Роль естественного освещения в архитектуре и строительстве чрезвычайно важна и многогранна. Дневной свет – основной элемент зрительного комфорта, оказывающий благоприятное воздействие на человека. Он же - один из главных инструментов формирования эстетики интерьеров и экстерьеров. И, наконец, именно от освещения во многом зависит теплотехнический баланс зданий, а также масштабы потребленияяэлектроэнергии.

Передовые технологии открывают перед нами принципиально новые пути решения проблемы освещения. Получать большие светящие поверхности различной формы и цвета при использовании солнечного света и эффективных ламп максимально большой мощности позволяют ПОЛЫЕ СВЕТОВОДЫ - новое и чрезвычайно перспективное направление в светотехнике. Такие устройства уже сейчас находят широкое применение во всем мире и характеризуются большим разнообразием конструктивных технологических исполнений. ПОЛЫЕ СВЕТОВОДЫ - это пустотелые протяженные осветительные устройства, как правило, цилиндрической формы с внутренней отражающей свет поверхностью. Световой поток от одного или группы источников света вводится в них с помощью специальных оптических систем - вводных устройств (ВУ). Попав в прозрачный торец протяженного канала, свет за счет многократных отражений перераспределяется вдоль него и, рассеиваясь, выходит через поверхность световода в освещаемое пространство по всей длине канала.

Интегральное (совмещенное) освещение помещений, в которые дневной свет не проникает или его недостаточно — одна из наиболее интересных и перспективных областей применения полых световодов. Световоды успешно применяются для освещения туннелей, мостов, улиц и площадей, аэровокзалов и метровокзалов, в производственных помещениях, надземных пешеходных переходах. Их использование также весьма целесообразно в высоких одноэтажных зданиях с большой плотностью расположения оборудования и трудностью обслуживания (супермаркеты, выставки, большие цеха). Обеспечивая зрительный комфорт, световоды позволяют экономить электроэнергию, расходуемую на освещение, а также на охлаждение помещений летом и обогрев их зимой. Перспективность интегральных систем совмещенного освещения зданий глубокого заложения и других сооружений без достаточного солнечного освещения не вызывает сомнений.

Подтверждением этого факта служит дорогостоящая установка с полыми протяженными световодами, установленная на Potsdamer Platz в Берлине. Эти наклонные световоды позволяют ввести солнечные зайчики в подземное помещение крупного супермаркета. Световоды высотой 14, 18 и 21 м имеют стальную трубу в качестве оси конструкции, стеклянную трубу-оболочку диаметром 1 м. и два слоя призматической пленки SOLF — один на внутренней поверхности стеклянной, другой на наружной поверхности стальной трубы. Таким образом решается проблема взаимосвязи с внешним пространством.

Один из показательных примеров в России - выставочный зал в Москве площадью 15000 кв. метров, длиной 108, шириной 24 и высотой 26 метров. Это огромное пространство освещено 10 линиями щелевых световодов длиной 36 м и диаметром 0,65 м каждый (средняя освещенность 300 лк, установленная мощность 185 кВт). Вводные устройства с четырьмя зеркальными металлогалогенными лампами мощностью по 700 Вт размещены на четырех специальных арочных мостках, расположенных поперек помещений. Электрическая сеть проложена не вдоль линий световодов, а поперек, и проходит по мосткам, с которых осуществляется ее обслуживание. Оригинальное архитектурное решение сочетается с исключительной равномерностью бестеневого освещения, гибким управлением, удобством обслуживания и возможностью резервирования источников света (включение только части ламп или части линий) без изменения вида установки.

Подобные решения могут с успехом применяться как в высоких и больших по площади помещениях (ангары, спортивные залы, выставки, бассейны и пр.), так и в низких, длинных и узких (туннели, коллекторы, переходы и др.).

