Лекция 4 светология

Лекция -4 Архитектурное проектирование естественного освещения помещений.

Количественные и качественные характеристики естественного освещения помещений.

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

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

Классификация интерьерных пространств в зависимости от назначения помещений.

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

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

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

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

Световые реакции (или функции) делятся на три группы:

1. информативные зрительные, характеризующиеся возникновением и восприятием зрительных образов;

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

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

Функции света позволяют классифицировать количественные и качественные характеристики освещения.

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

К качественным характеристикам относятся:

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

- насыщенность пространств светом;

- ослепленность и дискомфортная блескость;

- контрастность освещения и контраст светотени;

- направление световых потоков;

- спектральный состав излучения источников света и их цветопередача;

- динамика освещения.

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

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

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

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

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

По признаку неравномерности помещения дифференцируются на две группы.

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

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

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

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

неравномерности освещения в помещениях картинной галереи

Ослепленнность и дискомфортная блескость возникает при наличии в поле зрения:

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

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

( 2 )

Существует несколько возможностей для устранения или ограничения отраженной блескости:

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

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

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

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

1. повышение средней яркости интерьера – светлая его отделка;

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

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

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

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

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

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

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

Наиболее благоприятными формообразующими свойствами обладает сочетание рассеянного освещения с направленным.

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

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

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

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

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

При этом решаются две задачи:

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

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

На первом этапе проектирования решаются следующие локальные задачи:

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

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

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

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

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

Второй этап проектирования включает решение дизайнерской сверхзадачи - создание светового образа интерьера, Так, в зрительных залах архитектурный световой образ должен создавать впечатление праздничности и торжественности; в музеях и картинных галереях – ощущение отрешенности от внешнего мира и сосредоточенности; в производственных помещениях – иллюзию естественной световой среды.

Существуют три системы естественного освещения помещений:

Боковое;

Верхнее;

Комбинированное освещение.

Рис. 15 – Схемы естественного освещения

Эта классификация положена в основу нормирования естественного освещения.

Система бокового освещения подразделяется на одно-, двух-, трехстороннее и круговое освещение.

Система верхнего освещения может быть обеспечена различными условиями – от полностью светопропускающего покрытия до точечных фонарей и световых шахт.

Система комбинированного освещения представляет собой комбинацию бокового и верхнего освещения (рис.2 ).

Если любая из этих систем не обеспечивает требуемого уровня освещения (комфортности), то она может быть дополнена искусственным освещением. Такая система получила название совмещенной.

Выбор архитектором систем освещения определяют прежде всего назначением помещения.

По характеру распределения прошедшего в помещение светового потока окна и фонари подразделяются на три вида (рис.3):

- первый вид (рис. 3,а) характеризуется отчетливо выраженной направленностью светового потока, который четко выделяет формы рассматриваемой детали благодаря образующимся собственной и падающей теням, т.е. обладает наилучшим светомоделирующим эффектом;

- световые проемы второго вида (рис. 3,б) создают в помещениях так называемое бестеневое освещение благодаря двустороннему или многостороннему освещению объектов в интерьере или применению в светопроемах светорассеивающих материалов (стекла, пленки, решетки и т.п. – обозначены штриховыми линиями);

- для третьего вида естественного освещения (рис. 3,в) характерно использование отраженного света, который создается скрытыми от наблюдателя окнами; этот прием освещения создает иллюзию открытого проема и зрительно увеличивает глубину пространства.

Рис. 5 Классификация приемов естественного освещения по характеру светораспределения

а – приемы направленного естественного освещения помещений;

б – приемы рассеянного естественного освещения помещений;

в – приемы отраженного естественного освещения помещений

( штриховая линия показывает поверхности, благодаря которым происходит рассеивание света: остекление, отражающая пленка, защитная сетка и т.п. )

Задачи проектирования естественного освещения зданий определяются художественным образом и назначением. Классификация зданий в зависимости от требований к световой среде приведена в таблице 1.

