- •А.Н. Шихов, д.А. Шихов Архитектурная и строительная физика
- •Глава 1. Строительная климатология
- •Глава 2. Строительная теплотехника
- •Глава 3. Архитектурная и строительная светотехника
- •Глава 4. Архитектурная акустика и звукоизоляция помещений
- •4.9. Архитектурная акустика
- •Предисловие
- •Введение
- •Глава 1 Строительная климатология
- •1.1. Связь между климатом и архитектурой зданий
- •1.2. Климатические факторы и их роль при проектировании зданий и сооружений
- •1.3 Климатическое районирование
- •1.4. Архитектурно-климатические основы проектирования зданий
- •1.5. Архитектурный анализ климатических условий погоды
- •Глава 2 Строительная теплотехника
- •2.1. Общие положения
- •2.2. Виды теплообмена
- •2.3. Теплопередача через ограждения
- •2.4. Сопротивление теплопередачи через однослойные и многослойные ограждающие конструкции, выполненные из однородных слоев
- •2.5. Расчет температуры внутри ограждающих конструкций
- •2.6. Графический метод определения температуры внутри многослойной ограждающей конструкции (метод Фокина-Власова)
- •2.7. Влияние расположения конструктивных слоев на распределение температуры внутри ограждающих конструкций
- •2.8. Методика проектирования тепловой защиты зданий
- •2.9. Исходные данные для проектирования тепловой защиты зданий
- •2.9.1. Параметры внутреннего воздуха помещений
- •2.9.2. Наружные климатические условия
- •2.9.3. Расчетные характеристики строительных материалов и конструкций
- •2.9.4. Расчет отапливаемых площадей и объемов здания
- •2.10. Определение нормируемого (требуемого) сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций
- •2.11. Расчет общего или приведенного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций
- •2.12. Конструктивное решение наружных ограждающих конструкций
- •2.13. Определение санитарно-гигиенических показателей тепловой защиты зданий
- •2.14. Расчет удельного расхода тепловой энергии на отопление зданий
- •2.15. Влажность воздуха и конденсация влаги в ограждениях
- •2.15.1 Расчет ограждающих конструкций на конденсацию водяного пара
- •2.15.2. Графо-аналитический метод определения зоны конденсации внутри многослойной ограждающей конструкции
- •2.15.3. Паропроницаемость и защита от переувлажнения ограждающих конструкций
- •2.16. Воздухопроницаемость ограждающих конструкций
- •2.17. Теплоустойчивость ограждающих конструкций
- •2.17.1. Расчет теплоустойчивости ограждающих конструкций в теплый период года
- •2.17.2. Теплоусвоение поверхности полов
- •2.18. Повышение теплозащитных свойств существующих зданий
- •2.19. Энергетический паспорт здания
- •Контрольные вопросы
- •Глава 111 Архитектурная и строительная светотехника
- •3.1. Основные понятия, величины и единицы измерения
- •3.2. Световой климат
- •3.3. Количественные и качественные характеристики освещения
- •3.4. Естественное освещение зданий
- •3.5. Естественное и искусственное освещение зданий
- •3.6. Выбор систем естественного освещения помещений и световых проемов
- •3.7. Нормирование естественного освещения
- •3.8. Проектирование естественного освещения
- •3.8.1. Определение площади световых проемов жилых и общественных зданий при боковом или верхнем естественном освещении помещений
- •3.8.2. Расчет площади световых проемов производственных зданий при боковом или верхнем естественном освещении помещений
- •3.9. Проверочный расчет естественного освещения помещений
- •3.9.1. Последовательность проведения проверочного расчета при боковом освещении производственных зданий
- •3.9.2. Расчет естественного освещения производственных помещений при верхнем и комбинированном расположении светопроемов
- •3.9.3. Проверочный расчет естественного освещения при боковом размещении световых проемов в жилых и общественных зданиях
- •3.9.4. Последовательность проведения проверочного расчета при верхнем или комбинированном освещении жилых и общественных зданий
- •3.10. Расчет времени использования естественного освещения в помещениях
