостей очень велик. Так, освещенность в полдень ясного дня на открытой горизонталь- ной поверхности может превосходить 100000 лк, в то время как в сумерки пасмурного дня она может равняться нескольким люксам.
88 Часть 1L Архитектурная светология Таблица 4.6. Средняя освещенность поверхности, расположенной перпендикулярно направлению солнечных лучей, лк Характерные дни года 22 марта 22 сентября 22 июня 22 декабря Г еографи- ческая широта, град. Часы дня 8; 16 10; 14 12 | 8; 16 I 10; 141 12 I 8; 16 I 10; 14 I 12 30 41400 79500 86000 75000 92900 96700 86000 97300 99800 40 14500 66800 76000 70100 89400 93600 86700 96600 99100 50 29800 39800 43600 58700 62000 60400 66600 68200 60 4200 13900 35900 52500 56100 59400 64800 66400 Продолжительность солнечного си- яния в разных пунктах на территории страны определяется по картам кли- матических атласов, которые состав- ляются в результате обобщения мно- голетних измерений, проведенных ме- теорологическими станциями. На разных стадиях проектирова- ния городов и зданий архитектору не- обходимо 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 учиты- ваться общеклиматическое районирова- ние территории (СНиП 2.01.01—82). Наружная освещенность от диф- фузного неба зависит в основном от высоты стояния Солнца и характера облачности. Существенное влияние на освещенность, создаваемую диффуз- ным светом неба, оказывают также прозрачность воздуха и состояние зем- ного покрова. Освещенность от облач- ного неба определяется фотометриче- ским , а также расчетным путем по многолетним средним характеристикам солнечной радиации с помощью так называемого светового эквивалента, который выражает отношение между освещенностью и интенсивностью сол- нечной радиации на данной поверхно- сти. Годовой ход наружной освещен- ности и ультрафиолетовой облученно- сти приведен на рис. 4.16. мп Световой эквивалент солнечной радиации зависит от высоты стояния Солнца, характера облачности и ко- эффициента отражения подстилающей поверхности (альбедо). Поэтому сум- марный световой эквивалент опреде- ляется с учетом различных условий облачности для периодов со снежным покровом и без него. На основании результатов расчетов наружной освещенности, проведенных для наиболее крупных городов и про- мышленных районов, построена карта светоклиматического районирования нашей страны. Критерием при ее ставлении было принято среднее за количество наружного диффузного вещения (средняя освещенность) горизонтальной поверхности при крытом небосводе в течение 1 ч период использования в помещении естественного света: со- год на от- за S (Е - Е ) год к кр7 £q> ~ X „ Т год (4.4) гдеЕср — средняя освещенность, лк; £ — наружная освещенность горизонтальной поверхности, лк; £Кр — критическая наружная освещенность, лк; Т — продолжительность использования естествен- ного освещения, определяемая разностью времени наступления критической освещенности утром и вечером, ч. Критической наружной освещен- ностью Екр называется освещенность, наблюдаемая в моменты выключения (утром) и включения (вечером) искус-
Глава 4. Архитектурное освещение 89 Е.клх Зр.ч/М? 60г~1—г~ МОСКВА 11 ШИ 1ШИПИТ И. 50 40 30 20 < * 10 ' о I ллиллллетшеший IЛ ЛЕ ПЛ МЕСЯЧНЫЕ СУММЫ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ РАДИАЦИИ ОБЛАСТЬВ уф-спектра -1-1 1 I I | ч I L ОБЛАСТЬ А УФ-СПЕКТРА I лшп v чгплилхш IЛ ЕЛ S 1NL ИЪПНЛШ илиллж^тит Рис. 4.16. Годовой ход на- ружной освещенности Е и ультрафиолетовой облу- ченности для некоторых городов- Заштрихованные части гистограмм — про- должительность естествен- ного освещения при на- ружной критической осве- щенности 5000 лк ственного освещения в помещении; она вычисляется по формуле £кр — £и/е, (4.5) где Ен — освещенность при искусственном освеще- нии помещения (по СНиП П-4—79); е — норми- рованное значение КЕО. Если на кривые наружной осве- щенности нанести горизонталь, соот- ветствующую £Кр (например, 5000 лк), то по точкам пересечения этой горизонтали с кривыми можно определить для различных месяцев го- да продолжительность использования естественного освещения. Расчет про- должительности использования естест- венного освещения в зависимости от выбранного значения КЕО (в процен- тах всего рабочего времени за год) производится по графикам рис. 4.16. Данные о продолжительности (в ч) естественного освещения при ^кр “ 5000 лк приведены на рис. 4.17. Основные проблемы светового кли- мата рассмотрены в работах россий- ш, % Рис. 4.17. Продолжитель- ность использования есте- ственного освещения в Москве в зависимости от выбираемого значения КЕО и при различных ре- жимах работы. Напри- мер, при нормированной освещенности при искусст- венном освещении 850 лк и выбираемом значении КЕО ~ 5% продолжитель- ность использования есте- ственного света в помеще- нии составляет 65% об- щей продолжительности рабочего времени (штрихо- вая линия)
Рис. 4.18. Карта светокли- матического районирова- ния страны I — границы поясов свето- вого климата; 2 — зоны с ус- 90 Часть II. Архитектурная светология тойчивым снежным покро- вом; / — гп = 1,2; Я - - m = 1,1; Я/-m = 1,0: Л/-m = 0,9; И - щ я 0,8
Глава 4. Архитектурное освещение 91 ских ученых Н.Н.Калитина, К.Е.Бабу- рина, Н.М.Гусева, Т.А.Глаголевой, Н.П.Никольской. Действующее в на- стоящее время светоклиматическое районирование территории СНГ (рис. 4.18) основано на данных мно- голетних актинометрических измере- ний. На карте светоклиматического районирования приводятся значения коэффициентов светового климата ли, 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 Мо- сквы принято равным единице), т.е. т = Еср/£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 дли- тельное (6 мес и более в течение года) залегание снежного покрова, оказыва- ющего существенное влияние на рас- пределение яркости неба (заштрихова- но). Наружная освещенность зависит от яркости неба, значение которой в раз- ных участках неба различно. Знание закономерности изменения яркости об- лачного и ясного неба имеет больше утилитарное и эстетическое значение, помогая архитектору выбрать ориента- цию здания по сторонам горизонта и пластическое решение фасадов здания. Распределение яркости облачного неба учи- тывается коэффициентом q, значение которого оп- ределяется по формуле, рекомендованной MKO: q = f(Ls/Lzy, (4.7) Рис. 4.19. ределвния ик для оп- значений коэф- фициентов q и qc, учиты- вающих неравномерную яр- кость облачного неба, снежного покрова; qc — при наличии снежного по- крова; — угловая высо- та середины светопроема, град q — при отсутствии к середине светопроема С (рис. 4.19) ; Дг — яркость в зенитной части неба. В районах с устойчивым снежным покровом эта формула приобретает следующий вид: Lg = Lz (0,6 + 0,4 sin#). (4.8) Пример. Требуется определить яркость участ- ка облачного неба, видимого из точки М помеще- ния, при условии, что угол 8 — 45° и высота сто- яния солнца Ао " 40°. В районах, где большую часть года снеговой покров отсутствует, Z45 - Lz (0,33 + 0,66 sin 45°). Но sin 45° - 0,71, следовательно, Las - Le (0,33 + 0,66 0,71) - 0,8 U 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 име- ем, что при Ао - 40° А? - 8000 кд/м2; следовательно, £45 - 0,8'8000 - 6400 кд/м2. Зная яркость неба, легко определить яркость остекленных поверхностей, наблюдаемых из точки М. Для этого пользуются формулой Lq = Lz (0,33 + 0,66 sinS), До = Let\ т2, (4.9) где Lq — яркость участка неба, видимого из задан- ной точки помещения М под углом 6, образован- ным горизонталью с линией, проведенной из точки где Lo — яркость остекленной поверхности окна; L q — яркость участка неба, наблюдаемого из точ-
92 Часть IJ. Архитектурная светология ки Af; — коэффициент пропускания стек- ла; t'z — коэффициент пропускания загрязнен- ного слоя на стекле. Найденную таким образом яркость окна необ- ходимо увязывать с яркостью других поверхностей интерьера (стенами, потолком и др.) для устране- ния резкоконтрастных соотношений, вызывающих ощущение дискомфорта. В интерьере в поле зрения попа- дают участки небосвода и освещенные солнцем асады зданий видимые че- рез окна и производя ще слепящее действие даже при северной ориента- ции окон. В табл. 4.8 показано распределе- ние усредненных освещенностей и яр- костей основных поверхностей в поле зрения работающих в помещениях зда- ния "Гидропроект" в Москве. Характерно, что в помещениях "Гидропроекта" с почти сплошным ос- теклением двух из четырех стен про- ектировщики даже летом в полдень при ясном небе включают полное ис- кусственное освещение, чтобы смяг- чить дискомфортный разрыв между уровнями яркостей светопроемов и по- верхностей интерьера. Существенную роль при решении таких архитектурных задач, как выбор объемно^ композиции, пластики фаса- дов, ритма членений, а также фактуры отделочных материалов, играет- контр- астность освещения, которая учитыва- ется в ее динамике в течение дня и Таблица 4.7. Значения яркости неба в зените при различных погодных условиях (р — прозрачность воздуха) Погодные условия Ло, град Lz, кд/м2 при снеж- ном покрове без снеж- ного покрова Пасмурно, 10 3000 1800 облачно 20 5000 3600 30 7500 5700 40 9000 8000 При При Р = 0,8 Р =0,6 Ясно, 10 1000 2000 безоблачно 20 1500 3200 30 2000 4400 40 2500 5500 Таблица 4.8. Показатели светового режима в помещениях Гидропроекта в полдень Поверхность Калька на ватмане в сол- нечном блике То же, в глуби- не помещения Боковая стена (середина, на высоте 1,5 м) Стена против окна (середи- на, на высоте 1,5 м) Окно Осве- щен- ность Е, лк Яркость, кд/м2 Контраст К=6Ь1 - ilv 28000 6530 0,95 1250 290 0,79 1445 300 0,89 1608 320 “— 4400 сезонов года. В общем случае контрастность ос- вещения выражается отношением абсолютных величин освещенности, наблюдаемых при солнечном и диф- Е Суммарная освещенность о = —-- =-------------------------• (4.10) Е +Е Освещенность от неба + н + освещенность от земли фузном освещении По данным И.С.Суханова, относительные осве- щенности горизонтальной поверхности при солнечном и диффузном освеще- Контрастность естественного осве- щения изменяется в разных районах в зависимости от высоты стояния Сол- нца, характера облачности и состояния подстилающего слоя земли (чернозем, лесс, пески, снеговой покров и др.). Характеристикой контрастности осве- щения может служить соотношение нии для опорных городов характери- зуются показателями, приведенными в табл. 4.9. Контрастность освещения имеет место и при диффузном освещении об- лачным небом; в этом случае она оп- ределяется повышенной яркостью зе- нитной части неба по сравнению с ча-
Глава 4. Архитектурное освещение 93 Таблица 4. 9. Относительные значения освещенности от солнца и неба Вид освещения Относительная освещенность, % Ашхабад Москва Санкт-Пе- тербург Солнечное (от солнца и неба) Рассеянное (от неба) 100 69 62 100 86 83 стью неба, прилегающей к горизонту. Отсутствие контрастности можно на- блюдать в пасмурные зимние дни, ког- да яркость облачного неба делается равной или кажется меньшей яркости снежного покрова. Наблюдениями ус- тановлено, что наибольшая контраст- ность освещения наблюдается летом в южных районах (Средняя Азия, Ар- мения и др.), а наименьшая — зимой в северных районах (Крайний Север, Заполярье). Суточный ход контрастности осве- щения по среднемесячным данным в западной части III, IV и V районов характеризуется максимальными зна- чениями утром и минимальными — вечером. Это объясняется в основном уменьшением прозрачности воздуха из-за увеличения в нем количества аэрозолей. Критерием оценки контраста све- тотени, наблюдаемой при солнечном и диффузном освещении объектов в экс- терьере, служит коэффициент конт- раста, 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 учи- тывать при проектировании освети- тельных установок в интерьерах об- щественных и производственных зда- ний. 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 целесообраз- но нормировать и рассчитывать осве- щенность помещений исходя из усло- вий преобладающего ясного неба и ви- да подстилающей поверхности. Это имеет большое гигиеническое, эконо- мическое и эстетическое значение. При составлении карты светового климата вероятность ясного неба учи- тывалась ли ь косвенно, так как ос- и новным критерием при проведении границ светоклиматических районов было количество освещения в час в среднем за период использования при- родного освещения (5000 лк и выше). Однако в южных районах Украины, Рис. 4.20. Кривые спекг- рольного состава естествен- ного света 1 — небосвод, сплошная об- лачность; 2 — солнце + не- бо, безоблачно
94 Часть IL Архитектурная светология Таблица 4Д0. Вероятность солнечного сияния и освещенность в южных районах средней годовой вероятности солнеч- ного сияния, а принимать за критерий ' Пункт Вероятность сол- нечного сияния, % средняя средняя за год за период с сентября по март Среднемесяч- ная рассеян- ная полуден- ная освещен- ность в декаб- ре, клк Ашхабад 67 Алма-Ата 60 Ташкент 69 Владивос- 54 ток 51 13,3 52 13,8 51 12,1 61 10,9 на Кавказе, в Средней Азии и Казах- стане, на юге Западной и Восточной Сибири и на значительной части тер- ритории Дальнего Востока более 50% времени в году преобладают ясное не- бо 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 ве- роятность солнечного сияния и осве- щенность в декабре достаточно высо- кие. С одной стороны, на значительной территории Севера и средней полосы, для которой по СНиП производятся расчеты с учетом прямого солнечного света, происходит неоправданное со- кращение площади остекления и за- нижение уровней освещенности поме- щений в осенне-зимний период, когда в течение 6 мес преобладает пасмур- ное небо. С другой стороны, в южных и дальневосточных районах площадь остекления значительно превышает необходимую, так как коэффициент солнечности С, используемый при рас- четах КЕО, не учитывает действитель- ных световых потоков, поступающих в помещения от инсоляции в условиях реальной застройки. Таким образом, очевидно, что при определении границ преобладания яс- ного неба для нормирования и расче- тов освещенности в помещениях с уче- том инсоляции следует исходить не из среднюю вероятность солнечного сия- ния за период с октября по март. Это повысит надежность обеспечения по- мещений требуемым количеством ос- вещения и упорядочит выбор площади остекления светопроемов в указанных районах. Границы района с вероятно- стью солнечного сияния свы о/ /о за этот период обозначены на рис. 4.16 штриховой линией. Следовательно, при нормировании и расчетах естественного освещения в этих районах более целесообразно ис- ходить из условий преобладающего яс- ного неба. Если принять это положе- ние, то можно значительно повысить эффективность использования природ- ных ресурсов световой энергии Солнца в строительстве за счет сокращения площади светопроемов почти в 2 раза. Гигиеническое и экономическое значение такого гелиоклиматического зонирования территории страны вели- ко, так как оно открывает возможно- сти более дифференцированно выби- рать проектные решения, свойствен- ные данным климатическим условиям, и решать проблему формирования "се- верных* и "южных" городов, для ко- торых должен быть принципиально различный подход к их форме. При таком зонировании можно значительно сократить площадь остекления зданий, уменьшить их перегрев, снизить рас- ходы на солнцезащитные средства, ох- лаждение и вентиляцию, перейти на более свободную их планировку, уве- личить их ширину и повысить ком- ^юртность, т.е. сделать их более энер- госберегающими и эффективными. Предложенное дифференцирован- ное зонирование территории названо нами гелиоклиматическиМу так как оно отражает основные требования к строительству, определяемые клима- том. Это поможет архитекторам пре- одолеть известную типологическую
Глава 4. Архитектурное освещение 95 монотонность градостроительных и объемно-планировочных решений. На наружную освещенность и ультрафиоле- товую облученность большое влияние оказывает прозрачность воздуха, которая оценивается коэф- фициентом пропускания М (4.11) радиации, которая обладает общеоздо- ровительным действием, повышает со- противление организма человека про- тив инфекционных заболеваний. Исс- ледованиями гигиенистов и физиоте- рапевтов установлено, что недостаточность естественного света в помещениях и городских пространст- где М — воздушная масса; р — коэффициент, за- висящий от состояния атмосферы. Коэффициент пропускания опреде- ляет степень видимости предмета: при отличной видимости 0,9, при хо- рошей Т = 0,8 и при плохой Г ~ 0,7. В больших городах и крупных про- мышленных районах прозрачность воз- духа резко снижается и в среднем оце- нивается т = 0,6. О значительном влиянии про- зрачности воздуха на наружную осве- щенность и ультрафиолетовую облу- ченность свидетельствуют результаты синхронных измерений, проведенных одновременно в черте города и в при- городной местности. На снижение естественной осве- щенности и ультрафиолетовой облу- ченности решающее влияние оказыва- ют аэрозоли, т.е. туман, дым, пыль, смог, выхлопы автотранспорта и дру- гие отходы городов, которые перено- сятся 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 ра- диацию. Ослабление ультрафиолетовой радиации в некоторых городах дости- гает 80%, в то время как ослабление интегральной солнечной радиации со- ставляет всего 30%. Таким образом, загрязнение воздуха сопровождается резким снижением благотворного дей- ствия на человека эритемной и бак- терицидной радиации солнца и неба. Биологическое качество световой среды в городах и зданиях в большой степени определяется мерой использо- вания ультрафиолетовой естественной вах резко ухудшает качество среды, в которой трудится и отдыхает человек. Дефицит ультрафиолетовой радиа- ции оказывает отрицательное влияние на подростков и детей, а также на рабочих, пребывающих длительное время в шахтах, метро, в производст- венных помещениях без естественного света и др. Это отрицательное влияние особенно сказывается на жителях за- полярных районов. Для компенсации недостаточности естественной ультрафиолетовой радиа- ции в помещениях применяются уста- новки искусственного ультрафиолето- вого 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-строитель- ные средства. Как уже отмечалось ранее, боль- шое влияние на наружную освещен- ность и ультрафиолетовую облучен- ность оказывает состояние подстилаю- щего слоя земли. По данным Актино- метрического института в Павловске, снеговой покров при сплошной облач- ности увеличивает наружную освещен- ность на 100% и более. Высокий коэффициент светового, ультрафиолетового и теплового отра- жения подстилающего слоя значитель- но повышает роль отраженной от зем- ли радиации в южных районах (Сред- няя Азия и др.), и это надо учитывать, решая утилитарные и эстетические за- дачи при архитектурном проектирова- нии зданий.
96 Часть IL Архитектурная светология Рис. 4.21. Приемы исполы в промышленных зданиях; зования отраженного света г — в картинной галерее а — в трапезной Симонова монастыря (Москва); б, в - Примеры рационального использо- вания отраженного от земли и кровли света для улучшения освещения поме- щений приведены на рис. 4.21. 4,3, Количественные и качественные характеристики освещения Качество освещения принято оценивать по его характеристикам ис- ходя из функций света в архитектуре. Важнейшими функциями света явля- ются следующие. 1. Информативные зрительные, обеспечивающие человека информа- цией о предметно-пространственной среде и характеризующиеся возникно- вением зрительных образов. Видимый свет в результате взаи- модействия с материальной средой — отражения, рассеивания, поглоще- ния — воздействует на органы зрения. Совокупность зрительных образов дает человеку более 80% информации об окружающем его предметном мире. 2. Морфофункциональные, к кото- рым относятся влияния на человека ультрафиолетовых, видимых и инф- ракрасных излучений, не связанных с возникновением зрительных образов, но оказывающих действие на человека либо непосредственно через кожный покров, либо через органы зрения. На- пример, через кожу свет оказывает эритемное воздействие, влияет на об- мен веществ, состав крови, сопротив- ляемость организма болезням и т.д. и вместе со зрительными реакциями воз- действует на психологическое состоя- ние человека. 3. Косвенные, характеризующие воздействия света на материальную среду, на ее физические (температура, влажность), биологические (содержа- ние вредных бактерий) и химические (фотосинтез, выцветание красок) па- раметры, которые в свою очередь не- редко определяют состояние человека, его ощущение комфортности. Тепло, выделяемое источниками света, изме- няет температуру и влажность возду-
Глава 4. Архитектурное освещение 97 ха, ультрафиолет снижает процент бо- лезнетворных микробов, улучшая ги- гиенические параметры среды. Фото- химическую функцию света следует особенно тщательно учитывать при проектировании музеев, торговых за- лов универсамов и других поме и ^ении в которых предметы должны быть в максимальной степени защищены от его разрушающего действия. Функции света позволяют класси- фицировать количественные и качест- венные характеристики освещения. К количественным характеристикам от- носятся освещенность, яркость, КЕО. В отечественных нормах по искусст- венному освещению помещений регла- ментируется освещенность на рабочей поверхности, а городских ансамб- лей — яркость или освещенность на дорожном покрытии и на фасадах объ- ектов. В нормах по естественному ос- вещению помещений вследствие край- ней изменчивости природного освеще- ния не только в течение суток, но да- же в течение коротких промежутков времени для нормирования принята относительная величина КЕО. К ка- чественным характеристикам, опреде- ляющим комфорт и эстетичность све- товой среды, а также экологическую эффективность светового решения, от- носятся: распределение яркости в поле зрения и неравномерность освещенно- сти на поверхностях объектов и в про- странстве; насыщенность пространств светом; ослепленность и дискомфорт- ная блескость; контрастность освеще- ния, контраст светотени; направление световых потоков; спектральный со- став излучения источников света, их цветопередача; динамика освещения. Распределение яркости в поле зрения, неравномерность освещенно- сти. Распределение яркости в поле зрения человека зависит от распреде- ления освещенности по поверхностям объектов в интерьерах и открытых пространствах (потолок, стены, пол, оборудование, рабочие поверхности, здания, земля, зеленые насаждения и т.д.) и характеристик отражения этих поверхностей [см. формулу (3.9) ]. В искусственном освещении регламенти- руется неравномерность освещенности, определяемая как отношение макси- мального или среднего уровня осве- щенности к минимальному его значе- нию, а неравномерность естественного освещения определяется соответствен- но через отношение еср/емин. На практике приходится сталки- ваться как с неравномерным распре- делением яркости в пространстве, так и с переводом взгляда с одной повер- хности на другую иной яркости. Про- цесс переадаптации при этом может отрицательно влиять на зрительную работоспособность, поэтому необходи- мо знать характер распределения яр- кости. Достигнуть полной равномерно- сти невозможно и не нужно, так как именно яркостные контрасты прежде всего позволяют различать предметы и детали и способствуют выявлению формы. Конкретные рецепты по соот- ношению яркостей вряд ли целесооб- разно формулировать. Можно лишь от- метить, что в рабочих помещениях приемлемым (с точки зрения обеспе- чения условий для зрительной работы) окажется соотношение, при котором будут выдержаны нормируемые значе- ния светотехнических показателей. Ориентиром при выборе яркостей потолка, стен и пола в интерьерах мо- гут служить распределения и соотно- шения, создаваемые природным осве- щением. Они приятны для человека, привычны ему. Установлено, что при облачном небе, как правило, наиболь- шая яркость наблюдается в зенитной части неба; средняя характерна' для панорамы у горизонта и наимень- шая — на поверхности земли (при от- сутствии снега). Соотношения усред- ненных яркостей между этими зонами 10:3:1 в южных рйонах страны и 5:3:1 в средней полосе. Таким образом, счи- тается, что благоприятные условия для
98 Часть II. Архитектурная светология зрительной работы обеспечиваются при соотношениях яркостей потолка (зенитная часть), стен (у горизонта) и пола (земля) помещения, аналогич- ных природным. Насыщенность светом. В практике нормирования, расчета и проектирова- ния освещения пользуются преимуще- ственно уровнем освещенности на ра- бочей плоскости, который, однако, не характеризует адекватно ощущение насыщенности пространства светом. Критерием насыщенности помещения светом является так называемая ци- линдрическая освещенность на уровне глаз человека, представляющая собой отношение светового потока, падающе- го на боковую поверхность бесконеч- нло малого вертикального цилиндра, к площади этой поверхности. В зави- симости от световой насыщенности впечатление от интерьера может из- меняться от торжественного и празд- ничного до унылого и мрачного. Ослепленность и дискомфортная блескость. При наличии в поле зрения ярких элементов — источников света, светильников, оконных проемов (пря- мая блескость), а также зеркальных отражений источников света в виде бликов на окружающих поверхностях (отраженная блескость) вначале воз- никает неприятное ощущение, диском- форт; при дальнейшем увеличении яр- кости бликов ощущение дискомфорта усиливается, появляются болевые ощу- щения, начинается значительное сни- жение зрительных функций, возникает ослепленность. Критерием оценки дискомфортной блескости служит показатель диском- форта, а слепящего действия — пока- затель ослепленности. Слепящее дей- ствие прямой блескости зависит от яр- кости и угловых размеров светящих элементов, положения их в поле зре- ния, яркости адаптации. Явления от- раженной блескости довольно часто имеют место при наличии в помеще- ниях и в городских пространствах по- лированных каменных или металличе- ских, стеклянных, т.е. зеркально от- ражающих поверхностей. Существует несколько возможностей для устране- ния или ограничения отраженной бле- скости: выбор такого направления све- та, при котором зеркально отражаемые лучи не попадают в глаз человека; ог- раничение яркости бликов путем уве- личения размеров светящей поверхно- сти светильника и уменьшения ее яр- кости; изменение светотехнических свойств отражающего материала или расположения бликующей поверхно- сти. Контрастность освещения, контр- аст светотени. Существенную роль в решении архитектурных задач, таких как выбор объемной композиции, фак- туры отделочных материалов, выявле- ние пластической формы предметов, играют контрастность освещения и контраст светотени. Контраст между затененными и освещенными поверх- ностями может быть достаточно боль- шим, что ухудшит работу зрения. В ряде случаев тени отвлекают внимание и создают ложное впечатление о раз- мере, форме и цвете объекта. Вместе с тем наличие собственных и падаю- н щих теней необходимо для различения рельефных объектов. Отсутствие теней делает “нечитаемыми" архитектурные детали; мелкие детали нередко бывают хорошо различимы только при обра- зовании на них теней. Направление световых потоков. Направление света от одного или не- скольких источников, падающего на рабочие места или отдельные поверх- ности и оцениваемого световым век- тором, является важным качественным показателем освещения, с которым связаны тенеобразование, направление зеркального отражения, контрастность освещения. При рассеянном освещении тени смягчены, сглажены, объекты те- ряют объемность, кажутся плоскими. Направленный свет делает тени рез- кими, их очертания — четкими, яр-
Глава 4. Архитектурное освещение 99 костной контраст светотени возрастает. Предмет приобретает форму, которая в зависимости от направления падения света может восприниматься естест- венной или искаженной. Наиболее благоприятными формообразующими свойствами обладает сочетание рассе- янного осве (ения с направленным. Контрастность и направленность осве- щения, характеризующие его светомо- делирующий эффект, оказывают суще- ственное влияние на эстетику освеще- ния и, соответственно, на художест- венные качества архитектурной формы. Спектральный состав излучения источников света, цветопередача. Спектры излучений естественных и искусственных источников света очень разнообразны, что обусловливает зна- чительное различие их цветности и цветопередачи. Различие цветности отчетливо заметно на белых и серых поверхностях, цветопередачу же оце- нивают на цветных образцах. Цвет — одна из главных характеристик свето- вой среды, во многом определяющая эстетику освещения, эмоциональное воздействие среды на человека. Динамика освещения. Человек привык к изменениям естественного света (интенсивности, спектрального состава) в достаточно широком диапа- зоне. Динамику искусственного света следует рассматривать как один из способов, с помощью которого можно компенсировать отсутствие или недо- статок естественной световой динами- ки, создавать благоприятный визуаль- ный микроклимат в интерьере и в го- роде, поддерживать биологические ритмы организма. Варьируя освещенность и другие характеристики освещения во времени, можно получить желаемый антимоно- тонный эффект, не нарушая стабиль- ности световой среды, которая нередко диктуется функциональными требова- ниями. Необходимая гибкость искус- ственного освещения может быть до- стигнута за счет регулирования свето- вого потока, применения осветитель- ных приборов подвижной конструк- ции, позволяющей изменять положе- ние светового центра и направления интегрального светового потока. Исхо- дя из заданных граничных условий ди- апазона световой динамики можно сво- бодно оперировать композиционными средствами организации изменяемой световой среды. Если такое изменение осуществляется по заданной програм- ме, то можно говорить о динамическом программном освещении. Глаз реаги- рует и на незапрограммированные из- менения во времени яркости или ос- вещенности, которые имеют место, ес- ли освещение выполнено газоразряд- ными источниками света. Для количественной оценки этого явле- ния — пульсации излучений таких ламп пользуются коэффициентом пульсации, рассматриваемым как ка- чественная характеристика освещения, регламентируемая СНиП. Как видно из вышесказанного, де- ление характеристик освещения на ко- личественные и качественные и рас- смотрение их в отдельности достаточно условно, так как все они взаимосвя- заны и взаимозависимы. 4.4, Нормирование естественного освещения помещений Необходимое количество и качество природного света в помеще- ниях определяется их функциональ- ным назначением, точнее, характером зрительной работы. На основе много- летнего опыта и проведенных иссле- дований были установлены параметры естественного освещения, при которых обеспечиваются благоприятные усло- вия для зрения. Эти характеристики получили отражение в нормах, имею- щих у нас силу закона. Такими па- раметрами являются КЕО и неравно- мерность естественного освещения.
