Расчет естественного освещения кратко

Обновлено: 05.07.2024

Зрительное восприятие играет ключевую роль для деятельности человека. Поэтому обеспечение требуемого уровня освещённости – одна из первостепенных архитектурных задач. Для её решения свет от источников (одного или нескольких) подводится к освещаемым пространствам и объектам. Если источник света – лучи солнца (прямые или рассеянные через облачный покров), такое освещение называется естественным.

В статье проводится краткий обзор естественного освещения и вопросов, связанных с ним: что такое естественное освещение, какие типы естественного освещения бывают, как оно нормируется, какие документы его регламентируют, от чего зависит, каковы особенности его использования и другие.

Естественное освещение – что это такое

К естественному освещению относят освещение помещений солнечными лучами (прямыми или рассеянными облачным покровом), проходящими в помещение через световые проёмы в конструкциях здания.

Главная особенность естественного освещения – зависимость от множества факторов, среди которых немало изменчивых. Освещённость одного и того же помещения естественным светом может существенно различаться даже в одно и то же время суток. Поэтому расчёт естественного освещения – сложная задача. Чаще всего она решается так, чтобы обеспечить необходимую освещённость в среднем, учитывая, что при недостатке освещённости включится дополнительное искусственное освещение.

Типы естественного освещения

Естественное освещение осуществляется наружным светом, проникающим внутрь здания. Его разделяют по тому, как это происходит. Поскольку свет может попадать в здание сверху или сбоку, естественное освещение делится на следующие виды.

Верхнее освещение

Внешний свет проникает в здание через фонари на крыше:

Другой вариант верхнего освещения – свет проникает в здание в местах перепада высот:

Боковое освещение

При нём внешний свет проходит через световые проёмы в наружных стенах здания:

Комбинированное освещение

Комбинированное освещение – это одновременное использование верхнего и бокового освещения в любых сочетаниях:

В большинстве современных зданий используется один из типов естественного освещения. Исключения – сооружения, где отсутствие естественного света определяется технологическим процессом.

В большинстве зданий наряду с системой естественного освещения имеется и система искусственного. Если использование искусственного освещения предусматривается наряду с естественным, такую систему называют комбинированной.

Иногда классификация естественного освещения проводится в зависимости от характера светового потока. Выделяют три вида:

Направленное освещение, когда используется направленный световой поток из проёмов. Он лучше всего выделяет границы объектов и обеспечивает высокий светомоделирующий эффект.
Направленное бестеневое освещение, в котором интерьер освещается светом, отражённым от поверхностей сразу после попадания в помещение.
Отражённое бестеневое освещение, когда объекты в помещении освещаются только отражённым от поверхностей светом, а световые проёмы скрыты от наблюдателя.

Регламентирующие документы

Поскольку естественное освещение используется в большинстве современных зданий, перечислим нормативные акты, регламентирующие эту сферу.

В этих сводах устанавливаются нормируемые параметры освещения и приводятся методы их расчёта для помещений с боковой и верхней системами освещения.

Использование естественного света

Коэффициент естественной освещённости (КЕО)

Важнейшая особенность естественного освещения – непостоянная интенсивность. В зависимости от ситуации его уровень меняется в течение короткого времени. Поэтому для расчётов и нормирования естественного освещения используются не показатели светового потока, яркости и освещённости, а специальный коэффициент естественной освещённости (КЕО).

Коэффициент КЕО – отношение естественной освещённости в данной точке внутри помещения Е_в к
одновременному значению наружной горизонтальной освещённости Е_н,
создаваемой светом полностью открытого небосвода:

Коэффициент естественной освещённости показывает, сколько процентов наружного рассеянного света попадает в помещение.

Регламентирующие документы устанавливают минимальные значения КЕО в зависимости от вида работ и типа естественного освещения. Для ответственной деятельности, требующей хорошего освещения, нормативный КЕО – 6% (в случае верхней или комбинированной системы при условии минимального размера объекта зрительного различения 0,15 мм). Для жилых и общественных зданий с боковой системой естественного света при условии редкой необходимости различения мелких объектов нормативный КЕО – 0,1-0,5%.

