Транскрипт

1 Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования «Полоцкий государственный университет» АРХИТЕКТУРНАЯ ФИЗИКА СВЕТОТЕХНИКА И АКУСТИКА УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС для студентов специальности «Архитектура» Составители Н. В. Ощепкова, М. Н. Войтик, О. И. Ковальчук Под общей редакцией Н. В. Ощепковой Новополоцк 2007

2 УДК 72.01:53(075.8) ББК я73 А 87 Рекомендован к изданию методической комиссией инженерно-строительного факультета Рецензенты: И. Г. МАЛКОВ, д-р архитектуры, проф., зав. каф. архитектуры промышленных и гражданских сооружений Белорусского государственного университета транспорта; В. А. ГРУЗДЕВ, д-р техн. наук, проф., зав. каф. физики УО «ПГУ»; Г. И. ЗАХАРКИНА, канд. архитектуры, доцент, зав. каф. архитектуры УО «ПГУ» А 87 Архитектурная физика: Светотехника и акустика: учеб.-метод. комплекс для студ. спец «Архитектура» / сост. Н. В. Ощепкова, М. Н. Войтик, О. И. Ковальчук; под общ. ред. Н. В. Ощепковой. Новополоцк: ПГУ, с. ISBN Состоит из двух учебных модулей, изучаемых в пятом семестре: «Архитектурная светотехника» и «Архитектурная акустика». Объединение содержательного материала этих модулей в одну книгу объясняется единой расчетно-графической базой и общими физическими законами и обусловлено рабочей программой дисциплины на один семестр. Основой создания УМК является концепция междисциплинарных связей. Разработан кафедрой физики УО «ПГУ» и кафедрой теплогазоснабжения и вентиляции БНТУ. Продолжает серию «Интегративное образование», издаваемую в УО «ПГУ». Предназначен для студентов, аспирантов и специалистов архитектурно-строительного профиля. УДК 72.01:53(075.8) ББК я73 ISBN Ощепкова Н. В., Войтик М. Н., Ковальчук О. И., составление, 2007 Оформление. УО «ПГУ»,

3 ВВЕДЕНИЕ Архитектурная физика изучает теоретические основы и практические методы формирования архитектуры под воздействием солнечного и искусственного света, цвета, тепла, движения воздуха и звука, а также природу их восприятия человеком с оценкой социологических, гигиенических и экономических факторов. Эта наука является фундаментом, на котором базируются важнейшие положения основных строительных документов СНиПов и ГОСТов, регламентирующих комфортность, плотность и экономичность застройки. Традиционное образование, ориентированное на предметное изучение и блочное построение дисциплины, в условиях быстро развивающихся и высокотехнологических производств требует обновления содержания и разработки новых методов изложения инженерных дисциплин. Благодаря великим открытиям второй половины XX века в области естественных наук созданы условия для развития интегративных процессов, синтеза научных знаний, а также комплексного исследования объектов. Поэтому при изучении курса «Архитектурная физика» используются все компоненты научного познания и реализуются междисциплинарные связи различных форм и типов. Архитектурная физика находится на стыке таких наук, как астрономия, метеорология, климатология, тепло- и светотехника, и тесно связана с эстетикой, психологией, гигиеной, социологией и экономикой. В системе современных знаний постоянно увеличивается значение и роль физических знаний. С одной стороны, знание концептуальных проблем естествознания и законов физики является общенаучной теоретической базой, без которой невозможна деятельность современного специалиста. С другой стороны, владение основными физическими понятиями, законами и принципами способствует развитию интеллектуальных качеств студента, формированию его мировоззрения, привития навыков творческой работы. Дисциплина «Архитектурная физика» имеет своей целью: формирование представлений об актуальности проблемы экологизации современной архитектуры; изучение основных понятий и законов архитектурной климатологии, теплотехники архитектурной светологии и цветоведения, а также архитектурной акустики; подготовка специалиста, способного успешно реализовать современный уровень знаний при проектировании, строительстве и реконструкции зданий различного назначения; ознакомление с архитектурными и физическими методами модельного и натурного исследования, формирование умения выделить конкретное физическое содержание в прикладных задачах и проблемах. 3