100 Часть 1L Архитектурная светология Нормируемые значения КЕО в по- мещении выбираются в зависимости от двух факторов: от сложности зритель- ной работы (которая в производствен- ных помещениях классифицируется по величине объекта различения на 8 раз- рядов — от работы наивысшей точно- сти с деталями менее 0,15 мм до гру- бой с объектами более 5 мм; в граж- данских зданиях помещения имеют типологическую классификацию, см. табл. 4.13—4.14) и от системы есте- ственного освещения. При одностороннем боковом есте- ственном освещении нормируется ми- нимальное значение КЕО в точке, рас- Таблица 4.11. Значения коэффициента светового климата т Пояс светового климата т I II IV V 1,2 1,1 0,9 0,8 При двустороннем боковом осве- щении нормируется минимальное зна- чение КЕО в средней зоне помещения на пересечении вертикальной плоско- сти характерного разреза помещения Таблица 4.12. Значения коэффициента солнечности климата С Пояс светового климата При све в н; 136-225 товых npoei аружных ст 226-315; 46-135 мах, ориен енах 316-45 [тированнь в прямо В] 69-113; 249-293 «IX ПО сторо! угольных и идных фона! 24-68; 204-248; 114-158; 294-338 1ам горизоь трапецие- рях 159-203; 339-23 гга (азим? в фона- рях типа ”шед” 316-45 /т, град) в зенит- ных фо- нарях I 0,90 0,95 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 II 0,85 0,90 1,00 0,95 1,00 1,00 1,00 1,00 IV: севернее 0,75 0,80 1,00 0,85 0,90 0,95 1,00 0,90 50° с.ш. 50° с.ш. 0,70 0,75 0,95 0,80 0,85 0,90 0,95 0,85 и южнее V: севернее 0,65 0,70 0,90 0,75 0,80 0,85 0,90 0,75 40° с.ш. 40° с.ш. 0,60 0,65 0,85 0,70 0,75 0,80 0,85 0,65 и южнее положенной на расстоянии 1 м от сте- ны, наиболее удаленной от световых проемов, на пересечении вертикальной плоскости характерного поперечного разреза помещения и условной рабо- чей поверхности (или пола)1. гВ некоторых странах и городах нормируется значение КЕО в середине помещения, например, в жилых комнатах и кухнях в центре Москвы (нормы 1993 г.). и условной рабочей поверхности (или пола), см. рис. 4.1. При верхнем или комбинирован- ном естественном освещении нормиру- ется среднее значение КЕО в точках, расположенных на пересечении верти- кальной плоскости характерного раз- реза помещения и условной рабочей поверхности (или пола). Первая и по- следняя расчетные точки (не менее 5) принимаются на расстоянии 1 м от стен или перегородок.
Таблица 4.13. Нормированные значения .естественного и искусственного освещения для производственных помещений Характерис- тика зри- тельной ра- боты Наимень- ший размер объекта различения, мм Разряд зритель- ной ра- боты г Подраз- ряд зри- тельной работы Контраст объекта различения с фоном Характерис- тика фона Освещенность, лк при искусствен- ном освещении ДЦ %, при естественном К освещении III ~ u , %, при совмещенном осве- н щен ии Наивысшей Менее ОД 5 1 точности Малый Малый, средний Малый, средний, большой Средний, большой, большой Темный Средний, темный Светлый, средний, темный Светлый, светлый, средний комби- нирован- ном общем верхнем или верх' нем и бо- в зоне ковом боковом с устой- чивым снежны) покро- вом на ос- тальной терри- тории верхнем или верх- нем и бо- ковом боковом в зоне с устой- чивым снежным покро- вом на остальной территории 5000 4000 2500 1500 1500 1250 10,0 750 400 ’Остальные 7 разрядов см. в СНиП П-4-79, табл. 1 и СНиП 23-05-95. Примечание. В таблице приведены нормированные значения КЕО для зданий, расположенных в III поясе светового климата (см. рис. 4.18). Для остальных поясов светового климата нормированные значения КЕО принимаются по формуле (4.12).
102 Часть II. Архитектурная светология Таблица 4.14. Нормированные значения естественного и искусственного освещения в помещениях общественных, вспомогательных н жилых зданий Помещения Плоскость (Г - гориэон- Искусственное освещение Естественное освещение вертикальная) освещен- цилинд- показа- коэффн- при при боковом нормирования освещенности ность ра- бочих рическая освещен- тель дис- ко мфор- циект пульса- верхнем или осве! тении и КЕО; высота поверх- ность, та, не НИИ верхнем в зоне на ос- плоскости над полом, м ностей, лк лк более освещен- ности, %, не более и боко- вом освеще- нии с устой- чивым снеж- ным по- кровом ТОЛЬНОЙ террито рии Здания управле- ния, конструк- торских и проект- ных организаций, научно-иссле до - вательских учреждений: кабинеты и ра- бочие комна- ты, проектные кабинеты проектные залы и комна- ты, конструк- торские, чер- тежные бюро читальные залы конференц- залы, залы заседаний кулуары 0,8 0,8 300 500 40 40 10 2,0 Г; 0,8 300 100 40 ль 15 3,6 Г; 0.8 200 75 60 15 2 Пол 150 75 90 1,0 Общеобразова- тельные школы и школы-интернаты, профессионально- технические, сред- ние специальные и высшие учебные заведения: классные ком- наты, аудито- рии, учебные кабинеты, лаборатории, В на середине доски Г; 0,8 на ра- 500 300 40 15 1,2 1.5 лаборантские бочих столах и партах кабинеты тех- В на доске 500 нического чер- чения и рисо- Г; 0,8 на рабо- чих столах 500 ч* 40 10 5 1.6 2,0 вания спортивные Пол 200 *** 25 15 3 0,8 залы В на уровне 2 м от пола с обеих сторон на продольной оси помещения 75 - крытые бас- сейны Г на поверх- ности воды 150 60 15 0,8 1,0 актовые залы, киноаудитор и» Пол 200 Jk А А 75 90 эстрады акто- В; 1,5 300 —— вых залов кабинеты и Г; 0,8 200 60 15 0,8 1,0 комнаты пре- подавателей рекреации Пол 150 90 3 0,8 1,0
Глава 4. Архитектурное освещение 103 Продолжение табл. 4.14 Помещения Плоскость (Г — горизон- тальная, В — вертикальная) нор мирования освещенности и КЕО; высота плоскости над полом, м Искусственное освещение Естественное освещение, ен . % освещен- ность ра- бочих поверх- ностей, лк цилинд- рическая освещен- ность, лк показа- тель дис- комфор- та, не более коэффи- циент пульса- ции освещен- ности, %, не более при верхнем или верхнем и боко- вом (комби- нирован- ном) освеще- нии при б< осве в зоне с устой- чивым снеж- ным по- кровом эковом щении на ос- тальной террито рии Детские дошколь- ные учреждения: групповые, игральные, столовые, комнаты для музыкальных и гимнастичес- ких занятий спальные, ве- ранды, Г; 0,5 Г; 0,5 200 75 25 25 15 15 » 1,2 1,2 1,5 1,5 изоляторы, Г; 0,5 150 25 15 1,2 1,5 комнаты для заболевших детей Санатории, дома отдыха: палаты и Г; 0,8 75* 25 15 0,4 0,5 спальные комнаты Предприятия Г; 0,8 200 75 60 15 2 0,4 0,5 общественного питания: обеден- ные залы, буфеты Магазины: торго- Г; 0,8 300 100 40 15 2 0,4 0,5 вые залы некото- рых магазинов Гостиницы: бюро обслужи- Г; 0,8 200 60 15 0,3 0,5 вания гостиные Г; 0,8 150 90 — 0,2 0,3 номера Г; 0,8 100* — 0,4 0,5 Жилые здания: жилые ком- Г; 0,8 100* — — 0,4** 0,5** наты кухни Г; 0,8 100 — — *— 0,4** 0,5** Нормируется средняя освещенность при совместном действии всех светильников (кроме на- стольных) , установленных в помещении. **Норма КЕО на полу. Примечания^!. Для I, II, IV и V поясов светового климата нормированные значения КЕО принимаются по формуле (4.12). 2. В табл. 4.14 дана выборка помещений из табл. 2 СНиП П-4-79.
104 Часть IL Архитектурная светология Таблица 4.15. Значения коэффициента запаса К & Помещения Примеры помещений при естес нии и рас пропуск: вер- тикаль- ном Ko3(j :твенном < шоложею нощего Mi наклон- ном эфициент эсвеще- шсвето- атериала гори- зонталь- ном запаса при искусст освещении газоразряд- ными лам- пами венном лампами накали- вания 1. Производственные помещения с воздушной средой, содержащей в рабочей зоне: а) свыше 5 мг/м3 пыли, дыма, копоти б) от 1 до 5 мг/м3 пыли, дыма, копоти в) менее 1 мг/м3 пыли, дыма, копоти г) значительные кон- центрации паров, кислот, щелочей, газов 2. Помещения общест- венных и жилых зданий Агломерационные 1,5 фабрики, цементные заводы и обрубные отделения литейных цехов Цехи кузнечные, литей- 1,4 ные, мартеновские, сва- рочные, сборного желе- зобетона Цехи инструментальные 1,3 сборочные, механичес- кие, механосборочные, пошивочные Цехи химических за- 1,5 водов, гальванопласти- ки и т.п. Кабинеты и рабочие по- 1,2 мещения общественных зданий, жилые комнаты, учебные помещения, ла- боратории, читальные залы, залы совещаний, торговые залы и т.д. 1,7 2 2 1,7 1,5 1,8 1,8 1,5 1,4 1,5 1,5 1,3 1,7 2 1,8 1,5 1,4 1,5 1,5 1,3 Таблица 4.16. Значения световой характеристики Г} окон при боковом освещении Отношение длины поме- щения /п к его глубине 5, 1П/В 4,0 и более 3,0 2,0 1,5 1,0 0,5 Значен услови 1,0 6,5 7,5 8,5 9,5 11,0 18,0 ие т?о при юй рабочс 1,5 7 8 9 10,5 15 23 отношен ;й поверх] 2,0 7,5 8,5 9,5 13 16 31 ии глубин «ости ДО I 3,0 8 9,6 10,5 15 18 37 [ы помещ( зерха окн; 4,0 9 10 11,5 17 21 45 эния В к е 1*1 ; B/h 5,0 10 11 13 19 23 54 то высоте < 7,5 11 12,5 15 21 26,5 66 эт уровня 10,0 12,5 14 17 23 29
Глава 4. Архитектурное освещение 105 Таблица 4.17. Значения коэффициента Кзд в зависимости от отношения расстояния между рассматриваемым и противостоящим зданием Р к высоте расположения карниза противостоящего здания над подоконником рассматриваемого окна Таблица 4.19. Значения коэффициента Т4 Солнцезащитные устройства, изделия и материалы ^^зд ^зд 0,5 1,7 1,0 1,4 1,5 1,2 2,0 1,1 3,0 и более 1,0 1. Убирающиеся регулируемые жа- 1,0 люзи и шторы (межстекольные, внутренние, наружные) 2. Стационарные жалюзи и экраны с защитным углом не более 45° при расположении пластин жалюзи или экранов под углом 90° к плоскости окна: горизонтальные 0,65 вертикальные 0,75 3. Горизонтальные козырьки с за- щитным углом: не более 30° 0,8 от 15 до 45° (многоступенчатые) 0,9—0,6 Таблица 4.18. Значения коэффициентов Т\, Т2 и Т3 Светопропускающий материал Вид переплета Несущие конструкции покрытий Стекло оконное листо- вое: одинарное 0,9 двойное 0,8 тройное 0,75 Стекло витринное тол- 0,8 щиной 6—8 мм Стекло листовое арми- 0,6 рованное Стекло листовое узор- 0,65 чатое Стекло листовое со спе- циальными свойствами: солнцезащитное 0,65 контрастное 0,75 Органическое стекло: прозрачное 0,9 молочное 0,6 Пустотелые стекло- блоки : светорассеивающие 0,5 светопрозрачные 0,55 Стеклопакеты 0,8 Переплеты для окон и фонарей промышленных зданий: а) деревянные: одинарные 0,75 спаренные 0,7 двойные раздельные 0,6 б) стальные: одинарные откры- 0,75 вающиеся одинарные глухие 0,9 двойные открываю- 0,6 щиеся двойные глухие 0,8 Переплеты для окон жи- лых, общественных и вспомогательных зданий: а) деревянные: одинарные 0,8 спаренные 0,75 двойные раздельные 0,65 с тройным остекле- 0,5 нием б) металлические: одинарные 0,9 спаренные 0,85 двойные раздельные 0,8 с тройным остекле- 0,7 Стальные фермы 0,9 Железобетонные и дере- 0,8 вянные фермы и арки Балки и рамы сплошные при высоте сечения: 50 см и более 0,8 менее 50 см 0,9 нием
Таблица 4.20. Значения коэффициент* Отношение глу- бины помеще- ния В к высоте Л1 от уровня условной рабо- чей поверхнос- ти до верха окна^В/Лх Отношение расстояния I расчетной точки Я от наружной стены к глу- бине поме- щения Д 1/В 0,1 0,5 1,0 Более 1,5—2,5 0 0,3 0.5 0,7 1,0 Более 2,5-3,5 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 Более 3,5 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 *См. схему в табл. 4.26. 2См. стр. 110. Г| при боковом одностороннем освещении 0,5 при боковом двустороннем освещении при средневзвешенном коэффициенте отражения р^ потолка, стен и пола, равном 2 и более 1,05 1,05 1,05 1,4 1,3 1,2 2,1 1,9 1,5 1,05 1,05 1,05 1,3 1,2 1,1 1,85 1,6 1,3 2,25 2,0 1,7 3,8 3,3 2,4 1,1 1,05 1,05 1,15 1,1 1,05 1,2 1,15 1,1 1,35 1,25 1,2 1,6 1,45 1,3 2 1,75 1,45 2,6 2,2 1,7 3,6 3,1 2,4 5,3 4,2 3 7,2 5,4 4,3 1,2 1,15 1,1 1,4 1,3 1,2 1,75 1,5 1,3 2,4 2,1 1,8 3,4 2,9 2,5 4,6 3,8 3,1 6,0 4,7 3,7 7,4 5,8 4,7 9,0 7,1 5,6 10,0 7,3 5,7 0,4 0,3 при отношении длины помещения 1П к его глубине В, 1П/В 1,05 1,05 1,0 1,2 1,15 1,1 1.8 1,6 1,3 1,05 1,05 1,05 1,2 1,15 1,1 1,5 1,35 1,2 1,7 1,6 1,3 2,8 2,4 1,8 1,05 1,05 1,0 1,1 1,1 1,05 1,15 1,1 1,1 1,2 1,15 1,1 1,35 1,25 1,2 1,6 1,45 1,3 1,9 1,7 1,4 2,4 2,2 1,55 2,9 2,45 1,9 3,6 3,1 2,4 1,1 1,1 1,05 1,2 1,15 1,1 1,4 1,3 1,2 1,6 1,4 1,3 2,0 1,8 1,5 2,4 2,1 1,8 2,9 2,6 2,1 3,4 2,9 2,4 4,3 3,6 3,0 5,0 4,1 3,5 2и более 0,5 2 и более 1,05 1,0 1,0 1,05 1,05 1,05 1,05 1,2 1,1 1,1 1,35 1,25 1,15 1,15 1,4 1,3 1,2 1,6 1,4 1,25 1,45 1,05 1,0 1,05 1,0 1,0 1,1 1,1 1,1 1,1 1.1 1,3 1,15 1,25 1,15 1,1 1,05 1 1 1,15 1,1 1,05 1,3 1,2 1,1 1,55 1,35 1,2 2 1,8 1,5 1,0 1,0 1,05 1,05 1,1 1,1 1.15 1,1 1,25 1,15 1,4 1,3 1,6 1,5 1,9 1,7 2,2 1,85 2,6 2,2 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1,3 1,2 1,1 1,2 1,15 1,8 1,45 1,25 1,4 1,25 2,1 1,75 1,5 1,75 1,45 2,35 2 1,6 1,9 1,6 1,0 1,1 1,05 1,15 1,05 1,2 1,1 1,35 1,1 1,5 1,2 1,8 1,3 2,25 1.4 2,8 1,5 3,65 1.7 4,45 1,05 1,05 1,1 1,05 1,15 1,1 1,2 1,2 1,4 1,25 1,6 1,35 1,9 1,45 2,4 1,9 2,9 2,6 3,35 2,65 1,05 1,0 1,1 1,1 1,15 1,1 1,2 1,15 1,3 1,2 1,5 1,35 1,7 1,5 1.9 1,6 2,2 1,9 2,4 2,1 1,05 1,05 1.1 1,15 1,15 1,25 1,2 1,3 1,5 1,5 1 1 1 1,05 1,15 1,1 1,25 1,2 1,35 1,2 Часть II. Архитектурная светология 1,05 1,05 1,0 1,1 1,05 1,05 1,25 1,2 1,1 1,4 1,3 1,2 1,7 1,5 1,3 2 1,8 1,5 2,3 2,0 1,7 2,6 2,3 1,9 3,0 2,6 2,1 3,5 3,0 2,5 1,2 1,15 1,1 1,1 1,1 1,4 1,3 1,2 1,2 1,15 1,75 1,5 1,3 1,4 1,3 2,35 2,0 1,75 1,6 1,4 3,25 2,8 2,4 1,9 1,7 4,2 3,5 2,85 2,25 2,0 5,1 4,0 3,2 2,55 2,3 5,8 4,5 3,6 2,8 2,4 6,2 4,9 3,9 3,4 2,8 6,3 5,0 4,0 3,5 2,9 1,0 1,0 1,05 1,05 1.1 1.1 1,1 1.1 1,15 1,2 1.2 1,35 1,25 1,5 1,3 1,65 1.5 1,8 1,6 2 1,0 1,0 1,05 1,05 1,1 1.05 1,1 1,1 1,1 1,1 1,25 1,15 1,4 1,2 1,5 1,25 1,6 1,3 1.7 1,4 1,05 1,05 1,1 1,1 1.2 1,25 1,3 1,35 1,45 1,65 1,7 1,95 1,85 2,1 1,95 2,25 2,3 2,45 2,4 2,6 1,05 1,0 1,05 1,05 1,2 1,1 1,25 1,15 1,5 1,3 1.7 1,4 1,8 1,5 2,0 1,6 2,1 1.7 2,25 1,9
Глава 4. Архитектурное освещение 107 Таблица 4.21. Значения световой характеристики т/ф фонарей (прямоугольных, трапециевидных и шедовых) ф Тип фонарей Число проле- тов При отношении длины помещения 7П к ширине пролета 1\ более 4 при отношении высоты помещения Н к ширине пролета /1 С вертикальным двусторонним остеклением (пря- моугольные, М-образные) С наклонным дву- сторонним остек- лением С вертикальным односторонним остеклением (шеды) С наклонным односторонним остеклением (шеды) 1 5,8 2 5,2 3 и 4,8 более 1 3,5 2 3,2 3 и 3,0 более 1 6,4 2 6,1 3 и 5,0 более 1 3,8 2 3,0 Зи 2,7 более 10,5 5,2 6,2 2,8 3,8 4,4 5,3 2,5 3,0 4,0 4,7 2,35 2,7 10,5 15,2 5,1 7,6 8,0 11,0 4,7 5,5 6,5 8,2 4,0 4,3 4,55 6,8 2,9 3,4 4,3 5,7 2,3 2,9 3,7 5,1 2,2 2,5 4,7 2,7 3,6 4,1 4,1 2,3 2,7 3,4 3,7 2,1 2,4 3,0 10,0 4,0 7,1 8,5 6,6 4,35 5,0 5,5 5,0 3,6 3,8 4,1 4,5 2,5 3,2 3,9 3,5 2,15 2,65 2,9 3,1 2,0 2,25 2,5 Таблица 4.22. Значения световой характеристики световых проемов в плоскости покрытия при верхнем освещении (зенитные фонари) Схемы зенитных нарей Отношение пло- щади выходного отверстия S2 к сумме площа- дей входного отверстия 51 и боковой по- верхности прое- ма Sq Индекс помещения i 0,5 0,7 1,0 1,25 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 5,0 0,05 25,0 19,0 16,0 14,3 13,3 12,0 11,5 11,0 10,5 10,0 0,1 13,0 10,3 8,5 7,7 7,0 6,3 6,6 5,8 5,5 5,4 0,2 7,0 5,6 4,6 4,2 3,8 3,4 3,3 3,1 3,0 2,9 0,3 5,0 4,0 з,з 2,9 2,7 2,4 2,3 2,2 2,1 2,0 0,4 4,2 3,3 2,7 2,4 2,2 2,0 1,9 1,85 1,8 1,7 0,5 3,7 2,9 2,4 2,1 2,0 1,8 1,7 1,6 1,55 1,5 0,6 з,з 2,6 2,1 1,9 1,8 1,6 1,5 1,45 1,4 1,3 0,7 3,1 2,4 2,0 1,8 1,6 1,5 1,4 1,35 1,3 1,25 0,8 2,9 2,3 1,9 1,7 1,55 1,4 1,35 1,3 1,2 1,2 0,9 2,8 2,2 1,8 1,6 1,5 1,35 1,3 1,25 1,2 1,15 Примечание. Индекс помещения i = luB/h\(lu + В), где /п — длина помещения вдоль оси Про- летов; В — ширина помещения; hi — высота покрытия над условной рабочей поверхностью.
J 08 Часть II. Архитектурная светология 0,25 1,05 1,05 1,05 а б л и ц а 4.24. Значения коэффициента К ф Таблица 4.25. Значения коэффициента q Тип фонаря Угловая высо- Значения q Световые проемы в плоскости покрытия: ленточные 1,0 штучные 1,1 Фонари с двусторонним остеклением: наклонным (трапециевидные) 1,15 вертикальным (прямоугольные) 1,2 Фонари с односторонним остеклением (шеды) : наклонным 1,3 вертикальным 1,4 та середины светопроема над рабочей поверхностью, град в зоне с устой- чивым снеж- ным покровом на остальной территории Нормированные значения КЕО (ен) для зданий, располагаемых в I, II, IV и V поясах светового климата (см. рис. 4.18), следует определять по формуле п, IV, V = еш тС) (4Л2) где ен — нормированное значение КЕО по табл. 4.13 и 4.14; т — коэффициент светового кли- мата (табл. 4.11); С — коэффициент солнечности 2 6 10 14 18 22 26 30 34 38 42 46 50 54 58 62 66 70 74 78 82 86 90 0,71 0,74 0,77 0,80 0,84 0,86 0,90 0,92 0,95 0,98 1,00 1,04 1,08 1,12 1,16 1,18 1,21 1,23 1,25 1,27 1,28 1,28 1,29 0,46 0,52 0,58 0,64 0,69 0,75 0,80 0,86 0,91 0,96 1,00 1,04 1,08 1,12 1,16 1,18 1,21 1,23 1,25 1,27 1,28 1,28 1,29 климата (табл. 4.12). Неравномерность естественного ос- Пр имечание. При промежуточных зна- чениях угловой высоты значения коэффициен- та q находятся линейной интерполяцией. вещения помещении производственных и общественных зданий с верхним или комбинированным (верхним и боко- вым) естественным освещением и ос- новных помещений для детей и под- ростков при боковом освещении не должна превышать 3:1. Расчетное зна- чение ер при верхнем или комбини- рованном естественном освещении в любой точке на линии пересечения ус- ловной рабочей поверхности и плоско- сти характерного вертикального разре-
Глава 4. Архитектурное освещение 109 Краска фасад- ная на бетоне атмосферо- Таблица 4.26. Значения коэффициента R Блоки облицо- вочные кера- мические Отделочные материалы фа- сада противо- стоящего зда- ния Кирпич или бетон Индекс противо- стоящего здания в плане 2 1 (Р+1)а Индекс противостоящего здания в разрезе 0,1 HI (P+Ilht 5,0 и боле< 0,5 1,0 1,5 2,0 3,0 4,0 1,0 0,14 0,25 0,26 0,23 0,2 0,15 0,11 0,06 1,5 0,14 0,23 0,25 0,22 0,19 0,14 0,10 0,05 3,0 0,14 0,21 0,23 0,23 0,18 0,12 0,08 0,04 6,0 0,14 0,20 0,22 0,20 0,17 0,12 0,08 0,04 10 и более 0,14 0,18 0,20 0,18 0,16 0,11 0,08 0,04 1,0 0,16 0,3 0,3 0,26 0,23 0,17 0,13 0,07 1,5 0,16 0,26 0,28 0,25 0,22 0,16 0,12 0,06 3,0 0,16 0,24 0,26 0,24 0,20 0,14 0,1 0,05 6,0 0,16 0,23 0,25 0,23 0,20 0,13 0,09 0,05 10 и более 0,16 0,21 0,23 0,21 0,18 0,12 0,09 0,04 Схема расположения противостоящего здания МЭМЭ ПЛАН стойкая : цветная светлая белая 1,0 1,5 3,0 6,0 10 и более 1,0 1,5 3,0 6,0 10 и более 0,2 0,36 0,2 0,33 0,2 0,3 0,2 0,29 0,2 0,26 0,25 0,45 0,25 0,42 0,25 0,38 0,25 0,37 0,25 0,33 0,37 0,33 0,35 0,32 0,33 0,3 0,32 0,29 0,29 0,26 0,46 0,40 0,44 0,40 0,41 0,37 0,40 0,36 0,36 0,32 0,29 0,21 0,28 0,20 0,25 0,18 0,24 0,17 0,23 0,16 0,37 0,27 0,35 0,24 0,32 0,22 0,31 0,21 0,28 0,19 0,16 0,08 0,15 0,07 0,12 0,06 0,12 0,06 0,11 0,05 0,20 0,10 0,19 0,09 0,15 0,08 0,15 0.08 0,14 0,07 Примечания:^, Я - длина и высота противостоящего здания, м; I — расстояние расчетной точки А в рассматриваемом помещении от внешней поверхности наружной стены, м; Р — удаление противостоящего здания, м; a, h\ — ширина окна (окон) в плане и высота верхней грани окна над условной рабочей поверхностью, м; В - глубина помещения, м; /п — длина помещения, м; 2. При расположении противостоящего здания торцом значения коэффициента R умножаются на 1,5. за помещения должно быть не менее нормированного значения КЕО при бо- ковом освещении для работ соответст- вующих разрядов. Солнцезащитные устройства пре- дусматриваются для производственных помещений с постоянным пребыванием работающих, где выполняются работы I—IV разрядов, на промышленных предприятиях, проектируемых для строительства в III и IV климатиче- ских районах. При технико-экономическом обос- новании допускается предусматривать солнцезащитные устройства и для про- изводственных зданий, проектируемых для других климатических районов. Солнцезащитные устройства в об- щественных и жилых зданиях следует предусматривать в соответствии с гла- вами СНиП по проектированию этих зданий. Расчет естественного освещения может быть предварительным (прибли- женным) или проверочным (более точ- ным), Первый способ применяется на ранних этапах проектирования и про- изводится по формулам (4.13) и (4.14), второй — на стадии детальной разработки — с использованием гра- фиков Данилюка (прил. IL2), расчет- ных формул (4.16) — (4.23) и справоч- ных таблиц 4.13—4.26.