Интересно! Из значения КЕО видно, что освещённость в помещении до 100 раз меньше освещённости снаружи. При этом человек хотя и видит разницу, воспринимает ее небольшой. Это результат действия приспособительных механизмов глаза. При недостатке освещения зрачок расширяется и сетчатка освещается сильнее, компенсируя ослабление светового потока. Поэтому человек чувствует себя комфортно, несмотря на значительно более низкую освещенность в помещении.

Среднегодовая интенсивность светового потока зависит от географической широты местности. Поэтому территория Российской Федерации разбита на пять зон светового климата, в каждой из которых есть подвиды:

Регламентируемый КЕО зависит от зоны светового климата. Чем севернее, тем регламентируемый КЕО больше. Это связано с тем, что в северных районах солнце находится ниже над горизонтом и степень наружной освещённости меньше. Значит, для обеспечения требуемой освещённости внутри здания количество света, проходящего сквозь световые проёмы, должно быть больше. Это и обуславливает более высокий КЕО для северных регионов.

Кроме того, сводом правил устанавливается точка расчёта КЕО. Для жилых помещений с двусторонним боковым освещением она находится в центре комнаты. Но, как правило, в большинстве жилых помещений окна только с одной стороны. В этом случае точка расчёта КЕО – в метре от стены, противоположной окну. Для жилых помещений с небольшим числом комнат (1-3) расчёт КЕО выполняется для одной комнаты. Если их больше, расчёт проводится для двух комнат, чтобы найти средний КЕО.

Фонари верхнего освещения

Проектирование освещения здания начинается с выбора системы освещения. На него влияет назначение и архитектура объекта, материалы, требования к теплопотерям, географическое местонахождение, расположение по отношению к соседним сооружениям и другие факторы.

Для промышленных зданий чаще всего используется верхнее освещение светоаэрационными и зенитными фонарями.

Светоаэрационные фонари – это специальные надстройки в здании, которые предназначены для обеспечения воздухообмена и освещения помещения.

Чаще всего такие фонари прямоугольной конструкции. Она практичнее в монтаже. Однако для обеспечения более высокого КЕО предпочтительнее использовать треугольные светоаэрационные фонари. Компромисс – фонари трапецеидальной формы.

У светоаэрационных фонарей большие тепловые потери. Применение таких систем естественного освещения оправдано только в помещениях с высоким внутренним тепловыделением или находящихся в южных регионах.

Зенитные фонари имеют меньшие теплопотери. Они предпочтительнее. Зенитные фонари всё чаще применяются не только для промышленных, но и для жилых помещений. Обзор разных типов и конструкций зенитных фонарей есть на нашем сайте в отдельной статье.

Окна бокового освещения

Для жилых помещений чаще всего используются боковые системы естественного освещения со стандартными оконными проёмами. Это объясняется практичностью и надёжностью такого решения. Кроме того, для систем бокового освещения существуют хорошо зарекомендовавшие себя стандартные требования, подходящие для большинства случаев.

Особенность систем бокового освещения – зависимость от расположения здания по отношению к соседним. При плотной застройке рядом с окнами могут создаваться глубокие тени окружающих зданий. Освещённость помещения боковым светом при этом снижается в несколько раз по отношению к освещённости одиноко стоящего здания. Это учитывается при строительстве.

Ещё одна особенность бокового освещения – зависимость от того, где находятся окна. В Российской Федерации солнце светит с юга. Поэтому для северных широт предпочтительно размещение окон на южной стороне зданий, чтобы более полно использовать солнечный свет. Для южных широт важнее слепящее действие солнечного света. Иногда приходится монтировать специальные светоотражающие козырьки над южными окнами, чтобы уменьшить слепящее влияние. Размещение окон на север, северо-запад и запад позволяет избежать этих проблем.