- •3.11. Совмещенное освещение зданий
- •3.13. Нормирование и проектирование искусственного освещения помещений
- •3.14. Архитектурная светотехника
- •3.14.1. Нормирование и проектирование освещения городов
- •Проектирование освещения архитектурных ансамблей
- •3.15. Светоцветовой режим помещений и городской застройки
- •3.16. Инсоляция и защита помещений от солнечных лучей
- •3.17. Солнцезащита и светорегулирование в зданиях
- •3.18. Экономическая эффективность использования инсоляции и солнцезащиты
- •Глава 4 Архитектурная акустика и звукоизоляция помещений
- •4.1. Общие понятия о звуке и его свойствах
- •4.2. Источники шума и их шумовые характеристики
- •4.3. Нормирование шума и звукоизоляция ограждений
- •4.4. Распространение шума в зданиях
- •4.5. Звукоизоляция помещений от воздушного и ударного шума
- •4.5.1. Определение индекса изоляции воздушного шума для вертикальных однослойных плоских ограждающих конструкций сплошного сечения
- •Границ 1/3 - октавных полос
- •4.5.2. Определение индекса изоляции воздушного шума для каркасно-обшивных перегородок
- •4.5.3. Определение индекса изоляции воздушного шума для междуэтажных перекрытий
- •Расчет междуэтажных перекрытий на ударное воздействие шума
- •4.6. Измерение звукоизолирующих свойств ограждающих конструкций в акустических камерах
- •Мероприятия, обеспечивающие нормативную звукоизоляцию помещений
- •Защита от шума селитебных территорий городов и населенных пунктов
- •4.9. Архитектурная акустика
- •4.9.1. Оценка акустических качеств залов
- •Экспериментальные способы проверки акустических качеств залов
- •4.10. Общие принципы акустического проектирования залов
- •4.11. Специфические особенности акустического проектирования залов различного функционального назначения
- •4. 12. Видимость и обозреваемость в зрелищных сооружениях
- •Общие принципы проектирования беспрепятственной видимости в зрительных залах
- •4.12.2. Обеспечение беспрепятственной видимости в зрительных залах
- •4.13. Расчет беспрепятственной видимости в зрительных залах
- •Контрольные вопросы
- •Основные термины и определения
- •Примеры расчетов звукоизоляции ограждающих конструкций (примеры взяты из сп 23-103-03)
- •Примеры расчета по беспрепятственной видимости и акустике зрительных залов
- •Примеры светотехнического расчета гражданских и промышленных зданий
- •Примеры из области архитектурного освещения зданий
- •Примеры расчета продолжительности инсоляции зданий
3.3. Количественные и качественные характеристики освещения
Световой режим в помещениях зданий является одним из существенных факторов, определяющих качество окружающей человека среды. Освещение помещений обеспечивается естественным, искусственным и комбинированным светом.
Источником естественного света является лучистая энергия солнца, передаваемая путем электромагнитного излучения. Мощность лучистой энергии оценивается по производимому ею на нормальный глаз человека световому ощущению, называемому световым потоком. За единицу светового потока принят люмен (лм).
Искусственное освещение осуществляется при помощи электрических светильников различного типа с лампами накаливания, с разнообразными газоразрядными лампами, в том числе с люминесцентными и др. Во многих случаях свет этих источников заменяет или дополняет естественный свет и создает световую среду, отвечающую высоким требованиям эстетики и комфорта.
Необходимое количество и качество природного света в помещениях определяется их функциональным назначением.
Качество освещения принято оценивать по его характеристикам исходя из функций света в архитектуре, важнейшими из которых являются:
- информативно-зрительные, обеспечивающие зрителя информацией о пространственной среде и создающие зрительный образ;
- морфофункциональные, которые оказывают воздействие на человека либо непосредственно через кожный покров, либо через органы зрения в виде ультрафиолетовых, видимых и инфракрасных излучений, не связанных с возникновением зрительных образов.