НО Часть II. Архитектурная светология 4.5. Расчет естественного освещения помещений Предварительный расчет площади све- товых проемов производится: а) при боковом освещении помещений по формуле (4.13) б) при верхнем освещении по формуле 1 пп = = С"нАз *^п То 7 2 ^ф (4.14) где So — площадь световых проемов (в свету) при боковом освещении; 5П — площадь пола помеще- ния; ен — нормированное значение КЕО; Кз — ко- ициент запаса, учитывающий загрязнение в процессе эксплуатации (см. табл. 4.15); — све- товая характеристика окон (см. табл. 4.16); К3д — коэффициент, учитывающий затенение окон про- тивостоящими зданиями (см. табл. 4.17); 'С'о — об- щий коэффициент светопропускания, определяе- мый по формуле (4.15) где f i — коэффициент светопропускания матери- ала (см. табл. 4.18); fг— коэффициент, учитыва- ющий потери света в переплетах светопроема (см. табл. 4.18); ‘Гз — коэффициент, учитывающий за- тенение несущими конструкциями; определяется по табл. 4.18 (при боковом освещении тз~ I); f4 — коэффициент, учитывающий потери света в солн- цезащитных устройствах (см. табл. 4.19); — ко- эффициент, учитывающий затенение защитной сеткой, устанавливаемой под фонарями; принима- ется равным 0,9; и — коэффициент, учитываю- щий повышение КЕО при боковом освещении бла- годаря свету, отраженному от поверхностей поме- щения и подстилающего слоя, прилегающего к зда- нию (см. табл. 4.20)\ 5ф — площадь световых гДля нахождения пип требуется определить средневзвешенный коэффициент отражения у>Ср по формуле проемов (в свету) при верхнем освещении; 3? Ф — световая характеристика фонаря, определяемая по табл. 4.21 и 4.22; гг — коэффициент, учитываю- щий повышение КЕО при верхнем освещении бла- годаря свету, отраженному от поверхностей поме- щения (см. табл. 4.23); Кф — коэффициент, учи- тывающий тип фонаря (см. табл. 4.24). Проверочный расчет коэффициента есте- ственной освещенности (КЕО) следует произ- водить: а) при боковом освещении по формуле ер-(Еб«+ €здЯ)п(То/КэУ, (4.17) б) при верхнем освещении по формуле Ср = [ £ В + ^ср (Г2Аф — 1) ] ( fo/Кз ) у (4.18) в) при верхнем и боковом (комбинированном) освещении по формуле ер = ер + ер, (4.19) где £б — геометрический КЕО в расчетной точке при боковом освещении, учитывающий прямой свет неба; определяется по графикам I и II прил. 2; q — коэффициент, учитывающий неравномерную яркость облачного неба МКО (см. рис. 4.19 и табл. 4.25); Е3д — геометрический КЕО в расчет- ной точке при боковом освещении, учитывающий свет, отраженный от фасадов противостоящих зда- ний; определяется по графикам I и II прил. 2; R — коэффициент, учитывающий относительную яр- кость фасада противостоящего здания (см. табл. 4.26); Ев — геометрический КЕО в расчет- ной точке при верхнем освещении; определяется по графикам II и Ш прил. 2; ЕСр — среднее значение геометрического КЕО при верхнем освещении на линии пересечения условной рабочей поверхности и плоскости характерного вертикального разреза помещения; определяется из соотношения 8cP-(1/N)(€b1+ £b2+^b3+...+ Ebn), (4.20) где N — число расчетных точек; Е в1-.- Ев# — гео- метрический КЕО в расчетных точках. Среднее значение КЕО (еСр) при верхнем или комбинированном освещении определяется по формуле Рст^ст + Рпт^пт + Рп *^п (4.16) 1 е1 «-1» где Sct, SnT, Sn — соответственно площади стен, потолка (за вычетом So и 8ф) и пола, м“. где 7V — число точек, в которых определяется КЕО; ei...e#— значения КЕО при верхнем или комбини-
Глава 4. Архитектурное освещение 111 1 — уровень рабочей поверх- ности Рис. 4.22. Определение чис- ла лучей п* и п\, прохо- дящих через световые про- емы в стене при боко- вом освещении, по графи- Рис. 4.23. Определение чис- ла лучей п2 и п2 прохо- дящих через световые про- емы в стене при боко- вом освещении, по графи- ку 11 (30 - номер полуокружности по графи- ку I) ПЛАН п2(п2) рованном освещении в точках характерного разре- за помещения, определяемые по формулам (4.17) и (4.18). Расчетные значения ер, полученные по фор- мулам (4.16) — (4.20), следует округлять до деся- тых долей. Допускается отклонение расчетного значения КЕО (еР) от нормированного КЕО (ен) на +10%. Геометрический коэффициент естественной освещенности €б, учитывающий прямой свет неба в какой-либо точке помещения при боковом осве- щении, определяется по формуле £б “ 0,01 ШП2, (4.22) где m — число лучей по графику I, проходящих от неба через световые проемы в расчетную точку на поперечном разрезе помещения (рис 4.22); П2— число лучей по графику II, проходящих от неба че- рез световые проемы в расчетную точку на плане помещения (рис. 4.23). Геометрический коэффициент естественной освещенности £3д, учитывающий свет, отражен- ный от противостоящего здания при боковом осве- щении, определяется по ЭЙ® рмуле £ зд - 0,01 mm , (4.23) где ш — число лучей по графику I, проходящих от фасада противостоящего здания через световой проем в расчетную точку на поперечном разрезе помещения (рис. 4.24); П2 — число лучей по гра- фику II, проходящих от фасада противостоящего здания через световой проем в расчетную точку на плане помещения (рис. 4.23). Подсчет числа лучей по графикам I и II про- изводится в следующем порядке: а) график I накладывается на чертеж попе- речного разреза помещения, центр графика Осо- Графики I и II или план и разрез изобража- ются на прозрачной пленке или кальке.
112 Часть IL Архитектурная светология Рис. 4.24. Определение чис- ла лучей л1 и л] (от не- ба и от противостоящего здания), проходящих че- рез световые проемы в стене, по графику 1 а) график III накладывается на чертеж попе- речного разреза помещения, центр графика О со- вмещается с расчетной точкой Б, а основание гра- фика III — с горизонтом (со следом рабочей повер- хности, если она горизонтальна); б) подсчитывается число лучей из, проходя- щих от неба в расчетную точку Б через световые проемы от неба (рис. 4.25); в) отмечается номер полуокружности графи- ка III, которая п]: ходит через точку С2 — середину светового проема; г) график П накладывается на чертеж про- дольного разреза помещения таким образом, чтобы его вертикальная ось, совмещенная с линией попе- речного разреза, и горизонталь, номер которой со- ответствует номеру полуокружности по графику III, проходили через середину светового проема (рис. 4.26); д) по графику II подсчитывается число лучей «2, проходящих от неба через световые проемы; вмещается с расчетной точкой А, а основание гра- фика — с горизонтом, в большинстве случаев сов- падающим со следом рабочей поверхности (рис. 4.22); б) подсчитывается число лучей щ, проходя- щих через световые проемы от неба; в) отмечается номер полуокружности на гра- фике I, которая проходит через точку С — середи- ну светового проема (рис. 4.22); г) график П накладывается на план помеще- ния таким образом, чтобы его вертикальная ось, со- е) определяется геометрический коэффици- ент естественной освещенности по формуле (4.24). Далее по расчетной рмуле (4.17) или (4.18) подсчитывается значение еР для каждой точки (как правило, их не менее 5 через равные интервалы) и из них по оси ординат (ось абсцисс — условная ра- бочая поверхность) на поперечном разрезе поме- щения в выбранном масштабе откладываются по- лученные величины. Эти намеченные точки соеди- няются плавной кривой КЕО, которая показывает распределение освещенности на рабочей поверх- вмещенная с проекцией вертикального разреза, и горизонталь, номер которой соответствует номеру полуокружности по графику I, проходили через ности в плоскости характерного вертикального раз- точку С (рис. 4.23); д) по графику II подсчитывается число лучей Н2, проходящих через световые проемы от неба; е) определяется геометрический коэффици- ент естественной освещенности по рмуле (4.22). Подсчет лучей m и «2, отраженных от проти- востоящего здания и проходящих через световой проем, производится по графикам I и II аналогично рис. 4.24 и рмуле (4.23). Геометрический коэффициент естественной освещенности в какой-либо точке помещения при верхнем освещении определяется по формуле £в -0,01 ПЗН2, (4.24) где пз — число лучей по графику Ш, проходящих от неба в расчетную точку через световые проемы на поперечном разрезе помещения; П2 — число лу- чей по графику П, проходящих от неба в расчетную точку через световые проемы на продольном раз- резще помещения (в случае нескольких световых проемов пз и П2 определяются отдельно для каждого проема, а затем произведения пзпг суммируются). Подсчет числа лучей по графикам III и II про- изводится в следующем порядке: реза помещения. Минимальное значение ер при боковом осве- щении и среднее значение еР или еР при верхнем или комбинированном естественном освещении сравнивается с нормированным значением ен, ко- торое определяется по формуле (4.12) и служит ор- динатой линии, параллельной оси абсцисс на раз- резе. Если, например, кривая ер пересекает пря- мую ен, то точка их пересечения показывает грани- цу зоны с недостаточным естественным освещением рабочей поверхности в глубине поме- щения . При еР < вн более чем на 10 % следует внести коррективы в проект (увеличить светопроемы, пре- дусмотреть более светлую отделку в помещении и т.п.). В процессе работы для записи всех получае- мых данных удобно пользоваться табл. 4.27 (при- мер для бокового освещения). Расчет естественного освещения помещений далеко не исчерпывает за- дачу его проектирования. По сущест- ву, проектирование освещения начи- нается одновременно с решением ком- позиционных задач в процессе архи- тектурного проектирования, являясь его неотъемлемой частью, ибо выбор всех параметров формы здания и каж-
Г лава 4. Архитектурное освещение 113 У — уровень рабочей поверх- ности дого помещения, а также деталей в них оказывает в конечном счете оп- ределенное влияние на качество све- товой среды. Для архитектора гораздо важнее знать, какие факторы и как именно влияют на формообразование здания, а также как они учитываются светотехническим расчетом, нежели в тонкостях знать этот расчет. На рис. 4.27—4.36 кривыми КЕО схема- тически показана зависимость естест- Рис. 4.25. Определение чис- ла лучей пЗ, проходящих через световые проемы при верхнем освещении, по графику III тельной ситуации, объемно-планиро- вочного решения здания, пластики фа- садов, размеров, формы и пропорций помещения, положения светопроема по отношению к рабочей поверхности, венного освещения (его уровней и рас- пределения) в помещении от внешних и внутренних факторов — ориентации здания и светопроемов, градострои- Рис. 4.26. Определение чис~ мер полуокружности по ла лучей п2 проходящих графику III) через световые проемы при верхнем освещении, по графику II (40 — но-
114 Часть 11. Архитектурная светология Т а б л и ц а 4.27. Форма записи данных расчета естественного освещения 2 размеров, формы, конструктивного и светотехнического решения окон и фо- нарей и их загрязнения, а также от внутренней отделки помещения. В конечном итоге распределение света в интерьере в результате совме- стного действия вышеуказанных ак- торов приводит к определенному рас- Рис. 4.27. Влияние на есте- ственное освещение в поме- щениях ориентации здания по сторонам горизонта с учетом светового климата (в расчетах учитывается ко эффициентами nt, С, q) на высоких (а) и низких (6) широтах Рис. 4.28. Влияние на есте- ственное освещение в поме- щениях градостроительной ситуации е\ — КЕО без учета затенения окон при открытом горизон- те или при низкой и светлой застройке; е2 — КЕО с учетом затенения при высокой и тем- ной застройке и при малом расстоянии до нее. По графи- кам Данилюка определяются nl — прямой свет неба, дости- гающий точки М при отсутст- вии застройки; nl — прямой свет неба при застройке; nl — свет, отраженный фасадом здания (учитывается в расче- тах коэффициентами зд, А), ЛГ — линия горизонта; РП — рабочая поверхность; N— не- босвод
Глава 4. Архитектурное освещение 715 Рис. 4.29. Влияние на ес- тественное освещение в помещениях объемно-плани- ровочного решения здания а — в разрезе; б — в плане; el — КЕО при открытом не- о о босводе (углы nl, м2); е2 — КЕО при затенении высту- пающими частями здания (углы «1 и м2) el — КЕО при отсутствии за- тенения (м1); е2 — КЕО с учетом затенения (nl) Рис. 4.30. Влияние на ес- тественное освещение в помещениях пластических элементов фасадов (лод- жий, балконов, солнцеза- щитных козырьков и т.п.) а) Рис. 4.31. Влияние на ес- тественное освещение в по- мещениях размеров, фор- мы и пропорций помеще- ния. Основной показа- тель — глубина заложения L/H; при Ll = Н помещение мел- кое, светлое, при L3 Z ^2Н помещение глубокое, темное, при Я < L2 < <2Н помещение типичное, средней глубины и осве- щенности, — расчет- ный КЕО; ен — нормиру- емый КЕО; А — зона с недостаточным естествен- ным освещением Рис. 4.32. Влияние на есте- ственное освещение в поме- щениях положения светопро- ема по отношению к рабо- чим поверхностям el — КЕО на полу; е2 — КЕО на стене при вертикальном (а) и наклонном (б) окне и зе- нитном фонаре (в); /77г и РПъ — соответственно гори- зонтальная и вертикальная ра- бочая поверхность
116 Часть II. Архитектурная светология Рис. 4.33. Влияние на ес- тественное освещение в помещениях размеров све- топроема el — КЕО при большем ок- не; е2 — КЕО при меньшем окне Рис. 4.36. Влияние на ес- тественное освещение в помещениях внутренней ат делки помещения, характе- ризуемой коэффициентами и характеристиками отра- жения потолка, стен, по- ла и их площадями (в расчетах учитываются ко- эффициентами rl и в зависимости от средневзве- шенного коэффициента от- ражения fl ср и про- порций помещения) el и е2 — КЕО соответ- ственно при светлой и темной отделке Рис. 4.34. Влияние на есте- ственное освещение в поме- щениях формы светопроема (прямоугольный — горизон- тальный или вертикальный, круглый, треугольный и т.д.) и его обрамления (сте- ны — толстые и тонкие, со скосами и без них) а — план помещения с ленточным остеклением; б — план помещения с высокими узкими окнами и толстыми скошенными стенами; el—е4 — кривые равных значений КЕО на уровне подоконника Рис. 4.35. Влияние на есте- ственное освещение в поме- щениях конструктивного и светотехнического заполне- ния и загрязнения стекол (учитывается в расчетах об- щим коэффициентом свето- пропускания 't'O ~ *£7 'С 2 Т 3 ^4 Т 5 и коэффициен- том запаса Кз) а — разрез окна; б — разрез по- мещения с верхним светом; 1 — остекление ( Т1); 2 — пере- плеты ( Т2); 3 — несущие кон- струкции под фонарем (7"3); 4 — солнцезащитные устрой- ства С ЗУ (Т'4); 5 — защитная сетка под фонарем (T'S); 6 — загрязнение стекол (Кз); el — КЕО в помещении без ферм, СЗУ и сетки, с одинарным ос- теклением и металлически- ми переплетами, с чистыми стеклами; е2— КЕО в произ- водственном цехе с затеняю- щими факторами
Глава 4. Архитектурное освещение 117 Таблица 4.28. Значения коэффициентов отражения р внутренних поверхностей интерьера Таблица 4.29. Рекомендуемые предельные соотношения яркостей поверхностей в производственных помещениях Поверхность Коэффици- ент отра- жения р Побелка Желтая, голубая окраска Светлая клеевая окраска (лимон- ная, светло-серая и т.п.) Светло-коричневая окраска Натуральный дуб и бу к Паркет светлый Релин светлый ” темный 0,75-0,65 0,45-0,4 0,60-0,5 0,35 0,3 0,25-0,3 0,3-0,4 0,2-0,15 Примечание. Lo — яркость окна; А гл- — яркость потолка; £п — яркость пола; — яркость стен; Lqq — яркость оборудова- ния; £р — яркость рабочей поверхности. пределению яркостей на основных по- верхностях интерьера и к определен- ному пространственному впечатлению (табл. 4.28—4.29). Для характеристи- ки этого впечатления В.В.Вороновым средней и нижней зон поля зрения (потолок, стены, пол). Располагая ма- териалы разной светлоты в той или иной зоне и выбирая нужную систему освещения, можно расчетным путем типы ПРОСТРАНСТВА ГЛУБИННОЕ LC3 * L03 U LH3 ЗАМКНУТОЕ СКВОЗНОЕ 1-СЗ >L&3 U 1-НЗ ОТКРЫТОЕ LB3 > ЗАКРЫТОЕ LB3 < LH3 L&3 < LC3 ^НЗ (МАрхИ) предложена классифи- кация типов пространства интерь- ера (рис. 4.37), основанная на со- отношениях яркостей верхней, Рис. 43 7. Классификация типов пространства интерь- ера по характеру ею восп~ Авз, /-сз, £нз — яркость COOT ветственно верхней, сред- ней и нижней зон риятия
/ /5 Часть IL Архитектурная светология получить требуемый эффект. При этом для некоторых типов пространства по- лезно помнить природные аналоги по распределению и соотношению яркостей. Рис. 4.38. Проект универ- сального магазина Топе- рся Лафайет* в Берлине. Схематический разрез зда- ния. Архитекторы Ж. Ну- вель, Е. Катан и. Для ес- тественного освещения по- мещений в массиве много- этажного здания использован принцип свето- вые воронок или конусов, раскрытых к небу йли к центру объема, что дает доступ природному свету в интерьеры надземных торговых залов и офисов и частично — в помеще- ния подземного гаража Рис. 4.39. Разрез реконст- руированного здания в Миннеаполисе, США. обору- дованного системой пассив- ной солнечной оптики (ар- хит. Д. Беннет, 1985). Солнечные лучи 'прорисо- вывают' форму атриума Для производственных помещений, где превалируют функциональные тре- бования к освещению, разработаны бо- лее конкретные рекомендации (см. табл. 4.29). Необходимо еще раз подчеркнуть, что эмпирически найденная в прошлом органичная взаимосвязь света и архи- тектурной формы не утрачена и в на- ши дни в лучших произведениях со- временного зодчества. Формообразующее действие света в новейшей архитектуре представлено такими интересными примерами соо- ружений, как проект универмага ’’Га- лерея Лафайет" в Берлине с ориги- нальной системой "световых воронок" для естественного освещения помеще- ний (рис. 4.38) или как проекты зда- ний, где применена новая технология освещения интерьеров с использовани- ем прямого солнечного света — гелио- осветительные установки (рис. 4.39).
Глава 4. Архитектурное освещение 119 22.06 Рис. 4.40. Схема системы пассивной солнечной опти- ки 1 — первичный (внешний) двухфацетный конденсор (гелиостат) из отражающих линзовых элементов; 2 — внутренний линзовый отра- жатель; 3 — прозрачное за- щитное стекло Архитектурные формы в этих со- оружениях (фонари, световые шахты и воронки, светящие подвесные потол- ки и т.д.) не являются лишь вырази- тельными элементами формально за- думанной композиции, а служат кон- кретным функциональным целям. Ос- новная светотехническая задача в таких случаях — поиск наиболее ра- циональной оптической схемы концен- трации естественного света, ввода его внутрь здания и распределения в по- мещениях. Главной архитектурной за- дачей при этом является выбор выра- зительных и конструктивно оправдан- ных форм здания и элементов осве- тительной установки, рациональное объемно-планировочное решение. Г ел иоосветительные установки можно условно разделить на два ти- па — одноступенчатой и двухступен- чатой трансформации солнечного света внутри здания. Оба типа имеют при- емно-концентрирующее устройство, состоящее из гелиостата (подвижного в системах активной солнечной оптики и неподвижного в пассивной оптике) и зеркального отражателя, который в установках первого типа направляет прямой солнечный свет непосредствен- но в архитектурное пространство ин- терьера (рис. 4.40), а в установках второго типа эта трансляция света осу- ществляется в световых шахтах, у ко- торых выходное отверстие, как прави- ло, снабжено устройством вторичной трансд рмации солнечного света. В частности, это может быть плоский клиновидный световод в виде светового потолка с зеркалированной отражаю- щей (невидимой в интерьере) и све- торассеивающей (светящей) поверхно- стью (рис. 4.41). В конструкции этого световода си- стема прямого солнечного освещения совмещена с установкой искусственно- го освещения с автоматическим регу- лированием, которая из-за непостоян- ства солнечного освещения является основной, а естественное освещение рассматривается как дополнительное. Проведенные в Москве (ВНИСИ) ис- следования эффективности таких сис- тем показали, что использование сол- нечного света позволяет сэкономить 40—70% электроэнергии, затрачивае- мой на освещение. Оптические установки являются постиндустриальной технологией. С их помощью не только прямой солнечный свет, но и диффузный свет от наиболее яркой зенитной части неба может кон- центрироваться, расширяться, прелом- ляться, трансформироваться и делить- ся до бесконечности, направляться в заданное место, обеспечивая при этом более интенсивное естественное осве- щение локализованного объекта, чем если бы оно создавалось прямым све- том неба. В оптических установках может использоваться и электрическое осве- щение, получаемое с помощью фото-
120 Часть Л. Архитектурная светология Рис. 4.41. Схемы гелиоосве- тительных установок со световодами (разрезы зда- ний) а — установка оконного и шедового типов; б — уста- новки шахтного типа (одно- и двухплечевые) в много- этажных зданиях; 1 — фацет- ный гелиостат с автоматиче- ской системой слежения за Солнцем; 2 — прозрачное стекло в окне или фонаре; 3 — плоский клиновидный световод; 4 — источники ис- кусственного света; 5 — зер- кальная поверхность; 6 — светопропускающая и диф- фузно рассеивающая повер- хность — световой потолок; 7 — световая шахта; 8 — зер- кальные отсекатели света
Глава 4. Архитектурное освещение 121 электрических батарей, заряжаемых солнечной энергией. Если управляемое фотоэлектрическое освещение объеди- нить с оптически управляемым есте- ственным освещением, то в результате получится полностью децентрализо- ванная эффективная система. Остается только одно важное ограничение, свя- занное с необходимостью накопления электроэнергии. Оно может быть уст- ранено, например, использованием ветровых двигателей при отсутствии солнца. Комбинация фото- и ветроэ- лектрического и оптического естест- венного освещения является преддве- рием надежной системы энергонезави- симого освещения, не требующей цен- трализованной сети питания и не причиняющей вреда окружающей сре- де. Новая энергосберегающая техноло- гия естественного освещения может со- ставить реальную альтернативу при- вычному электрическому освещению. Она основана не на потреблении не- возобновляемых природных ресурсов и связанном с ним экологическом за- грязнении среды обитания, а исполь- зует естественные возможности. По за- рубежным данным, значительно более экономично передавать дневной свет во внутренние (в том числе подзем- ные) помещения, чем создавать для них электрическое освещение. Наи- большую выгоду от применения новых гелиоосветительных систем получат наименее развитые в индустриальном отношении страны. 4.6. Оптическая теория естественного светового поля Изложенные выше прибли- женные методы расчета КЕО позволя- ют легко решать практические задачи проектирования, но не дают достаточ- но глубокого и цельного представления о природе и закономерностях распре- деления света в помещениях. В 1991 г. Д.В.Бахаревым [2] была предложена оптическая теория светового поля, со- гласно которой световое поле в поме- щениях представляет собой нерезкое (размытое) и засвеченное многократ- ными отражениями оптическое изобра- жение внешней среды, проецируемое светопроемом в пространство и на по- верхности помещения. Помещения "видят” внешний мир примерно так же, как его видит камера "обскура" или глаз человека. Понимание свето- вого поля как оптического изображе- ния объединяет абстрактные аналити- ческие методы расчета освещенности с наглядной геометрией обычного пер- спективного изображения объектов. Такой подход к светотехническим за- дачам должен быть особенно близок и понятен архитекторам, профессиональ- но владеющим методами перспектив- ной проекции. Согласно оптико-геометрическим представ- лениям изображение светящего объекта, возника- ющее при прохождении света через достаточно большое (по сравнению с длиной волны) отверстие, есть непрерывное множество проекций отверстия на плоскости изображения, образованных расходя- щимися гомоцентрическими пучками лучей, испу- скаемых точками поверхности объекта. В частно- сти, изображениями вершин прямоугольного фа- сада ABCD (рис. 4.42) противостоящего здания на вертикальной плоскости задней стены помещения •будут гомоцентрические проекции светопроема А1Л2А3Л4, В1В2Л3В4,... и т.д., проецируемыецзто- чек-оригиналов Л, В, С и D. Для построения кон- тура размытого и перевернутого перспективного изображения фасада достаточно соединить эти проекции отрезками прямых AiZ>i, A2D2 и т.д. Та- ким образом, в размытом изображении светящая точка изображается плоской фигурой, соответст- вующей форме отверстия, светящая линия — псев- д©пространственным телом A1A2A3A4D1D2D3D4, образованным сдвигом этой фигуры, светящая фи- гура — замкнутой комбинацией таких тел. Стягивание отверстия 1234 в точку О перево- дит размытое изображение фасада в его четкую перспективную проекцию аЬс(Г поэтому для раз- мытого изображения в принципе остаются спра- ведливыми все законы и методы построения обыч- ной перспективной проекции. Так, размытое изо- бражение параллельных прямых сходится в раз- мытом изображении Г2'3*4' точки схода f\ представляющем собой косоугольную проекцию отверстия 1234 на плоскости из ражения, т.е.