Светопропускающие материалы

Ещё одна технология при организации обеспечения естественного освещения – стеклопакет. В нем два или несколько стёкол герметично соединены друг с другом так, чтобы между ними образовалось пространство, которое заполняется воздухом или специальными газами. Газы подбираются так, чтобы обеспечить повышенную тепло- или звукоизоляцию.

Нередко применяются органические стекла – плексиглас и поликарбонат. Эти материалы легкие в обработке, поэтому из них могут создаваться сложные конструкции остекления. Спорным вопросом остаются пожарные требования – органические стекла – горючие материалы. Но, по мнению ряда исследователей, именно быстрое разрушение зенитных фонарей из органического стекла способствует снижению температуры в помещении и препятствует распространению пожара.

Фотохромные стекла – перспективный материал, применение которого ограничивается высокой ценой. Главная особенность фотохромных стёкол – переменное светопропускание. Коэффициент их светопропускания характеризуется уровнем освещённости. Вечером и в пасмурную погоду фотохромное стекло пропускает максимальное количество света. В полдень под прямыми солнечными лучами светопропускание фотохромных стекол значительно снижается. Это позволяет ограничить слепящее действие солнца без применения козырьков и других конструкций.

Заключение

Естественное освещение зданий и помещений широко используется в современной жизни. Для промышленных объектов чаще всего применяется верхнее естественное освещение. Для жилых помещений предпочтительнее боковое естественное освещение. Естественное освещение нормируется специальным коэффициентом естественной освещённости (КЕО). Оно реализуется с помощью фонарей или окон, имеющих светопропускающие поверхности из силикатного или органического стекла.

Естественное освещение – это освещение, которое образуется в результате направленного или рассеянного света, образованного естественным путем при помощи солнца или неба, проникающего в помещение.

Для расчёта освещенности помещения вы можете воспользоваться калькулятором расчета освещенности помещения.

В результате классифицирования, выделяют три основных вида естественного освещения:

верхнее освещение;
боковое освещение;
комбинированное освещение.

Для поддержания хорошего здоровья человека, в каждом помещении, где находятся люди должно присутствовать естественное освещение, также это регламентирование и санитарными нормами.

Естественное освещение помещений.

Существуют определенные расчеты, по которым определяется уровень естественного освещения, для того, чтобы деятельность человека не имела негативные последствия.

На величину объема, естественного освещения, оказывают достаточно большое количество показателей, среди которых время года, широта местности, состояние погоды и так далее. Поэтому, нельзя определить один показатель, который был бы эффективен в каждой отдельно взятой ситуации.

Значение показателей должны быть равны нормам, которые определены в СНиП II479. Допускается отклонение от стандарта не более чем на 10%, в ином случае необходимо изменение доступа света в помещение или иное пространство.

При определении нормы в расчет не берутся помехи, которые были получены при помощи мебели, деревьев и иных объектов природного или искусственного происхождения.

Главными преимуществами, которыми обладают верхнее и комбинирование освещение является то, что свет распространяется более равномерно по всей поверхности. (картинка №1)

Боковое освещение, в большинстве случаев, находится возле окон и иных местах, где пропускается свет. В результате чего, существует большая разница между освещением вблизи окон и вдали от них.

При верхнем и комбинированном свете коэффициент устанавливает в точках, которые находятся на стыке рабочей поверхности и верикального разреза помещения.

Расчет естественного освещения.

В качестве объективной стороны расчета берется геометрический центр помещения или иного места где будет происходить расчет, на расстоянии одного метра от стены, имеющий источник бокового освещения.

В случае комбинированного освещения, комната должна быть разделена на зоны, в которой в большей степени преобладает каждый из двух видов естественного освещения.

И в каждом из зон должен производиться отдельный расчет естественного освещения.

В случае, если наличие одного естественного света недостаточно и при помощи него нельзя эффективно выполнять какую-либо деятельность, то используется комбинированное освещение, которое представляет собой совмещение искусственного и естественного света.

