Размещено на http://www.allbest.ru/

ПРИРОДНА ОСВІТЛЕНІСТЬ ПРИМІЩЕНЬ І ЗАБУДОВИ



1.1 Роль і місце світлології в містобудуванні

Містобудівна діяльність направлена на раціональне освоєння міських територій, принципом якого є максимальна ефективність використання територіальних ресурсів. Генералізація території проходить у два етапи. На першому в ході складання генерального плану міста чи населеного пункту містобудівник вирішує задачі у напрямі диференціації території від загального до окремого, від цілого до елементів системи. Розміри цих елементів будуть більшими або меншими залежно від масштабу і характеру системи. Цими елементами можуть бути різні матеріальні об'єкти. Для планувальної структури міста це будуть житлові й промислові райони, громадські центри, міські парки, транспортна інфраструктура. Для житлового кварталу це житлові будинки, їх групи, установи громадського обслуговування, майданчики для відпочинку, занять спортом, дороги і проїзди.

Другий етап генералізації території постає у процесі складання проекту детального планування, коли відбувається вирішення зворотної задачі містобудівного планування від окремого до загального. На другому етапі відбувається зворотний процес, тепер уже інтегрування елементів у єдине ціле, процес синтезу ідейно-композиційних підходів до створення планувально-просторової структури з урахуванням нормативних вимог і рекомендацій до забезпечення санітарно-гігієнічних, екологічних, транспортних і протипожежних заходів та вимог.

І от саме на цьому етапі повною мірою постають питання формування температурно-вологісного, вітрового, світлового та інсоляційного мікроклімату, а з ними й необхідність у світло-технічних, інсоляційних розрахунках, необхідність побудови гарантійно-інсоляційних зон, обчислення ступеня затінення незабудованої території, його регулювання планувальними заходами і виявлення в результаті оптимальної структури забудови, яка б найефективніше дозволяла використати відведену територію. Для доповнення до кліматичного паспорта міста на цьому етапі виконуються розрахунки, будуються графіки, складаються схеми планів і проводиться аналіз, робляться висновки, вносяться зміни чи корективи до планів та в структуру забудови. У результаті досягається поєднання архітектурно-естетичних уявлень автора з функцією і фізико-кліматичними прогнозами мікроклімату. В ході такого синтезу відбувається вдале чи менш вдале “поєднання світла і конструкції” в забудові.

1.2 Роль світла

До 80 - 85% інформації про навколишній світ людина одержує 27 завдяки органам зору. На відміну від більшості представників тваринного світу людина здатна розрізняти навколишнє середовище в кольорі. Без перебільшення можна сказати, що природне освітлення є одним із найважливіших факторів зовнішнього середовища. Світло, діючи через органи зору, викликає збудження організму. Під дією світла перебудовуються фізіологічні і психологічні реакції організму, змінюється загальний тонус та підтримується діяльний стан. Світло впливає на різнобічні фізіологічні процеси в організмі, активізує процеси обміну речовин і підвищує газообмін 12; 27.

У психологічному відношенні воно поряд з інсоляцією сприяє доброму настрою, робить людину бадьорою, життєдіяльною. При недостатньому освітленні приміщень людина стає повільною, обережною, навіть нерішучою. Похмурість і сірість навколишнього середовища знижує фізичну й розумову діяльність людей. У цьому відношенні заслуговують на увагу досліди, що проводились із метою вивчення впливу світла на організм людей, на їх психічний стан при різних умовах освітлення навчальних приміщень.

Вивчення хімічних процесів, які проходять у головному мозку під дією світла, показало, що найбільш чутливо реагує на зміни освітленості маленька гулеподібна залоза, яка виробляє специфічний гормон мелатонін. Його концентрація в організмі залежить від інтенсивності освітленості, і чим нижча інтенсивність освітленості, тим більше мелатоніну, який гальмує активність роботи мозку. Навпаки, під дією яскравого світла кількість цього гормону зменшується і в результаті підвищується тонус, покращується самопочуття, зростає активність організму. Зясувалося, що блакитне і синє світло також гальмує вироблення мелатоніну. Ці знання дозволяють виробити належний режим освітлення приміщень. Вивчення оптимальної освітленості навчальних приміщень зясувало, що найсприятливіші умови для праці створюються при наявності достатнього 12, 29 дифузного світла і з цього погляду надмірна тривалість інсоляції приміщень не бажана. Недостатня освітленість приміщень погіршує умови праці, знижує рівень розпізнавання деталей навколишніх предметів, сприяє змінам в органах зору, що ж до дітей - розвивається короткозорість.

Чим довше триває природне освітлення і задовольняє людей за добу, тим менше витрат іде на штучне освітлення. У гігієнічному відношенні воно найсприятливіше. При цьому очі людей комфортно сприймають лише дифузне, відбите світло від поверхонь, а прямі сонячні й відбиті від дзеркальної поверхні промені засліплюють їх.

Складові світлового клімату та сфера різнобічної взаємодії його з архітектурою наведені на рисунку 1.1 29.

У загальному випадку природне освітлення 27 у забудові створюється прямими і відбитими променями від небосхилу, прилеглої поверхні території й оточуючих елементів забудови, тобто

Е_і = Е_np + E_q + E₃ + E_e , (1.1)

де Е_і - загальна освітленість у даному місці; E_np - освітленість від прямих променів Сонця; E_q - дифузне світло, відбите від небосхилу; E₃ - освітленість за рахунок відбитого світла від землі (прилеглої території); E_e - освітленість за рахунок променів, відбитих від елементів забудови.

На освітленість приміщень на відміну від цього впливає ще й світло, відбите від поверхонь стін, стелі, підлоги і навколишніх предметів. Природна освітленість приміщень вважається задовільною, якщо у найвіддаленіших місцях вона не нижче від критичної, встановленої за гігієнічними умовами спостереження чи виконання певної роботи.

