Роль естественного света в увеличении пространства

XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум – 2019

АРХИТЕКТУРА ЕСТЕСТВЕННОГО СВЕТА

Актуальность. Архитектура – это не просто место удовлетворения потребностей в пространстве, но и объект формирования духовно-эмоционального состояния.

Проблема. Проблемы игры света

Цель исследования. Рассмотреть различные подходы мировых специалистов.

Объект исследования. Архитектура естественного света

Задания работы. Проанализировать задачи и решения естественного освещения.

В основе восприятия объемно-пространственных форм лежат такие понятия, которые оказывают большое влияние на чувства и эмоции человека. Это пространство, величина, масса, фактура, цвет. А также важную роль в возникновении того или иного настроения играют свет и тень.

«Самое важное в архитектуре — это не создание формы, а совсем другие вещи: свет, структура, игра теней, запахи и так далее», — утверждает Петер Цумтор.

Считается, что тьма может расслабить разум и стимулировать воображение. Отсюда можно сделать вывод, что для таких помещений, где важна работоспособность, естественный свет является неотъемлемой частью, например, для офисов. Также достаточное естественное освещение обеспечивает прилив сил, бодрость, приподнятое настроение, при этом сохраняет спокойствие и умиротворенность, что идеально для гостиной и кухни.

Луис Кан рассуждал: «Архитекторы в планировке помещений сегодня забыли свою веру в естественное освещение. В зависимости от прикосновения пальца к выключателю они удовлетворяются статическим светом и забывают о бесконечно меняющихся качествах естественного света, в котором комната – это другая комната каждую секунду дня». Действительно, архитекторы и строители используют свои лучшие решения при выборе материалов, а затем ломают голову над тем, как эти материалы можно объединить, чтобы создать не просто крепкое здание, но и полезное, приятное, вдохновляющее сооружение. Затем здание часто становится богаче и динамичнее оригинальной концепции. Преображается не только фасад, но и внутренняя часть. Это связано с игрой света и тени в течение всего дня и сезона. Таким образом, можно заметить закономерность естественного света в контролировании фасада и психо-эмоционального состояния людей.

К примеру, в книге «Атмосферы» Петер Цумтор рассуждает о том, что архитектура – это не только пространственное, но и временное искусство. При этом свет является компонентом, который устанавливает взаимосвязь между пространством и течением времени, имея возможность управлять последним.

В некоторых своих работах архитектор использует свет как нить, проникающую в помещение сквозь отверстия, через которые увидеть среду не представляется возможным ввиду их пропорций или местоположения. В архитектуре Петера Цумтора свет является неким мощным потоком, который в некотором смысле представляет собой толчок, направляющий человека. Такой прием был использован в Термальных Банях (Вальс, Швейцария, 1996год). Движение по комплексу происходит практически в темноте. Однако посетителя сопровождают узкие полоски струящегося света, которые ведут в сторону бассейна с прекрасным видом на горы, где посетитель отдыхает телом и душой.

Часто некоторые части здания заливаются дневным светом, в то время как другие части заполнены тенями. Кристофер Александер в одном из своих «шаблонов» говорит, что при правильном выборе помещений, которые должны выходить на юг, дом кажется светлым, солнечными жизнерадостным; если выбор сделан неправильно, то дом кажется темным и мрачным. Александер считает, что естественное освещение является самым основным фактором для комфортного пребывания в помещении. Архитектор предлагает простую схему своей мысли (рис. 1)

Рисунок 1 Сущность комфортной ориентации помещения

Благоприятное расположение может играть важную роль не только в жилых помещениях. Так, в Церкви Света архитектор Тадао Андо точно определил место для строительства протестантского храма относительно остальных зданий, а также для максимального использования солнечного света. Естественный свет для Тадао Андо – источник всего сущего, который каждый момент дает новую форму существования и новые взаимосвязи вещей. Архитектурная форма Церкви света довольно проста, но Андо с читает, что архитектура — это процесс выделения и очищения силы света . Поэтому расположение церкви выполнено с тем учетом, чтобы в утренние часы крестообразная прорезь улавливала солнечный свет, что обеспечивает благоприятное время для молитвы и проведения службы. И, конечно же, когда рассеянный свет заполняет пустой интерьер, он создает приглушенную атмосферу тишины и умиротворения.

Архитекторы используют естественный свет, чтобы тенью скрывать или минимизировать элементы здания, которые менее привлекательны, но необходимы. Например, из-за условий на некотором участке может быть только один способ размещения гаража. Это может означать, что гаражные ворота станут частью презентации конструкции. Если двери гаража окрашены в темный цвет и будут затенены, они будут «читаться» как простой перерыв в стене, воздействие будет минимальным. Если части структуры глубоко затенены, возникает чувство таинственности и интриги, которые привлекают нас для более пристального взгляда.

Атмосфера пространства зависит от качества света и теней. Четкие драматичные тени возникают благодаря дневному свету, проникающему в пространство сверху или сбоку. В пространстве Национальной портретной галереи Вашингтона, Норманн Фостер удивляет нас манипуляцией света. Крыша, выполненная из стекла и стали, будто накрывает волной открытый двор галереи. С каждым движением солнца свет показывает удивительные преображения здания. В первую половину дня свет бросает четкую решетку теней на стены здания, в пасмурную погоду потолок кажется непрозрачным, а на закате двойное стекло фильтрует свет в атмосферное и несколько потустороннее свечение.

Вывод. Естественный свет – это один из важнейших факторов для обеспечения более выгодного проживания людей, улучшения психоэмоционального состояния и работоспособности. Также свет и тень важны для формирования эстетического восприятия зданий, являются концептом или одной из основных составляющих проекта.

1.Цумтор П. «Атмосферы»2006г.

2. Масао Ф. «Андо» // Церковь света/ 2016г., с. 37-38

3.Александер К. «Язык шаблонов» // Шаблон №128 «Естественное внутреннее освещение», шаблон №135 «Чередование света и тени», шаблон №252 «Рассеянный свет»/ 1977г.

4. Вильям М. С. Лам «Солнечный свет как дизайнер архитектуры» //Принципы//Восхитительная, здоровая, светящаяся среда/1986г.

Форма атриума

Выбор принципиальной схемы атриума

Многие атриумные здания являют собой скорее новый визуальный образ, нежели экономичную энергетическую систему. И в настоящее время остается большое поле для усовершенствования атриума в целях экономии энергии. Но для действительного использования потенциальных преимуществ атриумных зданий их следует проектировать исходя из энергетических возможностей, которые должны играть определяющую роль в выборе формы атриумных сооружений.

Преимущества атриумных зданий состоят в увеличении естественного освещения без соответствующих теплопотерь или перегрева, обычных для традиционных сооружений. Уменьшение теплопотерь достигается использованием двойного остекления атриума в качестве дополнительного ограждения, улавливанием или отражением солнечной радиации, требуемых для обеспечения климатического комфорта. Чтобы добиться лучшего освещения, нужно придать атриуму форму уловителя и распределителя дневного света и соответственно организовать пространство вокруг него.

Использование преимуществ атриума для улучшения отопления и вентиляции также требует оптимальной ориентации и придания атриумному зданию формы, способствующей сохранению тени и сохранению солнечного тепла, а также продуманному использованию объемов для создания необходимых вентиляционных потоков. Основная пространственная схема атриума диктуется этими соображениями.

