Architecton: Proceedings of Higher Education №4 (28) December, 2009

Theory of architecture

ISSUES IN INDOOR NATURAL LIGHTING IN CONDENSED URBAN CONTEXT

УДК: 628.97
Шифр научной специальности: 38.113.8

Abstract

Современная застройка городских пространств имеет ряд особенностей, которые отличаются от градостроительной структуры прошлого. Территории внутри городов освобождаются от градообразующих промышленных предприятий, происходит экспертное исследование сложившейся историко-архитектурной среды с последующей ее оценкой, упорядочением и реконструктивными действиями, воплощаются проекты новых центров с доминантными группами зданий, меняющих облик городской застройки. Архитектура зданий жилой и общественной сферы приобретает новые черты: увеличивается этажность, изменяется геометрия планов, расширяются используемые площади. Увеличивается использование стекла, как в декоративных, так и в энергосберегающих целях. Архитектурные решения в большей степени следуют развитию комфортности внутренних пространств.

Наряду с безусловно положительными явлениями, происходящими в современной городской застройке, отмечаются и явно отрицательные. Нехватка площадей для нового строительства при постоянном удорожании земли вызывает необходимость уплотнения застройки, что приводит к целому ряду негативных последствий: застройка дворовых пространств, предназначенных для озеленения и отдыха жителей; ликвидация детских и спортивных площадок; появление стихийных автомобильных стоянок; увеличение нагрузок на коммунальные сети. За всем этим стоит ухудшение экологических параметров среды. Но наиболее существенным недостатком уплотнения застройки является нарушение нормативных показателей естественного освещения и инсоляции помещений, определяющих биологические качества жизни горожан и их состояние здоровья.

Примеры уплотненной застройки приведены на рис. 1-4.

В нормативных документах, касающихся естественного освещения, регламентируется величина коэффициента естественного освещения, то есть отношения величины освещенности в определенных точках внутри помещения к наружной освещенности площади светом облачного небосвода. Коэффициент естественной освещенности (КЕО) нормируется для помещений разного назначения и служит определяющей величиной светового комфорта.

В городской застройке преобладают жилые помещения, а также помещения офисов, торговых и других общественных учреждений, где человек находится продолжительное время и выполняет определенную зрительную работу. Поэтому целесообразно оценить влияние уплотнения застройки на световую среду именно в данных помещениях. При этом выбраны следующие критерии:

• территория Свердловской области (первая группа административных районов Российской Федерации);
• коэффициент светового климата m_N = 1для северной ориентации боковых светопроемов, как самой неблагополучной;
• расположение светопроемов в наружных стенах.

Естественное освещение помещений при боковом освещении формируется из двух составляющих:

1. естественный свет от облачного неба, попадающий в контуры светопроема;

2. естественный свет, отраженный от противостоящего (экранирующего) светопроему здания.

Общая формула расчета коэффициента естественного освещения в помещении при боковом освещении состоит из двух частей:

 

В условиях уплотненной застройки в помещениях рассматриваемого здания естественное освещение будет формироваться только за счет света, отраженного от противостоящего (экранирующего) здания. В этом случае формула расчетного КЕО примет вид:

, где

– геометрический КЕО в расчетной точке при боковом освещении, учитывающий свет, отраженный от j-ого участка фасадов зданий противостоящей застройки;

М – число участков фасадов зданий противостоящей застройки, видимых через светопроём из расчетной точки;

– средняя относительная яркость j-ого участка, противостоящего (экранирующего) здания, расположенного параллельно исследуемому зданию (помещению);

– коэффициент, учитывающий повышение КЕО в помещении при наличии противостоящих (экранирующих) зданиях;

– коэффициент, учитывающий повышение КЕО при боковом освещении благодаря свету, отраженному от внутренних поверхностей помещения и подстилающего слоя земли, прилегающего к зданию;

– общий коэффициент пропускания света через боковые светопроемы.