122 Часть II. Архитектурная светология В С предел гомоцентрической проекции отверстия из бесконечно удаленной натурной точки схода светя- щих прямых AD и ВС. Зона схождения 7*2’34’ этих горизонтальных прямых принадлежит размы- тому изображению горизонта, ширина полосы ко- торого равна высоте светопроема. На рис. 4.42 можно обнаружить также и ряд других соответст- вий между размытым и четким изображениями фасада. В показанном на рис. 4.42 нормальном изо- бражении фасада действительной является только его центральная часть, ограниченная прямоуголь- Рис. 4.42. Геаметрия нор- мального и анаморфирован- ного размытых изображе- ний элементов внешней среды на поверхностях по- мещения ником задней стены помещения. Периферийная область изображения, проецируемая на перпенди- кулярные отверстию поверхности пола, потолка и стен, претерпевает на них анаморфотные искаже- ния, порождаемые непараллельностью плоскостей отверстия и изображения. Анаморфотные искаже- ния нарушают подобие изображений светящих то- чек фигуре отверстия. Изображениями вершин В и
Глава 4. Архитектурное освещение 123 С фасада на полу помещения будут перспективные проекции В\ВгВзВд и С1С2С3С4 отверстия, точки схода которых есть ортогональные проекции на плоскость изображения светящих точек В и С. Ана- морфи} ванные изображения вертикальных ребер АВ и CD фасада сходятся в размытой зоне схожде- ния 1234, представляющей с проекцию отверстия на плоскость изображения, т.е. предел его гомоцентрической проекции из бес- конечно удаленной натурной точки схода прямых АВ и CD, Таким образом, анаморфотные и перс- пективные искажения изображении имеют одина- ковую оптико-геометрическую природу и опреде- ляются одинаковыми методами проецирования. Правильно размытое перспективное изобра- жение образуется только при расположении объек- та в параксиальной, т.е. приосевой облети про- странства, ограниченной параксиальным цилинд- ром А56—78В (рис. 4.43,а), когда апертурной (действующей) является внутренняя диафрагма 56—78 отверстия в ограждении конечной толщи- ны. Изображение всякой непараксиальной точки М искажается двойным диафрагмированием све- тового потока. В этом случае избражением точки М будет пересечение MsNMyL гомоцентрических проекций МхМгМзМд и наружной и внутренней диафрагм, т.е. проекция апертурной диафрагмы отверстия, состоящей из действующих участков этих диафрагм. Апертурные искажения ограничивают поле изображения внешней среды телесным углом и нарушают перспективность структуры размытых изображений линий. Геомет- рия апертурно размытого перспективного изобра- жения довольно сложна. Простейшее поле апер- турных искажений нормального изображения то- чек фронтальной плоскости показано на рис. 4.43,6, Распределение освещенности в размытом оп- тическом изображении определяется законом про- екции телесного угла, в котором виден из освещае- мой точки светящий объект. Условия ограничения видности объекта через отверстие можно опреде- лить по характеру сдвига и наложения изображе- ний контурных точек объекта. Выделим на отрезке светящей прямой АВ (рис. 4,44,а) несколько то- чек, расположенных с интервалом /, и построим на освещаемой поверхности его непрерывное (б) и дискретное (в) изображения, размытые квадрат- ным отверстием 1234. Очевидно, что точки 1—1— 1—1—1, 2—2—2—2 и 3—3—3 пересечения конту- ров изображений светящих точек отрезка, распо- ложенных с интервалами /, 2 I и 3 /, принад- лежат изолиниям видности отрезка, т.е. геометрическому месту точек изображения, из ко- торых видны одинаковые по длине участки отрез- ка. Такое преобразование дискретного изображе- ния в изолинии справедливо в зонах JB3A3A1C1 и BaCtAzBz, из точек которых видность отрезка огра- ничивается смежными сторонами квадрата отвер- стия. Видность конечных участков отрезка из зон А1А3А4С2, С2А4А2, В\ВзС\ и B\C\BaBz ограничива- ется одной сто! ной отверстия и, следовательно, изолиниями видности в этих зонах будут контуры изображений светящих точек, отстоящих от кон- цов отрезка на кратные I интервалы. Замкнутые ломаные линии О,1,2 и 3 образуют семейство крат- ных / изолиний поля линейной видности отрезка из точек его изображения. Допустим, что освещенность размытого изо- бражения светящей точки равномерна. Тогда ана- логичное показанному на рис. 4.44,в преобразова- ние дискретного изображения отрезка, построен- ного по точкам, расположенным с неравными ин- тервалами соответствующими равному приращению освещенности четкого изображения отрезка Аойо» даст приближенные изолинии поля освещенности размытого изображения отрезка (рис. 4.44,г). Поля видности и освещенности имеют одина- ковую зональную структуру, порождаемую неоди- наковыми условиями ограничения видности светя- щего объекта из точек изображения. Поэтому фун- кции видности и, следовательно, освещенности в каждой зоне уникальны, т.е. действительны только в границах данной зоны. Границы зон совпадают с линиями псевдопространственной структуры пло- ского изображения отрезка (см. рис. 4.44,а) и при- надлежат граничным плоскостям пространствен- ных зон, п ходящим через стороны и вершины от- верстия 1234. Пространственная зональная струк- тура светового поля зависит только от формы и взаиморасположения светящего объекта и отвер- стия. Границы зон являются особыми линиями по- ля, на которых значения функций видности и осве- щенности смежных зон совпадают, но происходит разрыв градиента полей. Это обнаруживается в ви- де резкого излома графиков и изолиний видности и освещенности на границах зон. В реальной световой среде светящие линии об- разуются разрывом яркости светящих поверхно- стей, т.е. являются контурными линиями ее ярко- стных деталей. Размытые изображения таких ли- ний составляют контурную область изображения, в которой происходит оптическое смешение (сложе- ние) изображений смежных элементов среды. Так, контурная область изображения фасада ABCD (см. рис. 4.43) состоит из зон НФ и ЗФ, в которых изо- бражение фасада смешивается с изображениями неба или земли. Размытое изображение линии го- ризонта образует контурную область НЗ, в которой смешиваются изображения неба и земли. Пересе- чения контурных областей образуют общие зоны НЗФ, где смешиваются изображения всех трех эле- ментов среды. Вне контурных областей располага- ются зоны Н,ЗнФ чистых изображений неба, зем- ли и фасада, причем в случае пересечения зон НЗФ чистое изображение фасада может отсутствовать. Обозначения зон указывают также, участки каких элементов внешней среды можно наблюдать из точек этих зон. Например, из зоны Ф виден толь- ко фасад, а из зоны НЗФ — все элементы среды. Как и в рассмотренном выше изображении идеаль-
124 Часть IL Архитектурная светология ной светящей линии (см. рис. 4.44), контурные зо- ны изображения фасада разделяются на подзоны НФ\, НФ2>... и т.д., в которых ограничения водно- сти различны и, следовательно, различны функ- ции освещенности. Ку сочно-гладкий зональный характер функ- ций освещенности размытых изображений суще- ственно осложняет точные расчеты полей КЕО в помещениях. В настоящее время такие расчеты вы- Рис. 4.43. Апертурное иска- жение изображения непа- раксиалъной светящей точ- ки М (а) и поле апер- тур нормальною изображе- ния фронтальной плоскости (6), размытых квадратным отверстием в ограждении конечной тол- щины (А \A2B6B 5 — пара- ксиальная область изобра- жения, С805 и С7О6 — диагонали подобия апер- тур фигуре отверстия)
Глава 4, Архитектурное освещение 125 Рис. 4.44. Схема линейной и угловой видност и светя- щей линии из точек ее изображения, размытою квадратным отверстием (а); зональная структура изображения (б) и преоб- разования дискретных изо- бражений линии в изоли- нии полей видности (в) и освещенности (г) полнены только для простейшей уличной среды ABCD (рис- 4.45), ограниченной бесконечно про- тяженными фасадами противостоящих зданий. с»: стейшее поле КЕО в помещении состоит не бо- лее чем из шести зон, образованных изображения- ми 12А12А34З4 и 12В12В34З4 контуров А и В фасада противостоящего здания. Контурные зоны не име- ют подзонального членения, так как фасад парал- лелен сторонам 12 и 34 светопроема. При By шестизональная структура изображения уличной среды переходит в трехзональную Ш—НЗ—3) структуру изображения открытого горизонта, а при Вз-*- О — в чистое изображение фасада. Поля КЕО элементарных изображений неба, фасада и земли при типичной ширине улицы Вз 2,5Яз показаны на рис. 4.46. Как видно на рисунке, в зонах чистых изобра- жений экстремальное строение полей КЕО опреде- ляется законом проекции телесного угла, в котором из точек этих зон виден светопроем. В контурных зонах более быстрое снижение КЕО к границам изображения обусловлено также уменьшением видности элементов среды через светопроем. Эти геометрические закономерности составляют осно- ву распределения КЕО, на которую накладывают- ся размытые и перевернутые перспективные изо- бражения распределений яркости неба, фасада и земли (см. рис. 4.45). Они не меняют экстремаль- ного характера распределений, а лишь количест- венно корректируют их. Особенно наглядно это об-
126 Часть IL Архитектурная светология Рис. 4.45. Схема образова- ния зональной структуры поля КЕО в помещении, выходящем светопроемом в бесконечную уличную среду. На схеме улицы даны рас- пределения относительной светимости (яркости) фаса- да ( = 0,5) и земли (* 0,3) БОКОВАЯ СТЕНА наруживается в изображении ясного неба, когда в симметричных зонах изображения возникает не- симметричный рисунок изолиний, отображающий обратную картину азимутальной неравнояркости неба. Проецируемое светопроемом изображение засвечивается многократными отражениями от по- верхностей помещения. Поле КЕО засвеченного изображения описывается системой линейных ин- тегральных уравнений Фредгольма: Ziti “ £ni(ti) + Kijiti, sj) j*1 • Zj(sj)dSj\ ij “ 1, 2, (4.25) где — результирующий KEO в точке ti осве- щаемой поверхности S; помещения; £ru(4) — на- чальный KEO незасвеченного изображения в той рии развертки поверхно- стей помещения, штрихо- выми — границы зон изо- бражений) Рис. 4.46. Поля КЕО изо- бражений неба (а), фаса- да (б) и земли (в) (штрихпунктирными линия- ми показаны оси симмет- же точке (прямая составляющая КЕО); JOj — ко- эффициент отражений /-й отражающей поверхно- сти; sj) — ядра системы, представляющие со- бой отношение освещенности, создаваемой в точке ti бесконечно малой отражающей площадкой dSj поверхности Sj, к излучаемому этой площадкой световому потоку; п — число отражающих повер- хностей помещения, причем любая из них рассмат- ривается как освещаемая (Si) и отражающая Sy, — результирующий КЕО в точке Sj отражающей поверхности Sj. Поскольку освещаемая поверхность Si при- надлежит множеству отражающих поверхностей
Глава 4. Архитектурное освещение 127 Рис. 4.47. Поля засвечива- ния, порождаемые изобра- 6} жениями неба (а), фаса- да (б) и земли (в) ется функцией всего поля прямой составляющей КЕО в целом. Это существенно затрудняет разра- ботку достаточно п( стых и точных практических Sj, то в системе, приведенной в работе [2], неизве- стные функции £ i(6), принадлежащие множеству £ j(sj), стоят также и под знаком интеграла. Интегральные уравнения освещенности вы- ражают принцип постоянства освещенности, кото- рая согласно закону сохранения энергии устанав- ливается в помещении в результате многократных отражений света от его поверхностей. Решение уравнения имеет следующий вид: п itti) “ Eni(tr) + S Ру Rijiti, Sj, ' j -1 ay ^*nj(sy)dSy*, i,y-1,2, 3,...n, (4.26) где Rij(ti, Sj, ) — резольвенты (разрешающие яд- ра) системы, представляющие собой отношение результирующей освещенности, создаваемой в точке 6 элементарной площадкой dSj, к отражен- ному ею начальному световому потоку, т.е. к вели- чине J3; Е ту (sj) d Sj. Резольвенты не зависят от начального распре- деления КЕО и определяются только оптико-гео- метрическими параметрами помещения. Поэтому решение, приведенное в работе [2], является об- щим, т.е. справедливым для любых распределений £ту($>) в данном помещении. Выражение под знаком методов расчета КЕО. Резольвенты освещенности не выражаются в элементарных функциях. Их численное представ- ление очень громоздко и трудоемко. Поэтому в све- тотехнических исследованиях пользуются прибли- женными частными решениями системы работы [2]. Для этого отражающие поверхности разбива- ются на т конечных элементов A s, в пределах ко- торых освещенность считается равномерной, на ос- нове закона проекции телесного угла вычисляются конечно-элементные ядра, интегрирование заме- няется суммированием, и система работы [2] сво- дится к системе алгебраических уравнений поряд- ка тп. Ее решение методами Гаусса или последо- вательных приближений дает значения £ /(б) толь- ко для заданного распределения £ ш(6). Рассчитанные таким образом поля засвечивания £о|(6), порождаемые показанными на рис. 4.46 эле- ментарными изображениями неба, фасада и земли при коэффициенте отражения пола, равном 0,3, стен — 0,5 и потолка — 0,7, приведены на рис. 4.47. Как видно на рисунке, поля засвечивания имеют гладкое строение. Разрыв изолиний на ре- брах помещения обусловлен лишь тем, что КЕО ор- тогональных поверхностей являются разными ска- лярными составляющий вектора’ КЕО. Распреде- ление Ео в поле засвечивания задается главным разом конфигурацией поля £ п и положением его суммы есть отраженная составляющая КЕО £«(6) максимумов. Максимумы £ о есть отражения мак- в точке 6 поверхности Si. Таким образом, из работы [2] следует, что отраженная составляющая КЕО в ль й точке помещения практически не зависит от прямой составляющей КЕО в данной точке, а явля- симумов £ п на противоположных и смежных по- верхностях помещений. Это хорошо видно при сравнении полей £ п и Е 0 неба и земли (рис. 4.46, 4.47,а,в).
128 Часть II. Архитектурная светология Рис. 4.48. Прямая (а) и отраженная (б) составляю- щие результирующего поля КЕО в помещении (в) Поля КЕО изображения фасада имеют более сложное и изменчивое ение. По мере удаления здания изображение его фасада смещается на сте- ны помещения. Совмещение максимумов £п на стенах с обширными нулевыми зонами изображе- ния на полу и потолке приводит к взаимокомпенса- ционному снижению 5 о у окна и перемещению максимумов £ о в глубину помещения (рис. 4.46, 4.47,6). Если значения £п на задней стенке поме- щения достаточно велики, то на смежных с ней по- границах зон. Величина разрывов зависит от степе- ни диафрагмирования изображения светопроемом и яркостных контрастов деталей внешней среды. Поэтому на рис. 4.48,а,бнаиболее отчетливо виден излом изолиний на границе изображения неба. Изображения фасада и земли сливаются обычно в верхностях возникает седловидно-экстремальная структура поля £ о с ясно выраженным минимумом €о (рис. 4.46, 4.47,б,в). Качественные зависимости полей £ о довольно просты: значения £о тем боль- ше, чем больше и £п/ на противоположных и смежных поверхностях помещения; однако коли- чественные выражения этих зависимостей весьма сложны и изменчивы. Изображения элементов внешней среды (см. рис. 4.46) и порождаемые ими поля засвечивания (см. рис. 4.47) в сумме составляют результирую- щее поле КЕО в помещении (рис. 4.48,в). Качест- венная картина распределения КЕО в этом поле за- дается полным изображением внешней среды (рис. 4.48,а). В зонах чистых изображений поле КЕО полного изображения совпадает с полями КЕО изо- бражений неба, фасада и земли. Сложение элемен- тарных полей КЕО в контурных зонах сглаживает контрасты освещенности между размытыми изо- бражениями яркостных деталей внешней среды, а действие закона проекции телесного угла приводит к образованию устойчивых максимумов вблизи ок- на и к однообразному снижению КЕО по глубине помещения. Поэтому общая градиентная структу- ра поля КЕО полного изображения весьма близка к строению поля диффузно-на правде иного излуча- ющего светопроема. Дискретная оптическая природа поля КЕО проявляется в основном в разрывах градиента на общий, менее освещенный фон со ела .о. выражен- ной зональной структурой. Исключения бывают при наличии снежного покрова и солнечного осве- щения, когда яркость земли и (или) фасада может превышать яркость неба. Наиболее резкий излом изолиний наблюдается на границе изображения солнца, представляющего собой косоугольную проекциюсветопроема, т.е. размытое изображение бесконечно удаленной светящей точки. Поле засвечивания полного из ажения внешней среды (см. рис. 4.48,6) является суммой элементарных полей засвечивания (см. рис. 4.47). Гладкое поле £ о не влияет на зональную структуру результирующего поля КЕО, но заметно снижает его градиент. Если в поле £п при относительной ширине улицы 0,5—2,5 отношение £макс/ £минна полу помещения достигает соответственно 120— 30, то в поле € оно составляет лишь 30—12. Отра- женная составляющая КЕО в глубине помещения может в 2— 15 раз превышать прямую составляю- щую. Вклады прямой и отраженной составляющих КЕО и тем более различных элементов внешней среды в результирующий КЕО помещения опреде- ляются конкретными оптико-геометрическими па- раметрами среды и помещения и могут изменяться в сколь угодно широких пределах. Рассмотренные выше принципиальные зако- номерности светораспределения в помещении с од- ним светопроемом остаются справедливыми также
Глава 4. Архитектурное освещение 129 и для помещений с любым числом как угодно рас- положенных светопроемов. В сложных системах естественного освещения поля КЕО являются сум- мой (наложением) засвеченных изображений внешней среды, проецируемых на поверхности по- мещения каждым светопроемом в отдельности. Та- кие поля КЕО имеют очень сложную раздроблен- ную зональную структуру, однако благодаря свой- ству аддитивности изображений всегда могут быть разложены на элементарные составляющие КЕО. Псевдодиффузный характер общей градиент- ной структуры полей КЕО маскирует их оптиче- скую природу. Визуально различить на поверхно- стях помещения детали размытого изображения внешней среды можно только при контрастном сол- нечном освещении. В условиях облачного неба не- значительные переломы функции освещенности трудно заметить даже при измерениях КЕО. Опти- ческая природа полей освещенности была обнару- жена не экспериментально, а в процессе разработ- ки математической модели поля для ЭВМ. Именно практическая потребность в компьютерных про- граммах расчета КЕО заставила более глубоко за- глянуть в сущность моделируемого явления. Понимание поля КЕО как оптиче- ского изображения не только дает на- дежную геометрическую базу для его математического описания, но и пред- ставляет для решения светотехниче- ских задач, по существу, готовый ме- тодологический и терминологический аппарат оптики, начертательной гео- метрии и компьютерной графики. Вме- сте с тем оптические представления вынуждают в полной мере осознать сложность проблемы создания доста- точно точных и простых методов рас- чета естественного освещения. Явля- ясь, по существу, кинематографиче- ским изображением городского пейза- жа, поле КЕО в помещении так же неповторимо и изменчиво, как непов- торим и изменчив любой городской пейзаж. Оптическая теория еще не на- шла применения в практике расчетов КЕО, однако уже продемонстрирован- ные выше преимущества оптико-гео- метрического подхода к объяснению и описанию закономерностей светорасп- ределения в помещениях дают осно- вание утверждать, что эта теория сыг- рает важную роль в дальнейшем раз- витии строительной светотехники. 4.7. Источники искусст- венного света и осветительные приборы Средства искусственного ос- вещения — источники света и осве- тительные приборы являются элемен- тами архитектуры и выполняют раз- нообразные функции. Во многих слу- чаях свет этих источников заменяет или дополняет естественный свет и со- здает среду, отвечающую высоким тре- бованиям эстетики и комфорта. С доисторических времен человек использует огонь, одно из великих своих открытий, как источ- ник тепла и света. Античные источники рукотвор- ного света — факелы, лучина, жировые и масля- ные светильники — сохранились, по существу, до XIX в.; в средние века к ним прибавилась свеча, в XIX в. — керосиновый и газовый фонари, которые для некоторой части населения земного шара со- хранили свое значение и в наше время. Эти источ- ники характеризуют длительный доэлектрический период эволюции средств освещения. Малая мощность этих источников, низкий ко- эффициент использования при преобразовании тепловой энергии в световую, примитивное уст- ройство и однообразие излучаемого ими спектра ограничивали их роль в архитектуре, в создании комфортной среды. Однако стремление придать художественно выразительную форму светцам и плошкам, каганцам и лампадам, торшерам и фона- рям, лампам и люстрам, освещавшим храмы и дворцы, жилища и улицыi свидетельствует о вни- мании древних мастеров, заказчиков и потребите- лей к этим деталям быта. Потребность в улучшении освещения интерьеров приводила к увеличению числа сосудов для масла или подсвечников. Разме- ры светильников все возрастали, для их изготовле- ния применяли ценные материалы, они богато ор- наментировались. В средневековых соборах Киев- ской Руси и Западной Европы появились много- ярусные светильники и люстры в виде грандиозных венцов: при зажженных плошках или свечах они создавали зрительное впечатление членения цент- рального нефа на несколько частей по вертикали. В последующие века подобные люстры стали применять не только в культовых зданиях; им при- давали формы, соответствующие архитектуре ин- терьера. Известны высокохудожественные люстры эпохи барокко, изысканные по рме люстры эпо- хи русского классицизма, в которых применялись венецианское лепное стекло, граненый хрусталь, цветное стекло, золоченые пластически вырази- тельные детали. Концентрация огоньков свечей, многократно умноженных бликами, отражением и преломлением света в подвесках и арматуре люстр, в сочетании с зеркальной и цветовой отделкой стен
130 Часть II. Архитектурная светология и плафонов и с блистающими мозаичными полами создавала впечатление необычайной нарядности, праздничности интерьера, насыщенности его све- том. Большое внимание, которое уделяли архитек- торы и мастера форме, материалу, декоративной отделке светильников, хорошо найденная масш- табность, цветовая гамма и разнообразие освети- тельных приборов (подвески, бра, канделябры, жирандоли) свидетельствуют о высокой культуре проектирования интерьера, в значительной мере утраченной ныне. Индивидуализированные све- тильники прошлых эпох были предметом развитого кустарного производства. В XIX в. на смену свечам пришли керосино- вые и газокалильные лампы, имеющие более высо- кую световую отдачу. Творческие усилия специа- листов были направлены на поиск формы новых светильников, отвечающих условиям массового за- водского изготовления, на сочетание дешевизны с высоким художественным качеством изделий. На рынке появляется большое разнообразие прибо- ров — подвесных, настольных, настенных, разли- чающихся между собой конструктивным устройст- вом, размерами, формой, материалом, цветом, ху- дожественной отделкой, стоимостью. Керосиновые и газовые фонари с калильной сеткой стали осве- щать улицы и площади городов. Революционный скачок в технике освещения произошел в конце XIX в. с созданием первых элек- трических ламп. Приоритет в этой области принад- лежит русским ученым. Начальной датой в исто- рии развития электрических источников света сле- дует считать 1802 г., когда В.В.Петров открыл яв- ление электрической дуги, неправильно названной впоследствии вольтовой. Дальнейшие принципи- альные усовершенствования принадлежат А.И.Шпаковскому, В.Н.Чиколеву (электромаг- нитный регулятор длины дуги), А.Н.Лодыгину и П.Н.Яблочкову. В 1872 г. Лодыгин впервые проде- монстрировал в Петербурге созданную им лампу накаливания, а в 1874 г. на Конногвардейской ул. (ныне Суворовский пр.) загорелись первые улич- ные фонари с этими лампами. Поразивший оче- видцев своей яркостью свет излучал раскаленный угольный стержень, заключенный в стеклянную колбу, из которой кислород удалялся за счет сгора- ния части угля при прохождении через него элект- рического тока. Благодаря этому оставшаяся часть стержня светила относительно долго. Лампа демон- стрировалась в 1881 г. на Всемирной выставке в Париже. Работая над улучшением лампы, Лоды- гин, а за ним Эдисон, Ленгмюр и другие внесли ряд изменений (вольфрамовая спираль, откачка возду- ха из колбы, заполнение ее инертными газами и т.д.), что улучшило ее характеристики. Поиск спо- собов повышения эффективности ламп накалива- ния продолжается и сегодня. На первом этапе разработки источников элек- трического света более широкую известность и рас- пространение получила дуговая лампа-свеча, со- зданная в 1876 г. П.Н.Яблочковым. Свет в ней из- лучала электрическая дуга, горящая между двумя параллельными угольными электродами, разде- ленными между собой каолином и заключенными в шарообразную колбу из молочного стекла. Сегод- ня область применения дуговых ламп ограничена специальными задачами, например, благодаря ма- лым размерам светящего тела и относительно вы- сокой интенсивности концентрированного излуче- ния они используются в зенитных прожекторах, создающих узкий и мощный пучок параллельных лучей света. Ниже приведены значения световой отдачи некоторых источников света, лм/Вт: свеча .................................0,1 лампа керосиновая ....................0,25 лампа газокалильная ..................1,12 лампы накаливания нормальные . . . 8—19,5 лампы дуговые с угольными электродами .........................4—39 лампы газоразрядные ............... 30—200 Лампы накаливания имеют ряд серьезных не- достатков, главный из них — низкий световой КПД (2—3%). Поиск более эффективных источников привел к созданию принципиально иного типа ламп, получивших название газоразрядных. В них использован эффект свечения газа (ксенона, арго- на, неона, гелия) или паров металла (ртути, натрия и др.) при пропускании через них электрического разряда. Свечение паров ртути было описано еще М. В. Л омоносовым. Первую ртутную лампу создал русский изобретатель И.Репьев в 1879 г. В конце XIX в. начали применять газосветные трубки с азо- том и углекислотой, включая их в сеть высокого на- пряжения. В 30-е годы нашего века появляются ртутные лампы низкого и высокого давления и на- триевые лампы низкого давления. В послевоенный период созданы ксеноновые, металлогалогенные и натриевые лампы высокого давления. Пути развития источников света всегда определялись стремлением осу- ществить наиболее экономичное пре- образование электрической энергии в световую, получив при этом сравнимое с естественным качество оптического излучения. Экономичность или эффек- тивность электрических ламп обычно характеризуют величиной их световой отдачи, лм/Вт, т.е. количеством лю- менов , излучаемых лампой при по- треблении энергии мощностью 1 Вт, а также сроком ее службы. Сегодня промышленный ассорти- мент выпускаемых источников света весьма разнообразен по диапазону
Глава 4. Архитектурное освещение 131 Таблица 4.30. Основные характеристики источников искусственного света, применяемых в осветительных установках кие — диапазон мощностей, Вт Световые и экономичес- кие: световая отдача, лм/Вт срок службы, ч Цветовые: цветовая температу- ра, К общий 9-19 (50-60)* 500-2000 (15000) 22-30 (50) 30-63 (75) 2000-3000 10000- (10000) 15000 60-112 300- 20000 66-150 (180) 10000- 24000 70-200 (400) 2000— 18000 40-104 (130) 10000- 60000 2500-2700 3000-3400 3300-4500 2200-7000 1900-3000 Монохро- 2600- матическое 6700 излучение, 100** 100** 40-52 55—93 20-85 Х = 589нм До 99 индекс цве- топередачи Условные обозначения: ЛН — лампы накаливания (нормальные, зеркальные, прожек- торные) ; ГЛН — галогенные лампы накаливания; ДРЛ — дуговые ртутно-люминесцентные лампы; МГЛ — металлогалогенные лампы; НЛВД — натриевые лампы высокого давления; НЛНД — натрие- вые лампы низкого давления; ЛЛ — люминесцентные лампы (в том числе компактные ЛЛ). Примечания: 1.В скобках указаны некоторые прогнозируемые характеристики на ближай- шую перспективу. 2. Цветовая температура стандартных ИС: А — 2856 К (свет ЛН) ; В — 4870 К (свет Солнца) ; С — 6770 К (свет облачного неба), см. гл. 6. *Тело накала на основе полупроводников. ** Для тепловых ИС это условная величина. мощностей и размеров колб, а также светотехнических, цветовых и эконо- мических характеристик. Это ставит перед проектировщиками вопрос о ра- циональном выборе типа ламп при разработке осветительных установок различного назначения и при решении вопросов световой архитектуры ин- терьера и города. К основным характеристикам ис- точников света относятся электриче- ские (напряжение, мощность), геомет- рические (размеры и форма колб), све- товые (световой поток, световая отда- ча, яркость), цветовые (спектральный состав, цветность излучения, цветопе- редача), экономические (стоимость, срок службы). В табл. 4.30, составленной по оте- чественным и зарубежным материа- лам, приведены основные показатели источников света (ИС), применяемых в осветительных установках общего назначения в интерьере и наружных пространствах. По принципу преобразования электрической энергии в световую все источники света разделяются на два класса: тепловые и газоразрядные. Тепловые источники света. В теп- ловых источниках свет излучает тело накала, разогревающееся под воздей- ствием проходящего через него элек- трического тока до температуры свыше 1000 К, когда в его излучении кроме тепловых (инфракрасных) лучей появ-
132 Часть 11. Архитектурная светология ляются видимые длинноволновые лучи спектра. Закономерности теплового излуче- ния обычно изучают на идеальной мо- дели, называемой "абсолютно черным телом"; это тело, поглощающее все па- дающие на него излучения. Замкнутая полость любого непрозрачного тела яв- ляется черным телом, так как ее стен- ки поглощают все собственные излу- чения. Изменяя температуру внутрен- них стенок полости и наблюдая при этом ее излучение через маленькое от- верстие, экспериментально установили законы теплового излучения этого те- ла. Согласно этим законам при одной и той же температуре черное тело из- лучает больше любого другого (реаль- ного) тела; оно имеет сплошной не- прерывный спектр излучения; цвет- ность излучения резко изменяется с изменением температуры тела, при этом происходит перемещение макси- мума излучения по спектру и чрезвы- чайно энергичное изменение величины этого максимума. В пределах темпе- ратур от 3750 до 7800 К максимум излучения находится в области види- мых излучений. При выходе темпера- туры за эти пределы максимум излу- чений соответственно перемещается в инфракрасную или ультрафиолетовую области спектра. Чем большая доля излучений при- ходится на видимую область спектра, тем выше коэффициент полезного дей- ствия (световой КПД) источника све- та, выражаемый отношением светового и лучистого потоков Ф / Фе. Если повышать температуру излучателя, то вначале происходит рост светового КПД до максимума при Т = 6500 К (примерно температура Солнца), а за- тем его значение падает, так как мак- симум излучения перемещается за пределы видимого спектра. Макси- мальное значение КПД 14% является пределом экономичности для тепловых источников света, а положение этого максимума определяется, по-видимо- му, приспособлением человеческого глаза в процессе эволюции к излуче- нию основного природного источника света — Солнца. Температура черного тела, изме- ряемая по шкале Кельвина, определя- ет цветности его излучения. Цветность свечения реального тела, в том числе тепловых источников света, может быть охарактеризована так называе- мой цветовой температурой Тцв, т.е. температурой, при которой цвет- ность излучения черного тела сов- падает с цветностью излучения дан- ного тела. Цветовая температура влияет на цвет объектов и на цветовую адапта- цию наблюдателя, поэтому комфорт- ность освещения во многом зависит от правильного выбора Тцв. Однако цве- товая температура не дает исчерпыва- ющего представления о качестве цве- топередачи ламп, зависящем от спек- тров их излучения. Разнообразие спектров источников искусственного света обусловило необ- ходимость введения и контроля спе- циальной характеристики качества их цветопередачи — общего индекса цве- топередачи Ra (см. гл. 6). Лампы накаливания являются ос- новным типом класса тепловых источ- ников света (рис. 4.49). Свет излучает разогретая до температуры около 3000 К вольфрамовая спираль. Свето- вая отдача, а следовательно и эконо- мичность ламп накаливания весьма малы, и существенное увеличение их без принципиальных изменений кон- струкции практически невозможно, так как температура плавления воль- фрама (3653 К) ставит в этом отно- шении естественный предел. В диапа- зоне величин световой отдачи (см. табл. 4.30) более высокие значения обеспечиваются за счет компактности и утолщения спирали, улучшения со- става заполняющих колбу инертных газов, введения в них специальных до-
Глава 4, Архитектурное освещение 133 Рис. 4.49. Лампы накалива- ния а — вариации формы и факту- ры колбы и мощности ламп; б — трубчатые галогенные лампы накаливания мощно- стью 500,1000,1500 и 2000 Вт; в — спектр излучения ламп накаливания бавок, напыления на внутреннюю по- верхность колбы теплоотражающего покрытия. Недостатком ламп является и небольшой срок их службы, что вме- сте с низкой световой отдачей повы- шает эксплуатационные расходы. Лампы накаливания имеют сплош- ной (непрерывный) спектр излучения с максимумом в желто-оранжевой об- ласти видимого спектра, а на корот- коволновую часть приходится незна- чительная доля излучений. Поэтому при освещении ими восприятие цвета заметно отличается от дневного: ’’теп- лые" (красные, оранжевые, коричне- вые) цвета воспринимаются более яр- кими, чем днем; ’’холодные" (зеленые, синие, фиолетовые) — ослабляются, жухнут; бледно-желтый цвет трудно отличить от белого.