Глубина помещений атриумных зданий

Стремление к естественному освещению являет собой тенденцию, противоположную приемам планировки зданий до начала 70-х годов, когда было принято увеличивать глубину помещений и устраивать маленькие оконные проемы. Даже многие атриумные здания все еще по инерции рассчитываются в основном на искусственное освещение, а атриумное пространство используется скорее как средство для отдыха, нежели как средство естественного освещения интерьеров. Чтобы добиться подлинных преимуществ атриумных сооружений, нужно либо уменьшать ширину, либо увеличивать высоту помещений, примыкающих к атриуму, до тех пор, пока не будет достигнут нормальный требуемый уровень их естественной освещенности.

Повышая высоту этажа и сооружая некоторые специальные отражающие устройства, можно увеличить эти параметры (например, поднимая высоту этажа с 2,7 м до 3,6 м, можно обеспечить удовлетворительное освещение помещений на глубину до 9 м). Между глубиной помещений и высотой этажа в заданном объеме существует определенная зависимость. При неглубоких планах помещения могут легко быть освещены через проемы по периметру и не требуют дополнительных средств освещения глубинных зон. Объем атриума в таких случаях может быть увеличен при уменьшении высоты этажей. Если же, с функциональной точки зрения, требуется устраивать глубокие помещения, то следует внимательно изучить связи этих пространств с атриумом.

Не следует также забывать о том, что атриум может эффективно выполнять функции охлаждения и отопления помещений. Для определения точной пропорции следует решить ряд уравнений и выявить, что выгоднее: использовать атриум в качестве отопительного устройства или как вентилятор для отвода избытка тепла.

Согласно законам термодинамики дополнительное отопление здания более экономично, чем его принудительное охлаждение.

Организация пространства помещений атриумных зданий

При определенной ширине помещений необходимо расположить их таким образом, чтобы выполнить все функциональные требования. Атриум оказывается пустым стержневым пространством, вокруг которого нанизаны поэтажные планы помещений. Наиболее продуктивным методом определения внешней формы атриумного сооружения является концепция двойного ограждения. Внешняя оболочка здания должна определяться исходя из градостроительных факторов и условий солнечного освещения. Разница между полученным объемом атриума и объемом полезных площадей может служить показателем масштабов использования атриума.

Расположение атриума в большой степени зависит от потребностей обогрева или охлаждения внутренних пространств, а также от климатических условий. Во всех широтах максимум естественного света поступает сверху, поэтому устройство верхнего света оказывается самым выгодным. Верхнее освещение можно всегда спроектировать таким образом, чтобы организовать защиту от прямых солнечных лучей и использовать отраженный и рассеянный свет. В странах с холодным климатом имеет смысл устраивать остекленную стену, ориентированную на экватор.

Западные и восточные остекленные поверхности можно рекомендовать только в том случае, если они создают особенно привлекательный вид. Летом они пропускают лучи низко стоящего солнца и с трудом могут быть затенены. Зимой же теряют тепла намного больше, чем стены, ориентированные на экватор. Стены, ориентированные на полюсы, имеет смысл делать остекленными только в очень жарком климате, так как они дают только свет и совсем не приносят тепла.

Итак, поиски формы и остекления атриума аналогичны соответствующим задачам для обычного помещения, только в большем масштабе: для холодного климата ищут возможности увеличить солнечное освещение, в жарком климате, напротив, стремятся избегать попадания солнечных лучей.

Исходные формы атриумных зданий

На стадии вызревания основной идеи полезно выбирать форму на основе определенной системы принципов. На рис. 1 схематически показаны 5 простых форм. На основе использования этих схем могут быть получены и гибридные формы.

Рис. 1. Исходные формы атриумных зданий (простые типы):
а – одностенный атриум типа оранжереи;
б – двухстенный атриум (открыт на 2 фасада);
в – трехстенный атриум (открыт 1 фасад);
г – четырехстенный атриум (не имеет открытых боковых фасадов);
д – линейный атриум (открыт только с торцов).

Одно-, двух-, трех- и четырехсторонние и линейные атриумы могут использоваться для проектирования, как небольших отдельных зданий, так и больших комплексов. Сложные формы наиболее пригодны для плотной застройки. На тесных участках выбор форм атриумных зданий весьма ограничен, в то время как просторные площадки дают возможность использовать множество горизонтальных форм, позволяя организовать компактные малоэтажные комплексы с естественным освещением на каждом ярусе. Неосвещенные помещения могут быть использованы для размещения технических и коммуникационных устройств.

Свобода выбора форм атриумных зданий

Наличие большого числа апробированных на практике стратегий определения формы, опирающихся на ряд внутренних факторов, не должны приводить проектировщика к мысли о жесткой детерминированности выбора формы только этими факторами. В 20-м веке было построено бесконечное множество зданий в форме башен и пластин, продемонстрировавших неспособность создать приятный градостроительный контекст. Поскольку определяющими форму здания обычно считались в основном внутренние функциональные факторы, несоответствие между формами и общим контекстом пытались смягчить с помощью отделочных материалов.

Освещение атриумов

Важнейшим принципом, на котором основано проектирование и строительство атриумных зданий, является принцип возвращения к естественному освещению и максимальной экономии энергетических ресурсов. Затраты на естественное освещение в основном сводятся к устройству ограждений и теневых завес, остекления, а также сопряженных с этим потерь тепла или, наоборот, перегрева помещений. Хорошее естественное освещение предполагает удовлетворительную освещенность в глубине помещений. Речь идет не столько о количестве, сколько о качестве света. Желательны низкая блесткость и контрастность освещения. Считается, что наилучшие условия освещения достигаются при совместном использовании двух типов освещения: общего и локального. Соотношение общего и локального освещения не должно быть чрезмерно контрастным. Полагают, что общее освещение должно составлять 0,5. 0,65 локального освещения и находится в пределах 300. 500 лк. В хорошо спроектированных зданиях большая часть фонового освещения может быть естественной.

Естественное освещение атриумов

Рис. 2. Формы атриумных крыш, улавливающих солнечную энергию:
а – верхний свет для районов с умеренной облачностью;
б – шедовое покрытие, обращенное на солнечную сторону, для районов с умеренной солнечной радиацией;
в-е – крыша с подвижными солнцезащитными шторками. На схеме показаны 4 основных положения планок жалюзи.

Наиболее существенными факторами, обеспечивающими освещение атриумного пространства, являются климатические условия местности, в которой располагается здание. Различный подход требуется для расчета условий освещенности в местах, где погода обычно облачная, и в местах с преобладающей ясной погодой; в местах с умеренным климатом и небольшими колебаниями погодных условий и в местах, где погода и характер освещения резко изменяются в разные сезоны и в течение дня. Например, для зон с умеренным климатом и частой облачностью расчеты ведутся на стандартный облачный день. Идеальный атриум для этих условий предполагает яркое верхнее освещение с максимальной пропускной способностью остекления, обеспечивающей максимальный световой поток в атриум (рис. 2, а). Такое остекление дает рассеянный свет, улавливая поток света с разных участков неба. В случае солнечной погоды требуются специальные средства для обеспечения естественного освещения помещений на теневой стороне атриума.

В районах с безоблачным небом использование прямого падающего света должно быть ограничено. Солнечный свет обычно слишком ярок, а тени чересчур темны. В таких случаях солнечный свет должен быть специально рассеян (рис. 2, б). При этом могут применяться как пассивные, так и активные средства затенения. Пассивные средства затенения состоят в установке специальных планок для отражения света и рассеивания его в пространстве атриума. Средства активного затенения следует применять в условиях жаркого климата с резкими сезонными перепадами погодных условий. На рис. 2, в-е показано затеняющее устройство с автоматически управляемыми жалюзи. С одной стороны они имеют зеркальную поверхность, а с другой — белую матовую. Эти жалюзи обеспечивают необходимое освещение для каждого времени года, а зимой по ночам образуют покрытие, отражающее свет обратно в помещение.

