Затеняющее влияние окружающей застройки при системе верхнего естественного освещения гражданских зданий

ВЕСТНИК 9/2012

УДК 628.9:711.4

С.В. Стецкий, К.О. Ларионова

ФГБОУ ВПО «МГСУ»

ЗАТЕНЯЮЩЕЕ ВЛИЯНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ ЗАСТРОЙКИ ПРИ СИСТЕМЕ ВЕРХНЕГО ЕСТЕСТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ

Рассмотрен вопрос затеняющего влияния окружающей застройки при системе верхнего естественного освещения помещений гражданских зданий. Показана необходимость учета этого влияния в расчетах освещенности по действующим нормам. Спрогнозировано возможное увеличение эффективности таких систем при разработке новых конструктивных решений элементов верхнего естественного освещения.

Ключевые слова: верхнее естественное освещение, коэффициент естественного освещения, затеняющее влияние, коэффициент отражения, эффективность освещения.

В последнее время с учетом быстрых темпов роста населения Земли во всем мире приходят к выводу, что использование наземного и надземного пространства еще не предел возможностей использования земной поверхности. Отмечается возрастающий интерес к использованию подземного пространства. Это касается не только транспортной и инженерной инфраструктуры; освоение подземного пространства важно для всех сфер жизнедеятельности.

С необходимостью осваивать подземное пространство рано или поздно сталкивается почти каждый мегаполис. В крупных европейских столицах — Париже, Лондоне, Берлине — такая необходимость возникла уже в 1950-е гг. В результате всего за несколько лет здесь появились многофункциональные комплексы, особенностью которых являются значительные размеры, более сложная организация входных узлов и уровней, а также использование подземного пространства. Увеличивающаяся нагрузка на земельные ресурсы в городах, особенно в деловых центрах, и совершенствование технологий строительства приводит к появлению многофункциональных объектов со сложной архитектурой и неизбежному освоению подземных пространств.

Проектирование зданий должно обеспечивать комфортное состояние искусственной среды жизнедеятельности. Важнейшим фактором внутренней среды является фактор естественного освещения. Естественное освещение имеет очень большое влияние на самочувствие человека и его психофизическое состояние, а уровни освещенности влияют также и на производительность труда [1—3].

В целом ряде видов общественных зданий поверхность пола находится на достаточно глубокой отметке по отношению к нижнему краю окон — только фасадного естественного освещения в данном случае оказывается недостаточно. Эффективным решением представляются вмонтированные в конструкции покрытия фонари верхнего света. Верхнее естественное освещение имеет то преимущество, что обеспечивает более равномерное и большее по величине освещение помещения в сравнении с боковым. Поэтому оно получило большое распространение [4—6].

Следует отметить, что естественное освещение имеет резкие колебания уровней освещенности, меняющихся в течение светового дня и по временам года в зависимости от погодных условий и ряда других факторов, поэтому применение более равномерного и эффективного верхнего естественного освещения несколько сглаживает эти негативные факторы [7—9].

Расчет коэффициента естественной освещенности (КЕО) при верхней освещенности следует производить по формуле [7, 10, 11]

44

© Стецкий СВ., Ларионова К.О., 2012

Архитектура и градостроительство. Реконструкция и реставрация

ВЕСТНИК

МГСУ

Xs л/+s ср (кф - 1)Ьо/

где Т—число световых проемов в покрытии; гт — геометрический КЕО в расчетной точке при верхнем освещении от /-го проема; еср — средний геометрический КЕО; г2 — коэффициент, учитывающий повышение КЕО при верхнем освещении благодаря свету, отраженному от поверхности помещения; — коэффициент фонаря; ?0 — общий коэффициент светопропускания; £ — коэффициент запаса.

Изначально система верхнего освещения применялась для промышленных зданий, а так как промышленные здания располагаются на отдельных территориях и, как правило, не соседствуют с многоэтажными зданиями, то не учитывалось и затенение помещений от близлежащей застройки (1). Сейчас система верхнего освещения все чаще стала использоваться в общественных зданиях (рис. 1 и 2). Но тогда встает вопрос о затеняющем и отражающем влиянии прилегающей застройки (рис. 3). На данный момент это влияние учитывается только при боковом освещении, что видно из известной формулы расчета СНиП коэффициента естественной освещенности (КЕО) при боковом освещении [7, 10, 11] ( ь м \