Величина освітленості від прямих променів, як і дифузне світло, зележить від стану атмосфери, географічної широти місцевості, пори року та часу дня. При ясному небосхилі освітленість від прямих променів залежить від пори року і висоти стояння Сонця, а дифузне світло є функцією розподілу яскравостей неба та землі й тому може бути визначене через середню яскравість небосхилу [35].

Рис. 1.1. Функції світла



1.3 Джерела світла

Головним джерелом природної енергії є Сонце. Активність сонячного випромінювання не постійна і носить циклічний характер залежно від змін, які відбуваються на Сонці. Сонячна активність чергується з періодами відносного спокою. Активність сонячного випромінювання проявляється у спалахах на його поверхні, і тоді від нього в екваторіальній площині у межах сонячної магнітосфери спрямовуються плазмові потоки, магнітне поле яких зростає до колосальних величин у міру віддалення від нього. Ці потоки поступово охолоджуються та загинаються, замикаючись на протилежному боці Сонця, змінюючи знак магніту на протилежний. Потоки магнітосфери на своєму шляху захоплюють космічний пил, який і потрапляє у фотосферу, утворюючи плями з дещо нижчою температурою. Існують й інші, більш складні теорії плямоутворення на Сонці 10. Циклічний процес плямоутворень на Сонці відчутно впливає на земні процеси у живій і неживій природі, про які докладно розповідається у працях О.Л. Чижевського, О.І. Опаріна, С.І. Вавілова та багатьох інших учених.

Потоки сонячної радіації, що надходять безпосередньо до Землі, частково (рис. 1.2.) витрачаються на випарування вологи, на утворення конвективних теплових потоків, на передачу тепла теплопровідністю 12, 29. Частково розсіюються в атмосфері і частково нею поглинаються. Значна частина цих потоків відбивається від хмар і від атмосфери у космічний простір (42%). Лише 44% загального потоку досягає поверхні Землі. У похмурі дні до поверхні Землі доходять лише розсіяні промені. Над великими промисловими містами, де забруднення атмосфери досягає 45 значного рівня, мутність атмосфери носить постійний характер.

За інтенсивністю і часом дії природне освітлення поділяється на денне, присмеркове й нічне. Кожен із цих видів природного освітлення характеризується різними рівнями, різними співвідношеннями між освітленістю від прямого потоку та розсіяним світлом; різним розподілом яскравості на уявній поверхні неба, відмінним спектральним складом випромінювання і динамікою освітлення.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сонце - це величезна куля з радіусом R = 696000 км, що у 110 разів більша від Землі, і відстань між ними дорівнює 149,6 млн. км 10, 29, 93. Кожного року Земля одержує близько 610¹⁷ кВтгод променевої енергії. Це на сьогодні у 20 тис. раз перевищує потреби людства в енергії. Люди вже приступили до прямого використання сонячної енергії, але для серйозного промислового її використання необхідно буде покрити великі території суші напівпровідниковими плівками і пластинами. Можливо, більш раціональним виявиться використання вітрової енергії, яка породжена також сонячними випромінюваннями.

1.4 Фізичні поняття та одиниці

Випромінювання - це особлива форма матерії з масою спокою, що дорівнює нулю, і рухається у безповітряному просторі з постійною швидкістю 299,79210⁶ м/с. Променевою енергією 29 називається енергія випромінювання будь-яких тіл із температурою поверхні, що вища від температури абсолютного нуля.

Енергія випромінювання вимірюється в джоулях і позначається - Q_e. Для практичного оцінювання променевої енергії використовується поняття 44 променевого потоку Ф_е, що випромінює енергію в одну секунду, тобто

, Вт (Дж/с). (1.2)

Величину відносної спектральної світлової ефективності випромінювання, одержану за показаннями селенового приймача з нормальною спектральною чутливістю, називають світловим потоком Ф_v, який вимірюється в люменах (лм):

лм, (1.3)

де - відносна спектральна світлова ефективність;

- потік випромінювання світла 44, 86 в інтервалі довжини хвиль від до dл;

+; - довжина світлової хвилі у нанометрах (нм) (1 нанометр дорівнює 1/10000 мм);

K_m - коефіцієнт приймача світлового потоку.

Люмен - це світловий потік, що випромінюється одиничним тілесним кутом (стерадіан), рівномірним точковим джерелом світла силою в 1 Кд (канделу).

Сила світла характеризується відношенням світлового потоку, що надходить від джерела і розподіляється в середині елементарного тілесного кута із заданим направленням, до величини цього елементарного кута:

Кд, (1.4)

де dФ_v - світловий потік, лм;

d - елементарний просторовий кут, стер.

Одиниця сили світла - кандела (Кд), яка дорівнює силі світла, що надходить із поверхні площею (1/600000) м² повного випромінювача у перпендикулярному напрямку при температурі випромінювача, котра дорівнює температурі затвердіння платини при тиску 101325 Па (Н/м²). Раніше називали цю одиницю 1 свіча (св). 1 св = 1Кд.

Тілесний кут визначається за формулою

= S / r², стер, (1.5)

де S - площа, м², яку тілесний кут вирізає на поверхні сфери, описаної з вершини, радіусом r, м.

Поряд із силою світла І_v другою векторною величиною є яскравість світла. Це величина, яка безпосередньо сприймається оком. Яскравість елемента поверхні являє 44 собою поверхневу (рис. 1.3.) щільність сили світла у заданому напрямку, яка визначається відношенням сили світла І_v від даного елемента у заданому напрямку до площі проекції елемента на площину, перпендикулярну до заданого напрямку:

(1.6)

Освітленість у точці поверхні визначається відношенням світлового потоку, падаючого на елемент поверхні із заданою точкою М, до площі цього елемента 29, 44:

(1.7)

де dA - елемент висвічуючої поверхні з точкою М.

Освітленість у 1 люкс (лк) створюється світловим потоком у 1 лм, який рівномірно розподілений на поверхні в 1м².