Поскольку под поверхностью крыши образуется зона повышенного нагрева воздуха, лучше всего делать ее высокой или устраивать особый фонарь, вынесенный за пределы используемых пространств и помещений. Фонарь удобен еще и тем, что использует боковое освещение, и особенно привлекателен в северных областях. Боковое остекление конструктивно менее сложно, чем стеклянная крыша, и даже в областях с пасмурной погодой солнце часто попадает в атриум именно сбоку. Затеняющие устройства лучше располагать в окнах помещений внутри атриума, так как в противном случае будет теряться большая доля солнечной радиации, что особенно нежелательно при облачной погоде.

Рассеяние света внутри атриумного пространства

Атриум можно уподобить световоду. Проемы прилегающих к нему помещений можно уподобить выходам, но общее давление светового потока зависит от характера поверхностей стен, которые играют важную роль в процессе распределения света сверху вниз, вплоть до нижнего яруса.

Первое и стратегически наиболее важное с точки зрения освещенности решение касается размеров и пропорций атриума. Соотношение длины, высоты и ширины его определяет ослабление освещенности на различных уровнях. Чем менее яркое небо в данном климатическом поясе, тем шире должен быть световой двор или атриум, чтобы обеспечить достаточным количеством света нижний уровень.

Не менее важной является отражающая способность внутренних стен. Для нижних уровней и помещений в роли неба выступает, прежде всего, противоположная, отражающая верхний свет сторона атриума. Если стены атриума сплошь стеклянные или целиком раскрываются, то до нижнего уровня сможет дойти очень незначительная часть верхнего света. Напротив, в случае теоретически идеального двора со сплошными стенами, имеющими хорошие отражающие свойства, свет пойдет, как в световоде из стеклянного волокна, и дойдет до нижнего уровня почти столь же интенсивным. Рациональное использование света предполагает такую систему, в которой на каждом участке терялось бы столько света, сколько нужно для освещения этого уровня, а остальная часть света распространялась бы дальше на нижние уровни.

Логическим следствием этого принципа оказывается необходимость различного числа проемов и окон на каждом уровне атриумного пространства, поэтому по мере снижения раскрытость интерьеров должна увеличиваться вплоть до сплошного остекления нижнего уровня. Возможный вариант внутренней стены атриума с нарастающей степенью остекления показан на рис. 3.

Рис. 3. Распределение естественного света в атриуме:
а – количество света, попадающего на поверхность пола атриума, зависит от его пропорций;
б – пути попадания солнечного света в помещения, примыкающие к атриуму, и количество отраженного света, попадающего в помещения нижнего уровня.

Озеленение интерьера атриума может препятствовать распространению света в нем, поэтому для минимизации световых потерь желательно использовать для озеленения только нижнюю поверхность атриума. Сами растения требуют большой освещенности, но в атриумах, которые рассчитаны на освещение прилегающих помещений, света для растений вполне достаточно.

Освещение помещений, прилегающих к атриуму

Свет, падающий из обычного окна или через открытый незастекленный проем, быстро теряет свою интенсивность. Уже на расстоянии 4. 5 м от окна уровень освещенности ниже нормы (в помещениях средней высоты) независимо от силы светового потока, проходящего через окна. Напротив, слишком ярко освещенные окна создают нежелательный слепящий эффект. В идеальном случае из окна должен открываться приятный вид; в то время как для освещения глубинных зон комнаты максимальное количество света должно попадать на потолок.

Подобное требование, вступающее в противоречие с естественным характером освещения, может быть удовлетворено только путем отражения света. Свет, используемый в атриумных зданиях, многократно подвергается отражению — в процессе прохождения через остекленные крыши и затем по мере отражения от боковых стен, однако существуют специальные средства целенаправленного использования отражения — световые полки.

Идея световых полок используется как в атриумных зданиях, так и в обычных конструкциях наружных стен. Такое устройство представляет собой горизонтальную или слегка наклонную плоскость, вставляемую в оконный проем несколько выше уровня человеческого роста и как можно дальше от поверхности потолка. Солнечный или дневной свет, падающий через окно, отражается этой плоскостью и отбрасывается на потолок. Таким образом, удается значительно лучше осветить глубинную часть помещения и устранить контраст, обычно возникающий при взгляде через окно на наиболее яркую верхнюю часть неба (рис. 4).

Рис. 4. Естественное освещение помещений.

Наиболее значимый фактор освещенности — высота помещения. Хорошее освещение вдвое большей площади может быть достигнуто при увеличении высоты потолка с 2,7 до 3,6 м. Высота окна практически не влияет на освещенность удаленной части комнаты. Световая полка лучше работает при прямом солнечном свете, улавливая максимальное его количество, отбрасывая свет в дальние зоны комнаты и рассеивая его. Устройство пола со ступенчатым уровнем обеспечивает каждому этажу прямой верхний свет. Освещенные участки пола в этом случае отбрасывают свет на потолок подобно световой полке.

Форма и отделка световых полок может быть различной. Очень хорошо отражают и рассеивают свет горизонтальные белые матовые полки. Зеркальные отражатели лучше освещают глубинные части интерьера в ясный день, но в пасмурный день дают меньший эффект.

Художественные приемы использования естественного света в архитектуре

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 21.01.2019 2019-01-21

Статья просмотрена: 694 раза

Библиографическое описание:

Ильина К. С. Художественные приемы использования естественного света в архитектуре // Молодой ученый. 2019. №3. С. 30-32. URL https://moluch.ru/archive/241/55845/ (дата обращения: 27.02.2020).

Архитектура — это не только средство удовлетворения утилитарных потребностей в пространстве обитания, но и воплощенный художественный образ, который возникает тогда, когда в объекте средствами метафизических универсалий архитектурной культуры выражается определенное эмоционально-духовное состояние. [1]

Согласно Витрувию, три постулата архитектуры, три ее краеугольных камня — это прочность, польза, красота. Естественный свет не может влиять на прочность здания, но от него явно зависят и красота, и польза. На восприятие и эмоции человека оказывают влияние такие универсалии архитектуры как форма, пространство, масса, цвет, а также свет. Если не воспринимать свет только по его прямому назначению, как исключительно утилитарную функцию, то пути его распределения, контрасты света и тени, блики и отражения создают не только красивую и здоровую атмосферу, но и яркий, целостный художественный образ.

Первыми опытами художественного применения естественного света является его применение в архитектурных монументах, ориентированных на солнце и солярный культ — египетские пирамиды, Стоунхендж в Великобритании и т. д. Главную роль в построении структуры сооружения играет свет солнца в различные фазы дня и года, луны, звезд.

В классической архитектуре свет используется для выявления формы предметов, их пластики. Например, афинский Парфенон в ночи исключительно грузен, массивен и замкнут, подобное сооружение не могло появиться в северных широтах, под тусклым светом и серым низким небом. Зато под южным солнцем Греции, храм выстраивается, лучи, прорезающие вертикали колоннады, замкнутые в горизонталях фриза, архитрава и ступеней, организуют пространство и форму сооружения. Здания Парфенона — это диалог здания и солнца.

Римский Пантеон, с его «оком», выстраивает совершенно иную систему взаимодействия света и внутреннего пространства. Соответствующим образом ориентированный на юг, световой столб ярко и контрастно пронзает пространство и создает впечатление божественного присутствия.

Со временем и развитием новых материалов и технологий архитекторы научились работать со светом более умело.

Таким образом, вне зависимости от формы использования света, мы можем классифицировать три художественных приема использования естественного света в архитектуре — контрастный свет, рассеянный свет и смешанный свет, т. е. освещение средней интенсивности. Рассмотрим данные приемы на современных примерах.