, где

– коэффициент пропускания материала;

– коэффициент, учитывающий потери света в переплетах светопроема;

– коэффициент, учитывающий потери света в несущих конструкциях (при боковом освещении  =1);

– коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащитных устройствах (козырьки, навесы, фасадные ребра и т.п.).

– коэффициент запаса, регламентирующий загрязнение светопроема, наклон остекления и т.д.

Для оценки влияния фактора уплотнения застройки на параметры естественного освещения приняты следующие исходные и расчетные данные:

• за основу взят элемент застройки, состоящий из пятиэтажного здания с жилыми и офисными помещениями и противостоящего (экранирующего) шестнадцатиэтажного здания. При этом рассмотрена схема параллельного расположения исследуемого и экранируемого зданий, как наиболее часто осуществляемая в действительности;
• для анализа параметров естественного освещения (величина КЕО) выбраны: жилое помещение на втором этаже и офисное помещение на первом этаже, что соответствует современным архитектурным решениям, а кроме того, выбранная этажность отвечает наиболее неблагоприятным условиям освещенности.

При отмеченных данных нормированный коэффициент естественного освещения составляет:
для жилых помещений –  [1.2]
для офисных помещений –  [1.2]

•  изменение величины коэффициента естественного освещения при изменении расстояния от исследуемого помещения до экранирующего здания прослеживается в пределах: 10 м, 20 м, 30 м, 40 м, 45 м (рис. 5–9).
•  приняты следующие материалы фасадов экранирующих зданий и их отражающие характеристики:

– белый – средневзвешенный коэффициент отражения фасада = 0.6;

– светло-серый – средневзвешенный коэффициент отражения фасада = 0.4;

– темно-серый – средневзвешенный коэффициент отражения фасада  = 0.2;

– стекло – средневзвешенный коэффициент отражения фасада  = 0.1.

Величина средневзвешенных коэффициентов отражения учитывает наличие 30% остекленных светопроемов, выходящих на фасад экранируемого здания, а также 100% остекления для полностью остекленного фасада.

Боковые светопроемы исследуемых помещений имеют следующие характеристики:

1. стекло оконное листовое двойное –  = 0,8;
2. вид переплетов – деревянные одинарные –  = 0,8;
3. несущие конструкции покрытия не препятствуют световым потокам –
    = 1.0;
4. солнцезащитные устройства отсутствуют –   = 1.0.

Величина общего коэффициента светопропускания в этом случае для жилых и офисных помещений является постоянной и составляет:

• величина коэффициента, учитывающего повышение КЕО при боковом освещении при данных размерах и пропорциях исследуемых жилых и офисных помещений, является постоянной и составляет:  = 7.3 ;
• величина коэффициента запаса принята с учетом снижения КЕО в процессе эксплуатации светопроемов исследуемых помещений (загрязнение и старение светопропускающего материала), является постоянной и составляет:  = 1.2 , с учетом вертикальности остекления светопроемов;
• значение геометрического КЕО ( ) в расчетной точке исследуемых помещений при прохождении отраженных световых потоков через незаполненный светопроем определяется с помощью графиков Данилюка по методике СП 23–102–2003. В рассматриваемом случае при постоянстве параметров светопроемов исследуемых помещений (жилых и офисных) величина геометрического КЕО будет постоянной и составляет:  = 0.48

Непосредственно с отражающей способностью противостоящего (экранирующего) здания связаны средняя относительная яркость фасадов ( ) и коэффициент, учитывающий изменение внутренней составляющей КЕО в помещении при наличии противостоящих зданий (). Величина коэффициента  зависит от средневзвешенного коэффициента отражения фасада экранирующего здания () и индексов противостоящего здания: индекс в плане ( ) и индекса в разрезе ( ).

Значения коэффициентов  и  определяются в соответствии с требованиями и по методике СП 23–102–2003.

В результате расчетов коэффициента  получены данные, которые приводятся в таблице 1.

Таблица 1.