4 Задачи изучения дисциплины «Архитектурная физика» следующие: создание теоретической подготовки, позволяющей будущим архитекторам ориентироваться в потоке научной и технической информации; овладение методами решения и оценки качества архитектурного проекта на всех стадиях его разработки; информация о новейших открытиях и перспективах их использования в профессиональной деятельности архитектора; Для адаптации традиционного изложения курса «Архитектурная физика» к современным условиям в рабочую программу введен раздел «Формальная аналогия оптических и акустических явлений» что позволило избежать повторений и систематизировать учебный материал по темам «Колебания», «Волны», «Способы описания взаимодействия изучения с веществом». Учебно-методический комплекс (УМК) разработан как система взаимосвязанных и взаимодополняющих средств и способов обучения на основе учебной программы и дидактических приемов высшей школы, необходимых и достаточных для реализации требований образовательного стандарта. Предполагается, что УМК по дисциплине «Архитектурная физика» будет способствовать системному решению задач: осуществление необходимых технологий организации процесса обучения; организация системы контроля результатов обучения; обновление содержания и разработка новых методов изложения курса. Для реализации педагогической системы в данный УМК заложены следующие функции: методическое обеспечение курса «Архитектурная физика» (разделы «Архитектурная светотехника», «Архитектурная акустика»); дидактические средства обучения, объединенные конечными целями обучения; реализация междисциплинарных связей различных форм и типов; предъявление знаний концептуальных проблем естествознания и фундаментальных законов физики с целью развития интеллектуальных качеств студента, формирование его мировоззрения, привитие навыков творческой работы. Основой УМК является образовательный стандарт (РД РБ) специальности Г «Архитектурная физика» (ТД J.008/тип) и рабочая программа дисциплины «Архитектурная физика» для специальности «Архитектура». В качестве базового учебника был выбран новейший учебник по архитектурной физике, подготовленный коллективом МАрхИ под редакцией проф. Н.В. Оболенского . 4

5 Для студентов УМК предлагает: рекомендации по выбору учебников и методических пособий, необходимых для достижения целей обучения при минимизированном бюджете времени; рекомендации по самоорганизации и содержанию самостоятельной работы, как наиболее эффективной формы обучения; методические материалы для различных форм учебного процесса; критерии оценки знаний по 10-бальной системе; положение рейтинговой системы текущего и итогового контроля знаний. Для преподавателей УМК может оказаться полезным при адаптации курса «Архитектурная физика» к учебным программам других специальных дисциплин в связи с развитием интегративных процессов и синтеза научных знаний. УМК может избавить от рутинной работы по подготовке индивидуальных заданий и материалов контроля, а так же позволит унифицировать оценку знаний, умений и навыков. УМК построен по модульно-блочному принципу. Учебный модуль представляет собой единицу курса, основанную на рассмотрении физической модели или на совокупности физических явлений, относимых к единому классу. В свою очередь учебный модуль состоит из учебных блоков, формируемых на тех же принципах, но с большей детализацией. Как и УМК, каждый модуль и блок представляют собой завершенный элемент в структуре учебного курса. В каждом из них указаны цели обучения, приведено технологическое и методическое обеспечение, указаны формы текущего и итогового контроля с элементами самоконтроля. В данном УМК рассматриваются электромагнитные волны и волновые процессы в упругих средах. Объединение механических и световых волн в одном УМК обусловлено возможностью единого подхода их описания, несмотря на различие их физической сути. Это позволяет значительно сократить бюджет времени для изучения волновых процессов. Настоящее издание охватывает два модуля: «Архитектурную светотехнику» и «Архитектурную акустику». Каждый из них содержит учебную и методическую программы, перечень рекомендуемой литературы с указанием рекомендуемых разделов; краткое содержание теоретического материала, примеры решения проектировочных и расчетно-графических задач; методическое руководство к выполнению курсовой работы, составленное по разделам учебника , а так же варианты исходных данных для расчетной части курсовой работы. В рамках УМК издание дополнено методическими указаниями к выполнению и оформлению курсовой работы по дисциплине «Архитектурная физика» и методическими указаниями и расчетными заданиями к курсовой работе по разделу «Архитектурная акустика». 5