Контрастное освещение представляет собой вид естественного освещения, характеризующийся резкими границами между светом и тенью. Как и направленный свет в фотографии, контрастное освещение дает на объекте резко выраженные света, тени, и иногда блики. Архитектор, использующий данный художественный прием, должен отдавать себе отчет, что любая освещенность в интерьере, стремится к природности и естественности, а именно:

‒ Привычному распределению яркостей.

‒ «Небо» (верхняя часть зрения) как правило имеет наибольшую яркость, «земля» (нижняя часть зрения) — наименьшую. Условная «линия горизонта» характеризуется средними яркостями.

‒ Равномерное распределение яркостей на плоских поверхностях, и не равномерное на криволинейных.

‒ Контрастное освещение с ярко выраженными тенями создает иллюзию яркого солнечного света, даже при не самой высокой освещенности.

‒ Контраст света и тени в зависимости от широт различен и формирует человеческое восприятие соответственно.

Архитектор может сознательно нарушать данные каноны, в таком случае создается впечатление некой «театральности», вычурности, необычности происходящего. Подобный прием хорошо подходит для организации выставок, фойе, холлов, ресторанов. Если же говорить о естественном освещении, то архитектор может работать только с теми контрастными ресурсами, что у него есть в наличии. Рассмотрим современные примеры использования данного художественного приема.

Например, проект Нормана Фостера, Kogod Courtyard, реализованный в пространстве Национальной портретной галереи в г. Вашингтон в 2007 году. Дневной свет, проникающий в пространство внутреннего двора сверху или с боку, образует четкие, фактурные, контрастные, драматичные тени. Остекление представляет собой волнообразную крышу, накрывающую все пространство внутреннего двора здания. В первую половину дня свет образует четкую решетку теней на стенах старинного здания Национальной портретной галереи, в пасмурную погоду потолок кажется непрозрачным, а на закате двойное остекление преобразует свет в неяркое и даже несколько потустороннее свечение. Отдельные участки гладкой облицовки пола создают интересную игру отражений.

Интересным приемом использования контрастного освещения является проект школы дизайна и управления поблизости от знаменитой шахты Цольферайн в городе Эссен, Германия, воплощенный архитектурным бюро SANAA в 2006 году. Четкие фасадные структуры создают хоровод теней и световых пятен, движущийся в течение дня. Калейдоскоп из больших и малых квадратных окон создает причудливую игру света и тени, а холодный и простой фактурный бетон не мешает развиваться творческому началу будущих дизайнеров, а наоборот, стимулирует воображение. Различный размер окон школы в Цольферайне подводит нас к одному из лучших примеров контрастного света, когда свет проникает в помещение через множество маленьких окон — это проект Лувра в Абу-Даби архитектора Жана Нувеля, открывшийся в 2017 году. Архитектор с помощью этого приема не только выстраивает световое пространство, но и выдерживает строгую и элегантную геометрию, симметричную и лаконичную, обыгрывающую в здании образ традиционной арабской деревянной решетки машрабии.

Признанным мастером работы со смешанным светом является американский деконструктивист Даниэль Либескинд. В проекте Северного филиала Имперского военного музея (2001) в Манчестере ему удалось достигнуть удивительного компромисса между статикой и динамикой света, между направленными четкими контрастными рубленными полосами света, создающими определенный настрой на резкость, безжалостность и хаотичность военных действий и в то же время мягкими акцентами естественного света на статичных экспонатах, притягивающих взгляд.

Таким образом, мы можем сделать вывод о том, что с древнейших времен и до современности, художественные приемы использования естественного света в архитектуре являются эффективным способом воздействия на чувства человека. Архитектор Кампо Баеза интерпретирует знаменитую фразу Миса ван дер Роэ «Less is more» как «Light is more». Свет для него — главный элемент архитектуры, моделирующий пространство. Архитектор работает с естественным светом так, будто он так же материален, как камень: его нужно использовать должным образом, придавать направление и пропорции. Динамика света — основной способ описания ощущения и настроения пространства. Значительную часть описаний проектов составляет движение света, пути его распространения в пространстве. Пространство же в современной архитектуре больше не «читается», как текст, а переживается, как эмоция — чувственно, физически, через впечатление, возникающее у человека, а свет, наряду с фактурой, текстурой и формой становится одним из инструментов эмоционального воздействия на душу человека. «Восприятие духа и метафизической силы архитектуры обусловлено свойствами света и тени, формирующимися объемами и пустотами» — утверждает архитектор Стивен Холл.

Совершенствование естественного освещения в жилых и офисных зданиях Текст научной статьи по специальности « Строительство и архитектура»

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Блинов Владимир Александрович, Смирнов Леонид Николаевич, Блинов Владимир Владимирович

На примере авторских экспериментальных исследований, а также зарубежной практики внедрения новых систем освещения, основанных на передовых технологиях, в статье рассматриваются вопросы, знание которых способствует более полному использованию естественного света в жилых и офисных зданиях в условиях уплотненной городской застройки.

Текст научной работы на тему «Совершенствование естественного освещения в жилых и офисных зданиях»

БЛИНОВ В. А. СМИРНОВ Л. Н БЛИНОВ В. В.

кандидат технических наук, профессор УралГАХА, Заслуженный работник высшей школы РФ

кандидат архитектуры, профессор УралГАХА, Заслуженный работник высшей школы РФ

Совершенствование естественного освещения в жилых и офисных зданиях

Ключевые слова: уплотненная застройка городов, светоотражающие экраны, световоды, светоотражающие устройства, формула общей освещенности помещений, комфортная световая среда.

IMPROVEMENT OF NATURAL LIGHTING IN RESIDENTIAL AND OFFICE BUILDINGS

The article deals with the knowledge that enhances the use of natural light in residential and office buildings in condensed urban areas. The author analyzes the author’s experimental studies, as well as the introduction of new lighting systems in foreign practice.

Keywords: compacted urban development, reflective screens, optical fibers, reflective devices, the formula of the general lighting facilities, comfortable lighting environment.

С каждым годом в крупных городах страны появляется все больше новых, в основном высотных жилых и общественных зданий. Статистика показывает, что строят не только больше и выше, но плотнее и дороже. Бурное, порой агрессивное строительство последних лет вызывает озабоченность архитекторов, ученых-эко-логов, социологов, гигиенистов, психологов.

Сегодня уже можно объективно говорить о последствиях политики уплотнения застройки в центрах городов. Происходит ухудшение многих социальных и экологических параметров отдельных городских кварталов. Это приводит к ряду проблем: уменьшению площади дворовых озелененных пространств, появлению в дворовых пространствах автомобильных стоянок, снижению доли детских, спортивных площадок, придомовых территорий, предназначенных для отдыха населения. Повышается рост различных заболеваний, связанных с дис-комфортностью условий проживания.

Одним из наиболее существенных недостатков современной уплотненной застройки является нарушение нормативных показателей

по обеспечению жителей квартир естественным освещением и инсоляцией.

Во всем мире признана гигиеническая, оздоровительная, экологическая и энергетическая роль естественного света, особенно солнечного. Известно, что наличие естественного света в квартирах влияет на самочувствие и работоспособность человека. Положительное воздействие непрерывного спектра естественного света не только оказывает благоприятное воздействие на психологическое и физиологическое состояние человека, но снижает уровень мелатонина (гормона, влияющего на сон), увеличивает уровень кортизона, способствующего активности и бодрости людей. Использование естественного света — существенный аспект энергосбережения.

Цель настоящей статьи — определить пути улучшения естественного освещения жилых и офисных помещений при угрозе (или наличии) нарушения существующих нормативов.