Результаты расчетов величины коэффициента  приведены в таблице 2.

Таблица 2

Результаты расчета коэффициента естественного освещения в жилых и офисных исследованных помещениях с учетом воздействия противостоящего (экранируемого) здания в сравнении с нормативными величинами КЕО приведены в таблице 3.

Таблица 3

По результатам проведенного исследования влияния уплотненной застройки на естественное освещение помещений, расположенных на различных расстояниях от противостоящего (экранирующего) здания, можно сделать следующие выводы:

1. При наличии противостоящего здания отраженные от его фасада световые потоки вызывают практически одинаковое распределение естественного освещения в помещениях первого (офисные) и второго (жилые) этажей во всех группах цветности материала фасадов.

2. Цветность материала фасадов противостоящих зданий оказывает преимущественное влияние на величину КЕО в пространстве жилых и офисных помещений, причем наибольшими величинами расчетных КЕО отличаются световые потоки, сформированные белыми и светло-серыми фасадами.

3. Фасады темно-серой окраски, а также фасады полностью остекленные, обусловливают низкие значения расчетных КЕО в исследуемых помещениях.

4. При анализе воздействия расстояний противостоящего (экранирующего) здания от исследуемого прослеживается четкая тенденция увеличения расчетного КЕО в помещениях с увеличением расстояния от 10 м до 45 м. Это обстоятельство вызвано увеличением отражающей площади на фасадах, особенно оно выражено для фасадов с белой и светло-серой окраской.

5. Основным выводом является взаимоотношение расчетных величин КЕО в жилых и офисных помещениях и нормированных значений КЕО для этих помещений:
– наиболее благоприятное соотношение наблюдается в случае жилого помещения и фасада противостоящего здания белой окраски (даже с учетом регламентируемого допуска ±10%) при всех расстояниях между зданиями;
– крайне неблагоприятное взаимоотношение  и  отмечается для жилого помещения, световая среда которого определяется отражением от фасадов темно-серой окраски и полностью остекленных. При этом практически не влияет расстояние между исследуемым и противостоящим зданиями;
– в связи с тем, что нормированное значение КЕО для офисов ( = 1.0 ) в два раза превышает подобную величину для жилых помещений ( = 0.5), прослеживается недостаток величины расчетного КЕО по сравнению с нормированной величиной при любых расстояниях исследуемого помещения от противостоящего и окраски материалов фасада.

Таким образом, офисные помещения по условиям естественной освещенности не могут функционировать на первых и последующих этажах в уплотненной многоэтажной застройке.

С целью более полного представления о формировании световой среды в помещениях и выработки соответствующих архитектурно-планировочных решений целесообразно рассмотреть случаи не только параллельности расположения зданий в уплотненной застройке, но и расположение экранирующего здания под разными углами к исследуемому, Г-образного расположения, смешанного расположения и другие вариации.

Рис. 1,2. Уплотненная застройка, г. Екатеринбург

Рис. 3,4. Уплотненная застройка, г. Дюссельдорф

 

​​​​​​​

References

1. СНиП 23–05–95: Естественное и искусственное освещение. – М.: Минстрой России, 1995.

2. СП 23–102–2003.:  Естественное освещение жилых и общественных зданий. – М., 2003.

3. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03.: Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий. – М.: Информационно-издательский центр Минздрава России, 2003.

4. МГСН 2.06.99.: Естественное, искусственное и совмещенное освещение.– М., 2003.

5. Слукин В.М., Смирнов Л.Н.. Проектирование естественного освещения зданий различного назначения: учеб. пособие / В.М. Слукин, Л.Н. Смирнов.– Екатеринбург: Архитектон, 2007.

Citation link

Slukin V.M., Simakova Ye.S. ISSUES IN INDOOR NATURAL LIGHTING IN CONDENSED URBAN CONTEXT [Online] //Architecton: Proceedings of Higher Education. – 2009. – №4(28). – URL: http://archvuz.ru/en/2009_4/10 

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