Яскравість у точці М поверхні приймача в даному напрямку являє відношення освітленості, створеної в точці приймача на площині, перпендикулярній даному напрямку, до елементарного тілесного кута, в якому замкнений світловий потік, що створив цю освітленість:

. (1.8)

Для плоскої рівнояскравої в усіх напрямках поверхні спостереження справедливе співвідношення

. (1.9)

Звідки: І =Іcos, тобто висвітлююча плоска поверхня спостереження з однаковою яскравістю в усіх напрямках висвітлює світло за законом косинуса. Для таких поверхонь зручніше визначати поверхневу щільність випромінюваного ними світлового потоку, яка називається світимістю і являє відношення світлового потоку, випромінюваного елементом поверхні із заданою точкою, до площі цього елемента:

. (1.10)

Якщо позначити коефіцієнт світловідбиття від поверхні , а відбитий потік від площини Ф, то при рівномірному висвітленні поверхні можемо записати:

. (1.11)

У такому випадку між яскравістю та освітленістю поверхні буде залежність

. (1.12)

При проникненні світлового потоку через матове, молочне скло з коефіцієнтом пропускання ф, яскравість поверхні скла визначатиметься залежністю

. (1.13)

За характером розподілення світлових потоків, відбитих поверхнею або пропущених через прозоре тіло, розрізняють їх види:

а) направлене світловідбиття, або пропускання від дзеркальних чи полірованих та металевих поверхонь або світлопропускання через звичайне скло;

б) направлено-розсіяне світловідбиття, або пропускання від пофарбованих глянцевих поверхонь чи світлопропускання через матове скло;

в) розсіяне (дифузне) світловідбиття від оштукатурених (тинькованих) поверхонь стін, стелі чи пропускання світла через молочне скло.

При направленому і направлено-розсіяному світловідбитті характеристикою розподілення яскравостей у різних напрямках стає коефіцієнт яскравості r_a, який дорівнює

(1.14)

де L_a - яскравість поверхні під кутом ;

L_о - яскравість ідеальної світловідбиваючої поверхні з коефіцієнтом  = 1-й однаковою освітленістю з досліджуваною поверхнею.

Размещено на http://www.allbest.ru/

При падінні світлового потоку Ф_і на поверхню тіла частина його відбивається Ф, частина проходить через нього Ф_r і частина поглинається Ф, тобто

Ф_і = Ф + Ф_r + Ф , лм. (1.15)

Розділивши обидві частини рівняння на Ф_і, одержимо

1 = + r + , (1.16)

де - коефіцієнт світловідбиття, що дорівнює Ф/Ф_і; r - коефіцієнт світлопропускання, відповідно Ф_r/Ф_і; - коефіцієнт поглинання енергії світла - Ф/Ф_і.

При рівномірному розподіленні світлового потоку на поверхні освітленість у точці буде визначатися за формулою

(1.17)

де Ф_v - світловий потік, лм; А - площа поверхні, м²; І - сила світла, Кд; d - відстань від точки визначення освітлення до точкового джерела світла, м.

Освітленість у точках приміщення залежить не тільки від віддалення від вікна, а також від яскравості видимої частини небосхилу або від величини світлового потоку чи освітленості під відкритим небом. Щоб унезалежити рівень освітленості від величини яскравості небосхилу, було визнано корисним оцінювати рівень освітлення через коефіцієнт природного освітлення, який визначається за формулою:

е_м = Е_м 100% /Е_н, (1.18)

де Е_м - освітленість приміщення у точці М; Е_н - освітленість під відкритим небосхилом, лк.

Звідси освітленість у точці М дорівнює

Е_м = е_м Е_н / 100%. (1.19)

1.5 Закони світлонадходження до приміщень

Аналіз залежності (1.19) дозволяє усвідомити, що освітленість у середині приміщення залежить від освітленості поза його межами. Щоб змоделювати і математично визначити такого роду залежність, розглянемо два закони світлонадходження до приміщень.

Перший закон - проекції тілесного кута. Він стверджує, що освітленість 27,29 у будь-якій точці приміщення, що створена рівномірно висвітлюючою поверхнею неба, прямо пропорційна яскравості неба і площі проекції тілесного кута променів від видимої ділянки неба на освітлювану поверхню.

Аналітичне доведення цього закону виконується за двома припущеннями:

освітлювана поверхня розташовується у приміщенні горизонтально;

радіус напівсфери має дорівнювати одиниці.

У такому випадку елементарна освітлюваність у точці М буде дорівнювати

(1.20)

Сила світла елементарної ділянки dS із заданою яскравістю L визначиться за формулою

dІ = LdS, (1.21)

у такому випадку при r = 1 елементарна освітленість стане рівною

Е = LdS cos .

Водночас проекція dS на горизонтальну поверхню дорівнює dу = dS cos, і тоді Е = L dу.

Інтегруючи обидві частини рівняння, одержуємо

Е = Lу, лк. (1.22)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тобто освітленість у будь-якій точці приміщення дорівнює добутку яскравості ділянки неба, яку видно із даної точки через вікно, на проекцію цієї ділянки неба (з r = 1) на освітлювану поверхню.

Якщо вибрати точку на горизонтальній поверхні під відкритим небосхилом, то освітленість у ній, згідно із законом, буде Е_н = Lr², де r² - площа проекції напівсфери на горизонтальну поверхню. Оскільки r = 1 , то Е_н = L. У такому випадку коефіцієнт природного освітлення у заданій точці М буде дорівнювати

(1.23)

Звідси видно, що коефіцієнт природного освітлення (КПО) у будь-якій точці поверхні визначається відношенням величини проекції видимої ділянки неба із точки до величини (рівній 3,14). Це відношення являє собою геометричний зміст КПО.

Із використанням закону проекції тілесного кута стає можливим визначити відносну світлову активність різних світлопрорізів і порівнювати освітленості, створені одним і тим же світлопрорізом при різному розміщенні його відносно робочої поверхні. Цей закон дав змогу розробити графічні методи розрахунку природного освітлення. Зокрема, графічний спосіб розрахунку Данилюка розроблено на основі цього закону.

Другий закон - закон світлотехнічної подібності.