6 МОДУЛЬ 1. АРХИТЕКТУРНАЯ СВЕТОТЕХНИКА В современной архитектуре выразительные решения достигаются профессиональным сочетанием естественного и искусственного света, применением новейших светотехнических и строительных материалов и конструкций, разработкой оригинальных оптических систем, новых архитектурных форм и, в конечном итоге, рождением характерных образов. В данном учебном модуле рассматриваются основные законы, закономерности и принципы архитектурной светологии науки о светоцветовой среде как основе восприятия архитектуры. Модуль содержит три учебных блока, связанных единством метода изложения. В первом блоке рассматриваются физические основы фотометрии. Приводятся характеристики глаза как зрительного анализатора. Показана органическая взаимосвязь света и архитектурной формы . Во втором блоке излагаются основы архитектурной светотехники науки о проектировании, расчетах и нормировании световой среды в городах и отдельных зданиях разного назначения . В третьем блоке рассматриваются особенности светового климата, вопросы о единстве и взаимодействии утилитарных, эстетических и гигиенических функций света. В этом же блоке излагаются теоретические основы и практика проектирования световой архитектуры с учетом взаимодействия света с пространством, формой, пластикой и цветом . Для приобретения запланированных в модуле навыков в учебных блоках даны примеры решения типовых расчетно-графических задач. Учебный блок «Световая среда» - Светоцветовая среда и ее характеристики - Цель и задачи архитектурной светотехники - Основы фотометрии и светотехники - Шкала электромагнитных волн Учебно-методическая структура модуля Модуль 1. «Архитектурная светотехника» Учебный блок «Инсоляция и светозащита» - Инсоляция. Оптическая теория естественного освещения - Системы естественного освещения помещения - Методы расчета естественного освещения помещения - Солнцезащита и методы светорегулирования Учебный блок «Световой климат» - Световой климат. - Нормирование и проектирование естественного освещения. - Искусственное освещение. Осветительные приборы нового поколения. - Комбинированное и совмещенное освещение. 6

7 Методическая программа модуля Тема занятия Тип занятия Вид занятия Часы 1. Световая среда основа восприятия архитектора. Свет, зрение, архитектура формирование новых знаний 2. Основные величины, единицы формирование и законы фотометрии. Методы новых знаний фотометрии. 3. Цель и задачи архитектурной светотехники. формирование Солнечная радиация. Сани- новых знаний тарно-гигиенические требования 4. Анализ продолжительности инсоляции формирование территории в зависимости от ори- новых знаний ентации зданий 5. Оценка инсоляции помещений зданий формирование на фасадах различной ориентации новых знаний 6. Выбор формы и размеров окна. формирование Солнцезащитные системы. новых знаний 7. Классификация солнцезащитных формирование и светорегулирующих средств. новых знаний 8. Расчет солнцезащитных устройств. углубление и систематизация навыков 9. Метод проекции Калотты. формирование новых знаний и углубление знаний 10. Световой климат. КЕО. формирование новых знаний 11. Проектирование естественного формирование освещения. Метод А.М.Данилюка. новых знаний 12. Светотехнические характеристики формирование бокового освещения. новых знаний 13. Особенности проектирования системы естественного освещения помещений промышленных и общественных зданий. 14. Моделирование солнцезащитных устройств в условиях Беларуси. формирование новых знаний занятие проверка результатов обучения лекция лабор. работа лекция лабор.работа 1 1 лекция 1 лекция 1 лекция 1 лекция 1 лекция 1 лекция лабор.работа 1 лекция 1 лекция 1 лекция 1 лабор.работа лекция 1 лекция 1 Итоговое занятие 1 7