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 посетителей от вестибюля к центру здания. При этом возможны два решения световой задачи:

1. постепенное нарастание яркости и соответственно внимания посетителей от входа к центральному залу;

2. постепенное уменьшение яркости при движении посетителей от вспомогательных помещений к центральному залу.

Наряду с распределением яркости большую роль в восприятии пространства центрального зала играет адаптация.

Приемы естественного освещения зданий. относящихся к группе I, можно проследить на архитектурных памятниках прошлого, используя свет для акцентированного идейного и художественного замысла, зодчие прошлого достигали не только большой выразительности интерьеров, но и предопределяли архитектурными средствами (светом, цветом, динамикой) определенное настроение и впечатление посетителя (архитектурная сверхзадача). Примеры: Пантеон и собор св.Петра в Риме.

Т а б л и ц а 1. Классификация зданий по требованиям к световой среде

Группа зданий	Требования к световой среде	Примеры
I	Определяются в основном Идейно-художественными задачами	1. Здания мемориальной архитектуры 2. Здания парламентов, судов, власти 3. Дворцы культуры, науки и искусства 4. Культовые сооружения
II	Функциональные с учетом зрительной адаптации посетителей	1. Панорамы, диорамы 2.Картинные галереи и музеи 3. Выставочные здания 4. Спортивные зплы
III	Определяются высокими требова- ниями к обеспечению условий зри- тельной работоспособности в соче- тании с эстетическими и гигиени- ческими требованиями	1. Здания высших и средних учебных заведений 2. Школы 3.Здания проектных и научно-исследова- тельских институтов 4. Производственные здания и офисы
IV	Определяются в основном психоло- гическими, эстетическими и гигие- ническими требованиями	1. Здания лечебных учреждений, санато- риев и домов отдыха 2. Здания детских учреждений 3. Жилые дома

___________

В основных помещениях зданий II группы свет используется как эффективное средство акцентирования внимания на объекте восприятия (картине, скульптуре, сценической или спортивной мизансцене, панораме и т.д.). Для этого применяется неравномерное распределение света в помещении и использование эффекта темновой адаптации глаз наблюдателей, располагающихся в зоне пониженной яркости (рис. 4).

Демонстрационные залы в зависимости от экспозиции подразделяются на два вида: в первых преобладает плоскостные экспонаты (картины, гобелены и т. п.), во вторых - объёмные ( скульптура, оборудование).

При проектировании картинных галерей необходимо предусматривать выполнение следующих требований:

а) обеспечение достаточно интенсивной освещенности картин, которая характеризуется средним значением КЕО на плоскости картины в пределах 1,5 – 2 %;

в) соблюдение определенного отношения среднего значения КЕО на горизонтальной плоскости в зале ег на уровне глаз наблюдателя к среднему значению КЕО на поверхности картины ек; численное значение отношения ег / ек должно быть меньше единицы;

г) полное устранение инсоляции помещений во избежание разрушительного действия на картины прямого солнечного света, особенно его ультрафиолетовой составляющей;

д) искусственное освещение картинных галерей должно дополнять и продолжать естественное освещение как по уровню освещенности, так и по распределению света в помещении, соотношению яркостей (освещенностей) и спектральному составу света.

Освещение залов картиной галереи осуществляется через окна и фонари. При боковом освещении залов целесообразно применять кабинетную планировку здания. Демонстрационные залы при кабинетной планировке обычно имеют размеры 10х 10 и 12х12 метров (см. рис. 5). Достоинством этого архитектурного решения является возможность сосредоточенного обозревания экспозиций, а также экспонирования произведений искусства и техники в интерьерах, архитектура которых соответствует времени создания этих произведений.