Зміст цього закону пояснює схема, що наведена на рисунку 1.6. Освітленість у точці М створюється через вікна приміщення з яскравістю L₁ і L₂. Різна яскравість у цих вікнах може створюватися шляхом застосування різного скла. В іншому випадку вона може бути однаковою, тобто L₁ = L₂. Водночас зі схеми рисунка 1.6. видно, що освітленість у точці М створюється вікнами, що обмежені розмірами одного і того ж тілесного кута з вершиною у точці М. У такому випадку згідно зі змістом першого закону освітленість у точці М буде однаковою як при одному, так і при другому вікні, оскільки проекція тілесного кута на освітлювану площину буде незмінною і яскравість вікон збіжною (L₁ = L₂ = const). Таким чином, цей закон можна формулювати так: освітленість у точці приміщення буде однаковою, якщо вона створюється вікнами з однаковою яскравістю й однаковими тілесними кутами. Із цього закону випливає важливий висновок, що освітленість у точці приміщення залежить не від абсолютних, а від відносних розмірів вікна. Це має велике практичне значення, тому що дозволяє вивчати освітленість на моделях приміщень, дотримуючись при цьому точної масштабної і кольорової відповідності в опорядженні інтер'єрів, а для цього необхідно, щоб масштаб 29 моделі не був менший, ніж 1/20.

На основі цього закону можливо створювати не тільки моделі приміщень, але і модель штучного неба, що значно полегшує проблеми експериментального дослідження освітленості.

1.6 Види випромінювань природного світла

Основними характеристиками, які визначають випромінювальну здатність Сонця, послуговують сонячні постійні: світлова і теплова. Світлова сонячна постійна Е_с^о являє собою освітленість площини, що розміщена перпендикулярно до променів Сонця на відстані, котра дорівнює астрономічній одиниці “_С”. На межі земної атмосфери 29 вона приблизно дорівнює 135000 - 137000 лк. Відповідна цій освітленості середня яскравість Сонця дорівнює 210⁹ Кд/м².

При заданому коефіцієнті пропускання світла атмосферою - r_a, який залежить від висоти стояння Сонця h_o і прозорості повітря - р, освітленість від Сонця на горизонтальній поверхні Е_с^г визначиться за формулою

Е_с^г = Е_с sin h_o, (1.24)

де Е_с - освітленість від Сонця на площині, перпендикулярній напрямку сонячного потоку

(1.25)

де М - так звана повітряна маса, яку пронизують промені на своєму шляху через атмосферу Землі. Вона змінюється від висоти Сонця і визначається за таблицею.

Теплова сонячна постійна показує кількість променевої енергії, що надходить на поверхню, перпендикулярно поставлену до променів Сонця протягом 1 хв і віддалену від нього на одну астрономічну одиницю. Чисельно за європейською шкалою вона дорівнює 1,875 кал/см²хв.

Звідси бачимо, що променева енергія Сонця дуже велика, і за підрахунками променевий потік, який надходить за 1 сек на 1 км² земної поверхні, складає близько 700000 кВт. Оптичний спектр променевої поверхні включає ультрафіолетове, видиме та інфрачервоне випромінювання.

Ультрафіолетове випромінювання або короткохвильове визначається фізично від 1 до 400 нм. Відповідно до рішення Міжнародної комісії з освітлення (МКО) розрізняють три області ультрафіолетового (УФ) випромінювання:

УФ-А - від 315 до 400 нм;

УФ-В - від 280 до 315 нм;

УФ-С - від 100 до 280 нм.

Видиме випромінювання викликає у людей зорові відчуття. Нижня межа чуттєвого сприйняття світла у різних людей знаходиться в межах 380-400 нм, а верхня - 780-800 нм.

Розрізняють монохроматичне і складне видиме випромінювання. На відміну від більшості тварин людина здатна розрізняти монохроматичні випромінювання. Монохроматичні випромінювання характеризуються вузькою областю довжини хвиль. Складне випромінювання поєднує сукупність монохроматичних випромінювань. Прикладом складного випромінювання є денне світло, як це показано на рисунку 1.7.:

Рис. 1.7. Видиме світло

При дії на око монохроматичних випромінювань у ньому виникають відчуття кольору. Середнє око найбільш чутливе до жовто-зеленого випромінювання з довжиною хвилі = 555 нм. В умовах присмеркового освітлення чутливість зміщується у бік зелено-блакитної області з = 510 нм. Найбільш заспокійливо діє на людину зелений колір, як найбільш звичний для оточуючої природи, і не викликає відхилень подразників. Відношення людини до кольорів в умовних інтенсивностях подразливості можливо виразити графіком (рис. 1.8.):

Якщо червоний, жовтогарячий і жовтий кольори збуджують або насторожують, то блакитний, синій та фіолетовий заспокоюють, знижують почуття небезпеки, а відповідно до настрою можуть і пригнічувати людську психіку. Ця властивість людського організму дещо нагадує поведінку людини при дії на неї звуку високих і низьких частот.

Відносна спектральна світлова ефективність дорівнює відношенню спектральної чутливості середнього людського ока до даного монохроматичного випромінювання порівняно з найвищою спектральною чутливістю ока. Ця відносна спектральна світлова ефективність дозволяє оцінювати світлове відчуття людини.

Вищерозглянуте фізичне розуміння монохроматичних випромінювань природного світла і сприйняття людиною його спектра не збігається інколи з поняттями наших предків про колір. Поняття про колір середовища в нашого народу існувало з прадавнього періоду. Про це свідчить народна творчість у колядках, гаївках, веснянках, приказках і українських замовляннях. Саме з них стає зрозуміло, що ставлення до кольору в нашого народу носило символічний характер.

Символіка кольорів, як і символіка чисел, за всіх часів і у всіх народів ніби повинна б прочитуватися однаково. Проте це не так. В дійсності різні епохи й культури розрізняли спектральну шкалу по-різному і надавали її ділянкам різної ваги. Для архітектора це вагомий фактор ретроспективного переосмислення існуючої спадщини в архітектурі й живопису.

У нашого народу одні кольори не помічалися або виглядали узагальнено, нечітко, інші вирізнялися та активно символізувалися. При цьому чим колір архаїчніший, чим раніше він засвоєний був людською культурою, тим менше він “фізичний” за властивостями і тим більше символічний.

При цьому кольори-символи виразно поділялись на групу “перших” або “старших” кольорів і всіх інших.

До старших кольорів відносились: золотий, білий, червоний. Особливе місце посідав чорний колір. Він ніби належав до першої групи, але завжди використовувся в протиставленні першим трьом. Чорний колір символізував особливу визначеність та сакральність сили носія цього кольору (чорний дуб, чорний ліс, чорне море, чорна гора, чорний кінь (вороний), чорний ворон, чорна кров і т.д.). Це колір “нічний”, “потойбічний” і тим ніби “нижній”, але при цьому не можна сказати, що він “поганий”, “демонічний”. Тут переважно залежить від персонажа чи носія цього кольору.

Золотий колір мав первісно фізичну, а згодом міфологічну природу. В кольоровому спектрі на одному його кінці концентруються кольори пурпуровий, ясно-червоний, оранжевий, жовтий. Але жовтий за золотим майже фізично зникає. Всі ці кольори, а перш за все золотий, у національних культурах різних народів дістали семантику священності, ієрархічного верховенства. Золотий - колір сакральності, царственості, особливої магічної сили.

Білий колір великою мірою поділяє символічне значення золотого кольору. Він також дійовий, священний, божественний. Якщо золотий - “царський” колір, то білий - колір “жрецький”.

Червоний із прадавніх часів відзначений в архаїці. Очевидно, він є найперший кольоровий символ у людській культурі. Червона вохра простежується від палеоліту. Нею на той час фарбують тіло, вкривають знаряддя праці, використовують у ритуалах поховання.

Символічна генеалогія червоного кольору - кольору крові - дозволила йому ввійти до чотирьох найбільш священних кольорів і набути значення верховності (центральності) та магічної сили. Червоний (“красний”) колір здавна ототожнювався з поняттям краси. Саме слово “красний” початково означало “кольоровий”, навіть ширше “позначений кольором”, “прикрашений”. Проте перенесення значення “червоний” на слово “красний” не було випадковим. Червоний колір набуває фізичного змісту і посідає верхнє місце спектральної шкали. За ним ідуть оранжевий і жовтий. Попереду лише білий, однаковий за силою з ним - як такий, що може створитися від злиття всіх кольорів.

Оранжево-жовтий колір символічний і священний у буддизмі (в слов'ян поглинутий золотим), “потойбічний”, усеохопний білий колір, уже, власне, й не колір, а світло, ввібрав у себе відповідну “побічну” символіку. Червоний колір, навпаки, віддавши царственість переважно золотому, а цілокупність - білому, взяв на себе значення священності земної краси і тепла. Давніші його позначення - рудий, рижий - відійшли в більш прагматичну сферу на позначення кольору тварин, речовин тощо.

Народна лексика використовує також колір сірий (сивий, сизий, буланий) як колір “недобілий”, “напівчорний - напівбілий”, колір світання і сутінків. Відповідно до цього сірий (сивий, буланий) кінь, орел чи хорт.

Синій колір у Давній Русі завжди вживався для визначення кольору моря, це колір темно-червоний, колір “синіх жил”, “венозної крові” й печінки. У наступні епохи зявляється означення “синього неба”. Тобто епітет "синього" моря перейшов до "синього" неба. Зелений застосовувався виключно для означення кольору рослинності. Жовтий у прадавню епоху використовувався лише для означення трьох предметів: кості, змії жовтопузої і воску, а вся священна сила цього кольору передавалась назвою "золотий". Існував і нині літературно вживається тип забарвлення "рябий". Цікаво, що архаїчною свідомістю він позначає знак обраності, священності. Ряба курка так само “священна”, як і білий півень.

Інфрачервоне випромінювання - третя довгохвильова складова сонячного спектра з довжиною хвиль, що перевищує 780 нм. Згідно з МКО, розрізняють інфрачервоне (ІЧ) випромінювання:

ІЧ-А - із довжиною хвиль 780-1400 нм.

ІЧ-В - із довжиною хвиль 1,4-3 мкм.

ІЧ-С - із довжиною хвиль 3 мкм-1мм.

Інфрачервоне випромінювання приносить із собою теплову енергію Сонця, яка невидима для ока людини, бо її тіло само випромінює тепло на хвилі = 900 нм. Як бачимо, око пристосувалось до цього, максимально наблизивши верхню межу видимого спектра до свого власного випромінювання.



1.7 Світлокліматичне районування

Зовнішня освітленість від дифузного неба залежить головним чином від висоти стояння Сонця і характеру захмареності. Відчутний вплив на освітленість, що створюється дифузним небом, зумовлює прозорість повітря і стан земного покриву.

Освітленість від захмареного неба визначається фотометричним та розрахунковим шляхом на основі багаторічних середніх характеристик сонячної радіації, використовуючи так званий світловий еквівалент, який являє собою відношення освітленості та інтенсивності сонячної радіації. Світловий еквівалент сонячної радіації залежить від висоти стояння Сонця, характеру захмареності неба і коефіцієнта відбиття від прилеглої поверхні (альбедо).

На основі розрахунків 29 зовнішньої освітленості для різних районів та міст на колишній території СРСР була складена карта світлокліматичного районування його території, яка на сьогодні потребує уточнень, особливо по Україні [35, 40]. Критерієм для її складання було прийнято середню за рік кількість зовнішнього дифузного освітлення на горизонтальній поверхні протягом 1 години за період використання природного освітлення у приміщенні:

(1.26)

де Е_ср - середня зовнішня освітленість - критерій районування; Е_н - зовнішня освітленість горизонтальної поверхні; Е_кр - критична зовнішня освітленість; Т_п.о. - тривалість використання природного освітлення, яка визначається різницею між часом настання критичної освітленості вранці і ввечері, год.

Критична зовнішня освітленість - це така освітленість 27, яка настає у момент вимикання вранці і вмикання штучного освітлення ввечері у приміщенні, тобто

Е_кр = Е_ш/е_н, лк, (1.27)

де Е_ш - освітленість при штучному освітленні приміщення; е_н -нормоване значення коефіцієнта природного освітлення.

Для визначення тривалості використання природного освітлення у заданому районі або промисловому центрі будують криві зовнішньої освітленості на горизонтальній поверхні, на які потім наносять значення критичної освітленості і за зафіксованими точками визначають цю тривалість для кожного місяця року. Друга характеристика, яка враховується при визначенні світлокліматичної зони, - це відношення середньої зовнішньої освітленості у Москві як еталонного показника до середньої зовнішньої освітленості у даному районі, тобто світлокліматичний коефіцієнт “m”:

m = Е_ср^м/Е_ср. (1.28)

Для Москви, як для еталонного міста, коефіцієнт m = 1.

Уся територія колишнього СРСР за вказаними ознаками була поділена на п'ять світлокліматичних районів. Із них три північних райони за ознакою тривалої засніженості території були поділені ще на підрайони - західний і східний, тобто на території з помірно- та довготривалим сніжним покривом або підстелюючої поверхні з низьким і високим альбедо (світловідбиттям).

Територія України за цим районуванням уходить до двох зон: IV та V - із коефіцієнтами світлового клімату “m”, що відповідно дорівнює 0,9 і 0,8.

Зовнішня освітленість залежить також від яскравості неба, а вона, як виявляється, не однакова на різних ділянках неба. Розподілення яскравості захмареного неба від горизонту до зеніту враховується коефіцієнтом q, що визначається за формулою, рекомендованою МКО:

, (1.29)

де L = L_z(0,33+0,66 sin) - яскравість ділянки неба, видимої із заданої точки М (у приміщенні) під кутом , який утворюється між горизонтальною лінією робочої поверхні і лінією, що поєднує дану точку з серединою вікна (світлопрорізу); L_z - яскравість у зенітній частині неба.

При відомій яскравості неба L неважко визначити яскравість застеклених поверхонь L_о, які спостерігаємо у приміщенні із заданої точки М, бо тоді

L_о = L ₁,

де ₁ - буде коефіцієнт світлопропускання віконного скла.

Зміна яскравості неба за колом горизонту залежить від положення Сонця над горизонтом і сектора горизонту. Світлокліматичне районування передбачає врахування цієї особливості району через коефіцієнт сонячності “с”, який у межах IV та V зон змінюється від 0,6 до 1,0.

Світловий клімат істотно впливає не тільки на освітлення приміщень, але й на архітектурно-естетичні властивості міської забудови, на вибір об'ємної композиції, пластику фасадів, ритм і пропорції їх членування, нарешті, на фактуру та колір опоряджувальних матеріалів.

Із цих позицій важливою характеристикою світлового клімату є контрастність освітлення, яка відображає динаміку його зміни за широтними поясами протягом дня і року.

У загальному випадку контрастність освітлення визначається за формулою

(1.30)

Контрастність освітлення значною мірою залежить від висоти стояння Сонця, захмареності неба і характеру, точніше, альбедо, прилеглої території. Відсутність контрастності освітлення можливо спостерігати лише у похмурі дні, коли яскравість неба зрівнюється з яскравістю засніженої території.

Найвища контрастність улітку спостерігається на півдні України, особливо в Криму, найнижча - у північних районах узимку.

Із позицій архітектури більш виразною характеристикою є критерій оцінки контрасту світлотіні при дії сонячного й прямого дифузного освітлення будинків і їх деталей. Для цього обчислюється контраст світлотіні

(1.31)

де L₁ та L₂ - відповідно яскравість поверхні, освітленої прямим світлом Сонця, і затіненої поверхні.

Вимірами встановлено, що у літній день коефіцієнт світлотіні у південних районах знаходиться в межах 0,7-0,8, на середніх широтах - 0,5-0,6, а в північній зоні Європи всього 0,3-0,4.

Показники контрастності світлотіні необхідно знати для відповідного формування штучного освітлення приміщень і фасадів, із дотримуванням у його формуванні закономірностей природного освітлення.

Зовнішня освітленість горизонтальної поверхні істотно залежить також від маси атмосфери, через яку проходять світлові промені. Рівень проникності світлових променів через атмосферу оцінюється коефіцієнтом _а, який обчислюється за формулою

_а = Р^М, (1.32)

Де М - маса повітря; Р - коефіцієнт, що залежить від стану атмосфери 28, 32, 45.

При відмінній видимості _а = 0,9, при добрій _а = 0,8, при поганій _а = 0,7 в умовах забруднення атмосфери над промисловими містами _а = 0,6. У таких умовах різко знижується також надходження ультрафіолетової радіації, особливо біологічно активної її частини. У деяких випадках постає питання про компенсацію нестачі УФ штучним опроміненням у фотаріях. Це стосується перш за все робітників, зайнятих на підземних роботах, у кар'єрах і подібних умовах.

Проектування громадських та промислових будинків поєднує також рішення щодо кольорового вирішення опоряджувальних 26, 32, 51, 52, 78 поверхонь в інтер'єрах. У таких випадках найчастіше доводиться розв'язувати питання в плані збереження кольоропередачі у приміщеннях при переході від природного до штучного освітлення. Вихідним еталоном для проектування є природне освітлення. Для цього треба знати колориметричні характеристики як природного світла у даному районі, так і джерел штучного освітлення.

1.8 Способи природного освітлення будинків

Проектування природного освітлення у новозбудованих будинках виконується згідно з існуючими нормами проектування. Природне освітлення необхідно передбачити для приміщень із постійним перебуванням у них людей. Діючі норми 43, 56, 75 розрізняють бічне, верхнє і комбіноване природне освітлення. При цьому верхнє та комбіноване освітлення виробничих і громадських будинків дозволяється проектувати лише у випадку, коли це необхідно за технологічним процесом виробництва зі спеціальним обґрунтуванням такого рішення, а також у тих виробничих приміщеннях, де не передбачається перебування людей більше від 50% робочого часу.

На рисунку 1.9 можна бачити схему поперечного розрізу цеху машинобудівного заводу з бічним, верхнім та комбінованим природним освітленням у трьох різних його прогонах. Як бачимо, бічне освітлення утворюється вікнами у бічній стіні, верхнє забезпечується через ліхтарі, а комбіноване поєднує бічне і верхнє одночасно.

У цивільних будинках, як правило, проектується бічне природне освітлення, але у деяких громадських приміщеннях (експозиційних залах, залах масового користування) можуть використовувати спеціально направлене бічне й верхнє природне освітлення, як це зображено на схемах рисунка 1.10.

Рис. 1.10. Способи освітлення приміщень:

а) бічне дифузне освітлення;

б) верхнє, орієнтоване на не сонячний сектор горизонту;

в) комбіноване у залі масового користування

Верхнє освітлення 28 забезпечується через світлові ліхтарі, влаштовані у конструкції покриття.

У громадських будинках світлові ліхтарі мають, як правило, потрійне засклення з штучним підігрівом повітря між 2 і 3 заскленням проти обмерзання та запотівання. В минулому комбіноване освітлення широко використовувалось у культових спорудах (церквах, храмах, монастирях).

1.9 Основні вимоги до проекту природного освітлення

При проектуванні природного освітлення необхідно:

а) забезпечити відповідність розрахункового показника освітленості нормованому значенню;

б) передбачити захист працюючих людей від засліплюючої дії прямих сонячних променів, перегріву в приміщенні улітку і переохолодження людей біля вікон узимку;

в) необхідна тривалість використання природного освітлення в приміщенні визначається режимом праці й особливостями світлового клімату місцевості;

г) передбачити безпечну і зручну експлуатацію конструкції віконних заповнень у світлопрорізах;

д) економічність виготовлення та експлуатації;

є) пожежобезпечність конструкції.

1.10 Порядок проектування природного освітлення

Проектування природного освітлення виконується в чотири 29, 56 етапи.

На першому етапі:

а) визначаються вимоги до природного освітлення приміщень;

б) вибір системи освітлення;

в) вибір засобів для обмеження засліплюючої дії прямих сонячних променів;

г) урахування орієнтації будинку і світлопрорізів за сторонами горизонту.

На другому етапі:

а) виконується попередній розрахунок природного освітлення з визначенням орієнтованих розмірів світлопрорізів;

б) уточнюються вимоги до природного освітлення й засоби його забезпечення.

На третьому етапі:

а) виконання перевірного розрахунку природного освітлення за відомою методикою;

б) виявляють зони та ділянки з недостатнім або завищеним освітленням у глибині приміщення;

в) визначення вимог до експлуатації засобів освітлення і можливих підходів до них.

Четвертий етап передбачає внесення необхідних коректив у проект природного освітлення та повторний перевірний розрахунок при необхідності.

1.11 Нормування природного освітлення

Нормування природного освітлення виконується за діючими нормами проектування 56, 75 (СНИП ІІ-4-79). Норми передбачають установлення нормованого значення коефіцієнта природного освітлення “е_н ^{I, II, IV, V}” за формулою

е_н ^{I, II, IV, V} = е_н ^IIІ mc, (1.33)

де е_н ^IIІ - нормоване значення КПО для різних приміщень і виробничих процесів, яке наведено у таблиці 1 і таблиці 2 норм 75 для ІІІ світло-кліматичної зони; m - коефіцієнт світлового клімату, який залежно від кліматичної зони приймається: 1,2 - І; 1,1 - ІІ; 1,0 - ІІІ; 0,9 - IV; 0,8 - V зони; с - коефіцієнт сонячності клімату за таблицею 5 норм проектування 75.

Коефіцієнт с залежить не тільки від світлокліматичної зони, але і від орієнтації вікна на сторони горизонту, змінюючись від 0,6 до 1.

При встановленні нормованого КПО е_н ^IIІ за таблицею 1 норм 75 необхідно вже на першому етапі проектування вибрати спосіб освітлення приміщення і визначитись із розрядом зорової роботи у ньому.

Нормами передбачено класифікувати всі виробничі процеси на 8 розрядів зорової роботи. До першого розряду зорової роботи віднесені роботи надвисокої точності з найменшими розмірами об'єкта розпізнавання менше ніж 0,15 мм. До другого розряду віднесені роботи дуже високої точності з найменшими розмірами об'єкта розпізнавання більше ніж 0,15 мм до 0,3 мм. До третього розряду віднесені роботи високої точності з об'єктами розпізнавання більше ніж 0,3 мм до 0,5 мм. Далі йдуть роботи середньої (0,5 - 1 мм), малої точності (1 - 5 мм), груба робота дуже малої точності (більше від 5 мм). До VII розряду віднесена робота з висвічуючими матеріалами і виробами у гарячих цехах з об'єктами розпізнавання більше ніж 0,5 мм. Нарешті, до VIII розряду зорової роботи віднесено загальне спостереження за ходом виробничого процесу з підрозрядами, що вирізняють постійне й періодичне спостереження, з постійним і періодичним перебуванням людей у приміщенні. світлонадходження природний освітлення

Для цивільних будинків е_н ^IIІ встановлюється за таблицею 2 норм 75 залежно від виду приміщення, способу освітлення і зонування території.

1.12 Попередній розрахунок природного освітлення

За нормами проектування 75 попередній розрахунок площі світлових прорізів зводиться до обчислювання їх за формулами, наведеними у додатку норм залежно від ряду характеристик, зокрема нормованого значення КПО, е_н, коефіцієнта запасу К_з, світлової характеристики з₀ загального коефіцієнта світлопропускання ф₀ і коефіцієнта, що враховує світловідбиття від стін, підлоги й стелі r₁, а також коефіцієнта, що враховує затінюючу властивість будинків, що стоять навпроти, К_зд. Вивчення [50] показало, що наведені у нормах формули далеко не завжди забезпечують об'єктивну оцінку освітлення приміщення, а тому були зроблені пошуки більш об'єктивного підходу до визначення попереднього розміру світлопрорізу.

Рис. 1.11. Розрахункова схема

У загальному випадку розглянемо освітлення приміщення через вікно, як це показано на рисунку 1.11.

Згідно із законом проекції тілесного кута можемо записати:

dE_i = L₀ dу₀.

Відповідно до схеми

Оскільки dF = dxdy, то

Допускаємо, що

dy = C₀dи_i та dx = C₀dш.

Тоді dE_i = C₀² L₀ dш tgи dи.

Відповідно до схеми

.

У такому випадку

.

Інтегруючи цей вираз, одержуємо

. (1.34)

При и₁ = и₂ = 0 вираз у дужках дорівнює нулю, освітленість згідно із законом проекції тілесного кута [29] теж буде дорівнювати нулю, а тому і постійна інтегрування буде також дорівнювати нулю.

Освітленість робочої поверхні під небосхилом [29] дорівнює

Е_н = L_нрR² при R = 1E_н = L_нр .

Яскравість вікна певною мірою нижча за яскравість небосхилу, і це враховується загальним коефіцієнтом світлопропускання ф₀, тобто

L₀ = L_н ф₀ .

Водночас за рахунок світловідбиття від стін, стелі і підлоги освітленість у точці збільшується в r₁ раз (1.34) і набуває такого вигляду:

. (1.35)

Коефіцієнт природного освітлення в такому випадку виражається відношенням

. (1.36)

При е_д = е_н стає можливим визначити ширину вікна l_в

.

За наявності затіняючого будинку в формулу вводиться коефіцієнт К_зд. Тоді формула попереднього розрахунку розмірів вікон набуває остаточного вигляду

, (1.37)

де l_в - сумарна ширина світлопрорізів у даному приміщенні; р =3,14; е_н - нормоване значення КПО за формулою (1.33); К_зд - коефіцієнт, що враховує затіняючі властивості протилежного будинку, який подається у нормах проектування [75]; ф₀ - загальний коефіцієнт світлопропускання, наведений у нормах [75]; r₁ - коефіцієнт, що враховує підвищення освітленості приміщення за рахунок світловідбиття від стін, стелі, підлоги, який наведено у нормах [75]; кути и_і та Ш_і визначаються відповідно до схеми рисунка 1.11 через

.

Обчислення за формулою (1.37) і точною методикою обчислення виявили розбіжність між е_н і е_p (розрахунковим) на 5-20%, а за формулою СНИПу - 8 - 31%. Для прикладу наведемо результати обчислення для деяких приміщень:

Таблиця 1.1. Результати зіставлення даних обчислення

Назва приміщення і його розміри	eн	ф0	r1	за формулою (1.37)	за СНИПом
				tg ш	lb		%, ±	q		%, ±
1. Механічний цех 48Ч18 м	0,57	0,54	2,15	0,706	7,45	0,60	5	0,60	0,52	+13
2. Житлова кімната 3,2Ч5,6 м, hк = 2,5 м	0,45	0,52	1,82	0,174	3,67	0,51	12	0,70	0,38	-13,3
3. Робоча кімната 3,2Ч5,6 м, hпр = 3 м	0,86	0,52	2,48	0,174	4,09	0,83	4	0,61	0,60	-31
4. Зал ресторану 9Ч16 м	0,50	0,64	1,9	0,5	7,13	0,60	20	0,64	0,54	+8
5. Конференц-зала 10Ч18 м	0,34	0,56	5,6	0,5	3,88	0,41	20	0,56	--	--



1.13 Перевірний розрахунок природного освітлення

Після попереднього розрахунку і визначення орієнтовних розмірів світлопрорізів нормами проектування передбачається перевірний уточнюючий розрахунок природного освітлення за методикою Данилюка, яка ґрунтується на законі проекції тілесного кута й законі світлотехнічної подібності. Для графоаналітичних розрахунків Данилюком створені графіки, один із яких поділяє півсферу у вертикальній площині на 100 променів з однаковим рівнем освітленості, а другий також диференціює півсферу на 100 променів у горизонтальній площині. Обчислюючи кількість променів, які можуть надійти через світлопроріз у розрахункову точку, фактично виявляємо геометричну характеристику освітлення. Порядок уточнюючого розрахунку дещо складніший, і, щоб усвідомити його, необхідно послідовно ознайомитися з методикою.

Залежно від способу природного освітлення приміщення значення коефіцієнта природного освітлення (КПО) необхідно порівнювати:

а) при однобічному освітленні з мінімальним значенням КПО в точці (е_min), що розміщена на відстані 1 м від стіни, найбільш віддаленої від вікон на перетині вертикальної площини в характерному перерізі приміщення з умовною робочою поверхнею, яка обумовлена нормами;

б) при двобічному освітленні теж із мінімальним значенням КПО в точці, що знаходиться по середині приміщення на перетині вертикальної площини у характерному перерізі з умовною робочою поверхнею;

в) при верхньому і комбінованому освітленні зі середнім значенням КПО в точках (е_ср), розташованих на перетині вертикальної характерної площини з умовною робочою поверхнею.

Норми проектування [75] допускають поділ приміщення на зони з бічним і верхнім освітленням та незалежною оцінкою освітленості за одним із вище - зазначених принципів.

Розрахункове значення КПО належить обчислювати:

а) при бічному освітленні за формулою

; (1.38)

б) при верхньому освітленні

; (1.39)

в) при комбінованому освітленні

(1.40)

де е_б - геометричний КПО в розрахунковій точці при бічному освітленні, який обчислюється за графіками Данилюка (І та ІІ), наведеними в нормах [75]; q - коефіцієнт, який ураховує нерівномірну яскравість небосхилу за МКО і визначається за таблицею 35 норм [75]; е_зд - геометричний КПО у розрахунковій точці при бічному освітленні, який ураховує відбите світло від стін та огороджень протилежних будинків і визначається за графіками Данилюка (І та ІІ); R - коефіцієнт, що враховує відносну яскравість поверхонь огороджень протилежних будинків, який визначається за таблицею 36 норм [75].

...