134 Часть IL Архитектурная светология Путем применения светофильтров и цветных колб, частично поглощаю- щих оранжево-красное излучение, в принципе можно повысить цветовую температуру ламп накаливания с 2500—2700 до 3500—4000 К, но све- товой поток при этом снизится на 30— 35%. Лампы накаливания имеют ряд преимуществ перед газоразрядными: они значительно дешевле и экологи- чески чище, просты в обслуживании, включаются в сеть без дополнитель- ных устройств, малочувствительны к температуре окружающей среды, хо- рошо работают в динамическом режи- ме, имеют относительно небольшие размеры и тело накала, отличаются разнообразием модификаций, малыми первоначальными затратами при обо- рудовании осветительных установок, высоким уровнем механизации произ- водства. Хотя доля светового потока ламп накаливания составляет сегодня у нас лишь 30% (70% — газоразряд- ные лампы), область их применения все еще широка и во многих случаях они не имеют равноценной замены. Бытовые светильники, люстры и встроенные светильники для обще- ственных интерьеров, системы местно- го освещения в помещениях, сцениче- ское освещение, освещение витрин и фасадов, световые табло и реклама, иллюминационное и подводное осве- щение — все это примеры использо- вания ламп накаливания. Основным типом ламп накалива- ния являются лампы общего назначе- ния (нормальные), выпускаемые в на- шей стране в пределах шкалы мощ- ностей от 15 до 1500 Вт на напряже- ние 127 и 220 В (табл. 4.31). Выпускается большое число типов специальных ламп на стандартное на- пряжение: зеркальные, цветные, про- жекторные, галогенные, а также на пониженное напряжение: местного ос- вещения, сигнальные, транспортные, Таблица 4.31. Параметры отечественных ламп накаливания на напряжение 220 В Лампы на- каливания Тип лампы Све- товой по- ток, лм Осе- вая сила света Срок служ- бы, ч Общего наз- начения : В-ва- В220-15 105 - 1000 куумные В220-25 220 — 1000 Б-би- Б220-150 2100 - 1000 спираль- ные БК - БК220-40 460 - 1000 биспи- БК220-60 790 - 1000 раль- БК220-75 1020 - 1000 ные БК220-100 1450 - 1000 крипто- новые Г-га- Г220-200 2920 - 1000 зопол- Г220-300 4610 - 1000 ные Г220-500 8300 - 1000 Г220-750 13100 - 1000 Г220-1000 18600 - 1000 Г220-1500 29000 - 1000 Прожектор- ПЖ220-500 10500 - 160 ные ПЖ220-1000 21000 - 150 Зеркальные, св етор ас- предел ения ; ЗК - ЗК220-40 - 530 1000 концент- ЗК220-60 - 890 1000 риро- ЗК220-100 - 1780 1000 ванного ЗК220-150 - 1540 1500 ЗК220-200 - 2090 1500 3K220-300 - 3190 1500 ЗК220-500 - 5550 1500 ЗК220-750 - 16500 1500 ЗК220-1000 - 22600 1500 ЗС- ЗС220-40 - 180 1100 сред- ЗС220-60 - 300 1100 него ЗС220-100 - 590 1100 3IU — ЗШ220-300 - 1100 1250 широко- ЗШ220-500 - 1980 1250 го 31П220-750 - 3190 1250 ЗШ220-1000 - 4950 1250 Галогенные КГ220-1000 22000 - 2000 КГ220-1500 33000 - 2000 КГ220-2000 44000 - 2000 КГ220-5000 110000 - 3000 КГ220-ШООО 220000 - 3000 КГ220-20000 440000 - 3000 Зеркальные КГ3220-75 - 500 1000 галогенные КГ3220-100 - 660 2000 КГ3220-150 - 1000 2000 Примечания: 1. Здесь и далее в табл. 4.32—4.35 световая отдача ламп определяется как частное от деления светового потока на мощность, лм/Вт. 2. Последняя цифра марки- ровки типа лампы обозначает ее мощность, Вт.
Глава 4. Архитектурное освещение 135 для оптических систем, подводные и др. Зеркальные лампы имеют колбы специально рассчитанной формы, час- тично покрытые изнутри слоем сереб- ра или алюминия. По существу, они являются лампами-светильниками. В зависимости от формы зеркала лампы имеют концентрированное, среднее или широкое распределение светового потока. Существуют также подобные им по устройству лампы с диффузно- отражающим слоем, прессованные зер- кальные лампы и лампы-фары. Колба нормальных ламп или вы- ходное отверстие зеркальных ламп мо- гут выполняться из матированного, молочного, рифленого или цветного стекла; последняя модификация широ- ко применяется в светомузыкальных и информационно-рекламных установ- ках. Прожекторные лампы отличаются от ламп общего назначения повышен- ной мощностью, а также тем, что нить накала располагается в одной плоско- сти, образуя применительно к разме- рам зеркала прожектора светящуюся точку. Благодаря этому можно полу- чить узкий пучок света, что необхо- димо для освещения небольших объ- ектов со значительного расстояния. Галогенные лампы накаливания (иногда их называют лампами с йод- ным циклом), созданные в 1959 г., яв- ляются новой ступенью в развитии этого класса источников света. Гало- генная лампа накаливания представ- ляет собой трубку из кварцевого стек- ла с вольфрамовой спиралью, укреп- ленной по ее оси на поддерживающих крючках. Колба заполняется аргоном, ксеноном или криптоном с добавлени- ем определенного количества паров йода (или других галогенов, т.е. хи- мических элементов главной подгруп- пы VII группы периодической системы Менделеева). Смысл этой добавки за- ключается в том, что пары йода спо- собствуют удлинению срока службы нити накала и повышению ее темпе- ратуры, а следовательно, и яркости, т.е. "побелению" света и повышению световой отдачи по сравнению с обыч- ными лампами накаливания. Галоген- ные лампы рациональны в большом диапазоне мощностей и применяются, например, в установках архитектурно- го освещения, а их специальные ти- пы — в проекционной и осветитель- ной технике, в автомобилях и т.д. Стремясь сохранить присущие лампам накаливания преимущества, зарубежные фирмы создали образцы новой лампы с телом накала на основе полупроводников. Световая отдача та- кой лампы достигает 50—60 лм/Вт, т.е. сравнима с характеристиками га- зоразрядных ламп, что делает ее весь- ма перспективной и конкурентоспособ- ной. Лампы накаливания, в том числе галогенные, для местного освещения выпускаются у нас мощностью 15— 500 Вт на напряжения 36, 24 и 12 В. Малогабаритные светильники с вы- сокоэффективными галогенными лам- пами накаливания низкого напряже- ния (ГЛН НН) находят все более ши- рокое применение в освещении вит- рин, музейных экспозиций, выставок, рекламы, рабочих мест и интерьеров общественных зданий за рубежом и в России. Газоразрядные источники света. Класс газоразрядных источников света более многолик, чем тепловых. Раз- рядные лампы основаны на использо- вании свойств газов или паров метал- лов светиться в электрическом поле. Каждому газу и металлу свойствен свой цвет свечения, причем, как пра- вило, в режиме низкого давления это свечение имеет линейчатый спектр, а в режиме высокого давления спектр приближается к сплошному. По ряду обстоятельств наиболее распростра- ненным химическим элементом, с помощью кото- рого создаются разрядные лампы, стала ртуть. Од- нако первые лампы, в колбе которых использова- лись пары ртути при низком давлении, применя-
136 Часть II. Архитектурная светология лись не для освещения, а в фотохимии, физиотера- пии и т.д., поскольку спектральные линии ртути лежат в коротковолновой части видимого спектра и за его пределами — в области ультрафиолета. Лам- СЁ екающего УФ-лучи. Для получения приемлемого по цвету светового излучения нужно трансформи- ровать УФ-излучение ртутного разряда в видимое, более длинноволновое, например с помощью лю- минофора, наносимого на внутреннюю поверх- ность колбы из обычного стекла, иди другими спо- собами, что и было осуществлено в люминесцент- ных и других ртутных лампах. Широкое применение ртути в га- зоразрядных лампах при массовом их выпуске создает серьезные проблемы утилизации вышедших из строя ламп. Поэтому в экологическом отношении они существенно проигрывают лампам накаливания. В ряде светотехнических фирм созданы образцы подобных ламп не на ртутной основе, экологически безопасных и потому более перспек- тивных. Газоразрядные лампы в последние десятилетия активно вытесняют теп- ловые источники света, особенно в ус- тановках наружного освещения и ос- вещения интерьеров производственных и общественных зданий, поскольку они имеют в 5—15 раз более высокую эффективность (световую отдачу и срок службы), широкий диапазон мощ- ностей и высокие единичные мощности (до 100 кВт), а также разнообразные спектры излучения. К числу недостат- ков, присущих этому классу источни- ков света, следует отнести более слож- ное, чем у ламп накаливания, вклю- чение их в сеть — через пускорегу- лирующие аппараты (ПРА), потери напряжения в ПРА до 20—30%, от- носительно высокую (вместе с ПРА) стоимость, неспособность работать в динамическом режиме (за исключени- ем некоторых типов), не всегда при- емлемые спектральные характеристи- ки. ПРА предназначены для создания высокого напряжения в момент зажи- гания лампы и для обеспечения ее ус- тойчивого горения. Газоразрядные лампы имеют разное рабочее давление газа (паров металла) в колбе, называемой разрядной трубкой или горелкой, и делятся по это- му признаку на лампы низкого (0,1 —104 Па), вы- сокого (ЗЮ4—106 Па) и сверхвысокого (более 106 Па) давления. К лампам низкого давления отно- сятся люминесцентные лампы и натри- евые лампы низкого давления. Люминесцентные лампы по ха- рактеру электрического разряда делят- ся на лампы дугового разряда с горя- чими катодами и лампы тлеющего раз- ряда с холодными катодами. Люминесцентная лампа дугового разряда представляет собой стеклян- ную колбу в виде трубки с впаянными на ее концах электродами. Стенки ее изнутри покрыты люминофором. В колбу вводится дозированная капелька ртути, а для облегчения зажигания лампы объем ее заполняется аргоном. Форма трубки у ламп общего назна- чения прямая, у ламп специального назначения — изогнутая, фигурная, иногда она подобна форме ламп нака- ливания или небольших светящих па- нелей. Для включения люминесцентной лампы в сеть существуют разные схемы пускорегулирующих устройств, из них наиболее распространена стар- терная схема. Стартер (пускатель) служит для ав- томатического подогрева электродов лампы, необ- ходимого для ее включения. Дроссель (балластное сопротивление) необходим для стабилизации силы тока в процессе горения лампы. Конденсаторы нужны для снижения уровня радиопомех, создава- емых лампой и пускателем. При пропускании электрического тока через лампу возникает дуговой разряд и происходят ис- парение ртути и свечение ее паров. Это излучение имеет линейчатый спектр с максимумом в невиди- мой УФ-области на линии с длиной волны 254 мкм. Ультрафиолетовое излучение ртутного разряда возбуждает свечение люминофора (эф- фект фотолюминесценции). Каждому люминофо- ру свойствен определенный спектр излучения, обычно сплошного характера, имеющий некото- рый максимум, в основном и определяющий цвето- вой тон излучения лампы. Комбинируя состав лю- S3 ЕЁ цветности свет. Цветопередача, обеспечиваемая люминесцентными лампами, в целом более благоприятна по сравнению с не-
Глава 4, Архитектурное освещение 137 Таблица 4.32. Параметры отечественных люминесцентных ламп Мощ- ность, Вт Срок службы, ч Размеры, мм Световой поток, лм ЛХЕЦ ЛТБЦ длина диаметр ЛД ЛДЦ ЛЕЦ ЛТБ ЛБ ЛХБ 15 15000 451 27 820 820 800 700 600 — * — 20 12000 604 40 1100 1200 1020 1000 850 865 30 15000 908 27 2020 2180 1940 1800 1500 1400 —№ 40 12000 1213 40 3100 3200 3000 2500 2200 2190 1930 1700 65 13000 1514 40 4650 4800 4400 4000 3160 3400 — 80 12000 1514 40 5200 5400 5040 4300 3800 — Общий индекс цветопередачи Ra 53 57 65 73 92 85 93 88 2700 3500 4500 6500 6000 3900 5200 2700 Цветовая температура Тпи, К которыми газоразрядными лампами, так как энергия излучения люмино- форов равномерно распределяется по всему диапазону видимого спектра, а не сосредоточена в нескольких спект- ральных линиях или полосах, как у большинства разрядных ламп. Для стандартных ламп стремятся создать цветности излучений, имити- рующие те или иные фазы, состояния естественного освещения. Основными типами отечественных стандартных ламп общего назначения являются ЛД (дневные), ЛХБ (холодно-белые), ЛБ (белые), ЛТБ (тепло-белые). Спектральные характеристики этих ламп (табл. 4.32) не вполне сов- падают со спектральными характери- стиками дневного света или абсолютно черного тела соответствующей темпе- ратуры, вследствие чего восприятие некоторых цветов при освещении лам- пами указанных типов существенно отличается от цветопередачи при днев- ном освещении. Сказываются недоста- ток излучения в красной области спек- тра и наличие голубых и зеленых ли- ний ртутного разряда, равно как и из- быточное излучение в желтой области спектра, приводящее к тому, что стан- дартные люминесцентные лампы обес- печивают лишь удовлетворительную, но не высококачественную цветопере- дачу (Ra = 62—70). Для удовлетворения повышенных требований к восприятию цвета (в по- лиграфии, музеях, домах моды, при контроле изделий по цвету и т.п.) вы- пускаются люминесцентные лампы ЛДЦ с улучшенной цветопередачей (Ra = 90), отражаемой в маркировке отечественных ламп введением буквы " Ц", а за рубежом — слов "делюкс" (Ra до 85), **суперделюкс", "экстраде- люкс" (Ra 85). Как правило, улуч- шение качества излучения по спектру в газоразрядных лампах приводит к снижению их световой отдачи. Перспективны трехполосные лю- минесцентные лампы (в их спектре три узких полосы в красной, зеленой и синей областях, отвечающих макси- мумам цветовой чувствительности колбочек глаза и дающих при адди- тивном смешении белый свет), имею- щие больший световой поток и высо- кое значение Ra. Для решения особых зрительных задач выпускают серии ламп с особой маркировкой: например лампы ЛЕ (ес- тественного света) и ЛЕЦ, свет кото- рых благоприятен для цветопередачи лица человека; они применяются для освещения интерьеров общественных зданий и выявления дефектов при оценке белых и цветных тканей; лам- пы Л ХЕ и ЛХЕЦ используются для больниц; лампы ЛДЦУФ (Тцв в = 6500 К и 7?а = 90), в световом по-
138 Часть II. Архитектурная светология Таблица 4.33. Параметры компактных люминесцентных ламп (КЛЛ) Тип лампы Световой поток, лм Цветность Размеры: длина Z, диаметр D, мм Заменяет ЛН мощ- ностью, Вт КЛ 7/ТБЦ 400 Тепло-белая (Г1ТО = = 2700 К, Я =80-85) 135x28 40 КП 9/ТБЦ 600 То же 167x28 60 КЛ 11/ТБЦ 900 235x28 75 КЛ 7/С 100 Синяя 235x28 1 КЛ 7/3 500 Зеленая 235x28 КЛ 7/К 300 Красная 235x28 ! КЛ 9/С 170 Синяя 235x28 КЛ 9/3 650 Зеленая 235x28 — КЛ 9/К 400 Красная 235x28 — КЛ 11/С 250 Синяя 235x28 КЛ 11/3 1000 Зеленая 235x28 КЛ 11/К 500 Красная 235x28 ч КЛ 18/ТБЦ 1250 Тепло-белая 225x38 100 КЛ 24/ТБЦ 1800 То же 320x38 150 КЛ 36/ТБЦ 2900 415x38 200 АКЛ 7/ТБЦ 360 222x50 40 АКЛ 9/ТБЦ 500 252x50 60 АКЛ 11/ТБЦ 800 322x50 40 КЛЧ 10/ТБЦ 600 95x80 60 КЛЧ 13/ТБЦ 900 155x28 75 КЛЧ 18/ТБЦ 1200 1 9 175x28 100 Примечания: 1. Срок службы КЛЛ — 5000 ч. 2. Цифры в маркировке типа ламп показывают их мощность, Вт. токе которых содержится повышенная доля УФ- и коротковолновых видимых излучений, применяются в текстиль- ной и швейной промышленности, а лам- пы ЛТБЦ — в жилых помещениях. В ряде случаев используются лю- минесцентные лампы специального на- значения: малогабаритные или ком- пактные КЛЛ (мощностью 4—18 Вт) для местного освещения и для замены ламп накаливания в осветительных приборах (табл. 4.33, рис. 4.50), по- лучающие все более широкое распро- странение; фигурные (W- и U-образ- ные, кольцевые) — для освещения жилых, общественных и транспортных помещений; рефлекторные — для про- изводственных помещений, витрин и устройства световых карнизов; высо- коинтенсивные (150—220 Вт) — для промышленного и сельскохозяйствен- ного освещения; амальгамные — для работы при повышенных температурах окружающей среды; цветные (красные ЛК, зеленые ЛЗ, желтые ЛЖ, голубые ЛГ, розовые ЛР) — для декоративного освещения и световой рекламы, глав- ным образом в витринах и внутри по- мещений. В этом ряду компактные лю- минесцентные лампы наиболее эффек- тивны. Они соединили в себе преиму- щества ламп накаливания (небольшие габариты, стандартный цоколь) и лю- минесцентных ламп (хорошая цвето- передача, высокие световая отдача и срок службы). Специальные люминесцентные лампы слу- жат источниками ультрафиолетового излучения: ЛФ — в теплицах; эритемные — в фотариях и как дополнительный источник ультрафиолета в уста- новках общего освещения помещений в районах Крайнего Севера; лампы "черного света" — для об- лучения люминесцирующих покрытий и в различ- ных технологиях. В эритемных лампах, при облу- чении которыми на коже человека появляется за- гар (эритема), подобный солнечному, применяется специальный люминофор и увиолевое стекло, про- пускающее УФ-лучи в диапазоне длин волн от 280 до 440 мкм. Бактерицидные лампы не являются по существу люминесцентными лампами, так как не имеют люминофора. По устройству они не отлича- ются от эритемных, но их стекло пропускает корот- коволновое УФ-излучение (254 мкм), способное
Глава 4. Архитектурное освещение 139 4 нении с лампой накалива- ния; в — типа КЛЧ 10,13, 18 Вт; г — типа АКЛ 7, 9, 11 Вт Рис. 4.50. Компактные лю- минесцентные лампы (КЛЛ) а — типа КЛ 7, 9,11 Вт; б — фирмы "Prolite*, 15 Вт в срав- убивать бактерии. Поэтому они применяются для стерилизации воздуха, воды, продуктов питания в больницах, холодильниках, складах, в кухонном оборудовании. К группе газоразрядных ламп низкого давле- ния относятся и люминесцентные лампы тлеющего разряда с холодными катодами. Лампы включают- ся в сеть последовательно через трансформатор, имеющий напряжение в несколько тысяч вольт, что представляет повышенную опасность при их эксплуатации. Поэтому для осветительных целей они у нас не используются, а применяются лишь в наружной световой рекламе и называются газо- светными. В них используется непосредственное свечение газа в электрическом разряде: неон излу- чает насыщенный оранжево-красный свет, ар- гон — голубовато-белый. Другие цвета излучения получаются за счет применения цветного стекла и смесей газов друг с другом и со ртутью. В последнем случае на стенки трубки наносится люминофор и лампа работает как люминесцентная. Трубка диаметром 10—18 мм может иметь значительную длину и принимать любую криволи- нейную форму. Яркость газосветных ламп отечест- венного производства в зависимости от цвета излу- чения находится в пределах 3--3500 кд/м2, срок службы ламп составляет 6—8 тыс.ч. Зарубежные фирмы (Япония, США, Чехия и Словакия) выпу- скают газосветные лампы с десятками цветовых от- тенков и более высокими характеристиками. С момента создания первых лю- минесцентных ламп в 30-х г., в раз- работке которых ведущая роль при- надлежала С. И. Вавилову, не прекра- щается их совершенствование. Основ- ной тенденцией сегодня является производство энергоэкономичных ламп с электронными высокочастотными ПРА. Зарубежными фирмами достиг- нуты максимально высокие качество цветопередачи люминесцентных ламп (Ла = 99), а также значения световой отдачи (104 лм/ Вт) и срока службы (до 60 тыс.ч). В перспективе ожида- ется создание ламп со световой отда- чей до 130 лм/Вт. Кроме указанных выше досто- инств, присущих всему классу газо- разрядных ламп, люминесцентные лампы обладают малой яркостью и низкой температурой поверхности кол- оы, что способствует широкому рас- пространению светящих поверхностей (потолки, панели, полосы, искусствен- ные окна) в интерьере, а также рож- дению новых стилистических приемов его светопространственной организа- ции. Люминесцентные лампы имеют относительно низкую себестоимость, связанную с высокой степенью меха-
140 Часть II. Архитектурная светология Таблица 4.34. Параметры ламп ДРЛ Тип лампы Световой поток, лм Срок службы, тыс. ч ДРЛ 80 3400 10 ДРЛ 125 6000 10 ДРЛ 250 13000 12 ДРЛ 400 23000 15 ДРЛ 700 40000 15 ДРЛ 1000 57000 15 ДРЛ 2000 120000 15 Примечания: 1. Выпускаются лампы двух модификаций: с ’’красным отношением” 6 и 10%; для первой Ra х 52. 2. В маркировке типов ламп цифра обозначает ее мощность, Вт. низации, простотой конструкции, до- ступностью сырья и материалов. Вместе с тем у них есть и суще- ственные недостатки — малая единич- ная мощность при больших габаритах, с чем связаны трудности перераспре- деления и концентрации их светового потока в пространстве при освещении высоких помещений, ненадежная ра- бота при низких температурах окру- жающей среды, что делает их мало- пригодными для наружного освещения, существенное снижение светового по- тока к концу срока службы ламп, пульсация светового потока, приводя- щая в определенных случаях к появ- лению стробоскопического эффекта при наблюдении движущихся объектов (плавное движение объекта восприни- мается как прерывистое и может быть причиной повышения травматизма). Группа ртутных ламп высокого и сверхвысокого давления является са- мой распространенной и многочислен- ной среди газоразрядных источников света. Наиболее широкое применение в настоящее время получили дуговые ртутно-люминесцентные лампы (ДРЛ) высокого давления с исправлен- ной цветностью (рис. IX, табл. 4.34). Электрический разряд происходит в ртутной горелке (трубка из кварцевого стекла, пропускающего УФ-лучи), по- мещенной во внешнюю колбу эллип- соидной формы из тугоплавкого стек- ла, покрытую изнутри люминофором. УФ-излучение ртутного разряда, со- ставляющее до 40% светового потока горелки, преобразуется люминофором в недостающее излучение в красной части спектра, в результате чего улуч- шаются спектральные характеристики лампы и цветопередача становится вполне удовлетворительной. Лампы ДРЛ применяют для на- ружного освещения и освещения про- изводственных помещений с потолка- ми выше 3—5 м, не требующих вы- сокого качества цветопередачи. При отсутствии люминофора эти лампы излу- чают свет, сильно искажающий цвет предметов, особенно человеческой кожи, что объясняется не- достатком оранжево-красных лучей в спектре из- лучения ртути. Такие лампы применяются для де- коративного освещения зелени. Существуют ртут- ные лампы высокого давления в простейшем ис- полнении — в виде трубки из кварцевого стекла без внешней колбы — марки ДРТ (дуговая ртутная трубчатая). Их применяют в физиотерапии в каче- стве мощного источника ультрафиолета, а также в декоративном освещении садов и парков, для облу- чения светящихся красок (в театре, цирке, живо- писи) . Цветопередача ламп ДРЛ по мере их совершенствования улучшается. Выпускаются лампы ДРЛ ’’делюкс", имеющие тепло-белый свет, Тц& = 3500 К и 7?а ~ 52, которые пригодны для освещения интерьеров обществен- ных зданий. Наружная колба защищает горел- ку от воздействия внешней среды, по- этому лампы ДРЛ могут работать в широком диапазоне температур окру- жающего воздуха. Существенный не- достаток этих ламп, кроме низкого ка- чества цветопередачи, — большая глубина пульсаций светового потока, что сопровождается соответствующими стробоскопическими явлениями. Для исключения этого недостатка разрабо- таны трехфазные лампы ДРЛТ. Про- цесс разгорания лампы занимает не- сколько минут, а повторное ее вклю- чение возможно только после остыва-
Глава 4. Архитектурное освещение 141 Таблица 4.35. Параметры ртутных ламп сверхвысокого давления Тип лампы Световой поток, лм Срок службы, ч СВД 120 4200 250 ДРШ 100 2000 100 ДРШ 250 12500 500 ДРШ 500М 22500 600 ДРШ 1000 53000 100 Тип лампы При мечание. Лампы ДРШ работают от постоянного тока. ния кварцевой горелки, что требует 10—15 мин. Относительно большие размеры светящей колбы лампы ДРЛ затруд- няют концентрацию светового потока при применении ее в прожекторах. Эта задача решается путем использо- вания зеркальных (рефлекторных) ламп ДРЛ, применяемых для внутрен- него и уличного освещения без спе- циальной оптической арматуры. В определенных случаях целесообразно при- менение ламп смешанного света, представляющих собой комбинацию ртутной лампы высокого давле- ния и лампы накаливания. Ртутно-кварцевая го- релка и вольфрамовая спираль заключены, как и в лампе ДРЛ, в общую колбу. Спираль служит бал- ластным сопротивлением для ртутной лампы и до- полнительным источником излучения в красной части спектра, что вместе с люминофором улучша- ет цветопередачу. Световая отдача ртутно-вольф- рамовых ламп 26—28 лм/Вт, срок службы 3— 5 тыс.ч, Тцв“ 3500 К и Ra - 52. Лампа (диапазон мощностей 100—500 Вт) включается непосредст- венно в сеть и зажигается сразу, поэтому она с ус- пехом может заменить лампы накаливания в жи- лых и общественных зданиях, а также в городских пространствах. Если внешняя колба выполняется из увиолевого стекла, то лампа служит одновре- менно источником света и эритемного УФ-излуче- ния, т.е. ее свет по своему действию близок к сол- нечному. В нашей стране в настоящее время она не выпускается. Заслуживают упоминания и ртутные лампы сверхвысокого давления (табл. 4.35) в виде шаро- образной или трубчатой колбы из кварцевого стек- ла. Небольшие размеры и высокая яркость ламп ДРШ (дуговые ртутные шаровые) делают их удоб- ными для использования в прожекторах и проек- ционных приборах концентрированного света. Лампы излучают голубоватый свет, спектр излуче- ния — лцнейчатый с непрерывным фоном. При их Таблица 4.36. Параметры металлогалогенных ламп общего назначения Свето - Срок вой службы, поток, ч лм ДРИ 250 18700 ДРИ 400 34000 ДРИ 700 59500 ДРИЗ 700* 45000 ДРИЗ 700-1** 38000 ДРИ 250-5 19000 ДРИ 400-5 35000 ДРИ 700-5 60000 ДРИ 1000-5 90000 ДРИ 2000-6 200000 ДРИ 3500-6 350000 3000 5500 ±500 6000 5000 3000 3000 10000 4200±400...600 10000 9000 9000 2000 1500 * Зеркальная лампа-светильник. ** Зеркальная лампа концентрированного светораспределения, Iq = 250 ккд. Примечания:!. Ra всех ламп = 55—60. 2. Первая цифра маркировки типа лампы пока- зывает ее мощность, Вт. эксплуатации требуется соблюдать меры предосто- рожности для защиты людей от интенсивного УФ- излучения (с длиной волны более 280 мкм) и от возможного разрыва колбы при перегреве. Поиск более совершенных способов преобразования электрической энергии в световую привел к созданию метал- логалогенных ламп (МГЛ), которые открыли новую страницу в развитии газоразрядных источников света. По своему устройству эти лампы анало- гичны лампам ДРЛ, но имеют перед ними ряд преимуществ. У нас они вы- пускаются под маркой ДРИ (дуговые ртутные с излучающими добавками, табл. 4.36). Перспективы их исполь- зования определяются исключительно широкими возможностями варьирова- ния спектрального распределения из- лучения от практически однородного до непрерывного при высоком КПД и высокой удельной мощности. В разрядную горелку МГЛ кроме ртути и аргона, как и в ртутных лам- пах высокого давления, вводятся в строго дозированных количествах сме- си галогенидов (йодидов) галлия, на-