Принципиально другие архитектурные возможности иллюстрируют установки на станциях "Серпуховская" и "Чкаловская" Московского метрополитена. На первой из них применена линия световодов длиной 60 и диаметром 0,625 метра. Восемь из них - декоративные, в остальных четырех размещены вводные устройства. Световоды из толстой полиэтилентерефталатной пленки имеют по пять "оптических щелей", обеспечивающих равномерное освещение свода, колонн и пола центрального зала. Средняя освещенность – 150 лк, удельная установленная мощность - 18 Вт/м2. По сравнению с аналогичными боковыми залами число ламп здесь сократилось в 30, а протяженность электрической сети - в три раза.

На станции "Чкаловская" центральный зал (длина 90, высота пять метров) и два платформенных зала (длиной по 150 метров) освещены встроенными арочными клиновидными световодами. Во вводных устройствах, расположенных с обоих концов световода, установлены по две зеркальные лампы МГЛ мощностью 400 Вт каждая, а также одна зеркальная лампа накаливания 100 Вт для аварийного освещения. Вводные устройства размещены в специальных нишах пилонов на высоте 2,3 метра и отделены от полости световодов уплотненным термостойким прозрачным стеклом. Средняя освещенность в центральном зале - 160 лк, в платформенных - 120 лк. Общая установленная мощность, включая потери в балластах, - 76,5 кВт. По мнению обслуживающего персонала, это первая установка, где полностью решены проблемы эксплуатации благодаря удобству замены ламп и ревизии схемы на малой высоте. Арочные световоды играют важную роль и в архитектурном решении. Они создают впечатление праздничности, легкости, зрительно сокращая длину станции.

Даже эти немногочисленные примеры убеждают: возможности использования полых световодов необычайно широки и интересны. Успех развития этого перспективного направления сегодня во многом зависит от архитекторов, их заинтересованности в совместной творческой работе со светотехниками.

Полые световоды были использованы мной в семестровом проекте «теплица». В проекте с целью энергосбережения применяется комбинированная осветительная установка «Artheleo» - это рациональная энергетически оптимальная система освещения, основанная на комбинировании солнечного света и искусственного (от серных ламп). Устройство для ввода излучения в помещение, использованное в теплице, состоит из трех функциональных блоков: концентратора, вращающегося вокруг одной оси, световода с круглым поперечным сечением и рассеивателя. Для искусственного света используются серные лампы и два полых световода. Световой поток, излучаемый серными лампами, регулируется устройствами управления для получения необходимой освещенности. Имеется датчик освещенности, позволяющий регулировать световой поток серных ламп в зависимости от внешних условий.

Концентратор установки «Artheleo» построен по новой концепции, он использует световое излучение с максимальной эффективностью. Благодаря использованию линз Френеля, концентратор может направлять излучение Солнца в нужную сторону за счет вращения вокруг вертикальной оси. Это возможно благодоря линзе, которая может фокусировать солнечные лучи при любых углах возвышения Солнца при его прохождении по небосводу. Сфокусированные лучи направляются зеркалом в вертикальный световод по возможности ближе к его оси. Зеркало имеет специальную форму для максимального собирания рассеянного света.

Световод имеет круглое сечение диаметром 90 см и общую длину 13 метров, сделан из пленки с полым внутренним отражением. Таким образом, дневной свет попадает в рассеиватели, которые располагаются в помещениях, где естественное освещение традиционным способом невозможно. Такими в проекте являются склады и помещения для выращивания грибов.

Рассеиватель имеет такую форму, что отражаемый им свет распространяется на большое расстояние. В рассеиватель подается также свет от серных ламп через полый горизонтальный световод. Лампы подключены к сети через электронные устройства со светорегуляторами. Такая система искусственного освещения создает равномерное освещение на всей рабочей поверхности и, максимально используя дневной свет, не зависит от метеорологических условий и интенсивности солнечного излучения, изменяющегося в течение дня.

Автоматизированная система управления, содержащая датчики и электродвигатели, позволяет регулировать световой поток таким образом, чтобы компенсировать изменения естественного освещения и тем самым обеспечивает экономию электроэнергии.