eб =

Xs Si- Xs здвфА

ЛД/ ф/ ЛД/ 1

V /=1 =1 У Кз

где ¿о — общий коэффициент светопропускания; £ — коэффициент запаса; Ь — число участков небосвода, видимых через светопроем из расчетной точки; — геометрический КЕО в расчетной точке при боковом освещении, учитывающий прямой свет от '-го участка неба; qi — коэффициент, учитывающий неравномерную яркость /-го участка облачного неба МКО; М — число участков фасадов зданий противостоящей застройки, видимых через светопроем из расчетной точки; е . — геометрический КЕО в расчетной точке при боковом освещении, учитывающий свет, отраженный от '-го участка фасадов противостоящих зданий; е^ — средняя относительная яркость '-го участка фасадов противостоящих зданий; Кд — коэффициент, учитывающий изменение внутренней отраженной составляющей КЕО в помещении при наличии противостоящих зданий; г — коэффициент учитывающий повышение КЕО при боковом освещении, благодаря свету, отраженному от поверхностей помещения и подстилающему слою, прилегающему к зданию.

Рис. 1. Помещение ресторана

Рис. 2. Помещение лаборатории МГСУ

В вышеприведенной формуле произведение £зДвфКззл (в упрощенном виде) характеризует световые потоки, отраженные от объектов противостоящей застройки, которая отсутствует в формуле (1), делая ее непригодной для расчета КЕО в рассматри-

ВЕСТНИК

9/2012

Рис. 3. Принципиальная схема учета отраженных световых потоков от противостоящих зданий

-I«

KЛ

(кф - l))T о/кз-

ваемом случае исследования элементов системы верхнего естественного света в условиях окружающей застройки, как изображено на рис. 1—3.

Следовательно, формула (1) для расчетов КЕО в рассматриваемом случае должна быть трансформирована с учетом степени отражения световых потоков окружающей застройкой и затенения ею прямого света небосвода. В общем виде, обозначая произведение с зД вф Кзд как К^ структура ф°рмулы (1) в упрощенной форме будет иметь вид

"р \ ~в ' ^ 0 ' ~ер 1

В этом случае сер будет определяться с учетом как св, так и K0.

Светопрозрачные конструкции являются важным фактором в решении вопросов объемно-планировочного решения зданий и формировании светового микроклимата в помещениях. В последнее время появилось много новых видов конструктивных элементов системы верхнего света, которые позволяют рационально решать проблему устройства естественного освещения помещений зданий различного назначения, имеющих значительные размеры по длине и ширине. Техническая целесообразность и экономическая эффективность новых видов светопрозрачных конструкций в значительной степени зависят от правильного их применения и учета специфических свойств. К этим конструктивным элементам относятся световые колодцы, световые шахты, полые трубчатые световоды и т.д.

Настоящая статья имеет обзорный характер, обозначающий определенную проблему, существующую в строительной светотехнике и ставшую заметной в силу возникновения в современной архитектуре новых типов зданий и трансформации привычной ткани городской застройки. Таким образом, очевидна актуальность вопроса, поднимаемого в данной постановочной статье. Решение проблем учета затеняющего (или отражающего) влияния окружающей застройки на уровни естественной освещенности в помещениях при системе верхнего естественного света, к сожалению, не находит своего отражения в действующих нормах. Таким образом, имеется необходимость проведения масштабных теоретических и натурных исследований в этой области, что должно привести к корректировке вышеприведенной расчетной формулы за счет введения в нее нового коэффициента K0, учитывающего влияние противостоящих зданий на уровне КЕО в помещении при верхней системе естественного света. Определение значений этого ко -эффициента будет являться предметом дальнейших исследований авторов этой статьи.

Вывод. Необходимо разработать метод расчета естественной освещенности для системы верхнего естественного освещения с учетом эффекта затенения помещений окружающей застройкой. Необходимым условием при этом является определение ко -эффициента отражения от противостоящих зданий.

Библиографический список

1. Справочная книга по светотехнике / под ред. Ю.Б. Айзенберга. М. : BL, 2008.

2. Архитектура / Т.Г. Маклакова, С.М. Нанасова, В.Г. Шарапенко, А.Е. Балакина. М. : Изд-во АСВ, 2004. 473 с.

3. Маклакова Т.Г. История архитектуры и строительной техники. Ч. 2. М. : Изд-во АСВ, 2003. 256 с.

4. Соловьев А.К. Эффективность верхнего естественного освещения производственных зданий : дисс. ... д-ра техн. наук. М., 2011.

5. Taylor L.H., Shafter D.H. Office design and performance. Lighting design and application, May 1975.

6. Code for Interior lighting «The illuminating engineering Society», London, 1977.

7. Соловьев А.К. Физика среды. М. : Изд-во АСВ, 2011. 352 с.

8. Оболенский Н.В. Архитектурная физика. М. : Архитектура-С, 2005. 448 с.