142 Часть II. Архитектурная светология трия, индия, олова, лития, редкозе- мельных (диспрозий, гольмий, тулий) и других элементов в виде легко ис- паряющихся солей. После получения электрического разряда, когда в горел- ке достигается рабочая температура, галогениды металлов частично перехо- дят в парообразное состояние, и атомы металлов излучают характерные для них спектры. Подобрав определенную комбинацию наполителей, можно по- лучить практически любой спектр из- лучения, в том числе удовлетворяю- щий самым высоким требованиям к цветовосприятию. Внешняя колба стандартных МГЛ имеет эллипсоидную или цилиндриче- скую форму и изготовляется из про- зрачного или покрытого светорассеи- вающим слоем стекла (рис. X). Для цветного телевидения выпускаются МГЛ с колбой шаровой формы. Металлогалогенные лампы призна- ны сегодня наилучшими для случаев, когда необходимо обеспечить хорошую цветопередачу при высокой освещен- ности (1000—2000 лк), например, для цветных кино- и телесъемок на ста- дионах и в спортивных залах (при пе- реходе от естественного к искусствен- ному освещению не изменяются цве- товые оттенки изображения), в местах скопления народа (площади, выставоч- ные и торговые залы) или по требо- ваниям технологии (красильные и ткацкие цеха, типографии). Пока еще МГЛ имеют высокую стоимость и ряд особенностей, затруд- няющих их изготовление и эксплуа- тацию, в частности, существуют тех- нологические трудности с выпуском ламп пониженной мощности (35— 150 Вт). Но они считаются одними из самых перспективных источников све- та, призванных заменить лампы ДРЛ и другие, поэтому активно ведутся ра- боты по их совершенствованию. В нашей стране массовый выпуск ламп ДРИ был освоен перед Олим- пийскими играми 1980 г. для освеще- Таблица 4.37. Параметры натриевых ламп Тип лампы Свето- вой по- ток, лм Срок службы, ч Цветовые ха- рактеристики 2000 2000 Монохромати- ческое излуче- ние, Х=589 нм Гцв^гюо к, с* Низкого дав- ления: ДНаО 85 6800 ДНаО 140 9800 Высокого давления: ДНаТ 250 25000 ДНаТ 400 47000 10000 15000 При мечание. Цифры в маркировке типа лампы обозначают ее мощность, Вт. ния крупных спортсооружений — Большой спортивной арены в Лужни- ках и стадиона "Динамо", крытого ста- диона спорткомплекса "Олимпийский" в Москве и др. В некоторых случаях с МГЛ ус- пешно конкурируют натриевые лампы, которые в настоящее время более эф- фективны по световым характеристи- кам, но имеют низкое качество цве- топередачи (табл. 4.37). По своему устройству и принципу действия натриевые лампы во многом близки к ртутным лампам — элект- рический разряд в парах натрия вы- зывает излучение характерного жел- того цвета. Лампы малочувствительны к температуре окружающего воздуха, имеют значительные пульсации свето- вого потока и 5—15-минутный период разгорания. Повторное зажигание воз- можно лишь после остывания горелки. Существуют натриевые лампы низкого и высокого давления. Натриевые лампы низкого давле- ния (НЛ НД) имеют линейную или U-образную разрядную трубку из спе- циального устойчивого к воздействию агрессивных паров натрия стекла, по- мещенную во внешнюю вакуумную теплоизолирующую колбу-рубашку цилиндрической формы (рис. XI). Для облегчения получения электрического
Глава 4. Архитектурное освещение 143 разряда в горелку вместе с парами на- трия вводят смесь неона и аргона. Натриевые лампы низкого давле- ния имеют неудовлетворительную цве- топередачу, так как излучают моно- хроматический желто-оранжевый свет с длиной волны 589 мкм. Если учесть, что глаз наиболее чувствителен к из- лучениям в этой области, то понятно, что световая отдача ламп очень высо- ка — около 200 лм/Вт, а в экспери- ментальных образцах — до 300— 400 лм/Вт, т.е. КПД лампы достигает 50—60%. Свет этих ламп повышает видимость и различимость объектов при низких уровнях освещенности, а также в тумане, поэтому они приме- няются в случаях, где цветопередача не имеет значения: в установках ос- вещения загородных магистралей, транспортных перекрестков и тунне- лей, складов, товарных станций, про- мышленных сооружений, а также для декоративного освещения объектов, позолоченных или окрашенных в жел- то-оранжевые цвета. Натриевые лампы высокого дав- ления (НЛ ВД) содержат смесь паров натрия и ртути с ксеноном, заключен- ную в горелке из химически и тер- мически стойкого светопрозрачного материала (поликор или лейкосап- фир). Наружная колба лампы имеет цилиндрическую или эллиптическую форму (реже — линейную) из про- зрачного или светорассеивающего стекла (рис. XII). Спектр излучения ламп — сплошной, с максимумом в желто-оранжевой области (560— 610 мкм). Свет этих ламп имеет при- ятный золотисто-белый оттенок, цвето- передача удовлетворительная (в неко- торых экспериментальных образцах — хорошая), поэтому область применения этих ламп шире, чем НЛ НД. Несмотря на то, что цена НЛ ВД в 7—10 раз превышает цену ламп ДРЛ, их применение дает заметную экономию капитальных и эксплуата- ционных затрат, поэтому они все бо- Таблица 4.38. Параметры ксеноновых ламп сверхвысокого давления Тип лампы Световой поток, лм Срок службы. ч Трубчатые: ДКсТБ 2000 ДКсТ 5000 ДКсТ 10000 ДКсТ 20000 ДКсТ 50000 Шаровые короткодуго- вые: ДКсШ 200 ДКсШ 300 ДКсШ 500 ДКсШ 1000 ДКсШ 2000 ДКсШ 3000 ДКсШРБ 5000 ДКсЭл 1000 40500 500 97600 300 250000 800 694000 800 2230000 500 3000 6000 12000 30000 65000 110000 200000 35000 500 750 400 750 1000 1250 500 1000 Примечания:!. Все лампы имеют Т™ = 6100-6300 К, Ra = 95-98. 2. Мощность лам указана в маркировке их типа. 3. Все ша- ровые лампы работают от постоянного тока. лее вытесняют другие типы источни- ков света, особенно в установках улич- ного освещения. Например, в Нью- Йорке уже в 1983 г. 90% светильни- ков в установках наружного освеще- ния были оборудованы НЛ ВД. Применяются НЛ ВД и для осве- щения пешеходных дорог и площадей, спортивных и транспортных сооруже- ний, стройплощадок, складов, высоко- пролетных производственных помеще- ний, некоторых монументов, памятни- ков архитектуры и крупных обще- ственных зданий, иногда в сочетании с другими источниками (МГЛ, ДРЛ, ГЛН). По мере совершенствования НЛ ВД, улучшения их цветовых характе- ристик, освоения производства ламп малой мощности и снижения стоимо- сти они будут все более широко при- меняться для освещения интерьеров производственных и общественных зданий. В группу газоразрядных источни- ков света Сверхвысокого давления вхо- дят ксеноновые лампы (табл. 4.38).
144 Часть II. Архитектурная светология Они представляют собой разрядную колбу в виде трубки или шара из кварцевого стекла, заполненную ксе- ноном. Электрический разряд в этом газе характеризуется высокой ярко- стью и непрерывным спектром излу- чения, близким к солнечному и обес- печивающим высококачественную цве- топередачу. Поэтому шаровые ксено- новые лампы небольших размеров и мощности (75—2000 Вт) применяются в основном в проекционных приборах с цветным изображением. Мощные лампы (от 5 до 100 кВт), способные работать при низких тем- пературах, используются в тех случа- ях, когда на обширной территории нужно создать небольшую освещен- ность (открытые карьеры, строитель- ные площадки, сортировочные стан- ции) или обеспечить хорошее цвето- воспроизведение (полихромные архи- тектурные ансамбли, выставки). Их устанавливают обычно на большой вы- соте, чтобы избежать ослепления. В темноте свет ксеноновых ламп кажется холодно-белым, зрительно '’разбелива- ющим” цвет предметов. Ксеноновые лампы имеют относи- тельно невысокие световые характери- стики, требуют сложной системы за- жигания, а для некоторых типов и ох- лаждения, поэтому на практике они вытесняются более эффективными МГЛ или НЛВД. Принципиально иной способ преобразования электрической энергии в световую используется в электролюминесцентных панелях ОЛП), пред- ставляющих собой плоский конденсатор с прозрач- ными токопроводящими обкладками и слоем лю- минофора между ними, который включается в сеть без дополнительного балласта. Панели могут иметь различную форму и размеры и выполняться на твердой (стекло, керамика) или гибкой (пленка, фольга) основе. В последнем случае они могут на- клеиваться на криволинейные поверхности, что да - ствием электрического поля люминесцирующий слой светится. Цветность и яркость свечения зави- сят от состава люминофора, напряжения и частоты колебаний тока. Отечественная промышленность выпускает ЭЛП зеленого, голубого, желтого и красного цве- тов. Их световая отдача достигает 12 лм/Вт (теоре- тически — 100 лм/Вт), срок службы — 15 тыс.ч, яркость свечения при стандартном напряжении 220 В и частоте 50 Гц составляет 1 —15 кд/м2, при частоте 1000 Гц — 17—250 кд/м2. Максимальной яркостью обладают зеленые панели, минималь- ной — красные. Стоимость ЭЛП достаточно высо- ка, поэтому они применяются лишь в некоторых установках световой информации и рекламы. В экспериментальном порядке в США еще в 50-е го- ды была создана жилая "комната будущего", в ко- торой потолок и верхняя часть стен были облицова- ны ЭЛП. Образовалась большая светящая поверх- ность невысокой яркости, создающая равномер- ное, мягкое освещение и обеспечивающая высокий световой комфорт, как в пасмурный день под от- крытым небом. Нетрадиционным, но уже получившим экспе- риментальное применение в архитектурном осве- щении городов источником света является лазер, который в будущем может играть более активную роль в формировании световой среды и создании иллюзорных эффектов в связи с развитием лазер- ной голографии и передачей информации с по- мощью лазерного луча. Источники света в осветительных установках применяются, как правило, в комплекте со светотехнической ар- матурой, предназначенной для кон- центрации и перераспределения свето- вого потока, изменения спектрального состава света, защиты глаз от чрез- мерной яркости лампы, предохранения ее от воздействия среды и механиче- ских повреждений, крепления и под- ключения к сети. Этот комплект на- зывают световым прибором. Световые приборы — основное техническое средство, обеспечивающее создание требуемых условий искусст- венного освещения и световой сигна- лизации во всех сферах народного хо- зяйства и быта людей. Эффективность использования электроэнергии для ос- вещения в значительной степени оп- ределяется номенклатурой и парамет- рами световых приборов, которые яв- ляются не только необходимыми фун- кциональными, но и важными архитектурными и декоративными элементами интерьера и города. Классификация световых приборов осуществляется по многим признакам. К главным из них относятся основная
Глава 4. Архитектурное освещение 145 Рис. 4.51. Классификация осветительных приборов по основному назначению светотехническая функция, характер светораспределения, условия эксплуа- тации и основное назначение (рис. 4.51). По основной функции световые приборы разделены на осветительные
146 Часть IL Архитектурная светология и светосигнальные. Для архитектора больший интерес представляют осве- тительные приборы, которые по харак- теру светораспределения подразделя- ются на светильники (приборы ближ- него действия — до 15—30 м) и про- жекторы (приборы дальнего действия), по условиям эксплуатации — на при- боры для помещений, открытых про- странств и экстремальных сред (под водой, в космосе), а по основному на- значению — на группы, отличающи- еся своим дизайном, конструктивным исполнением, мощностью, светорасп- ределением и т.д. Светораспределение для прожекто- ров и светильников общего освещения описывается кривыми силы света и мо- жет быть симметричным и несиммет- ричным, ограниченным и неограничен- ным, узким и широким. Для того что- бы сравнить разные по мощности, чис- лу и типу ламп осветительные приборы, кривые силы света для них странств изготовляют влагозащищен- ные и пылезащищенные светильники или прожекторы. Во взрывоопасной среде применяются осветительные при- боры в соответствующем конструктив- ном исполнении, в частности, свето- воды. Светильники классифицируют так- же по способу их крепления, хотя ча- сто их можно устанавливать по-раз- ному и они могут быть стационарными или переносными. В интерьере разли- чают светильники потолочные, подвес- ные, настенные, напольные, настоль- ные, встроенные, в открытых про- странствах — подвесные, на опорах (консольные или венчающие), настен- ные, встроенные. Нередко светильники объединяют- ся в различные группы, подчиненные архитектурному решению или в зна- чительной мере его определяющие. Например, в интерьерах общественных и производственных зданий широкое ят обычно для условной лампы со распространение получили встроенные световым потоком, равным 1000 лм. осветительные установки в виде све- Значение силы света приборов с кон- тящих карнизов, потолков, панелей, кретными лампами получают умноже- нием найденных по кривой силы света значений на световой поток установ- ленных в осветительном приборе ламп. ме того, светильники по харак- теру светораспределения разделяются на 5 классов в зависимости от соот- но II ения светового потока, направля- емого в нижнюю полусферу, к полно- му световому потоку (табл. 4.39). Светильники различаются и своим конструктивным исполнением, рассчи- танным на определенные условия экс- плуатации и окружающей среды, на- пример степенью защиты от пыли и влаги. Для эксплуатации в нормальной среде светильники изготовляются от- крытыми или закрытыми без специ- ального уплотнения, когда окружаю- щий воздух имеет свободный доступ к лампе. Для влажных и пыльных по- мещений, а также для открытых про- полос, точек, а также шахт, искусст- венных окон и ниш, в которых при- меняются типовые светильники. Ком- позиционно-художественная роль све- тильников возрастает в случае изго- товления их по индивидуальному заказу для конкретного архитектурно- го объекта. В интерьерах обществен- ных и жилых зданий, на улицах и площадях городов и сел форма совре- менных осветительных приборов не- редко имитирует форму светильников доэлектрической эры (люстры, бра, фонари). Существуют и новые, отражающие вкус и стиль эпохи приборы, спроек- тированные видными архитекторами и дизайнерами (рис. XIII—XIV, 4.52— 4.57). В частности, прекрасные образ- цы таких светильников создали для своих сооружений, а также для города Ф.О.Шехтель, А.Аалто,И.А.Фомин, А.К.Буров, А.Гауди, Д.Понти,
Таблица 4.39. Классификация светильников по светораспределению Глава 4. Архитектурное освещение 147
148 Часть IL Архитектурная светология Рис. 4.52. Одноламповые консольные закрытые улич- ные светильники а — с НЛВД; б — с лампой ДРЛ или МГЛ; в — разрез све- тильника; г — светильник с натриевой лампой низкого давления (НЛНД); д — кривая распределения силы света в двух плоскостях (А—В и С— D); 1 — зеркальный отража- тель из алюминия; 2 — пуско- регулирующая аппаратура (ПРА); 3 — узел крепления светильника к консоли; 4 — прозрачный или рифленый колпак (светопреломлятель) г} д) 330’ 0’ 30’
Глава 4. Архитектурное освещение 149 330' О' 30’ I — корпус с отражателем; 2 — светопреломлятель; 3 узел крепления к консоли Рис. 4.53. Закрытый улич- ный светильник с НЛНД- Полосатая желто- черная маска устанавлива- ется в светильниках на пешеходных переходах ФЛ.Райт. Сложились целые школы, определившие на десятилетия стиль светильников и освещения, например Баухауз (20—30-е гг.) или современ- ная скандинавская школа, развиваю- щая эстетику функционализма. В на- ши дни на мировом рынке светильни- ков лидируют итальянские дизайнеры. На примере освещения станций мос- ковского метро можно проследить по- лувековую эволюцию формы и стиля светильников с лампами накаливания, люминесцентными и ДРЛ и с не всегда удачными попытками замены одних типов ламп другими. При проектировании осветитель- ных установок выбор средств и при- емов освещения по архитектурным со- ображениям подчиняется одному из следующих принципов: скрытое расположение осветитель- ных приборов и возможно более ней- тральное по отношению к окружению решение конструктивных элементов осветительной установки в целях кон- центрации внимания человека на ос- вещаемых объектах; открытое расположение освети- тельных устройств, когда они стано- вятся необходимыми, полноправными элементами архитектурного ансамбля,, при этом их конструктивное решение получает соответствующую художест- венную трактовку. В связи с этим можно выделить четыре группы осветительных уст- ройств по их функционально-компози- ционной роли в ансамбле: серийные светильники для общего освещения пространств и объектов, не претендующие на заметную компози- ционную роль в ансамбле;
150 Часть 11. Архитектурная светология осветительные устройства — эле- менты архитектуры, т.е. встроенные в конструкции интерьера или фасада Рис. 4.54, Уличный све- тильник закрытою типа а — с газоразрядной лампой (ДРЛ, НЛВД МГЛ); 6 — с лампой накаливания; 1 — корпус: 2 — отражатель; 3 защитный светопрозрач- ный колпак здания, или сооружения-светильники, ставшие частью их материальной структуры, объемной и пластической формы; "светильники-скульптуры", т.е. сложной формы люстры, канделябры, бра, фонари, имеющие две равнознач- При конструи{ вании светильника или осветительного устройства следует ные функции освещать (в темное время) и украшать (в любое время) ансамбль, служить в нем масштабны- стремиться к получению наивысшего значения его коэффициента полезного действия. Это достигается применени-* ем отражателей с высоким коэффици- ентом отражения, рассеивателей или преломлятелей с высоким коэффици- ми и декоративными элементами; ентом пропускания, а также макси- светящие малые формы (светоин- формационные установки, киоски, фонтаны, скульптуры, произведения светокинетического искусства), где свет является вторичной функцией. мально возможным увеличением отно- шения площади выходного отверстия Sb к площади отражающей поверхно- сти So осветительного устройства. При этом принимаются меры к ограниче-
Глава 4. Архитектурное освещение 151 Рис. 4.55. Двухламповый уличный светильник с газо- разрядными лампами А В 100 200 300 330* 0* 30* нию слепящего действия ламп путем создания необходимого защитного уг- ла , а также дискомфортного дей- ствия чрезмерно ярких поверхностей (отражателей, рассеивателей) с по- мощью применения соответствующих материалов. Например, при устройстве свето- вого карниза (прием, широко исполь- зуемый в архитектуре станций метро- политена) соблюдаются следующие требования: защитный угол должен обеспечить полное экранирование ис- точников света при наблюдении из любой точки помещения (рис. 4.58); форма, размер и материал карниза вы- бираются с учетом архитектурных и светотехнических требований, он дол- жен быть по возможности широким и мелким и обеспечивать достаточно равномерную яркость потолка (табл. 4.40). При одностороннем кар- низе последняя задача обычно не ста- вится. Наиболее подходящие источники света для карнизов — люминесцент- ные лампы. При большой ширине по- мещений или высоте сводов использу- ются зеркальные лампы накаливания (глубокоизлучатели), иногда в сочета- нии с широкоизлучателями или лю- минесцентными лампами, а также зер- кальные или диффузные отражатели специальной формы. Принцип светового карниза ис- пользуют для устройства светящего от- раженным светом потолка с подвесной конструкцией, в которой спрятаны лампы и рисунок которой определяется архитектором и светотехником (рис. 4.59). К этой же группе осветительных устройств интерьера относятся ниши, искусственные окна и фонари с обыч- ными, узорчатыми, молочными или цветными стеклами. С помощью ис- кусственных окон с люминесцентными лампами можно создавать иллюзию дневного освещения в безоконных по- мещениях. Глубина таких окон обычно ограничена по строительным соображе- ниям, поэтому лампы расположены
152 Часть II, Архитектурная светология Рис. 4-56. Прожектор с дву- мя НЛВД 400 Вт и дву- мя модификациями парабо- лоцилиндрического отражате- ля: с узким световым пуч- кам 2x5° и с широким Световым пучкам 2x25°
Глава 4. Архитектурное освещение 153 близко от стекла. Во избежание сле- пящего действия окон, которое прояв- ляется сильнее, чем, например, от све- тящего потолка той же яркости (ибо окна попадают обычно в центральное поле зрения), их яркость не должна превышать 250—500 кд/м2 (при свет- лом окружении — до 1000 кд/м2). Необходимо также стремиться к равномерному распределению яркости по стеклу (отношение £макс/£мин не должно превышать 1,5). Для этого за- днюю фоновую стену окон следует по- крывать белой диффузно отражающей краской и выбирать соответствующий сорт стекла, а также оптимальные рас- стояния между лампами Z и от стекла до лампы А. В зависимости от типа светильников (или ламп) и характера их светораспределения рекомендуемое соотношение расстояний l/h составляет 0,7—1,4, допускаемое — до 2,4 (см. п. 4.8). При использовании ламп накали- вания рекомендуется применять мо- лочное стекло, люминесцентных ламп — также и опаловые, матовые и рифленые рассеиватели. Для под- светки витражей с цветными прозрач- ными стеклами целесообразно исполь- зовать отраженный от фоновой стены окна или ниши свет. Светящие или световые потолки, панели и полосы получили в совре- менной архитектуре широкое распро- странение в связи с устройством без-
154 Часть II. Архитектурная светология Таблица 4.40. Рекомендуемые соотношения для устройства световых карнизов (к рис. 4Л8) оконных помещений или помещений большой глубины при ограниченной высоте с боковым естественным осве- Параметр Источник света ЛЛ1 (рис. 4.58, б) ЛНП (рис. 4.58, в) зеркаль- ные ЛН (рис. 4.58, е) щением (например, "ландшафтные" бюро, офисы, универсальные залы, производственные цехи). Световые проемы в потолках ис- fl, не менее, 0,125 м лее <//а, не более — В/ЯуЧ.не более, для карниза: односто- роннего IV 0,15 Наимень- ший воз- можный 3,5 1,5(1,7)VI - пользовались для естственного освеще- ния помещений еще в древности. Те- перь потолок нередко выполняют в ви- де боль п ого, полностью остекленного зенитного фонаря, в котором легко скрыть светильники искусственного света за рассеивающими стеклами под- весного потолка, чтобы обеспечить УШ двусто- роннего с, не менее ,VIIl 2vm ,VIU V 3,5 7,5(10) единство восприятия интерьера и не- заметный переход от дня к ночи. При этом относительно небольшие светиль- ники с лампами накаливания оказы- не менее, — 3(2) диа- метра лампы IX вают днем меньшее затеняющее дей- ствие на стеклянный потолок, чем гро- моздкие светильники с люминесцент- ными лампами. С другой стороны, последние позволяют получить осве- щение, не уступающее по качеству ес- Устанавливаются в светящие полосы. Для лучшего освещения удаленного края потолка дно карниза рекомендуется наклонять в сто- рону помещения. II Рекомендуется использовать лампы с ма- тированной или молочной колбами. Меньшие размеры карниза могут быть получены при го- ризонтальной установке ламп (ось лампы — вдоль карниза). П1При двух- и трехрядном размещении ламп снижается до 0,075 м. IV При ЛН с матированной и молочной кол- бами снижается до 0,1 м. V Соотношение может служить основанием для увеличения а, но не для уменьшения Л_. V VI Если ЛН с прозрачными колбами уста- новлены горизонтально, то 1,7 (2). VII ., При сводчатых потолках не регламенти- руется. VIII Могут быть увеличены до 3 (односто- ронний карниз) и 7 (двусторонний карниз) при устройстве плоской зеркальной вставки (рис. 4.58, д). IX При йс< 1,3 м на потолке образуется рез- кая полоса повышенной яркости. Примечание. В скобках указаны зна- чения, допускаемые в виде исключения. тественному. Поэтому светя [ие потол- ки часто устраиваются полностью или большей частью для искусственного освещения, а естественный свет в этих случаях служит лишь для вспомога- тельных целей. Для улучшения светотехнических характеристик и повышения архитек- турной выразительности световых по- толков, которым, как и другим систе- мам рассеянного света, нередко при- суща определенная монотонность, при- меняются разнообразные рассеиватели и решетки из термостойкого оргстекла (молочного или рифленого), сталини- та, армированного стекла и т.п. Из анодированного или окрашенного ме- талла или литой пластмассы изготов- ляются различной формы диффузоры, повышающие декоративные и световые качества потолка. Интересен в этом отношении растровый потолок, созда- ющий в интерьере высокие освещен- ности, но воспринимаемый как отно- сительно темный.
Глава 4. Архитектурное освещение 155 а) Рис. 45& Светотехниче* ские схемы световых кар- низов а — основные размеры и ли- нии; б — световой карниз с люминесцентными лампа- ми; в — световой карниз с лампами накаливания; г — световой карниз с зеркаль- ными лампами накалива- ния; д — световой карниз с зеркальной вставкой; е — кессон и рован ный потолок со световыми карнизами; 1 — визирная линия; 2 — створная линия; 3 — колба Л Н; 4 — тело накала Л Н; 5 — направление на центр потол- ка или линию, отстоящую от стены карниза на 0,3 В; 6 — плоская зеркальная вставка Сегодня в архитектуре интерьеров общественных зданий сосуществуют различные стили — современный с новыми материалами и инженерным оборудованием и "ретро" с ориента- цией на прошлые эпохи (постмодерн, конструктивизм, историзм и т.д.). В интерьеры "ретро" современные све- тильники не вписываются. Происходит отказ от применения подвесных све- товых потолков, требующий нового ди- зайна средств освещения, комбинаций прямого, отраженного и рассеянного света. На Западе наблюдается своеоб-
то Шй
Глава 4. Архитектурное освещение 157 Рис. IX. Газоразрядные лампы высокого давления: ртут но- люминесцентные лампы ДРЛ вверху — схема преобразова- ния электрической энергии в световую в лампе ДРЛ (слева) и устройство лампы ДРЛ (справа); внизу — спектр излучения лампы ДРЛ (слева) и спектр излу- чения лампы ДРЛ делюкс с улучшенной цветностью (справа) Рис. X. Металлогалоген- ные лампы (МГЛ) с эл- липсоидной матированной и с цилиндрической про- зрачной колбой и спектр излучения МГЛ Рис. XI. Натриевая лам- па низкого давления (НЛНД) и спектр ее излу- чения Рис. XII. Натриевая лам- па высокого давления (НЛВД) с эллипсоидной матированной и с цилинд- рической колбой и спектр ее излучения Рис. XIII. Светильники с поворотной оптической ча- стью для освещения жи- лых и общественных зда- ний, витрин и т.д. Моде- ли — напольная, настен- ная, потолочная с металлогалогенными лампа- ми 70—150 Вт или гало- генными лампами накали- вания Рис. XIV. Пространствен- ная гибкая система осве- щения интерьеров из све- тильников с люминесцент- ными лампами и с обыч- ными или компактными галогенными лампами на- каливания для создания направленного света в от- дельных зонах (фирмы ДИЛ, Италия, Филипс, Нидерланды, ЭР КО, ФРГ и др.)
J58 Часть II. Архитектурная светология Рис. 4.59. Подвесной светя- щий потолок, решенный по принципу светящего карниза мощью искусственного света решается ряд задач, вообще недоступных для ес- тественного освещения. Существуют две системы искусст- венного освещения помещений: общее (равномерное или локализованное) и комбинированное, когда общее освеще- ние помещений дополняется местным на рабочих местах. Действующие отечественные нор- мы искусственного осве ,ения установ- лены исходя из требований обеспече- ния зрительной работоспособности, ви- димости, необходимой производитель- ности труда. Общепринято коли- чественные требования к освещению определять нормированной осве ценно- н стью на рабочей поверхности (с уче- том коэффициента запаса на снижение разный "ренессанс" систем отраженно- го света с использованием новейших высокоэффективных источников света и светильников (см. рис. XIII). Внед- ряются модульные трубчатые светиль- ники с люминесцентными лампами в сочетании с компактными светильни- ками прямого света с КЛЛ или ГЛН НН (см. рис. XIV), разрабатываются подвесные сборные комплексные уст- ройства разнообразной формы, цвета, фактуры, а также предусматривается несколько режимов работы осветитель- ных установок, что позволяет разно- образить облик интерьера и оптими- зировать параметры световой среды при изменении характера зрительной работы. 4.8. Нормирование и проектирование искусственного освещения помещений Искусственное освещение, не зависящее от времени дня, сезона, по- годы, обеспечивает возможность нор- мальной жизнедеятельности человека в условиях отсутствия или недостатка естественного света. Более того, с по- светового потока во времени вследст- вие запыления и старения ламп и све- тильников). Качественные требования обеспечиваются регламентацией не- равномерности освещенности, допусти- мых значений показателей дискомфор- та, ослепленности, коэффициента пульсации светового потока, рекомен- дуемых значений цилиндрической ос- вещенности, цветовых характеристик источников света. Нормы промышленного освещения составлены с учетом дифференциации зрительных работ и предусматривают нормирование освещенности при об- щей и комбинированной системах освещения. Согласно СНиП П-4-79 и 23-05-95 все виды работ разбиты на разряды исходя из размеров объектов различения и расстояния от глаза до объекта, равного 0,5 м, и на подраз- ряды с учетом контраста объекта с фо- ном и светлоты объекта (см. табл. 4.13). Нормы освещения интерьеров об- щественных зданий принимаются в за- висимости от назначения помещений (см. табл. 4.14). По условиям зритель- ной работы помещения общественных зданий принято классифицировать на 4 группы. К помещениям I группы от-
Глава 4. Архитектурное освещение 159 носятся рабочие помещения с напря- женной зрительной работой и фикси- рованной линией зрения. Это админи- стративно-конторские помещения, классы, читальные залы, конструкторские бюро и проектные и др. Помеще- ния, в которых зрительная задача со- стоит в различении объекта и обзоре окружающего пространства, относятся ко II группе (торговые залы магази- нов, музеи и выставки, конференц-за- лы и залы заседаний, спортзалы и т.д.). Помещения, где преобладают ар- хитектурно-художественные требова- ния к световой среде, восприятию пла- стики, цвета, где обзор окружающего пространства — основная зрительная задача, относятся к III группе. Это зрительные залы, фойе, станции мет- рополитена, зимние сады, рекреации и т.п. Значительные пло [ади в совре- и менных зданиях занимают коридоры, лестничные клетки и другие вспомо- гательные помещения, относящиеся к помещениям IV группы. Во многих помещениях, относящихся ко II и Ш группам, по архитектурно-художественным со- ображениям необходимо создать ощущение насы- щенности светом. Чтобы определить роль цилинд- рической освещенности при оценке насыщенности светом помещений и исследовать связь архитекту- ры с освещением, учеными НИИСФ, МАрхИ, МНИИТЭП, ВНИИТЭ были проведены обследова- ния станций Московского метрополитена, контор- ских и рабочих комнат учреждений и залов заседа- ний Дворца съездов в Кремле. В результате сопоставления оценок зритель- ного восприятия интерьера с показателями объек- тивных измерений физических характеристик (го- ризонтальной и цилиндрической освещенности, средней яркости адаптации и др.) были получены соотношения между яркостями пола, стен и потол- ка, при которых обеспечивалось ощущение насы- щенности помещения светом, их "солнечности", а в мет политене устранялось ощущение подземно- сти. Эти соотношения лежат в пределах от 1:2:5 до 1:3:10. Анализ зависимости отношений горизон- тальной освещенности Ег к цилиндрической £ц от индекса помещения1 позволяет сделать следующие выводы: Коэффициент, характеризующий пропор- ции помещения; определяется по СНиП. при концентрированном расположении в по- мещении светильников отношение Ег.Ец увеличи- вается; это вызывает ощущение снижения насы- щенности интерьера светом; решающее влияние на отношение Ег.Ец ока- зывают тип светильников и отражающие свойства потолка, стен и пола помещения; изменение индекса помещения мало влияет на отношение Ег:Ец. Разработка проекта осветительной установки — сложная задача, успе и ное решение которой предопределяет качество световой среды помещений. Уже на стадии эскизного проекта ар- хитектор должен привлекать к работе светотехника, который раскрывает пе- ред ним возможности новой техники искусственного освещения. Многие вопросы, такие как выбор экономич- ной системы освещения, эксплуатаци- онных характеристик осветительной установки, рассмотрение нормативных требований и показателей, необходи- мый светотехнический расчет и др., относятся к компетенции светотехни- ка. Поэтому только совместная твор- ческая работа архитектора и светотех- ника является условием полноценной реализации творческого замысла. Сводить содержание проектирова- ния освещения к решению лишь фун- кциональной задачи неправильно: та- кой односторонний подход неизбежно приводит к случайному распределению яркостей, отсутствию органичной свя- зи освещения с архитектурой интерь- ера. Только на основе гармонии фун- кциональных, психологических и эс- тетических аспектов формируется све- товая архитектура интерьера. Трудности ее проектирования заклю- чаются не в расчете числа источников света, а в проектировании и реализа- ции в натуре задуманных в проекте светлотных соотношений, которые и определяют архитектурный световой образ интерьера. Зависимость между яркостью и светлотой при различной яркости адаптации приведена на рис. 4.60. Пользуясь номограммой Гусева—Хорошило- ва, можно определять светлоты поверхностей (или
160 Часть II. Архитектурная светология I ПРИ АБСОЛЮТНЫХ ВЕЛИЧИНАХ ЯРКОСТЕЙ И СВЕТЛОТ ПРИ СООТНОШЕНИЯХ ЯРКОСТЕЙ И СВЕТЛОТ Рис. 4.60. Номограмма Гу- сева — Хорошилова, выра- жающая зависимость меж- ду яркостью и светлотой при различной яркости по- ля адаптации их соотношения) по заданным значениям яркости поверхностей (или их соотношений) и яркости по- ля адаптации. Номограмма состоит из четырех шкал. На шкале I отложены значения яркости, кд/м2, или в том же масштабе отношения яркостей двух поверхностей. На шкале II отложены светлоты или в том же масштабе отношения светлот двух поверхностей. На шкалах III и IV отложены значения яркостей, к которым адаптируется глаз наблюдателя. На шкалах 7, II и III соответствующие значения ярко- сти объекта наблюдения Л, светлоты объекта Bi и яркости адаптации La ложатся на одну прямую. На шкалах 7, II и IЕна одну прямую ложатся соответ- ствующие значения L2/L1; В1/В2 и La. Примеры пользования номограммой. 1. За- даются яркость адаптации La - 10 кд/м2 и яркость стены 100 кд/м2. Требуется определить светлоту стены. Накладываем линейку на показатель 10 кд/м2 на шкале III и показатель яркости стены на шкале 7 и определяем по шкале 77, что светлота стены составляет 30 единиц (прямая А). 2. Задаются яркость адаптации La “ 10 кд/м2 и соотношения светлот поверхностей интерьера В2/В\ — 10:1. Требуется найти соответствующие со- отношения яркостей. Откладываем La на шкале 7V и Вг!В\ на шкале II. Соединяем прямой эти точки и по шкале I находим LzlL\ — 60 (прямая 2J). Придание функциональному осве- щению художественного качества не является новостью. Подобного рода за- дачи успешно ре ались зодчими про- шлого. Достаточно вспомнить о залах в дворцах русского классицизма, пре- красная пространственная композиция, пластика и живописность которых во многом обязаны искусству владения светом. Современная архитектура вне- сла много нового в искусство освеще- ния интерьеров и зданий; применение светящих поверхностей (потолков, па-
Глава 4. Архитектурное освещение 161 нелей и др.), газоразрядных источни- ков света, характеризующихся много- образием форм и спектра, открыло но- вые возможности для формирования архитектурного светового образа зда- ний и интерьеров. Проектирование осветительной ус- тановки в интерьере сводится к реше- нию следующих взаимосвязанных за- дач: выбору и распределению светлот в интерьере в соответствии с художест- венным замыслом архитектора; определению допустимых яркостей (окон, фонарей, светильников) и со- гласованию их с требованиями огра- ничения блескости и устранения дис- комфорта; выбору цветового решения интерь- ера, увязанного со спектральным со- ставом света и общими требованиями к насыщенности помещения светом и цветопередаче; выбору направления и соотноше- ния световых потоков для наилучшего восприятия формы, пластики и фак- туры отделки интерьера; выбору технических средств осве- щения, удовлетворяющих эстетиче- ским и функциональным требованиям. При решении задачи освещения интерьера архитектор решает вопрос, что же должно служить основой, про- образом при выборе приема искусст- венного освещения интерьера. Ориен- тиром при проектировании искусствен- ного освещения может быть природное освещение, преобладающее в заданном районе строительства. При этом имеется в виду не только соотношение между числом солнечных и пасмурных дней в году, но и такие показатели, как яркость неба, контр- астность освещения, спектральные ха- рактеристики света и др. Природное освещение привычно и приятно для человека, поэтому приближение све- товых характеристик интерьеров к природным — путь "вписывания ин- терьера в природу", метод удовлетво- рения психологической потребности человека постоянно ощущать связь с внешним миром. Этим в значительной мере можно объяснить применение за- вышенной площади остекления стен и ленточной формы окон в современной архитектуре. Естественное освещение научило глаз оцени- вать форму через распределение яркостей. Равно- мерная яркость стены в интерьере ассоциируется с плоскостью, неравномерная — с криволинейной поверхностью. Важная характеристика естествен- ного света — его общая направленность, благодаря которой архитектурный ритм сопровождается в природе характерным ритмом светотени. Без этого качества естественного света нельзя представить себе композицию греческого храма, плотины гид- ростанции или многоэтажного здания, где ритму архитектуры вторит такой же ритм светотени. Ар- хитектурный ритм в интерьере должен поддержи- ваться светотеневым ритмом. Не менее важно и на- правление света сверху; можно не узнать своего ли- ца только потому, что оно освещено снизу. Глаз не привык к такому направлению света — природа почти не дает нам подобных примеров освещения. Поэтому интерьер, освещенный сверху, вызывает чувство естественности, освещенный снизу — нео- бычности. Зрение привыкло к контрастам светотени, яв- ляющимся одной из основных эстетических харак- теристик естественного освещения. На севере при- вычны малые контрасты светотени; на юге — боль- шие. В результате настрой глаза на определенные контрасты влияет на работу художника, скульпто- ра, архитектора. В нарядных костюмах северных стран преоб- ладают легкие палевые и серебристые оттенки, в южных районах сочетания цветов становятся более контрастными (белый, голубой, красный, чер- ный). Африканский декор еще более контрастен (желтый, черный, красный). Контраст, таким об- разом, становится эстетической категорией. Вме- сте с контрастами изменяется и цвет: от пастельных тонов на севере до насыщенных на юге. То же самое можно сказать и об архитектур- ной пластике: сдержанная по контрасту светотени пластика севера и, как правило, энергичная, соот- ветствующая резким светотеневым контрастам пластика юга (рельефы Средней Азии). Контраст, создаваемый светотенью, — не только один из факторов различимости детали, но прежде всего эстетическая категория; в основе ее лежит гармония между создаваемыми волей архи- тектора и привычными для глаза природными контрастами. Привычка к определенным природ- ным контрастам не покидает человека и в интерье- ре. Следовательно, творчески отраженные в ин- терьере особенности природного освещения созда- ют ощущение естественности и покоя. Это очень
162 Часть //. Архитектурная светология 10 Рис. 4.61. И терьеры, со здающие впечатление есте- ственности среды (а) и "театрального эффекта' (б) 1 — распределение ярко- стей» соответствующее при- родному; 2 — равномерная яркость зрительно сохраня- ет характер плоскостей; 3 — неравномерная яркость кри- волинейных поверхностей усиливает эффект формы; 4 — соответствие светового и архитектурного ритмов; 5 — освещение сверху и со- ответствие контрастов при- родным; 6'— распределение яркостей, не соответствую- щее природному; 7— нерав- номерное распределение яр- костей на плоскости, вызы- вающее впечатление криво- линейной поверхности; 8~ равномерное распределение яркостей на криволинейной поверхности, зрительно ее уплощающее; 9 — "разруше- ние” светом архитектурного ритма; 10 — освещение сни- зу, несоответствие природ- ным контрастам и направ- ленности света, ’рамповый* эффект важно для рабочих помещений» школ, спортивных залов, больниц и т.д. Возможно распределение яркостей, контр- астов и направления света, отличное от того, кото- рому научила нас природа. В этом случае создается ощущение необычности, возникают своеобразные "театральные эффекты". Такой характер освеще- ния в большей степени согласуется с интерьерами зрительных залов, фойе, ресторанов, выставок. Итак, возможны два подхода к ос- вещению интерьеров: первый характе- ризуется стремлением архитектора творчески подражать природным усло- виям освещения; второй создает в по- мещении "театральный эффект". На рис. 4.61,а показаны схемы интерье- ров с привычным для нас распределе- нием яркостей, создаваемым природой, благодаря чему они воспринимаются естественными, а на рис. 4.61,6 — схемы интерьеров, освещенных по принципу "театрального эффекта". Впечатление, создаваемое интерь- ером, определяется комплексным воз- действием его характеристик на зре- ние. Получив информацию, мозг при- нимает решение в соответствии с этой информацией, вычленяя главное каче- ство, которое становится определяю- щим в общем восприятии, в общей оценке интерьера. Интерьер с темным потолком, например, может восприни- маться естественным, если определяю- щим будет направление светового по- тока, идущего сверху. Если темный потолок занимает небольшую часть поля зрения по сравнению со стенами, имеющими высокую яркость, то ин- терьер также не вызовет ощущения неестественности. При проектировании освещения архитектору приходится заботиться о зрительном сохранении формы плоско- сти, свода, купола, архитектурных членений и пластики, восприятие ко- торых резко исказится при случайном освещении. Выше было выяснено, что для плоскости характерно равномерное распределение яркости. Яркие пятна на плоской поверхности лишают ее цельности, резко искажают ее воспри-
Глава 4, Архитектурное освещение 163 ятие, особенно если в поле зрения не попадают детали и сопряжения, под- черкивающие ее форму. Ритмическое расположение на плоскости "размы- тых" светлых и темных полос придает ей вид волнистой поверхности. Посто- янное уменьшение яркости на плоской поверхности может создать иллюзию цилиндрической поверхности. Для ус- транения этих иллюзий, возникающих при неправильно выбранном приеме освещения, необходимо соблюдение допустимой неравномерности между максимальной и минимальной ярко- стями плоских деталей. При освещении помещений отра- женным светом с помощью светящих карнизов неравномерность освещения потолка может вызвать иллюзию его провисания. При неправильно выбранном при- еме освещения в неменьшей степени искажается восприятие поверхностней сводов и куполов, широко применяе- мых, например, в метрополитене, кры- тых рынках и др. Если такие про- странственные формы освещать равно- мерно, то зрительно такой прием уп- лощает свод (купол). Для придания своду большой глубины предпочтите- лен прием освещения, при котором его яркость повышается от периферии к центру свода. При применении в свод- чатых или купольных конструкциях светящих карнизов наиболее яркими обычно бывают прилегающие к кар- низу части свода, а наименее ярки- ми — центральные их части. Это иногда порождает иллюзию уплощения свода. Наиболее часто встречающиеся в интерьерах архитектурные членения (кессоны, балки, ребра) целесообразно выявлять светоцветовым рисунком, подчеркивающим тектонические каче- ства потолка. Это обеспечивается та- ким расположением светящего плафо- на в центре кессона, при котором ниж- ний уровень плафона выше уровня ре- бер. Колонны круглого сечения лучше воспринимаются при неравномерном освещении, когда соотношение свето- вых потоков, освещающих колонны с разных сторон, составляет не менее 1:3. Объемность колонн квадратного или прямоугольного сечения может быть подчеркнута различной цветно- стью освещения смежных поверхно- стей. Применение направленного осве- щения колонн (особенно с каннелюра- ми) в сочетании с рассеянным придает им большую выразительность благода- ря возникновению градаций светотени. Важную роль при восприятии ин- терьера играет фактура отделочных материалов. Шероховатые плоскости (штукатурка, гранит или мрамор "под бучарду", бетон и др.) кажутся рав- нояркими с любых точек наблюдения; зеркальные плоскости (стекла, металл, пластики) теряют свою форму и вы- разительность, так как кажутся нерав- нояркими. Отблески, возникающие на поли- рованных плоскостях, неприятны тем, что выявляют малейшие неровности, обнаруживая все дефекты производст- ва и строительства; они "разрушают" форму, тектонику, пространство. Ос- вещение поверхностей со смешанным или зеркальным отражением требует большого внимания и изобретательно- сти. Большое значение в восприятии интерьера имеет удачно выбранное со- отношение световых потоков, излуча- емых в верхнюю и нижнюю зоны по- лусферы. Оно может служить не толь- ко характеристикой светотени, но и способствовать восприятию простран- ства интерьера. При отраженном освещении ин- терьера тени не имеют четких границ и кажется, что они отсутствуют. В эс- тетическом плане такое распределение света в интерьере может придать ему монотонность, зрительно нарушить его тектонику и пластическую вырази- тельность.
164 Часть IL Архитектурная светология Рис. 4.62. Распределение яркостей и выразитель- ность пластики (по Е.В. Шангиной и Н.В. Оболенскому) вверху слева — "моделирую- щее* и "нейтральное*; внизу слева — "силуэтное" и "экс- прессивное"; вверху справа — ’драматическое"; внизу спра- ва — дискомфортная экспо- зиция в зале картинной га- лереи
Глава 4. Архитектурное освещение 165 В противоположность отраженному прямое освещение благодаря контраст- ности способствует лучшему выявле- нию тектоники и пластики интерьера. Однако при этом приходится заботить- ся об устранении дискомфорта и рез- кого контраста между светящими и глухими поверхностями потолка, а также о создании светотени, придаю- щей выразительность объемным дета- лям. Равномерное освещение помеще- ний лишает необходимой скульптур- ной выразительности лица зрителей (рис. 4.62). Поэтому в интерьерах сле- дует разнообразить светлотную компо- зицию включением пятен повышенной яркости, расположенных в определен- ном ритме на стенах и потолке. При восприятии интерьера боль- шое значение имеет психологический фактор, проявляющийся, в частности, в том, что мы узнаем знакомые нам предметы по характерным линиям,
166 Часть Л. Архитектурная светология признакам и расположению светотени, дорисовывая их в своем воображении. Придание "поэтической экспрессии" отделоч- ным материалам в интерьерах (по словам А.Аалто) связано со зрительной памятью человека. Так, по- лированные дерево, мрамор, металл, стекло вызы- вают у нас ассоциации с зеркальной поверхностью, а штукатурка, бетон, кирпич, гипс — с шерохова- той. Поэтому освещение полированных поверхно- стей (но не плоскостей) в интерьере отраженным светом сопровождается отсутствием бликов, поте- рей игры света и экспрессии материала. Применяя костей (насечка, следы опалубки, кладка кирпича и т.п.), архитектор подчеркивает качество отделоч- ного материала светом. Для этой цели рекоменду- ется применять прием скользящего направленного освещения. Видимость фактуры и текстуры материала оказывает существенное влияние на оценку глубины простран- ства: когда фактура или текстура по- верхности отчетливо видна, у зрителя возникает иллюзия, что поверхность находится на близком от него рассто- янии, и наоборот. Это явление наблю- дается обычно в диапазоне средних яр- костей1 (определяемых с учетом усло- вий адаптации глаза). Так, например, освещенный потолок кажется нам бо- лее удаленным, если его фактура не видна; стоит только применить сколь- зящий свет, выделяющий фактуру по- верхности, как эта иллюзия исчезнет. Подобную иллюзию можно наблюдать и при отделке стен. При формировании световой архи- тектуры ансамбля интерьеров не сле- дует выделять и обособленно решать световую задачу только центрального помещения. Подобно симфонии, свето- вая архитектура имеет свой лейтмо- тив, ведущий посетителя к парадному залу здания и связывающий помеще- ния в цельную светодинамическую композицию. Для этого архитектор намечает по- рядок возрастания и спада яркостей, используя адаптацию как средство, по- ^меются в виду яркости от 10 до нескольких сотен кд/м2. вышающее восприимчивость к свету и организующее зрительное поведение человека. Проектирование любой осветитель- ной установки представляет собой творческий процесс. Стремление со- здать в помещении иллюзию дневного освещения и появление люминесцент- ных ламп в 60-е годы вызвало к жиз- ни новые приемы искусственного ос- вещения: светящие потолки, панели, полосы (рис. 4.63). Применение новых светотехнических изделий, например, металлогалогенных ламп или светово- дов, дает очередной толчок для поиска оригинальных светокомпозиционных решений. Светящий потолок состоит из кар- каса, подвешенного к несущей конст- рукции на тяжах, рассеивающего стек- ла (органического молочного, свето- рассеивающей пленки и др.), экрани- рующей светорассеивающей решетки (зеркальной или матированной) и от- ражателей (зеркальные софиты и др.). В случае применения экранирую- щих решеток следует иметь в виду, что очень важными параметрами яв- ляются характер отражения и пропу- скания материала решетки и его за- щитный угол. Иногда архитекторы, привлеченные эффектным видом ре- шеток, не по назначению используют их в светящих потолках, в результате чего нарушается эстетика такого по- толка из-за высокой неравномерности распределения яркости. Цвет решетки активно влияет на цветность излуче- ния светящего потолка. Если решетка выполнена из алюминия в его естест- венном цвете, то обнаруживается зна- чительное "похолодание” прошедшего через него света. И, напротив, цвет- ность излучения источников света с решеткой, окрашенной в цвет золота или бронзы, "теплеет". При выборе сопряжений стекла с переплетом нужно учитывать контраст между светящейся поверхностью стек- ла и переплетом. Иногда светящий по-
Глава 4. Архитектурное освещение 167 Рис. 4.63. Элементы конст- рукции светящих панелей и полос и светящего потол- ка I — звукопоглощающие пли- ты; 2 — светорассеивающее стекло в плоскости потолка (а, в, г) или выходящее из нее (б, д, е); 3 — люминесцентные лампы; 4 — переплет; 5 — под- веска светильника (металли- ческий тяж) толок создается на основе использова- ния кессонированной или ребристой конструкции. Отражателем в этом слу- чае служит белая поверхность потол- ка. Светящие потолки целесообразно применять в помещениях с высокими нормируемыми уровнями освещенно- сти (750—1000 лк и выше). В поме- щениях с меньшей освещенностью ре-
168 Часть II. Архитектурная светология комендуются светящие панели и по- лосы, которые выполняют подобно све- тящему потолку или компонуют из различных типов светильников, распо- ложенных в определенном ритме на поверхности потолка или в виде сво- бодно расположенных пятен криволи- нейного очертания, придающих остро- ту архитектурному решению интерье- ра. Возможны два приема расположе- ния светящей поверхности на кессо- нированном потолке; первый характе- ризуется расположением светящей по- верхности заподлицо с плоскостью по- толка; в этом случае возникает резкий контраст между светящей панелью и потолком, который можно смягчить применением светлой отделки пола и стен; второй характеризуется приме- нением рассеивающего стекла, высту- пающего из плоскости потолка и име- ющего боковые светящие поверхности. В современной практике при уст- ройстве светящих потолков широко распространен прием ’’светящих то- чек". "Светящие точки" могут быть выполнены из люминесцентных ламп круглой формы или ламп накалива- ния. Защитный угол при применении "светящих точек" с лампами накали- вания должен быть не менее 30°. Об- ращенное в помещение отверстие встроенного светильника часто снабжа- ется кольцевой решеткой. Светящие потолки и панели обеспечивают рав- номерное распределение яркости на рабочих поверхностях. Кажущееся равномерное распреде- ление яркости на светящей поверхно- сти молочного стекла обеспечивается при соотношениях максимальной яр- кости к минимальной, равных 1,4 на светящих поверхностях больших раз- меров и 1,1 — малых. Для этого не- обходимо соблюдать определенное со- отношение dlh, где d — интервал между лампами; h — расстояние от лампы до стекла. Значения d/h при применении зеркальных ламп должны быть не более 0,9, ламп накалива- ния — 1,8, люминесцентных ламп — 2,4. Часто вместо защитного стекла или дополнительно к нему (например, в демонстрационных залах) использу- ют так называемые диффузоры, вы- полняемые из штампованного метал- лического профиля, пластмассы и др. Стационарные (встроенные) осве- тительные устройства применяются в виде светящих карнизов, светящих по- толков, шахт, панелей, точек, искус- ственных окон, фонарей и т.п. Сочетание светящих панелей и по- лос с перфорированными или иными звукопоглощающими плитами образу- ет так называемый светоакустический потолок, который нередко является также и элементом системы вентиля- ции или кондиционирования воздуха в помещении. Светящие панели обычно распола- гают в едином ритме с глухими. Об- разующийся в результате "роттердам- ский" потолок обладает при мягком контрасте между светящими и глухи- ми панелями определенной вырази- тельностью. Опыт показывает, что соотношение между яркостями светящих и глухих поверхностей потолка должно быть в пределах от 5 до 20. Это обычно обес- печивается при отношении площади светящих поверхностей к площади по- толка, равном или более 1:4, и при светлой отделке стен и пола. В табл. 4.41 приведены рекомендуемые яркости светящих поверхностей в ин- терьере. По аналогии с условиями воспри- ятия под открытым небом, когда ос- вещение предметов создается направ- ленными, рассеянными и отраженны- ми световыми потоками при различ- ном их соотношении, в ряде случаев не следует стремиться к равномерному освещению интерьера, так как при этом плохо выявляются пространство, форма, пластика и фактура поверхно-
Глава 4. Архитектурное освещение 169 Таблица 4.41. Допустимые яркости светящих поверхностей Светящая по- верхность — — —*—— — Пример Располо- жение Яркость, кд/м2, не более Светящие плоскости, встроенные па- нели, полосы, точки в верх- ней зоне поля зрения Светящие эле- менты в цент- ральном поле зрения в по- мещениях с длительным пребыванием в них людей Светящие эле- менты в цент- ральном поле зрения в по- мещениях с Фойе, му- На потол- зеи, рабо- ке при вы- чие поме- соте поме- щения, ма-щения: га зины, >6м 2000 спортзалы <6 м 1000 и т.п. Классы, Настенах, 500 офисы, не попа- читальные дающих залы постоянно в поле зре- ния Постоян- 250 но находя- щиеся в поле зре- ния Станции На стенах 650 метро, вокзалы кратковремен- ным пребыва- нием в них людей стей. Подобное освещение интерьера обычно создает ощущение монотонно- сти, угнетающе действующей на пси- хику человека. Выразительность ин- терьеру может придать разнообразие яркостей, композиционно оправданных ярких пятен, расположенных в опре- деленном ритме или свободно на фоне равномерной яркости. Одна из локальных задач световой архитектуры интерьера связана с вы- бором спектрального состава источни- ков света. Осуществление в натуре на- меченной проектом цветовой гармонии при переходе от естественного освеще- ния к искусственному зависит от спек- тральных характеристик ламп (см. гл. 6). Переход к трехмерной оценке ос- вещения интерьеров, логически выте- кающей из понятия архитектуры, тре- бует применения светопространствен- ных понятий и критериев. А.А.Гершун ввел понятие светового поля, для оценки качества которого предложил две величины: скалярную (диффуз- ную) — в виде пространственной ос- вещенности, и направленную — в ви- де светового вектора. Световой вектор характеризуется максимальной плот- ностью светового потока в данной точ- ке; направление вектора перпендику- лярно плоскости, через которую про- ходит световой поток наибольшей плотности. Правильно выбранное соотношение между скалярной и векторной состав- ляющими предопределяет восприятие объемной формы интерьера, пластики архитектурной отделки и лица чело- века. Высокое качество освещения ин- терьера исключает наличие диском- фортной блескости, которая может яв- ляться следствием применения нера- циональных приемов освещения. Уст- ранение или уменьшение воздействия дискомфортной блескости обеспечива- ется правильным расположением све- тильников по отношению к рабочему месту, применением светильников с защитными углами не менее 15° (све- тильники местного освещения с любы- ми источниками света должны иметь непросвечивающие отражатели или рассеиватели с защитным углом не ме- нее 30°). Существуют простые способы об- наружения бликов на стадии эскизного проектирования. Определение диском- фортных точек или участков помеще- ния, отделанного материалом с зер- кально отражающими свет поверхно- стями, основано на построении мни- мых изображений источников света, при этом объект наблюдения считается зеркалом. На рис. 4.64 и 4.65 приве- дены примеры графического построе- ния бликов в помещениях разного на- значения. 1. Определение высоты Н лишенной отбле сков полированной панели в читальном зале
170 Часть IL Архитектурная светология В Рис. 4.64. Определение высо- ты полированной панели, не дающей бликов в поме- щении читального зала Рис. 4.65. Определение ком- фортных и дискомфортных зон наблюдения в зале кар тинной галереи (рис. 4.64). Считаем стену АВ зеркалом. Как изве- стно, в плоском зеркале изображение точки нахо- дится за зеркалом и лежит на перпендикуляре, опущенном из точки на зеркало, на том же рассто- янии, что и светящая точка. Таким образом, Г— 2’ — мнимое изображение светящего потолка 1—2. Точка пересечения стены АВ с лучом, проведен- ным из точки С к мнимому изображению точки 2, определяет максимальную высоту Н панели, ли- шенной бликов. 2. Определение комфортной и дискомфорт- ной зон наблюдения в картинной галерее (рис. 4.65). Принимаем плоскость картины АВ за зеркальную и строим мнимое изображение Г ис- точника света 1. Проводим горизонталь ОО на вы- соте 1,6 м, определяющую уровень линии зрения наблюдателя. Через верхний край картины и точку Г проводим прямую до пересечения с линией ОО. Точка пересечения определяет границу между комфортной и дискомфортной I ’ ’ зонами наблюде- ния. Находясь в любой точке комфортной зоны, зритель не будет видеть бликов на картине; любой точке дискомфортной зоны соответствуют блики на картине. При расчете осветительной уста- новки нужно решить две задачи: пер- вая связана с определением необходи- мой мощности источников света в со- ответствии с нормированной для про- ектируемого помещения освещенно- стью, а вторая — с определением ос- вещенности и яркости и их распреде- лением в интерьере. В общем случае решение этих за- дач требует расчета распределения прямых и отраженных световых пото- ков, падающих от осветительных при- боров и устройств на внутренние по- верхности интерьера — потолок, сте- ны, пол. Таким образом, суммарная освещенность Ес в любой точке внут- ренних поверхностей определяется как сумма двух слагаемых:
Глава 4. Архитектурное освещение 171 Рис. 4.66. Схемы к расче- ту освещенности сгг точеч- ного источника света на го- ризонтальной (а) и верти- кальной (б) поверхностях (4.27) Ес “ + Eq, где£пр — прямая компонента освещенности; Ео — отраженная компонента освещенности. Отраженная компонента, создава- емая многократно отраженными свето- выми потоками, обычно распределяет- ся в пространстве интерьера равномер- но и характеризует пространственную диффузную освещенность. Распределе- ние освещенности, создаваемое прямой компонентой, может быть неравномер- ным, поскольку оно зависит от харак- тера светораспределения светильника и от его расположения в пространстве интерьера. Надлежащим образом выбранное соотношение между диффузной и пря- мой составляющими светового поля предопределяет восприятие простран- ства, формы интерьера, пластики его архитектурной отделки. Расчет освещенности в точке А на горизональной поверхности (рис. 4.66,а) от точечного источника света производится по формуле £г = (1н/нЪ cos3<x, (4.28) LA»» г где — сила света светильника по направлению к точке, в которой определяется освещенность; для этого пользуются кривой распределения силы све- та светильника; Нр — расчетная высота подвеса светильника над уровнем горизонтальной плоско- сти; oL — угол между направлением силы света к расчетной точке и оптической осью светильника. Если освещаемая поверхность вер- тикальна, то ее освещенность от то- чечного источника света в точках А или Б определяется из выражения Б* ~ (р/Яр)£г, (4.29) где Ев — вертикальная освещенность; р и Нр — геометрические параметры, принимаемые тю рис. 4.66,6. Если плоскость падения луча пер- пендикулярна вертикальной плоско- сти, то р = Расчет освещенности от светящей линии (рис. 4.67) для точки А/, в ко- торой определяется освещенность, про- изводится по формуле Ем = а у /2Нр) COS2//(<P). (4.30) Световой поток, падающий на рас- четную плоскость, создается в резуль- тате взаимодействия прямого света от светящих элементов и суммарного от- раженного потока, образующегося в результате многократных отражений от потолка, стен и пола. Расчет освещенности от светящих поверхностей равномерной яркости производится по рормуле (3.20). Для расчета мощности осветительной уста- новки при системе общего освещения и равномер- ном расположении светильников над горизонталь- ной плоскостью применяется метод коэффициента использования, выражаемый уравнением
172 Часть IL Архитектурная светология Рис. 4.67. Схема к расче- ту освещенности от светя- щей линии на горизонталь- ной поверхности 1^— сила света с единицы длины светящей линии в поперечной плоскости; Pi — угол, под которым вид- на светящая линия из рас- четной точки М\Яр — высо- та расположения светящей линии над освещаемой гори зонтальной плоскостью Фл = EHSK3z/ (NUoy), (4.31) где т л — световой поток ламп в одном светильни- ке, лм; £н — нормированная освещенность (берет- ся по СНиП П-4-79), лк; 5 — площадь помещения, м2; Кз — коэффициент запаса; N — число светиль- ников в помещении; £/Оу — коэффициент исполь- зования осветительной установки, принимаемый по справочникам для проектирования; зависит от индекса помещения /, а также от коэффициента от- ражения потолка, стен и пола помещения (табл. 4.42); LB i =----------- Н (L + В) V (4.32) где L, В — размеры помещения в плане, м; — высота светильников над расчетной поверхностью, м; z — отношение средней освещенности к мини- мальной; при применении люминесцентных ламп равно 1,10, а дня светильников прямого света с лам- пами накаливания или ДРЛ — 1,15. Удобным для архитектурного проектирования является метод удельной мощности, которая харак- теризуется отношением суммарной мощности ис- точников света к площади освещаемого помеще- ния. Сущность этого метода заключается в замене в уравнении светового потока ламп Ф л произведе- нием мощности ламп на световую отдачу Рл, т.е. W„Pn-EuK3SzHNUoO. (4 33)
Глава 4. Архитектурное освещение 173 Таблица 4.43. Удельная мощность общего равномерного освещения, Вт, при рт = 50%, р = 30%, р = 10% h, м м2 Светильники с лампой накаливания при Е, лк прямое косинус- равномерное све- ное распределение тораспределение (шар) Светильники с люминесцентной лампой ЛБ при Е, лк подвесной с экрани- рующей решеткой плафон с рассеивателем 100 200 300 500 100 200 300 500 100 200 300 500 100 200 300 500 10-25 31 55 78 125 2—3 25-150 22 40 55 90 >150 17 32 42 72 10-25 37 66 96 158 3-4 25-150 15 35 53 88 >150 16 30 45 73 40 82 140 170 8,5 17,2 25, 28 54 86 140 5,7 11,5 17 22 43 60 95 4,3 8,8 13 50 85 120 180 11 21 32 25 47 70 115 6 9 18 19 35 52 81 4,5 9 13, 42 10,2 19 29 51 28,5 7,1 14,5 21 36,5 22 5,5 11 16,6 28 53 12,5 25 38 63 30 7,7 15,4 23 32 23 5,8 11,6 17,4 29 Решая это уравнение относительно удельной мощности имеем: W=WnN/S-EnK3z/{UoyP^. (4.34) Из формулы видно, что удельная мощность — основной энергетический показатель осветитель- ной установки — зависит от расчетного значения освещенности коэффициента использования осветительной установки (/оу, типа источника све- та Рл и расположения светильников z. Найденная из таблиц (табл. 4.43) для конкретного помещения удельная мощность, умноженная на площадь, определяет общую установленную мощность. Эта мощность, деленная на общее число установленных в поме- щении ламп, и определяет мощность каждой лампы. При применении лю- минесцентных светильников число ламп определяется частным от деления общей установленной мощности на единичную мощность выбранных лю- минесцентных ламп. 4.9. Совмещенное освещение помещений Совмещенное освещение по- мещений является разновидностью ес- тественного освещения: при его при- менении сохраняется доминирующая роль естественного света в интерьере. Оно используется как в многоэтаж- ных, так и в одноэтажных промыш- ленных и общественных зданиях, име- ющих широкие корпуса и глубокие по- мещения, и характеризуется постоян- ным (в течение всего рабочего времени) дополнительным искусствен- ным освещением, которое создается в зонах помещений с недостаточным ес- тественным светом. Особенность совмещенного освеще- ния состоит в том, что создаваемое в помещениях постоянное дополнитель- ное освещение обеспечивается, как правило, светящими поверхностями (панелями, полосами, нишами и др.), имитирующими окна и фонари есте- ственного света. Яркость этих повер- хностей, равно как и спектр, а в наи- более удачных решениях и динамика излучаемого ими света, близки к ха- рактеристикам рассеянного света неба, поэтому при совмещенном освещении необходимо применять люминесцент- ные лампы типа ЛДЦ, ЛД, ЛЕ, ЛЕЦ и т.п., спектральный состав которых близок к спектру естественного света. В некоторых случаях это могут быть маломощные металлогалогенные лам- пы, а также лампы ДРЛ делюкс в со-
174 Часть II. Архитектурная светология Рис. 4.68. Схема к опреде- лению в помещении зоны с недостаточным естест- венным освещением четании с лампами накаливания. В ка- честве светорассеивающего материала применяется, как правило, молочное оргстекло. Постоянное дополнительное искус- ственное освещение создается в зоне Вг помещения (рис. 4.68). При совме- щенном освещении глубоких помеще- ний видимость рабочей поверхности в зоне В2 в большой степени зависит от уровня яркости поля адаптации La по сравнению с яркостью рабочей повер- хности Ер. На рабочих поверхностях, распо- ложенных в глубине помещений с бо- ковым светом, будет ощущаться недо- статочность освещения при попадании в поле зрения человека ярких повер- хностей окон из-за их ослепляющего или дискомфортного действия и высо- ких яркостных контрастов. Дополнительное искусственное ос- вещение в зоне В2 должно функцио- нировать в течение всего рабочего вре- мени, т.е. и днем. В общем случае дополнительная освещенность, созда- ваемая источниками искусственного света, определяется по формуле Ед = 0,12£oecpTi, (4.35) где Lo — яркость участка неба, видимого через ос- текление из данной точки помещения; еср — сред- нее значение КЕО в зоне Вг помещения; это значе- ние КЕО при выбранной отделке интерьера опре- деляет яркость окружающих рабочих поверхно- Ю7 70s ID*1 ЯРКОСТЬ, кд/м2 Рис. 4.69. Зависимость нительного освещения аг уровня постоянного допол- яркости окна стей в этой зоне помещения; — коэффициент светопропу скания стекла. Зависимость уровня постоянной дополнительной освещенности Ед от яркости окна приведена на рис. 4.69. Эта прямая зависимость позволяет уменьшить уровень Ед путем приме- нения средств, улучшающих условия адаптации в помещении. К таким средствам относятся светлая отделка потолка, стен и пола, применение вы- соких подоконников и тонированного светозащитного стекла для заполнения светопроема, а также использование различного вида солнцезащитных уст- ройств мобильного или стационарного типа (жалюзи, экраны и др.). Не ме- нее важны при применении совмещен- ного освещения расположение и архи- тектурное решение электроосветитель- ной установки. При боковом освеще- нии светящие панели можно располагать на потолке в удаленной и примыкающей к окну зонах на раз- личных расстояниях друг от друга (рис. 4.70). В некоторых случаях целесообраз- но применять искусственные окна или
Глава 4. Архитектурное освещение 175 а) I Рис. 4.70. Кривые КЕО со- вмещенного освещения при использовании светя- щей панели, расположен- ной в удаленной зоне по- толка (а) и светящей ниши в стене против окна (б) 1 — естественное освеще- ние; 2 — искусственное осве- щение; 3 — совмещенное ос- вещение ниши на противоположной окнам сте- не или в простенках между окнами. Внешнее оформление, яркость, спект- ральный состав и динамика излучае- мого такими окнами света должны имитировать окна, обеспечивающие доступ естественного света. Искусственное освещение при со- вмещенном освещении целесообразно применять в виде двух раздельных си- стем: первая, существующая в виде постоянного дополнительного освеще- ния, работает непрерывно целый ра- бочий день и освещает зону Bi поме- щения; вторая освещает зону Bi по- мещения и включается с наступлением сумерек. Граница между ними может меняться в зависимости от колебаний уровня естественного освещения. Включение искусственного освеще- ния во второй зоне рекомендуется осу- ществлять с помощью автоматических регуляторов в зависимости от харак- тера изменения наружной освещенно- сти и выбранного уровня критической освещенности. Применение совмещенного освеще- ния оказывается экономически выгод- ным и в одноэтажных производствен- ных зданиях большой протяженности с верхним освещением при тех же тре- бованиях к его качеству, и в помеще- ниях с окнами. При определении ос- вещенности, создаваемой естественным светом, исходят из среднего значения КЕО, обеспечивающего гигиенический (а не светотехнический, выбираемый из условия видимости) минимум осве- щенности. Численное значение гигие- нически необходимого среднего КЕО для центральных районов страны (Ш светоклиматический пояс, см. рис. 4.18) принимается равным от 2 до 3% в зависимости от требуемой точности зрительной работы в поме- щении. Одним из рациональных решений верхнего освещения при совмещенном освещении является использование зе- нитных фонарей в виде отдельных све- топроемов, перекрытых оболочками из органического прозрачного или свето- рассеивающего стекла. При сочетании фонарей со светящими панелями ис- кусственного света создается возмож- ность их взаимозаменяемости и сво- бодного расположения на потолке ин- терьера. В последние годы значительно воз- росли требования к качеству световой среды в интерьерах, особенно в зда- ниях с большой глубиной заложе- ния(ЗЛ и более, h — высота перемыч- ки окна над полом). В таких поме- щениях невозможно создать комфорт- ную световую среду без верхнего естественного света только за счет бо- ковых светопроемов. Более того, при инсоляции таких помещений создается резкий дискомфорт, который можно ограничить с помощью рациональных солнцезащитных устройств (СЗУ) в сочетании с системой совмещенного освещения, что позволяет достигнуть единства функциональных и эстетиче- ских качеств световой среды в интерь- ере. При исследовании показателей дискомфорта и неравномерности осве- щения (Н.В.Оболенский, А.И.Пану-
176 Часть II. Архитектурная светология Таблица 4.44. Показатели светового дискомфорта в помещениях при применении СЗУ в светопроемах (А) и при их отсутствии (Б) Вид освеще- ния Процент остекле- ния Защита от солнца Показатели дис- комфорта при раз- мерах помещений, м 6x6x3,6 6x9x3,6 Естест- 40 А 18,3 18,3 венное Б 30,5 30,5 50 А 17,0 17,0 Б 28,3 28,3 60 А 16,5 13,8 Б 25.8 23,0 Совме- 40 А 19,0 17,0 щенное Б 25,0 22,0 50 Д 17,0 16,0 Б 24,0 20,0 60 А 16,0 13,0 Б 23,0 18,0 Искус- — 16,0 17,4 ственное ров) была создана трансд рмирующаяся ра в 1/6 натуральной универсальная модель интерье- величины, в ко- торой глубина помещений изменялась от 6 до 9 м, а в светопроемах меня- лись 12 типов заполнений. Наиболее близкие к рекомендуе- мым значения яркостей в интерьере были получены лишь при совмещен- ном освещении и использовании СЗУ, выравнивающих его неравномерность (Хр>. Для всех вариантов освещения был определен показатель дискомфор- та. Данные табл. 4.44 показывают, что увеличение площади светопроемов не устраняет дискомфорт, в то время как применение СЗУ и совмещенного освещения способствует значительно- му его снижению. Кроме того, установлено, что вос- приятие пропорций помещений зави- сит от неравномерности освещения, а следовательно от СЗУ, которые зна- чительно ее снижают (или повышают). При снижении неравномерности осве- щения пропорции помещений улучша- ются: высота воспринимается большей, а глубина — меньшей. По нормам [19] совмещенное ос- вещение допускается предусматривать в производственных помещениях I—II разрядов зрительной работы и в слу- чаях, когда по условиям технологии, Таблица 4.45. Нормированные (допустимые) значения КЕО при совмещенном освещении производственных помещений Зрительная работа Разряд зритель- ной работы Наименьший размер объекта раз- личения, мм Наименьшее нормированное значение КЕО и н * при верхнем или комби- нированном освещении при боковом освещении в зоне с ус- тойчивым снеж- ным покровом на остальной территории страны Наивысшей точности Очень высокой точности Высокой точности Средней точ- ности Малой точ- ности Грубая Работа со светящимися < 0,15 0,15-0,3 0,3-0,5 0,5-1,0 1,0-5,0 >5 >0,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,7 1,0 1,0 1,2 0,8 1,0 0,6 0,7 0,4 0,5 0,2 0,3 0,2 0,2 0,2 0,3
Глава 4. Архитектурное освещение 177 организации производства или клима- та сложно обеспечить нормированные значения КЕО системами естественно- го осве и (ения. В общественных и вспо- могательных зданиях совмещенное ос- вещение применяют тогда, когда это диктуется объемно-планировочным ре- шением. Запрещается использовать со- вмещенное освещение в жилых ком- натах , кухнях, детских помещениях, классах и учебных кабинетах школ, в палатах и кабинетах врачей в лечеб- но-профилактических учреждениях, в спальных помещениях санаториев и домов отдыха. Расчетные значения КЕО при со- вмещенном освещении помещений об- щественных зданий должны состав- лять, как правило, 60% значений, указанных в табл. 4.14, а в производ- ственных помещениях они должны со- ответствовать табл. 4.45. 4.10. Нормирование и проектирование освещения городов Современный город, как и интерьер, сегодня не мыслится без ис- кусственного освещения. В развитых странах не только все города, но и населенные пункты и многие загород- ные магистрали имеют стационарное электрическое освещение. История развития искусственного освещения города насчитывает не одно столетие. Еще улицы античных городов освещались масляными светиль- никами. Масляные фонари вывешивались на фаса- дах зданий Парижа и Лондона в XV—XVI вв. В XVII в. в Париже была создана уже постоянная служба городского освещения, в Версале устраива- лись музыкально-сценические постановки на от- крытом воздухе с применением большого числа масляных ламп, установленных на сцене, во дворе, на балюстрадах и карнизах дворца, в боскетах и фонтанах. В 1718 г. первые четыре фонаря были установлены у Зимнего дворца Петра I в Петербур- ге. В Москве слюдяные фонари были зажжены осенью 1730 г. В начале XIX в. улицы крупных го- родов Европы осветились газовыми фонарями. После изобретения электрических источни- ков света первую установку уличного освещения с лампами накаливания осуществил Лодыгин в 1874 г. в Петербурге. Установки с дуговыми лампа- ми Яблочкова, получившие название "русский" или "северный" свет, начали использоваться в 1877 г. в Париже, в 1878 г. в Петербурге, затем в Лондоне, Мадриде, Гамбурге и т.д. Однако еще и в начале XX в. многие города преимущественно ос- вещались газовыми и керосиновыми фонарями из- за нехватки электроэнергии. В 1904—1910 гг. в США и Франции были ус- тановлены первые образцы световой рекламы из га- зосветных ламп; в 30-е гг. в Западной Европе, а за- тем в США появились первые установки наружно- го освещения с газоразрядными лампами. Необходимость освещения город- ских пространств и объектов вызвана прежде всего функциональными по- требностями. Жизнь города с наступ- лением темноты не прекращается. Ча- сы пик со все более интенсивным транспортным движением и свободное время для боль инства горожан при- и ходятся на вечер, который в осенне- зимний период наступает тем раньше, чем севернее расположен город, а в районах Крайнего Севера люди живут зимой в условиях полярной ночи. Из всех физических параметров среды совер- шенно изменяется при переходе от дня к ночи лишь один — световой, т.е. тот, который воспринимается глазом. Из-за главенствующей роли зрения во вза- имоотношениях человека с окружением первой по- требностью в темное время суток является создание в городе необходимых условий освещения для обес- печения безопасности движения транспорта и пе- шеходов, а второй — обеспечение свободной ори- ентации в пространстве. Этим функции освещения не ограничивают- ся: оно должно быть экологически и эстетически полноценным, способствовать формированию в го- роде благоприятной психологической атмосферы. По существу, речь идет о создании по законам гар- монии и красоты ос sice го типа организации архи- тектурной среды, обладающей ярко выраженной спецификой. Последняя проявляется в том, что в отличие от дневного времени материально-про- странственные и светоцветовые параметры этой среды проектируются и управляются человеком и оцениваются им через зрительное восприятие и по- ведение в условиях низких уровней адаптации. Психофизиология зрения в этих случаях, как пока- зано в п. 3.1, иная, чем днем. Мероприятия по проектированию световой среды относятся сегодня к об- ласти благоустройства городов, посел- ков и сельских населенных пунктов, а конкретно — к проектированию си-
178 Часть IL Архитектурная светология стем и установок наружного освеще- ния. Их принято подразделять на ус- тановки утилитарного (уличного) ос- вещения и установки архитектурного освещения (зданий и сооружений). Та- кое разделение, обусловленное органи- зацией проектных работ и специали- зацией проектировщиков, разумеется, условно, так как в реальных условиях параметры световой среды определя- ются совместным действием всех ос- ветительных установок. Разные груп- пы установок играют различную по значению роль в каждом градострои- тельном ансамбле: в одних случаях превалирует утилитарное освещение, в других — главным является архитек- турное освещение. В конечном счете любое качественно решенное освеще- ние должно отвечать как функцио- нальным и экологическим, так эсте- тическим требованиям. Оба вида установок проектируются на основе норм. К утилитарному от- носится освещение дорожных покры- тий в транспортных и пешеходных зо- нах. Оно нормируется значением сред- ней яркости усовершенствованных (ас- фальтобетонных и им подобных) покрытий транспортных улиц, дорог и площадей, которые подразделяются на категории А, Б и В (соответственно общегородского, районного и местного значения), или значением средней го- ризонтальной освещенности гравийно- песчаных и прочих дорог, а также до- рожных покрытий в пешеходных зо- нах. К архитектурному отнесено осве- ение фасадов зданий сооружений, и памятников, малых архитектурных форм и зеленых насаждений. Особую группу составляют установки световой рекламы, информации и сигнализации и освещения витрин. Уровни архитек- турного освещения фасадов с диффуз- ным отражением регламентируются средней яркостью, а фасадов зданий, сооружений и памятников с диффуз- но-направленным отражением — наи- меньшей средней освещенностью в за- висимости от яркости фона (высо- кая — свыше 5 кд/м2, средняя — 1— 5 кд/м2, низкая — менее 1 кд/м2 со- ответственно на улицах категорий А, Б и В) и коэффициента отражения ма- териала фасада (табл. 4.46). Методически более удобно рас- сматривать эти две группы установок как установки для освещения город- ских пространств (или горизонтальной поверхности земли) и установки для освещения объектов (вертикальных по- верхностей) . Раздельное проектирование уста- новок освещения улиц и фасадов, осу- ществляемое инженерами-электриками нередко без участия архитекторов, имеет свои негативные последствия: в реальной ситуации эти установки не всегда гармонируют друг с другом, возникают случайные светоцветовые композиции и диссонансы, ослепление и визуальный хаос, в светотехниче- ских и экономических расчетах не учитывается влияние одних групп на другие и т.д. Поэтому в процессе про- ектирования важна роль компетентно- го в этих вопросах архитектора, ко- торый определяет место и значение каждой осветительной установки на основе общего архитектурного замысла и комплексно решает вопросы форми- рования среды, т.е. вопросы взаимо- связи искусственного света с простран- ственными, объемно-пластическими, цветовыми, социально-средовыми и другими параметрами градостроитель- ного ансамбля. Осветительные установки являют- ся не только носителями света, но и частью материальной структуры ан- самблей и объектов. Их форма, раз- меры , материал, размещение непос- редственно связаны с планировкой улиц, площадей и зеленых насажде- ний, с выбором материала дорожных покрытий, с композицией, масштабом и стилем застройки, с решением пла- стики и цвета фасадов зданий и соо-
Глава 4. Архитектурное освещение 179 Таблица 4.46. Уровни освещения дорожных покрытий и архитектурных объектов в городах Расположение осве- щаемого объекта Средняя яркость (осве- щенность) дорож- ного по- крытия, L . дп кд/м2 (ЛК) Харак- терная средняя яркость фона £ф: 2 кд/м Средняя яркость осве- щаем о- Средняя вертикальная освещенность*^, лк, фа- сада здания ------------------— при коэффициенте монумента, памятника го фа- сада кд/м отражения р материала. >0,6 (белый) 0,6-0,45 (свет- лый) 0,45-0,3 (средней светло- ты) 0,3-0,15 (темный) <0,15 (черный) Улица или площадь катего- рии А (город- ского значения) Улица или пло- щадь категории Б (районного зна- чения) Улица или пло- щадь категории В (местного зна- чения) Парк, бульвар категорий: А Б В Тротуары кате- горий : А Б и В Пешеходные зоны на площадях кате- горий А и Б Пешеходные ули- цы 1,6* **-0,6 >5 (20-15) 1,0-0,4 1-5 (15-10) 0,4-0,2 (6-4) (6) (4) (2) (4) (2) (Ю) (4) 50 75 100 150 200 75 100 150 200 300 30 50 75 100 150 50 75 100 150 200 20 30 50 75 100 30 50 75 100 150 1 * Для объектов, поверхности которых обладают не полностью диффузным отражением. ** При интенсивном транспортном движении - более высокие значения. Примечания:!. При расположении объекта вне городской территории и наблюдении его на фоне неба или неосвещенной зелени принимается < 1 кд/м2, а Е& допускается уменьшать вдвое по сравнению с величинами, указанными в таблице. 2. При расположении объекта вблизи зданий с большими светящимися поверхностями следует принимать >-5 кд/м2. 3. Освещен- ности объектов допускается увеличивать для зданий при наблюдении с расстояний > 1 км, для памятников при наблюдении с расстояния >300 м; а также для фасадов с мелкими архитектурными деталями, имеющими существенное значение для восприятия. ружений. В техническом отношении установки освещения нередко комби- нируются с другими видами инженер- ного оборудования и благоустройства, с малыми формами. Поэтому важно решать комплекс всех этих вопросов на первых же этапах проектирования. При разработке градостроительных проектов можно выделить две наибо- лее крупные задачи освещения: зри- тельное выявление функционально- планировочной структуры и светоком- позиционная организация городского пространства. Первая задача может быть решена с помощью светоцветового зонирова- ния за счет создания воспринимаемых глазом различий в интенсивности и
180 Часть II. Архитектурная светология цветности освещения и рисунке осве- щаемых зон и территорий, отличаю- щихся по своей функции и градостро- ительной значимости или по другим признакам. Свет может выявить и та- кие важные элементы, как основные структуроформирующие системы маги- стралей, общественных центров и озе- ленения, а также такие характеристи- ки, как размеры города, плотность за- стройки и коммуникаций, соотноше- ние старой и новой застройки и т.п. Решение второй задачи с