Если дневного света достаточно, то он используется отдельно (без искусственного), при этом сохраняются его свойства, благоприятно влияющие на физиологию и психологию человека. В ночное время искусственный свет восполняет недостаток естественного. Днем при недостаточной освещенности и ночью свет от серных ламп поступает в соединительный модуль, обеспечивая необходимые условия освещения.

Благодаря использованию естественного освещения удается экономить значительное количество электроэнергии, а использование светорегуляторов, снижающих мощность ламп в нерабочее время, обеспечивает дополнительную экономию электроэнергии.

Итак, можно обозначить возможности полых световодов:

1. При использовании светоприемных гелиостатных систем по одним и тем же световодам в здание будет поступать не только искусственный, но и естественный солнечный свет.

2. Фильтрация выделяемого лампами ультрафиолетового и инфракрасного излучения, а также электромагнитных помех поможет избавиться от их вредного воздействия.

3. Поскольку внутри световода нет ламп и проводов, канал остается холодным и не имеет электрического потенциала.

4. Герметичность внутренней полости канала световода, а также аэродинамические свойства цилиндрической поверхности, омываемой потоками восходящего воздуха, практически исключают влияние окружающей среды (пыль, грязь, дым...) на характеристики световодов.

5. Поскольку световод представляет собой трубу довольно большого диаметра (до 1 м), очевидно, что такие каналы могут служить для транспортирования не только света, но, скажем, и очищенного воздуха. В этом случае световод становится одновременно воздуховодом.

6. За последние годы весьма популярными сооружения с использованием пневматических конструкций стали стадионы, производственные помещения, склады, госпитали и др. Эластичная оболочка сохраняет заданную форму благодаря избыточному давлению воздуха внутри здания. Но возникают проблемы с их освещением. Ведь крепить провода к оболочке и подвешивать к ней светильники непросто и небезопасно. Однако здесь в качестве несущих и формообразующих конструкций могут использоваться надувные арочные световоды, являющиеся частью оболочки этих сооружений

Эти и другие достоинства полых световодов позволяют резко уменьшить число применяемых источников света и эксплуатационные расходы (как правило, их эффективность тем выше, чем больше традиционных светильников они могут заменить), снизить протяженность электрических сетей, потери мощности, расход электроэнергии и тепловые нагрузки в помещениях, а также обеспечить взрыво-, пожаро- и электробезопасность. Одновременно повышается качество освещения и световой климат в помещениях. Для архитекторов очень ценна возможность создавать новые, оригинальные решения с использованием протяженных светящих элементов разнообразной формы и светоцветовых характеристик.

References

1. Айзенберг Ю. Б., Бухман Г. Б., Коробко А. А. и др. Новый этап развития полых световодов // Светотехника.– 1995.– №4-5.– С.7-9.

2. Айзенберг Ю. Б. Световое оборудование // Иллюминатор – 2003. – № 4(6)-5(7) http://www.illuminator.ru

3. Бернер М. С., Минский В. В., Щырба С. Т. Осветительные устройства со щелевыми световодами и их применение. http://www.abok.ru

4. Коробко А. А. Область эффективного применения и классификация осветительных устройств с полым световодом // Светотехника. – 1996. – №5-6. – С.13-17.

5. Полые световоды. Новые перспективы в строительстве и архитектуре http://build.rin.ru

Citation link

Вахитов Т.Р. ОСВЕТИТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ. КОМБИНИРОВАНИЕ ЕСТЕСТВЕННОГО И ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ С ЦЕЛЬЮ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ [Электронный ресурс] /Т.Р. Вахитов //Архитектон: известия вузов. – 2004. – №2(7). – URL: http://archvuz.ru/en/2004_2/11

Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons "Attrubution-ShareALike" ("Атрибуция - на тех же условиях"). 4.0 Всемирная

Receipt date: 29.09.2004