8 УЧЕБНЫЙ БЛОК «СВЕТОВАЯ СРЕДА» ВВЕДЕНИЕ В учебном блоке «Световая среда» рассматриваются физические основы светотехники и некоторые физиологические аспекты зрения. Термины и определения светотехнических величин приведены в глоссарии. В современной фотометрии применяются различные методы измерения характеристик электромагнитного излучения и световых величин, в том числе измерения интенсивности излучений и потоков заряженных частиц. При этом используются два вида величин: энергетические величины, которые характеризуют энергетические параметры оптического излучения по его действию на технические приемники излучения (фотоэлементы и т.д.); визуальные величины, которые характеризуют физиологические действия света и оцениваются по воздействию на глаз (исходят из так называемой средней чувствительности глаза) либо по действию на селективные приемники излучения с заданной спектральной чувствительностью. Для успешного изучения учебного материала данного блока студент должен в рамках программы средней школы: иметь представление: об электромагнитной природе света; об основных фотометрических единицах; обладать навыками: фотометрических измерений; математической обработки результатов измерений. Учебная программа блока Содержание блока Форма подготовки Литература 1. Светоцветовая среда и ее характеристики. лекция Цель и задачи архитектурной светотехники. самостоятельная 2. Основы фотометрии и светотехники. лекция Шкала электромагнитных волн. самостоятельная Цели обучения Студент должен знать Студент должен уметь критерии оценки световой функции определять спектральный состав света искусственных источников света основные фотометрические единицы рассчитывать значение фотометрических величин для ламп накаливания и источников света нового накопления распределение световых потоков при отражении, поглощении и пропускании пользоваться люксметром и монохроматорами 8

9 КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА 1. Свет, зрение и архитектура Свет излучение оптической области спектра, которое вызывает биологические, главным образом зрительные реакции. Цвет особенность зрительного восприятия, позволяющая наблюдателю распознавать цветовые стимулы (излучения), различающиеся по спектральному составу. Световая среда совокупность ультрафиолетовых, видимых и инфракрасных излучений, генерируемых источниками естественного и искусственного света; это важнейшая составляющая жизненной среды живых организмов и растений, определяемая световыми потоками источников света, трансформируемыми в результате взаимодействия с окружающей предметной средой, которая воспринимается по распределению света и цвета в пространстве. Рассматривание цветных поверхностей при изменении уровня яркости в пределах, соответствующих области дневного зрения, сопровождается изменением цветового ощущения, которое особенно заметно при солнечном освещении поверхностей (фасадов, деталей). Это явление архитектуры определяют словами «солнечный свет съедает цвет». Зрение чрезвычайно сложный процесс. Химические и электрические явления в сетчатке глаза, передача нервных импульсов по зрительному нерву, деятельность клеток в зрительных зонах мозга все это составные части процесса, называемого зрением. Человеческому глазу присущи дефекты и ограничения, свойственные всякой оптической системе. Однако широкие пределы чувствительности глаза, его способность приспосабливаться к различным условиям распределения яркости в поле зрения позволяют оценивать глаз как наиболее совершенный орган чувств. Способность глаза реагировать как на весьма слабые, так и на интенсивные раздражители объясняется наличием в сетчатке глаза двоякого рода элементов колбочек и палочек, воспринимающих световые раздражения (табл. 1). Глаз, подобно оптической системе, дает наилучшие изображения для точек, которые расположены близко к оптической оси. Центральное зрение отличается от периферического тем, что оно позволяет судить о спектральном составе света. Это свойство глаза обогащает возможности архитектора оценивать пространство распределения света с помощью не только количественных, но и качественных характеристик, определяемых спектральным составом света. 9