Как правильно рассчитать освещение комнаты? Такой вопрос достаточно часто становится во время строительства и проведения ремонтных работ в доме или квартире.

При этом крайне желательно чтоб это было небольшая формула, в которую мы просто подставим наши значения и получим точное количество ламп и их мощность. Ответ на этот вопрос дает СНиП II-4-79 и пособие к нему, которые детально прописывают методологию расчёта освещенности разных помещений. Давайте попробуем и мы, разобраться в этом вопросе.

Параметры, которые необходимо учитывать при расчёте освещения

Прежде всего следует определиться, что освещение в комнате состоит из как минимум двух видов – это естественное и искусственное освещение. Каждому из этих видов освещения присущи свои параметры, которые мы должны учитывать при расчете.

Естественное освещение

Начнем с естественного освещения. Так как повлиять на этот показатель мы можем только на этапе строительства, то данный расчет правильно было бы сделать еще на этапе проектирования дома. Если же дом уже построен, то мы можем лишь рассчитать его значение и определить достаточным ли оно является.

Естественное освещение может быть, как на видео верхним, боковым и комбинированным. Верхнее освещение, когда мы имеем полностью или частично прозрачную крышу. Боковое естественное освещение мы получаем из окон и комбинированное соответственно от окон и прозрачной крыши.

Одним из основных параметров для естественного освещения является так называемое КЕО – коэффициент естественное освещенности. Это соотношение освещенности на улице и естественного освещения внутри помещения. Ведь для больших помещений уровень освещенности у противоположной от окна стены будет значительно ниже чем у самого окна.

Уровень естественного освещения зависит и от широты, в которой построен дом. Согласно СП 52.13330.2011 наша страна разделена на пять зон уровня естественного освещения и для каждой из этих зон существуют свои рекомендации по расположению окон относительно оси здания.
Расчет освещения в комнате должен учитывать и такой параметр как равномерность распределения естественного освещения. В некоторых случаях предъявляют отдельные требования по направлению падения естественного освещения.

Нельзя забывать и о дизайне самого помещения. Ведь габаритная мебель может значительно влиять на уровень естественного освещения. Кроме того, следует учитывать продолжительность светового дня в разные периоды года, а также исключение прямого слепящего воздействия света.

При учете всех этих параметров следует учитывать снижение светопропускной способности материалов, потери света в несущих конструкциях, отражение света, а также при их наличии солнцезащитные устройства. Все это делает расчет естественного освещения своими руками достаточно сложным и трудоемким процессом.

Искусственное освещение

Искусственное освещение должно иметься во всех жилых помещениях. Оно может дополнять естественное освещение, а может быть полностью независимым от него. Обычно если искусственное освещение дополняет естественное, то для таких помещений рассчитывают отдельно дневное и отдельно ночное освещение.

Для того чтоб выполнить расчет освещения комнаты нам необходимо учесть целый ряд параметров. Начать стоит с самого источника света. Согласно п.7.4. СП 52.13330.2011 для этого рекомендуется выбирать источники света с цветовой температурой 2400 K до 6800 K.

Обратите внимание! Согласно п.7.3 СП 52.13330.2011 источники света должны выбираться исходя из их световой отдачи и срока службы. При этом с 2011 года во всех случаях запрещено использовать лампы накаливания мощностью 100В и более.

При расчете нам следует учитывать высоту расположения светильника, угол его наклона к освещаемой поверхности, уровень рассеивания светильника и расположение светильников друг относительно друга.
Важную роль для расчёта играет и интерьер самой комнаты. Ведь согласно п.7.2 СП 52.13330.2011 освещенность поверхности рассчитывается по формуле: Е р.п =Еп.с +Ео.с, где Еп.с – прямая освещенность, а Ео.с – отраженная освещённость. Именно поэтому для отделки стен жилых зданий рекомендуют использовать светлые тона. Особенно это касается первых этажей многоэтажных домов.

Кроме того, следует учитывать требования предъявляемые к равномерности освещения, его пульсации, цветопередаче, отраженную блеклость, коэффициент дискомфорта, а также учитывать коэффициент запаса для естественного освещения.
Из-за такого количества параметров, которые необходимо учесть инструкция по расчёту освещённости в комнате достаточно объемна и не как не может быть подробно преподнесена даже в десятке статей.

Методы расчёта освещенности комнаты

Согласно п.7.14 СП 52.13330.2011 расчёт освещения в комнате может быть выполнен точечным методом или методом светового потока. Второй метод еще называют методом коэффициента использования. Кроме того, существует так называемый упрощённый метод.

Расчет методом коэффициента использования

Точечный метод рекомендуют использовать, когда имеются затенения, для наклонных поверхностей, но только в случаях, когда нет особых требований по равномерности распределения освещения и учету отраженной составляющей. Во всех остальных случаях рекомендуется использовать метод коэффициента использования.

Метод коэффициента использования позволяет нам определить количество светильников и их мощность для каждого конкретного помещения.

Теперь давайте разберемся с каждым из этих параметров:

N_св – это количество светильников необходимое для освещения нашей комнаты.
Е – это требуемая освещенность в нашей комнате. Минимальные параметры мы принимаем по таблицам, приведенным ниже. Для жилых комнат она подбирается согласно строительных норм.

К_зи– это так называемый коэффициент запаса для искусственного освещения. Он нам необходим на случай перегорания одной из ламп, загрязнения светильников и снижения интенсивности свечения ламп в процессе эксплуатации. Обычно его принимают равным 1,5.
А_п – это площадь пола нашей комнаты. Определяется она как производная ширины на длину.

Обратите внимание! В некоторых случаях нормируемой поверхностью является не пол, а условная плоскость на высоте в 0,8 метров от него. В этом случае наш расчет комнаты освещения должен учитывать это и должна приниматься площадь этой условной плоскости. При наличии определенных архитектурных решений эти значения могут отличаться.

U_св – это коэффициент использования светового потока светильника. Раньше в нашей стране этих светильников было не так много и производитель в обязательном порядке указывал данный параметр. Сейчас подобрать данный параметр достаточно сложно. Поэтому в большинстве случае учитывают КПД светильника. То есть для светильника с КПД в 72% данный параметр составит 0,72.

Точечный метод расчета

Для расчёта освещенности в любой точке между светильниками принято пользоваться точечным методом. Обычно таковыми являются равноудаленные от ближайших светильников точки, где освещенность будет минимальной.

Для большей наглядности данного метода расчета давайте рассмотрим его на примере поэтапно. Допустим мы имеем комнату как продемонстрирована на фото ниже.

Для освещения помещения у нас имеется четыре светильника расположенные по углам квадрата с расстоянием в 5 метров между ними. Нам необходимо определить горизонтальную, вертикальную и наклонную освещенность. Наклонная освещенность определяется под углом в 60⁰. Высота подвеса светильников 4,5 метра.

Табл. 1 Коэффициенты использования светового потока для потолочных светильников с косинусной диаграммой в комнате с коэффициентами отражения потолка, стен и пола – 70%, 50% и 30% соответственно.

Проверяем расчеты в диалюксе
Построим в диалюксе комнату 4 × 5м, высотой 2,8м, с высотой рабочих поверхностей 0,8м и теми же коэффициентами отражения, что и при ручном счете. И повесим 9шт мелких светильников с классической косинусной диаграммой по 720лм каждый (6480лм на круг).

Получится ли у нас средняя освещенность рабочих поверхностей в 150лк, как мы оценили вручную? Да, результат расчета в Dialux – 143лк (см. рис2), а в пустой комнате без мебели и человеческой фигуры – 149лк. В светотехнике же значения, различающиеся менее чем на 10% считаются совпадающими.

Рис. 2 Результат расчета в диалюксе – средняя освещенность рабочей поверхности (при коэффициенте запаса 1,0) составила 143лк, что соответствует целевому значению 150лк.

Рис. 3 Красивые картинки, в которые верят люди.

Читайте также: