Проблемы естественного освещения помещений в уплотненной городской застройке

УДК: 628.97 Слукин В. М.

Симакова Е. С.

Проблемы естественного освещения помещений в уплотненной городской застройке____________________________

В статье представлены результаты исследования влияния уплотненной застройки на естественное освещение помещений зданий, попадающих в зону уплотнения. Нехватка площадей для нового городского строительства вызывает необходимость уплотненной застройки. При строительстве нарушаются нормативные показатели естественного освещения помещений. Ухудшаются условия жизни горожан и их здоровье. В статье приведены расчеты коэффициента естественной освещенности для различных ситуаций планирования пространства.

Л?

тш

Слукин Всеволод Михайлович

канд. техн. наук, профессор Урал ГАХА, Заслуженный работник культуры РФ

Симакова Елена Сергеевна

студентка УралГАХА

Ключевые слова: уплотненная застройка, естественное освещение, нормы освещения, коэффициент естественной освещенности.

SLUKIN V. M, SIMAKOVA E. S.

PROBLEMS OF NATURAL ILLUMINATION OF PREMISES IN THE CONDENSED CITY BUILDING

The paper is devoted to the results of investigating the influence of packed building on the natural lighting locating in the packed area. Shortage of the areas for new city building causes of the condensed building. At the building standard indicators of natural illumination of premises are broken. Living conditions of townspeople and their health worsen. The results of calculation of natural lighting coefficient for different cases of space planning are presented.

Keywords: condensed building, natural illumination, norms of illumination, factor of natural light exposure.

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 число проектов с использованием 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, ликвидация детских и спортивных площадок, появление стихийных автомобильных стоянок, увеличение нагрузок на коммунальные сети. За всем этим стоит ухудшение экологических параметров среды. Наиболее существенным недостатком уплотнения застройки является нарушение нормативных показателей естественного освещения и инсоляции помещений, определяющих биологические качества жизни горожан и состояние их здоровья.

Примеры уплотненной застройки приведены на иллюстрациях 1-3.

1 естественный свет от облачного неба, попадающий в контуры све-топроема;

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

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

Ил.1. Уплотненная застройка

В нормативных документах по вопросам естественного освещения регламентируется величина коэффициента естественного освещения, т. е. 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.

5^6, ' Чі + ' Ьф] ' ^„і.

и У=1

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: ь _ , , К -т„

, где

.н

Ил. 2. Уплотненная застройка

В городской застройке преобладают жилые помещения, 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:

• границы - территория Свердловской области (первая группа административных районов Российской Федерации);

• коэффициент светового климата шЫ = 1 для северной ориентации боковых светопроемов как наиболее неблагополучной;

• расположение светопроемов в наружных стенах.

Естественное освещение помещений при боковом освещении формируется из двух составляющих:

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

М - число участков фасадов зданий противостоящей застройки, видимых через светопроем из расчетной точки;

Ьф1 - средняя относительная яркость ]-ого участка, противостоящего (экранирующего) здания, расположенного параллельно исследуемому зданию (помещению);

к3д. - коэффициент, учитывающий повышение КЕО в помещении при наличии противостоящих (экранирующих) зданий;

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

Т - общий коэффициент пропускания света через боковые светопро-емы.

То =Т1 'Т2 -*3 ,Т4, где

- коэффициент пропускания материала;

х2 - коэффициент, учитывающий потери света в переплетах светопро-ема;

тз - коэффициент, учитывающий потери света в несущих конструкциях

т4 - коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащитных уст-

ройствах (козырьки, навесы, фасадные ребра и т. п.).

к - коэффициент запаса, регламентирующий загрязнение светопро-ема, наклон остекления и т. д.

Для оценки влияния фактора углубления 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 -ем=ен'ты= • 1 -0 = 0-5 [1.2] для офисных помещений -ея =ен • тн = 1.0 1.0 = 1.0 [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 (таблицы 1-3).

Приняты следующие материалы фасадов экранирующих зданий и их отражающие характеристики:

- белый - средневзвешенный коэффициент отражения фасада = 0.6;

- светло-серый - средневзвешенный коэффициент отражения фасада

РФ= ОД

- темно-серый - средневзвешенный коэффициент отражения фасада

Рф =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:

• стекло оконное листовое двойное - Т! =0,8; • вид переплетов - деревянные одинарные - х2 =0,8; • несущие конструкции покрытия не препятствуют световым потокам - Т3 =1.0; • солнцезащитные устройства отсутствуют - т4 = 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, т0 =т, т2 т3 т4 =0.8 0.8 1.0 1.0 = 0.64 является постоянной и составляет: г0 = 7.3; • величина коэффициента запаса принята с учетом снижения КЕО в процессе эксплуатации свето-проемов исследуемых помещений (загрязнение и старение светопропускающего материала), является постоянной и составляет: к3 =1.2 с учетом вертикальности остекления светопроемов; Таблица 1

№ п/п Цвет материала фасада противостоящего (экранирующего) здания Коэффициент средней относительной яркости Ьф1

Расстояние противостоящего здания от исследуемого

10 м 20 м 30 м 40 м 45 м

1 2 3 4 5 6 7

Жилые помещения

1 Белый 0,195 0,206 0,275 0,268 0,314

2 Светло-серый 0,15 0,097 0,168 0,167 0,195

3 Темно-серый 0,045 0,031 0,078 0,053 0,094

4 Стекло 0,022 0,015 0,039 0,027 0,047

Офисные помещения

1 Белый 0,195 0,206 0,275 0,270 0,315

2 Светло-серый 0,15 0,097 0,170 0,167 0,195

3 Темно-серый 0,045 0,032 0,078 0,053 0,095

4 Стекло 0,023 0,016 0,040 0,027 0,047

• значение геометрического КЕО ( ) в расчетной точке исследуемых помещений при прохождении Таблица 2

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: Непосредственно с отражающей способностью противостоящего (экранирующего) здания связаны средняя относительная яркость фасадов (Ьфу) и коэффициент, учитывающий изменение внутренней составляющей КЕО в помещении при наличии противостоящих зданий ( ). Величина коэффициента зависит от средневзвешенного коэффициента отражения фасада экранирующего здания (Рф) и индексов противостоящего здания: индекс в плане (^) и индекса в разрезе ^2). Значения коэффициентов и определяются в соответствии с требованиями и по методике СП 23-102-2003. В результате расчетов коэффициента Ьф! получены данные, которые приводятся в таблице 1. /п г с Цвет материала фасада противостоящего (экранирующего) здания Коэффициент при наличии противостоящих зданий

Расстояние противостоящего здания от исследуемого

10 м 20 м 30 м 40 м 45 м

1 2 3 4 5 6 7

Жилые помещения

1 Белый 1,23 1,23 1,23 1,25 1,26

2 Светло-серый 1,32 1,32 1,32 1,33 1,34

3 Темно-серый 1,41 1,41 1,41 1,42 1,43

4 Стекло 1,50 1,50 1,50 1,51 1,52

Офисные помещения

1 Белый 1,23 1,23 1,23 1,25 1,26

2 Светло-серый 1,32 1,32 1,32 1,33 1,34

3 Темно-серый 1,41 1,41 1,42 1,42 1,43

4 Стекло 1,50 1,50 1,50 1,51 1,52

Таблица 3

№ п/п Цвет материала фасада противостоящего (экранирующего) здания Величина расчетного КЕО (е£), % Величина нормируемого КЕО (е£),%

Расстояние противостоящего здания от исследуемого

10 м 20 м 30 м 40 м 45 м

1 2 3 4 5 6 7 8

Жилые помещения

1 Белый 0,45 0,47 0,63 0,63 0,74 0,5

2 Светло-серый 0,37 0,24 0,41 0,44 0,49 0,5

3 Темно-серый 0,12 0,08 0,21 0,14 0,25 0,5

4 Стекло 0,06 0,04 0,11 0,08 0,13 0,5

Офисные помещения

1 Белый 0,45 0,47 0,63 0,63 0,74 1,0

2 Светло-серый 0,37 0,24 0,42 0,42 0,49 1,0

3 Темно-серый 0,12 0,08 0,21 0,14 0,25 1,0

4 Стекло 0,06 0,04 0,11 0,08 0,13 1,0

Результаты расчетов величины коэффициента приведены в таблице 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.

Заключение

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 полностью остекленные фасады 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 темносерой 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

Ил. 3. Уплотненная застройка

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.

Список использованной литературы

1 СНиП 23-05-95, приложение «И». М. : Минстрой РФ, 1995.

2 СП 23-102- 003. Естественное освещение жилых и общественных зданий. М., 2003

3 СанПиН 2.2.1.1.1278-03ю. Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий. М., 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. Екатеринбург, 2007.

Схемы уплотненной застройки

Ил. 4. Уплотненная застройка