46

ISSN 1997-0935. Vestnik MGSU. 2012. № 9

Архитектура и градостроительство. Реконструкция и реставрация

ВЕСТНИК

МГСУ

9. Гусев Н.М. Основы строительной физики. М. : Стройиздат, 1975. 440 с.

10. СНиП 23-05—95*. Естественное и искусственное освещение.

11. СП 23-102—2003. Естественное освещение жилых и общественных зданий.

Поступила в редакцию в июле 2012 г.

Об авторах: Стецкий Сергей Вячеславович — кандидат технических наук, профессор кафедры архитектуры, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, AGPZ@mgsu.ru;

Ларионова Кира Олеговна — аспирант кафедры архитектуры, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, larionova_k_o@mail.ru.

Для цитирования: Стецкий С.В., Ларионова К.О. Затеняющее влияние окружающей застройки при системе верхнего естественного освещения гражданских зданий // Вестник МГСУ. 2012. № 9. С. 44—47.

S.V. Stetskiy, K.O. Larionova

SHADOWING EFFECT OF SURROUNDING BUILDINGS IN CASE OF NATURAL OVERHEAD LIGHTING SYSTEMS OF CIVIL BUILDINGS

The problem of the shadowing effect produced by surrounding buildings onto the premises of civil buildings that have natural overhead lighting systems is under consideration. The authors demonstrate the need to take account of this effect in the course of illumination design according to the construction legislation. The authors also project the efficiency improvement of new designs of advanced overhead lighting elements.

The authors have also compiled an overview of the present-day status quo in the design of natural lighting systems that incorporate overhead lighting elements, including roof monitors and skylights used in modern urban design. Due to the need for maximal floor space, public buildings (supermarkets, restaurants, entertainment centres, etc.), being restricted in height by specific urban conditions, have to go underground — either entirely, or with only a few stories above the ground level. This trend drives attention to overhead lighting systems as the only source of natural lighting of the interior premises. Hence, the authors insist on the relevant need to elaborate a new approach to the calculation of the daylight factor values in the premises that have overhead lighting systems with account for shading and reflecting effects of surrounding buildings.

Key words: overhead natural lighting, daylight factor, shading effect, reflecting factor, lighting efficiency.

References

1. Ayzenberg Yu.B., edited by. Spravochnaya kniga po svetotekhnike [Reference Book on Lighting Engineering]. Moscow, BL Publ., 2008.

2. Maklakova T.G., Nanasova S.M., Sharapenko V.G., Balakina A.E. Arkhitektura [Architecture]. Moscow, ASV Publ., 2004, 473 p.

3. Maklakova T.G. Istoriya arkhitektury i stroitel'noy tekhniki [History of Architecture and Architectural Engineering]. Moscow, ASV Publ., 2003, Part 2, 256 p.

4. Solov'ev A.K. Effektivnost' verkhnego estestvennogo osveshcheniya proizvodstvennykh zdaniy [Efficiency of Natural Overhead Lighting of Industrial Buildings]. Moscow, 2011.

5. Taylor L.H., Shafter D.H. Office Design and Performance. Lighting Design and Application. May 1975.

6. Code for Interior Lighting. The Illuminating Engineering Society, London, 1977.

7. Solov'ev A.K. Fizika sredy [Physics of the Environment]. Moscow, ASV Publ., 2011, 352 p.

8. Obolenskiy N.V. Arkhitekturnaya fizika [Architectural Physics]. Moscow, Arkhitektura-S Publ., 2005, 448 p.

9. Gusev N.M. Osnovy stroitel'noy fiziki [Fundamentals of Building Physics]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1975, 440 p.

10. SNiP 23-05—95*. Estestvennoe i iskusstvennoe osveshchenie [Construction Norms and Regulations 23-05—95*. Natural and Artificial Lighting].

11. SP 23-102—2003. Estestvennoe osveshchenie zhilykh i obshchestvennykh zdaniy [Construction Regulations 23-102-2003. Natural Lighting of Residential and Public Buildings].

About the authors: Stetskiy Sergey Vyacheslavovich — Candidate of Technical Sciences, Professor, Department of Architecture, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaro-slavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; AGPZ@mgsu.ru;

Larionova Kira Olegovna — postgraduate student, Department of Architecture, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; larionova_k_o@mail.ru.

For citation: Stetskiy S.V., Larionova K.O. Zatenyayushchee vliyanie okruzhayushchey zastroyki pri sisteme verkhnego estestvennogo osveshcheniya grazhdanskikh zdaniy [Shadowing Effect of Surrounding Buildings in Case of Natural Overhead Lighting Systems of Civil Buildings]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2012, no. 9, pp. 44—47.