- косвенные, характеризующие воздействия света на материальную среду, на ее физические (температура, влажность), биологические (содержание вредных бактерий), и химические (фотосинтез, выцветание красок) параметры, которые в свою очередь нередко определяют состояние человека, его ощущение комфортности.
Количественными характеристиками света являются: освещенность, яркость, коэффициент естественного освещения (КЕО).
За единицу освещенности принимают люкс (лк), равный освещенности поверхности в 1 м2, на которой равномерно распределен световой поток в 1 лм. В связи с тем, что практически не представляется установить минимальные значения освещенности внутри помещения в люксах, из-за непостоянства природных условий освещения под открытым небом, освещенность в помещениях выражают не в абсолютных, а в относительных единицах в виде коэффициента естественной освещенности (КЕО).
В нормах по естественному освещению помещений для нормирования принята относительная величина КЕО, а по искусственному освещению помещений - освещенность на рабочей поверхности, а городских ансамблей - яркость или освещенность на дорожном покрытии и на фасадах объектов.
К качественным характеристикам, определяющим комфорт и эстетичность световой среды, относятся:
- распределение яркости в поле зрения и неравномерность освещенности на поверхностях объектов и в пространстве;
- насыщенность пространства светом;
- ослепленность и дискомфортная блескость;
- контрастность освещения и контраст светотени;
- направление световых потоков;
- спектральный состав излучения источников света, их цветопередача;
- динамика освещения.
Распределение яркости в поле зрения человека зависит от распределения 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.
Неравномерность освещенности при искусственном освещении, характеризуется отношением максимального или среднего уровня освещенности к минимальному его значению, а неравномерность естественного освещения определяется соответственно через отношение среднего значения к наименьшему значению КЕО (еср / емин).
Неравномерность распределения яркости в пространстве может отрицательно влиять на зрительную работоспособность, поэтому необходимо знать характер распределения яркости. Достигнуть полной равномерности невозможно и не нужно, так как именно яркостные контрасты прежде всего позволяют различать предметы и детали и способствуют выявлению формы.
Ориентиром при выборе яркостей потолка, стен и пола в интерьерах могут служить распределения и соотношения, создаваемые природным освещением. 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). Соотношения усредненных яркостей между этими зонами 10:3:1 в южных районах страны и 5:3:1 в средней полосе. Таким образом, считается, что благоприятные условия для зрительной работы обеспечиваются при соотношениях яркостей потолка (зенитная часть), стен (у горизонта) и пола (земля) помещения, аналогичных природным.
В практике нормирования, расчета и проектирования освещения пользуются преимущественно уровнем освещенности на рабочей плоскости, который, однако, не характеризует ощущение насыщенности пространства светом.
Критерием насыщенности помещения светом является, так называемая, цилиндрическая освещенность на уровне глаз человека, представляющая собой отношение светового потока, падающего на боковую поверхность бесконечно малого вертикального цилиндра, радиус и высота которого стремятся к нулю, к площади этой поверхности. В зависимости от световой насыщенности впечатление от интерьера может изменяться от торжественного и праздничного до унылого и мрачного.
При оценке качественной стороны освещения используется понятие блескости:
- прямая, проявляющаяся при наличии светящихся поверхностей (окон, светильников и др.) в направлениях, близких к направлению зрения;
- периферическая, возникающая от светящих поверхностей в направлениях, не совпадающих с направлением зрения;
- отраженная, вызванная наличием в поле зрения зеркальных отражений от светящихся источников и поверхностей.
Блескость действует в направлении глаз наблюдателя и способствует снижению видимости объекта вследствие чрезмерного увеличения яркости, снижающей контраст между объектом и фоном. Различают два вида блескости: дискомфортную, связанную с неприятным ощущением, но не всегда ухудшающую видимость и слепящую, сопровождающуюся резким нарушением видимости.