Для оценки качества естественного освещения помещений с боковыми оконными проемами используются следующие критерии: экспозиция окон, направленность естественного света,

Иллюстрация 1. Схема размещения светоотражающих экранов

светозащита, видение наружного окружения и ограничения блескости в поле зрения. Естественный свет, попадающий в помещение здания через боковые светопроемы, складывается из трех составляющих:

Епом = Ен + Езд + Е3, (1)

где Ея — прямой свет от участка неба; Езд — свет, отраженный от фасадов противостоящих зданий; Е3 — свет, отраженный от поверхности земли.

В условиях уплотненной застройки составляющая прямого естественного света неба ( Ен ) часто достаточно мала, а порой приближена к нулю. Наиболее в критическом положении оказываются нижние этажи здания, затененного окружающей застройкой. Естественный свет поступает через оконные проемы, витражи не от всего небосвода, а лишь от участка неба, видимого через светопроем. Следовательно, необходимо найти пути увеличения этой доли поступающего в помещения естественного света. Исходя из формулы рассмотрим уплотнение застройки и отклонение от нормативных показателей коэффициента естественной освещенности, пути возможного увеличения каждой расчетной составляющей с целью компенсации недостающего естественного освещения.

Изменение геометрических параметров и форм светопроемов

Световые проемы — один из элементов, определяющих количественные и качественные показатели световой среды жилых помещений. От размещения, размеров и формы окон зависит обеспечение оптимального светового режима в квартирах и офисах.

Увеличение размеров окон. Этот прием возможен, но в условиях сложившейся застройки ограничен двумя факторами:

• необходимостью изменения конструктивных характеристик стены, что не всегда допустимо;

• увеличением теплопотерь квартирой (зданием), необходимостью применения дополнительных нагревающих приборов, что противоречит требованиям энергосбережения.

Возможность применения этого способа требует соответствующих расчетов и нахождения оптимального решения при обеспечении нормативных показателей естественной освещенности (КЕО), теплового комфор-

та помещений и экономии расходов на отопление.

Преобразование существующих оконных проемов. В этом случае традиционные окна с вертикальной конструкцией и остеклением реконструируются: превращаясь в наклонное (под углом 15-20° по отношению к горизонту), окно «ловит» большую часть небосвода, увеличивая как КЕО, так и продолжительность инсоляции. При этом Ен и соответственно КЕО дополнительно увеличиваются за счет увеличения коэффициента яркости небосвода. Коэффициент отражения плоскостей оконных откосов р должен быть не менее 0,50%.

Учет затеняющих элементов. При расчете Ен и ен (КЕО) в соответствии со СНиП 23-05-95* используется как составляющая формула общего коэффициента светопропус-кания оконного проема:

Т0 = Т1 ■ Т2 ■ Т3 ■ Т4 .

В этой формуле т4 подразумевает различные затеняющие элементы, снижающие КЕО в помещении (лоджии, балконы, эркеры, козырьки).

Необходимо заметить, что широкое проектирование зданий с лоджиями в условиях уплотненной застройки существенно снижает световой поток, усложняет получение нормативного КЕО и также поступление прямых солнечных лучей.

Вероятно, следует рассмотреть альтернативу: хотим иметь удобную лоджию — лишаемся минимально допустимых гигиенических показателей (работа при естественном свете, бактерицидный и психофизиологический эффект).

Та же проблема возникает при повсеместном самовольном застеклении

лоджий и балконов отдельными секциями с широкими переплетами, после чего в центре жилой комнаты КЕО по сравнению с традиционным, открытым балконом (лоджией) снижается на 10-20% и может оказаться ниже нормативного.

Свет, отраженный от окружающих зданий

Отраженный естественный свет ( Е3д ) зависит от качеств фасадов зданий, и в первую очередь от их цветовой отделки (светлой, светло-серой, темной), и отражательных способностей материалов отделки фасадов.

Количество отраженного света определяется альбедо, т. е. коэффициентом отражения материалов, из которых выполнены наружные поверхности фасадов зданий. Однако часто эти данные отсутствуют в колористических паспортах архитектурных проектов. В результате, если расчет КЕО требует светлой окраски фасада возводимого противостоящего здания, а архитекторы дают «красивый» темный цвет, то на практике никто из экспертов проекта этого не учитывает. Пренебрежение к составляющей Е3д ведет к существенному снижению показателей КЕО как для жилых, так и общественных зданий, особенно для их нижних этажей, и перерасходу электроэнергии при использовании искусственного освещения помещений в светлое время суток.

Светоотражающие экраны — новое средство увеличения естественной освещенности

В качестве экспериментального решения по обеспечению жилых помещений дополнительным световым потоком в объекте с недостаточным

Иллюстрация 2. Проведение эксперимента по установке светоотражающих экранов на высотном здании

естественным освещением жилых помещений были использованы светоотражающие экраны, установленные на карнизе противостоящего здания, в районе улиц Щорса, Союзной — Сурикова в г. Екатеринбурге (Иллюстрации 1, 2). Они позволили увеличить отраженную составляющую в помещениях затеняемого здания при безоблачной солнечной погоде на 20-30% и на 7-10% при пасмурной погоде.

Более совершенной представляется система, состоящая не из единичного экрана, а из системы экранов, установленных с учетом движения солнца и дающих относительно постоянный отраженный поток света на затеняемую часть фасада объекта.

Светоотражающие экраны, примененные в ходе экспериментальных исследований, представляют собой рифленорассеивающую поверхность стального листа с коэффициентом отражения 0,7-0,85 (размером 1500 х 2000 мм) и установлены на шарнирную конструкцию, позволяющую ориентировать экраны в нужном направлении и под необходимым углом.

Горизонтальный угол постановки экранов был рассчитан с учетом азимута солнца в 15, 16, 17 часов в дни весенне-осеннего равноденствия. Вертикальный угол наклона был рассчитан на наибольшую вероятность попадания отраженного света на исследуемый объект.

Более рациональным, чем установка экранов на карнизе высотных зданий, может быть прием обогащения отражательной способности фасада дома, противостоящего затеняемому: светлая окраска фасада; навесные панели с высоким показателем коэффициентов отражения. Такие же панели могут быть вмонтированы в элементы дворовой инфраструктуры (электрические подстанции, внутридворовые хозяйственные постройки и т. п.).

Весьма эффектны отражательные панели фасеточного типа. Трехмерное искривление поверхностей экрана

усиливает солнечный или рассеянный свет неба и перенаправляет его под определенным углом на ранее затененные участки фасада со свето-проемами. Светоотражающие экраны имеют прямоугольную форму (1000 х 1500 мм), но могут быть объединены в панели большего размера.

Есть возможность использовать фасеточные зеркала — отражатели, разработанные зарубежными фирмами (например, Bartenbach, Lichtlabor, Thorn). Свет, отраженный фасеточными зеркалами на фасад здания, сохраняет необходимую яркость, но при этом он становится рассеянным, что исключает слепящий эффект, особенно при прямом солнечном свете инсоляции. Аналогичные фасеточные зеркала применяются при освещении их направленным искусственным светом прожекторов для создания комфортной световой среды высоких атриумных зданий.

Введение нового источника дополнительной освещенности позволяет преобразовать формулу Епом (1):

Епои = Ен + Езд + Е3 + Еэ , (2)

где Еэ — доля освещенности помещения за счет естественного света, отраженного от светоэкрана.

Светоотводы и светоотражающие устройства

Все вышеперечисленное относится к традиционным путям увеличения естественной освещенности: небо, окно, фасад, экран. Однако в настоящее время ведутся и уже внедряются научно-технические разработки новейших средств введения естественного света в помещения различного назначения.

Они преследуют три цели: обеспечение гигиенически достаточной освещенности; обеспечение связи человека с природой (солнце, воздух, небосвод); увеличение энергосбережения за счет экономии электроэнергии.

Для оптимизации систем естественного освещения жилых и общественных зданий за рубежом в районах плотной городской застройки используют различные типы устройств ввода естественного света (УВЕС) в соответствии с требованиями пользователей и нормативными показателями по КЕО разных по функции помещений.

Рассмотрим отдельные примеры организации такого вида освещения австрийскими учеными (компания Bartenbach Lichtlabor GmbH).

• Рефлекторная система дневного

освещения устанавливается на фа-

саде здания и направляет рассеянный облаками дневной свет неба через перенаправляющие отражающие элементы внутрь офисных помещений на плоскость потолка, покрытого материалами с высокой отражающей способностью (Иллюстрация 3).

Перераспределение наружного естественного света вовнутрь помещения с помощью зеркальных световых полок (Иллюстрация 4).

Отклонение наружного естественного света в глубь помещения с помощью навесных оконных призматических устройств

(Иллюстрация 5). Дополнительный ввод естественного света с помощью гори-

Иллюстрация 3. Введение отраженного естественного света в глубинную зону помещения при помощи внешнего рефлектора и материала потолка

Иллюстрация 4. Введение отраженного естественного света с помощью световой полки

Иллюстрация 5. Введение естественного света с помощью призматических устройств

Иллюстрация 6. Ввод дополнительного

естественного света с помощью горизонтальных полых световодов

зонтальных полых световодов (ГПС). Этот прием, способствующий повышению эффективности естественного освещения в удаленных от окон зонах помещений, разработан специалистами для уплотненной застройки Гонконга (КНР). ГПС «забирают» прямой солнечный и рассеянный свет с фасада здания и доставляют его в глубь помещений путем многократных отражений в световодной полости. Устройства ГПС способствуют общему повышению экономичности освещения из-за снижения энергозатрат на искусственное освещение. В ГПС используются отражающие панели лазерной резки, перенаправляющие пучок света параллельно полому световоду, что значительно снижает потери при внутреннем отражении от поверхностей световода. Длина ГПС до 7 м, высота 0,5 м (Иллюстрация 6).

• Новым быстропрогрессирующим способом ввода в помещения и перераспределения в них прямого солнечного и рассеянного света неба является применение вертикальных полых трубчатых световодов (ВПТС). Этот способ нашел применение в США, Англии, Италии, Германии, Австралии. Системы ВПТС состоят из светопроемного куполообразного узла, устанавливаемого на кровле здания, торцевого трубчатого световода из зеркального алюминия различной формы поперечного сечения (от 200 мм до 1,5 м в диаметре) и светорассеивающего выходного окна, располагаемого на потолке освещаемого помещения. Основное достоинство ВПТС — экономия электроэнергии в затемненных окружающей застройкой помещениях в дневное время суток, создание более комфортной и здоровой световой среды. Наряду с этим они обеспечивают снижение тепловой нагрузки на помещения летом и теплопередачи из помещений зимой по сравнению с использованием зенитных фонарей и световых куполов атриумных зданий. Однако применение ВПТС возможно лишь в малоэтажных зданиях

(4-5 этажей), экранируемых противостоящими многоэтажными домами (Иллюстрация 7).

Если изъять из расчетов КЕО Е3 в силу недостаточной точности и малой величины отражения от земли и элементов ландшафта и добавить долю света от световодов, то формула, предлагаемая для расчета общей естественной освещенности (2), принимает вид:

Епом = Ен + Езд + Еэ + Есву, (3)

где Ея — свет, поступающий от неба; Езд — свет, отраженный от близстоящих зданий; Еэ — свет, отраженный от светоэкранов; Есву — свет, поступающий в помещение за счет световодов и перераспределяющих устройств.

Мировая практика эксплуатации зданий, которые были спроектированы с применением УВЕС, ГПС и ВПТС, показывает, что за счет более полного использования естественного освещения в зданиях достигается экономия электроэнергии на искусственное освещение от 20 до 50%.

Следует подчеркнуть, что данные рекомендации не распространяются на нормативный показатель по инсоляции по прямому солнечному облучению, дающему оздоровительный и психофизиологический эффект. Проблема инсоляции требует в современных условиях особых исследований и поиска новых приемов и способов ее решения.

Широкое применение осветительных систем и устройств на базе самых передовых технологий для помещений зданий, расположенных в уплотненной городской застройке, не только компенсирует недостающую освещенность в соответствии с нормативными показателями и создает комфортную для человека световую среду, но и вносит свой вклад в энергосбережение возводимых или уже существующих зданий.

Список использованной литературы

1 Смирнов Л. Н., Слукин В. М. Проектирование световой среды интерьеров жилых и общественных зданий : учеб. пособие. Екатеринбург, 2008.

2 Слукин В. М., Смирнов Л. Н. Обеспечение нормированных условий естественного освещения жилых зданий в уплотненной застройке // Академический вестник УралНИИпроект РААСН. 2011. № 4.

3 Бартенбах К., Бартенбах В. Как правильно осветить рабочее место в офисе // Современная светотехника. 2010. № 1.

4 Квок Ч. М., Чан Ц. М. Исследования эффективности горизонтальных световодов для естественного освещения помещений с боковыми окнами // Светотехника. 2008. № 5.

Иллюстрация 7. Ввод естественного света в недостаточно освещенные зоны помещения с помощью вертикальных полых световодов

5 базовых правил дизайна, следование которым сделает маленькую комнату просторной

Ребята, мы вкладываем душу в AdMe.ru. Cпасибо за то,
что открываете эту красоту. Спасибо за вдохновение и мурашки.
Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте

Психолог Дженнифер Кросс (Jennifer E. Cross) из Университета Колорадо уверена: куда больше чем размер помещения на человека влияет его обстановка. При правильном подборе отделки, мебели и декора можно визуально увеличить пространство комнаты на треть, а это уже неплохо.

AdMe.ru собрал 5 наиболее действенных способов добавить несколько квадратных метров при помощи дизайнерских решений.

1. Светлая база и яркие акценты

Ремонт в скандинавском стиле идеально подходит для небольшой комнаты, поскольку он создает впечатление открытого, наполненного воздухом пространства. Стены и потолок необязательно должны быть чисто белыми, главное — выбирать светлые пастельные тона. Яркие сочные краски и темные элементы лучше оставить для декора или второстепенных предметов мебели: полок, комодов.

Вот еще несколько важных нюансов для отделки маленького помещения:

Глянцевая краска или обои предпочтительнее матовых — блики отраженного света зрительно увеличивают размер помещения.
Холодные оттенки визуально расширяют пространство, в отличие от теплых.
Орнаменты на обоях или декоративных панелях допустимы, но только маленькие — крупные узоры подходят исключительно для больших помещений.
Узоры из ромбов или прямоугольников на полу заставляют взгляд «споткнуться», лучше выбирать однотонное светлое покрытие.
Зонирование цветом стен не лучший вариант для нескольких квадратных метров, потому что это дробит пространство на еще более мелкие части.
Раздвижные двери вместо обычных сэкономят место и позволят разместить мебель вплотную ко входу.

2. «Невесомая» мебель

Основное правило при подборе мебели для маленькой комнаты — она не должна загромождать пространство, которого и без того немного.

Вот что действительно поможет визуально расширить стены и «поднять» потолок:

Стеклянная и акриловая мебель (столик, полки) выглядит очень воздушной и не крадет ни метра пространства. Не бойтесь использовать стекло — если оно качественное и закаленное, биться и повреждаться такая мебель не будет.
Диван и шкаф на ножках — открытый пол воспринимается как продолжение свободной площади, даже если никак не используется. Интересная альтернатива — подвесная мебель, которая как будто парит в воздухе.
Открытые светлые стеллажи без боковых стенок пропускают свет и воздух, но не выглядят массивными.
Простые конструкции воспринимаются более миниатюрными (например, стандартная кровать подойдет для маленькой спальни лучше, чем софа с крупными подлокотниками и подушками).
Постарайтесь расставить мебель вплотную к стенам, чтобы сэкономить площадь в центральной части комнаты.

Читайте также: Бамбук в интерьере

3. Игра с освещением

Освещение — один из основных инструментов дизайнеров интерьера. При помощи правильного освещения можно скорректировать определенные минусы:

«Поднять» потолок поможет ряд точечных светильников с направленными на него лучами света.
Расширит пространство отраженный и рассеянный свет: вместо одной люстры по центру потолка используйте несколько настенных светильников, свет которых будет отражаться на разных поверхностях.
Чтобы комната казалась более длинной, достаточно разместить настенные светильники в горизонтальный ряд на одной из коротких стен.

Использование торшеров и настенных бра наполняет пространство глубиной и объемом.

Освещенность помещений. Характеристики освещения и способы их улучшения.

Любой источник света является источником светового потока, и чем больший световой поток попадает на поверхность освещаемого предмета, тем лучше этот предмет видно. А физическая величина, численно равная световому потоку, падающему на единицу площади освещаемой поверхности, именуется освещенность.

Освещенность обозначают символом Е, и находят ее значение по формуле Е = F/S, где F — световой поток, а S – площадь освещаемой поверхности. В системе СИ освещенность измеряется в Люксах (Лк), и один Люкс — это такая освещенность, при которой световой поток, попадающий на один квадратный метр освещаемого тела, равен одному Люмену. То есть 1 Люкс = 1 Люмен / 1 Кв.м.

Для примера приведем некоторые типичные значения освещенности

Солнечный день в средних широтах — 100000 Лк;
Пасмурный день в средних широтах — 1000 Лк;
Светлая комната, освещенная лучами солнца — 100 Лк;
Искусственное освещение на улице — до 4 Лк;
Свет ночью при полной луне — 0,2 Лк;
Свет звездного неба темной безлунной ночью — 0,0003 Лк.

Представьте, что вы сидите в темной комнате с фонариком, и пытаетесь прочесть книгу. Для чтения нужна освещенность не меньше 30 Лк. Что вы сделаете?

Во-первых, вы приблизите фонарик к книге, значит освещенность связана с расстоянием от источника света до освещаемого предмета.
Во-вторых, вы расположите фонарик под прямым углом к тексту, значит освещенность зависит и от угла, под которым данная поверхность освещается.
В-третьих, вы можете просто достать более мощный фонарик, поскольку очевидно, что освещенность больше, если выше сила света источника.

Допустим, световой поток попадает на какой-то экран, расположенный на каком-то расстоянии от источника света. Увеличим это расстояние вдвое, тогда освещаемая часть поверхности увеличится по площади в 4 раза. Так как Е = F/S, то и освещенность уменьшится в целых 4 раза. То есть освещенность обратно пропорциональна квадрату расстояния от точечного источника света до освещаемого предмета.

Освещенность вычисляют по формуле

Когда пучок света падает под прямым углом к поверхности, световой поток распределен на наименьшей площади, если же угол увеличивать, то увеличится площадь, соответственно, уменьшится освещенность. Как было отмечено выше, освещенность напрямую связана и с силой света, и чем больше сила света, тем больше и освещенность. Экспериментально давно установлено, что освещенность прямо пропорциональна силе света источника.

Конечно, освещенность уменьшается, если свету препятствует туман, дым или частички пыли, но если освещаемая поверхность расположена под прямым углом к свету источника, и свет при этом распространяется через чистый, прозрачный воздух, то освещенность определяется непосредственно по формуле Е = I / R2 , где I – сила света, а R – расстояние от источника света до освещаемого предмета.

В процессе ежедневной работы осветительных установок, возможен спад освещенности, поэтому для компенсации данного недостатка, еще на стадии проектирования осветительных установок вводят специальный коэффициент запаса. Он учитывает понижение освещенности и яркости в процессе эксплуатации осветительных приборов из-за загрязнений, утраты отражающих и пропускающих свойств отражающих, оптических, и других элементов приборов искусственного освещения. Загрязнения поверхностей, выход из строя ламп, все эти факторы учитываются. Для естественного освещения вводят коэффициент снижения КЕО (коэффициента естественной освещенности), ведь со временем могут загрязнится светопрозрачные заполнители световых проемов, и загрязниться отражающие поверхности помещений.

Европейский стандарт определяет нормы освещенности для разных условий, так например, если в офисе не требуется рассматривать мелкие детали, то достаточно 300 Лк, если люди работают за компьютером — рекомендуется 500 Лк, если изготавливаются и читаются чертежи — 750 Лк.

Измерение освещённости

Освещенность измеряют портативным прибором — люксметром. Его принцип работы аналогичен фотометру. Свет попадает на фотоэлемент, стимулируя ток в полупроводнике, и величина получаемого тока как раз пропорциональна освещенности. Есть аналоговые и цифровые люксметры. Часто измерительная часть соединена с прибором гибким спиральным проводом, чтобы можно было проводить измерения в самых труднодоступных, при этом важных местах. К прибору прилагается набор светофильтров, чтобы регулировать пределы измерений с учетом коэффициентов. Согласно ГОСТу, погрешность прибора должна быть не более 10%.

Измеряем освещённость люксметром

При измерении соблюдают правило, согласно которому прибор должен располагаться горизонтально. Его устанавливают поочередно в каждую необходимую точку, согласно схеме ГОСТа. В ГОСТе, кроме прочего, учитываются охранное освещение, аварийное освещение, эвакуационное освещение и полуцилиндрическая освещенность, там также описан метод проведения измерений. Измерения по искусственному и естественному освещению проводятся отдельно, при этом важно чтобы на прибор не попадала случайная тень. На основе полученных результатов, с использованием специальных формул делается общая оценка, и принимается решение, нужно ли что-то корректировать, или освещенность помещения и территории достаточна.

Освещенность рабочего места

Освещение исключительно важно для человека. С помощью зрения человек получает большую часть информации (около 90 %), поступающей из окружающего мира. Свет- это ключевой элемент нашей способности видеть, оценивать форму, цвет и перспективу окружающих нас предметов. Освещение влияет не только на функционирование зрительного аппарата, то есть определяет зрительную работоспособность, но и на психику человека, его эмоциональное состояние. Исследователями накоплено значительное количество данных по биологическому действию видимого света на организм. Сравнительная оценка естественного и искусственного освещения по его влиянию на работоспособность показывает преимущество естественного света. Ведущим фактором, определяющим биологическую неадекватность естественного и искусственного света, является разница в спектральном составе излучения, а также динамичность естественного света в течение дня.

Освещенность рабочего места

Работая при освещении плохого качества или низких уровней, люди могут ощущать усталость глаз и переутомление, что приводит к снижению работоспособности. В ряде случаев это может привести к головным болям. Причинами во многих случаях являются слишком низкие уровни освещенности, слепящее действие источников света и соотношение яркостей, которое недостаточно хорошо сбалансировано на рабочих местах. Головные боли также могут быть вызваны пульсацией освещения, что в основном является результатом использования электромагнитных пуско-регулирующих аппаратов (ПРА) для газоразрядных ламп, работающих на частоте 50 Гц. С точки зрения безопасности труда зрительная способность и зрительный комфорт чрезвычайно важны.

Для того чтобы обеспечить условия, необходимые для зрительного комфорта, в системе освещения должны быть реализованы следующие предварительные требования:

достаточное и равномерное освещение
оптимальная яркость
отсутствие бликов и ослепленности
соответствующий контраст
правильная цветовая гамма
отсутствие стробоскопического эффекта или пульсации света

Каждый вид деятельности требует определенного уровня освещенности на том участке, где эта деятельность осуществляется. Обычно, чем сильнее затруднено зрительное восприятие, тем выше должен быть средний уровень освещенности. Важно рассматривать свет на рабочем месте, руководствуясь не только количественными, но и качественными критериями.

Можно выделить следующие качественные характеристики освещения и способы их улучшения

Прямая блескость

Находящиеся в поле зрения человека поверхности высокой яркости могут производить неприятное, дискомфортное ощущение или вызывать состояние ослепленности. В результате резко снижается зрительная работоспособность. Источниками прямой блескости являются осветительные установки и источники света.

Уменьшение прямой блескости может быть достигнуто:

увеличением высоты установки светильников
уменьшением яркости светильников путем закрытия источников света светорассеивающими стеклами
ограничением силы света в направлениях, образующих большие углы с вертикалью, например, применением светильников с необходимым защитным углом
уменьшением мощности каждого отдельного светильника за счет соответствующего увеличения их числа

Отраженная блескость

Возникает при больших коэффициентах отражения поверхностей, попадающих в поле зрения. Наибольшая опасность возникает при освещении поверхностей, не являющихся диффузными, когда свет падает на рабочие поверхности таким образом, что глаза находятся на направлении зеркального отражения лучей. В этом случае человек видит либо зеркальное отражение источника света, либо размытое, но очень яркое световое пятно. В обоих случаях может возникнуть состояние ослепленности, но чаще уменьшается эффективный контраст между деталью и фоном. Устранение отраженной блескости достигается правильной организацией местного и локализованного освещения и таким расположением светильников, чтобы зеркально отраженные поверхностью лучи не попадали в глаза. Для этого лучше всего делать боковое или заднебоковое направление света.

Контраст между объектом и фоном

Чем больше яркость объекта, тем больший световой поток от него поступает в глаз и тем сильнее сигнал, поступающий от глаза в зрительный центр. Таким образом, казалось бы, чем больше яркость, тем лучше человек видит объект. Однако это не совсем так. Если поверхность (фон), на которой располагается объект, имеет близкую к объекту по величине яркость (например, линия бледно-желтого цвета на белом листе), то интенсивность засветки участков сетчатки световым потоком, поступающим от фона и объекта, одинакова (или слабо различается), величина поступающих в мозг сигналов одинакова, и объект на фоне становится неразличимым.

Чтобы объект был хорошо виден, яркости объекта и фона должны различаться. Разница между яркостями объекта и фона, отнесенная к яркости фона, называется контрастом. Контраст между деталями и фоном, который в наибольшей степени определяет видимость объекта, не всегда является заданным и может быть увеличен или уменьшен средствами освещения и созданием световой среды. Одним из эффективных средств для повышения контраста является искусственный фон (чаще всего светлый, если объект темный, или темный, если объект светлый). Разновидностью искусственных фонов являются световые столы, на которых поверхности просматриваются в проходящем свете.

Различаются собственные тени, образованные рельефом поверхности, и тени, падающие от предметов, находящихся вне рабочей поверхности — оборудования, мебели, тела и рук человека и т. д. Собственные тени в большинстве случаев полезны, так как позволяют лучше различать конфигурацию детали. Падающие тени почти всегда вредны. Их вред заключается в том, что они искажают контраст, отвлекают внимание и т. д. Особенно вредны движущиеся тени. Устранение или ограничение вредных теней осуществляется правильным выбором направления света. Например, когда человек пишет правой рукой, он смотрит на рабочую точку слева и с этой же стороны должен падать свет. Тени размазываются при увеличении размеров осветительных установок, смягчаются при достаточно высокой яркости стен и потолков и почти исчезают при отраженном освещении.

Насыщенность помещения светом

Для создания комфортных зрительных условий для человека важна не только освещенность какой бы то ни было поверхности, на которой осуществляется работа, но и впечатление насыщенности помещения светом, которое получает человек. При достаточной яркости рабочей поверхности одновременное присутствие в поле зрения темных поверхностей (например, стен, потолков, мебели, оборудования) создает затруднения при адаптации зрения. От яркости этих поверхностей зависит впечатление насыщенности помещения светом. Если в помещении установлены подвесные светильники прямого света, верхняя зона помещения останется темной. Это производит неприятное эстетическое и психологическое впечатление. Поэтому лучше применять светлую окраску стен и потолков, а для освещения применять светильники, излучающие некоторую (желательно не менее 15 %) часть светового потока в верхнюю полусферу.

Постоянство освещенности во времени

Изменения освещенности по времени можно подразделить на медленные и плавные, частые колебания и пульсации. Медленные изменения вызываются постепенными изменениями сетевого напряжения и факторами, изменяющими освещенность в процессе эксплуатации (загрязнением источников света, снижением светоотдачи и т. д.). Если освещенность при этом сохраняется на уровне не ниже нормативного значения, эти изменения не являются вредными. Причиной частых колебаний являются перемещения светильников, их раскачивание движением воздуха (ветер, сквозняк, вентиляционная установка и т. д.) и колебания напряжения в сети, порождаемые изменением нагрузки.

Пульсации

Пульсации о свещенности обусловлены малой инерционностью излучения газоразрядных ламп, световой поток пульсирует при переменном токе промышленной частоты (50 Гц) с удвоенной частотой — 100 Гц. Эти пульсации неразличимы при наблюдении глазом неподвижной поверхности, но легко обнаруживаются при рассматривании движущихся предметов. Если при пульсирующем освещении быстро махать карандашом на контрастирующем фоне, то карандаш приобретает ясно видимые контуры. Это явление носит название стробоскопического эффекта — явление искажения восприятия движущихся или вращающихся объектов наблюдения. Практическая опасность стробоскопического эффекта состоит в том, что вращающиеся части механизмов могут показаться неподвижными, вращающимися с более медленной скоростью, чем в действительности, или в противоположном направлении. Это может стать причинной травматизма. Однако пульсации освещенности вредны и при работе с неподвижными поверхностями, вызывая утомление зрения и головную боль.

К пульсациям наиболее чувствительно периферическое зрение и поэтому они опасны при общем освещении. Выявлено также неблагоприятное влияние колебаний света на фоторецепторные элементы сетчатки, а также на функциональное состояние нервной системы, что связано с развитием тормозных процессов и снижением лабильности нервных процессов. Воздействие пульсации возрастает с увеличением её глубины и уменьшается при повышении частоты. Большинство исследователей отмечает отрицательное влияние пульсации освещённости на работоспособность человека как при длительном пребывании в условиях пульсирующего освещения, так и при кратковременном.

Ограничение пульсаций достигается чередованием питания ламп от разных фаз трехфазной сети. В ряде случаев применяется питание ламп током повышенной частоты, что достигается укомплектовыванием светильников электронными пуско-регулирующими аппаратами (ЭПРА).

Вывод

Таким образом, становится очевидно, что неправильное освещение представляет значительную угрозу для здоровья работников. Правильная организация освещения на рабочем месте- залог здоровья, высокой производительности труда, комфортного эмоционального и психологического состояния человека. Правильная организация освещения предусматривает не только соблюдение нормативных требований по уровню освещенности и ряду других показателей, но и учет ряда качественных показателей- световой насыщенности, равномерности и однородности освещения, тенеобразования, цветовой гаммы световой среды и пр.