Рис. 7 Разрез зала-кабинета (а), его размеры, форма и

рекомендуемое расположение окон и двере в плане (б) для устранения

отблесков и отражений, мешающих восприятию картин

При верхнем освещении картинных галерей целесообразно пользоваться приемом Сиджера (рис. 6), который позволяет соблюдать изложенные выше требования и, в частности, устранить зеркальные отражения светопроемов на бликующие плоскости картин, резко ухудшающих их восприятие.

Рис. 8 Прием Сиджера, позволяющий значительно уменьшить высоту помещения и достигать неравномерного освещения выставочной зоны и зоны наблюдения, способствующей наилучшей видимости картин (показаны три варианта архитектурных решений; Нэ – высота экспоната)

Устранение инсоляции в залах картинной галереи обеспечивается ориентацией светопроемов на северную часть неба, а также применением фонарей шедового типа (на север) и экранированием прямых лучей солнца различными солнцезащитными средствами.

В демонстрационных залах со скульптурами и объемными экспонатами предпочтительно применять верхнебоковое, а также верхнее освещение в виде зенитных фонарей, световых шахт и т.п., обеспечивающих частичное проникание прямого солнечного света, который в сочетании с отраженным светом от стен, потолка и пола обеспечивает условия освещенности, приближающиеся к природному солнечному освещению. На рис. 7 приведены примеры верхнего освещения музеев.

Рис. 9 Приемы верхнего освещения музеев с объемными экспозициями

К группе II общественных сооружений относятся и спортивные залы, в которых должны соблюдаться следующие основные принципы проектирования освещения:

а) высокая освещенность спортивной арены должна сочетаться с пониженной яркостью (освещенностью) в зоне расположения зрителей (неравномерность освещения с минимумов в зоне зрителей и максимумов на арене не должна быть более 0,3);

б) интенсивное освещение арены должно осуществляться через фонари или световые шахты;

в) предусматривать надежную защиту спортсменов и зрителей от ослепленности прямыми солнечными лучами солнца;

г) боковое освещение трибун целесообразно осуществлять через окна, расположенные под углом не менее 15º к линии фиксированного наблюдения, проведенной от глаза зрителей, сидящих в последних рядах амфитеатра;

д) искусственное освещение спортивного зала должно по возможности продолжать естественное освещение по характеру распределения света и по соотношению яркостей, а также по спектральному анализу .

Световая среда в основных помещениях III группы должна удовлетворять комплексу функциональных и гигиенических требований, имеющих конечной целью создание комфортных условий зрительной работы.

Особенно важны требования к световой среде помещений учебных заведений с постоянной зрительной работой: аудиторий, классов, мастерских, лабораторий, кабинетов и т.п. В этих помещениях наряду с нормами освещенности необходимо соблюдать требования качества освещения, которые в значительной мере предопределяют восприятие пространства (эстетические характеристики) и психологический климат помещения.

К важнейшим условиям качества световой среды учебных помещений относятся следующие:

а) соотношение между яркостями основных поверхностей интерьера – исходить из соотношения яркостей, наблюдаемых в природе;

б) неравномерность освещения помещения и насыщенность интерьера – выбирается по СНиП;

в) направленность света – в помещениях для чтения, письма, рисования, лепки и т.п. должна быть слева ( предпочтение следует отдавать верхнебоковому направлению светового потока под углом 30º к горизонту и более;

г) зрительный дискомфорт – возникает при попадании в поле зрения поверхностей с большой яркостью, прямых и отраженных лучей солнца, неба, осветительных приборов – учитывать показателем дискомфорта.

При проектировании световой среды в классах и аудиториях необходимо стремиться к обеспечению постоянства условий зрительной работы в течение всего учебного процесса. Это достигается применением совмещенного освещения. Смотрим примеры применяемых проектных решений аудиторий и классов – рисунок 10.

Рис. 12 Приемы освещения классов и аудиторий

а – освещение окном горизонтальной формы; б- двустороннее освещение

класса квадратной формы; в – варианты совмещенного освещения

тестовые задания: