Спросить
Войти
Сравнительный анализ эффективности различных типов системы верхнего естественного освещения в общественных и производственных
зданиях
С.В. Стецкий, С.С. Корнеев Московский Государственный Строительный Университет
Аннотация: В статье рассматриваются традиционные и новые типы системы верхнего естественного света для их применения в общественных и производственных зданиях. Основной целью анализа является нахождение оптимальных проектных решений рассматриваемой системы освещения по ряду критериев. В частности, рассматриваются не только объективные функциональные критерии (такие, как экономические и светотехнические), но и субъективные критерии (психологические, гигиенические и т.д.). Делается вывод о том, что проблемы создания комфортного микроклимата в помещениях и, в частности - качественной световой среды должны в значительно большей степени, чем это принято сейчас, базироваться на субъективных критериях оценки. Отмечается также, что экономические и энергетические аспекты оценки рассматриваемых типов системы верхнего естественного освещения в настоящее время в значительной степени уступают свою приоритетность медико-субъективным аспектам, которые в большей мере определяют рост производительности труда, зависящего в свою очередь от физического и психологического состояния работающих в рассматриваемых зданиях людей. Ключевые слова: система верхнего естественного освещения, объективная и субъективная оценки, комфортность внутренней среды, оценочные критерии, общественные и производственные здания.
В настоящее время в большинстве стран мира ведется интенсивное строительство общественных зданий - как правило, торговых и развлекательных. Одновременно с этим осуществляется строительство новых и реконструкция существующих производственных зданий - в основном для нужд легкой промышленности. Такая тенденция имеет ряд специфических особенностей. В частности, интенсивность этого процесса определяется условиями глобализации экономики. Кроме этого, дефицит свободных территорий в современных городах приводит к необходимости возведения рассматриваемых зданий в многоэтажном варианте. Наконец, в современном архитектурно-строительном проектировании все большую роль играют физико-технические аспекты, которые определяют формирование
комфортной внутренней микроклиматической среды, одной из основных составляющих которой является естественная освещенность [1-3].
В многоэтажных общественных и производственных зданиях, которые отличаются также и значительной шириной, эффективность естественного освещения определяется как экономией электроэнергии на цели дополнительного искусственного освещения, так и повышением производительности труда. Эти цели в современных условиях могут быть достигнуты только с привлечением естественных методов регулирования параметров внутренней среды [1,3,4].
Системами естественного освещения, традиционно применяющимися в широких многоэтажных зданиях, являются: система бокового, верхнего и комбинированного естественного света (таблица 1). Боковое естественно освещение недостаточно эффективно, так как глубина зоны в достаточной степени освещаемой естественным светом, не превышает обычно 6,0-7,5м. Увеличение площади окон, естественно, увеличивает уровни естественной освещенности в помещениях, но приводит к ряду сопутствующих негативных последствий - например, к появлению дискомфортных яркостей и контрастов, избыточных теплопоступлений летом, теплопотерь зимой и т.д.
Система верхнего естественного света значительно более эффективна со светотехнической точки зрения, однако в своих традиционных конструктивных типах - таких, как разнообразные фонари верхнего света или их сочетание с шахтными элементами - не способны обеспечить естественным светом все этажи зданий, кроме самого верхнего. Кроме этого, при использовании системы верхнего естественного освещения возникает ряд негативных последствий - например, интенсивная инсоляция и снижение визуального контакта с наружной средой (кроме оценки состояния небосвода). Это особенно важно для производственных зданий, так как
инсоляция в них не допускается в принципе, а психологическая связь работающих с внешней средой необходима в силу продолжительного пребывания в замкнутом пространстве[1,6,7].
До недавнего времени практическим решением проблемы минимизации негативных характеристик и максимизации позитивных свойств вышеприведенных типов систем естественного света являлась система комбинированного естественного освещения. Однако, комбинированное естественное освещение превращается в боковое на всех этажах многоэтажных зданий, кроме последнего и поэтому такое решение не является универсальным. Оно может быть успешно применено лишь в случае использования недавно разработанной в МГСУ новой системы верхнего естественного освещения через световые колодцы [4,8,9].
Наряду с этим, популярными и наиболее эффективными со светотехнической и экономической точек зрения (по мнению ряда авторов) становятся полые трубчатые световоды. Они могут обеспечивать как верхнее, так и боковое освещение помещений, что делает возможным строительство безоконных зданий [10-12].
В таблице 1 приводятся общие характеристики различных конструктивных типов систем бокового, комбинированного и верхнего естественного освещения. Как следует из анализа этих характеристик, наиболее приемлемыми для многоэтажных общественных и производственных зданий со значительной шириной корпусов являются: система комбинированного естественного освещения с использованием световых колодцев и система верхнего (или комбинированного) естественного освещения на основе полых трубчатых световодов. Детальный анализ этих двух систем приведен в таблице 2 на основе ряда критериев, имеющих не только объективный, но и субъективный характер.
Так, в этой таблице рассматриваются ряд характеристик вышеуказанных систем на основе таких критериев, как капитальные затраты на устройство рассматриваемых систем естественного освещения для создания в помещениях требуемых уровней освещенности, психологическая связь пребывающих в здании людей с окружающей средой, равномерность освещения и комфорт внутренней световой среды в целом и т.д. Последние критерии используются для субъективной оценки. В частности, критерий психологического контакта является обобщающим, включающим в себя частные критерии визуального контакта, оценки погодных условий и спектрального состава наружной освещенности и т.д. Оценка характеристик двух рассматриваемых систем проходит по укрупненным показателям по схеме «хорошо-удовлетворительно-плохо», что соответствует трёхбалльной системе оценок. Аналогичный подход неоднократно использовался в ранее проводимых исследованиях [13-15].
По результатам исследований можно сделать следующие основные выводы:
визуального контакта с материальным окружением и из прямого или косвенного их визуального контакта с небосводом, при котором оцениваются погодные условия и спектральный состав наружного освещения. При использовании системы световых колодцев одновременно с боковыми светопроемами оценка психологического контакта достигает максимума, что нельзя сказать о системе полых трубчатых световодов, не обеспечивающих прямого контакта и кроме этого, исключающих визуальный контакт с материальной окружающей средой.
Таблица № 1
Сравнение основных характеристик различных конструктивных типов системы естественного освещения зданий
Типы системы освещения
Схема рассматриваемой системы освещения
Возможность освещения нескольких этажей
Ограничения, накладываемые на глубину освещаемого помещения
Ограничение, накладываемые на расстояние от покрытия до освещаемого помещения
я и н
е в с о
о г о в о к о б
е т с и с а н к
Возможность освещения только одного этажа
Эффективное освещение через окна возможно лишь до глубины помещения 6,0-7,5м.
В целом ограничения отсутствуют. Однако, чем больше расстояние от покрытия до освещаемого помещения, т.е. чем оно ближе к земле, тем больше может быть экранирующее влияние окружающей застройки_
Продолжение таблицы 1
е т с и с
н н а в
оя ри
е в с о
Возможность комбинированного освещения только
верхнего этажа здания. Нижерасположенные этажи будут освещаться только через окна.
Ограничение глубины эффективно освещаемого помещения может быть на всех этажах, кроме последнего.
В помещениях всех этажей, кроме последнего возможен эффект затеняющего влияния
противостоящих зданий. Он тем больше, чем этажи ближе к земле.
е т с и с
о л о
я и н
ке кв с
и <3
о т е в
Возможно освещение нескольких этажей здания по всей их высоте.
Глубина помещения не ограничена при устройстве нескольких световых колодцев по ширине здания.
В целом
ограничения
отсутствуют. При
большом
расстоянии
помещения от
покрытия
увеличивается
площадь
остекления
световых
колодцев.
Окончание таблицы 1
^ 2 мог
т с и с
о к о б
и л и
я и н
е в с о
о г о н н е
§ § е
О« ^ « <и
Возможно освещение нескольких этажей зданий по всей их высоте.
Глубина помещения не ограничена при равномерном расположении световодов по
ширине здания.
Ограничения практически полностью отсутствуют.
о л о к
о г о н н а в
и н и
и ю н Е
и « с
о ® О о
я и н
е в с о
Возможно освещение нескольких этажей зданий по всей их высоте.
Глубина помещения не ограничена при равномерном расположении световых колодцев по ширине здания.
Ограничение практически полностью отсутствуют.
Таблица 2
Сравнение основных характеристик современных систем естественного освещения многоэтажных зданий
Типы систем естественн
ого освещения
Схема рассматриваемых систем освещения
Капитальные затраты на устройство системы
Критерии сравнения
Затраты на дополнительное искусственное освещение
Равномерность освещения
Дискомфортные контрасты и яркости
Психологическая связь с внешней средой
о в о т е в с е
о г о в о к о
ае чн
бх ур
ре Р и
е т с и с
о г о н н е в т с е т с е
о г о н н а в
и н и б м о к
а т е в с
Окончание таблицы 2
я и н
о л о к
е м е т с и с
о г о н н е в т с е т с е
Условные обозначения:
IH Инженерный вестник Дона. №4 (2020) Н| ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n4y2020/6421
References