Критерием оценки дискомфортной блескости служит показатель дискомфорта, а слепящего действия - показатель ослепленности.
Явления отраженной блескости довольно часто имеют место при наличии в помещениях и в городских пространствах полированных зеркально отражающих
поверхностей (каменных, металлических или стеклянных).
Существует несколько возможностей для устранения или ограничения отраженной блескости, к которым относятся:
- выбор такого направления света, при котором зеркально отражаемые лучи не попадают в глаз человека;
- ограничение яркости бликов путем увеличения размеров светящей поверхности светильника и уменьшения ее яркости;
-изменение светотехнических свойств отражающего материала или расположения бликующей поверхности.
Существенную роль в решении архитектурных задач по выбору объемной композиции, фактуры отделочных материалов, выявлению пластической формы предметов играют контрастность освещения и контраст светотени.
Контраст между затененными и освещенными поверхностями может быть достаточно большим, что ухудшает работу зрения и восприятия рассматриваемого объекта. В некоторых случаях тени отвлекают внимание и создают ложное впечатление о размере, форме и цвете объекта. Вместе с тем наличие собственных и падающих теней является залогом для различения рельефных объектов. Особенно это относится к мелким деталям, которые хорошо различимы только при образовании на них теней. Отсутствие теней делает архитектурные детали «нечитаемыми».
Наиболее благоприятными формообразующими свойствами обладает сочетание рассеянного освещения с направленным. Направление световых потоков (от одного или нескольких источников, падающих на рабочие места или отдельные поверхности) является важным качественным показателям освещения, так как с ним связаны тенеобразование, направление зеркального отражения и контрастность освещения. Направление света оценивается световым вектором.
При рассеянном освещении тени смягчены, сглажены. Объекты при рассеянном освещении теряют свою объемность, кажутся плоскими. Направленный свет делает тени резкими, их очертания становятся четкими, яркостной контраст светотени возрастает. Форма предмета в зависимости от направления падения света может восприниматься естественной или искаженной. Наиболее благоприятными формообразующими свойствами обладает сочетание рассеянного освещения с направленным. Контрастность и направленность освещения оказывают существенное влияние на эстетику освещения и, соответственно, на художественные качества архитектурной формы.
Существенным условием зрительного различения является контраст между фоном и рассматриваемым объектом. Контраст может быть яркостным (при монохроматическом освещении) и цветовым, а также по насыщенности тона.
Фоном считается поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на которой он рассматривается. Фон считается светлым при коэффициенте отражения поверхности >0,4: средним – при =0,2-0,4: темным – при 0,2.
Контраст объекта различения с фоном определяется отношением абсолютной величины разности между яркостью объекта и фона к яркости фона.
Контраст считается большим при значении 0,5. (объект и фон резко отличаются по яркости); средним - при =0,2.-0,4 (объект и фон заметно отличаются по яркости); малым - при 0,2 (объект и фон мало отличаются по яркости).
Спектральный состав излучения зависит от источников света. Спектры излучений естественных и искусственных источников света очень разнообразны, что обусловливает 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. Разнообразие спектров источников искусственного света предопределило необходимость введения специальной характеристики качества их цветопередачи - общего индекса цветопередачи Rа.
Динамика освещения характеризуется изменением интенсивности и спектрального состава света. Изменяя освещенность и другие характеристики освещения во времени, можно получить необходимый световой эффект среды, диктуемый функциональными требованиями того или иного помещения.
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. Гибкость искусственного освещения, которая может быть достигнута за счет регулирования светового потока и применения различных осветительных приборов, позволяющих изменять положение светового центра и направления светового потока, можно по заданным нормативным условиям организовать необходимый световой микроклимат в помещениях.
Человеческий глаз реагирует на изменения во времени яркости или освещенности, которые имеют место при освещении помещения газоразрядными источниками света. Для количественной оценки этого явления пользуется коэффициент пульсации, рассматриваемый как качественная характеристика освещения, регламентируемая СНиП