10 Характеристика глаза Светочувствительные элементы Способность реагировать на яркость Спектральная чувствительность к излучениям Способность к восприятию цветов Способность к различению деталей Характеристики зрительного анализатора Таблица 1 Дневное Сумеречное Ночное (периферическое) (центральное) зрение зрение зрение Колбочки Колбочки + палочки Палочки Высокие яркости, L > 10 кд/м 2 Максимальная к желтозеленому [λ = 555 нм, V (λ) = 1,0] с уменьшением к красному [λ = 710нм, V(λ) = 0,0021] и фиолетовому Хорошее различение цветов Высокая разрешающая способность Малые яркости, Очень малые яркости, 0,01 < L < 10 кд/м 2 L < 0,01 кд/м 2 Максимальная к голубовато-зеленому (λ = 520 нм) с уменьшением в длинноволновой и коротковолновой частях спектра Голубые и зеленые светлеют, красные темнеют Малая разрешающая способность Максимальная к зеленовато-голубому [λ = 510 нм, V"(λ) = 1,0] с уменьшением к красно-оранжевому и фиолетовому Цвета не различаются, черно-белое видение Отсутствует Периферическое зрение с более высокой (в тысячи раз) чувствительностью к свету обладает меньшей четкостью видимости. Максимум чувствительности при сумеречном зрении сдвинут из желто-зеленой части спектра (при центральном зрении) в сине-зеленую при почти полной потере чувствительности палочек в красной части спектра. Такое изменение чувствительности глаза к излучениям различных участков спектра при переходе от больших яркостей к малым известно под названием эффекта Пуркинье. Эффект Пуркинье имеет большое практическое значение при выборе уровня освещенности на улицах городов и в зданиях, а также при отделке зданий и интерьеров, освещаемых источниками с различной цветностью излучения. Субъективная (воспринимаемая глазом) яркость зависит не только от действительной яркости и яркостных контрастов, но и от условий адаптации глаза. Различают темновую адаптацию, наблюдаемую при переходе от большой яркости к малой, и световую при обратном переходе. 10

11 Египетские мастера Нового царства ввели в архитектуру движение, открыли красоту световых контрастов и полутонов. Прием световой адаптации широко использовался в архитектуре барокко. Отчетливо выраженная тенденция к яркостным контрастам особенно характерна для этого стиля в решении интерьера. Используя в соборах и церквях контраст ярких поверхностей центральных нефов и алтарей с сумраком боковых нефов, зодчие барокко добились впечатления движения и беспредельности пространства. Глаз не только реагирует на высокие яркости и сопутствующие им контрасты, но и «охотится» за ними, выделяя наиболее яркие и контрастные участки поля зрения. Этой свойство глаза следует учитывать в архитектурной композиции. Световая композиция русского храма как бы «втягивает» посетителя в него, ведет его к центру и заставляет затем поднять голову кверху к светоносному куполу, внутренняя поверхность которого, наиболее яркая, являет собой и живописную кульминацию интерьера. Появление, изменение и исчезновение раздражателя главный источник зрительного ощущения. Установлено, что к постоянно действующим раздражителям глаз привыкает настолько, что их не замечает. Это испытываешь, например, идя вдоль улицы, освещенной типовыми фонарями. Когда в окружающем пространстве отсутствуют архитектурные доминанты, а также резко контрастирующие с фоном или друг с другом объекты, зрительная ориентация человека затрудняется. Различают две задачи, связанные с учетом оптических свойств глаза человека. Первая задача не допустить всякого рода оптические обманы, которые искажают художественный образ, масштаб, пропорции и архитектонику интерьеров зданий и сооружений; вторая использовать оптические иллюзии для архитектурных целей (увеличение или уменьшение глубины пространства, использование живописных средств светоцвета для изменения пластической отделки фасадов, интерьеров, устранение геометризма в архитектуре и др.). Опыт показывает, что степень оптических искажений и иллюзий во многом предопределяется условиями освещения здания или интерьера и яркостью поля адаптации и позиции наблюдателя. Задачи освещения не могут быть решены без творческого учета особенностей превалирующего в данной местности природного освещения, которое наиболее привычно и комфортно для человека. В современной световой архитектуре зданий и интерьеров часто встречаются оптические искажения, возникающие вследствие иррадиации. Особенность вечернего освещения его высокая контрастность, которая возникает из-за отсутствия рассеянного света неба. Так, например, даже 11

12 днем при контрастном солнечном освещении искажается восприятие колонны. На основании сопоставления кривых видимости и освещенности цилиндра было доказано, что возникают зрительные эффекты уплощения и излома цилиндрической колонны. Подобные оптические искажения присущи вечернему освещению, обладающему, как правило, резкими светотеневыми контрастами. Отсутствие полутеней и рефлексов приводит к тому, что цилиндрическая поверхность, освещенная сбоку, воспринимается ломаной; освещенная же лучами, направление которых совпадает с направлением зрения наблюдателя, такая поверхность воспринимается плоской. Чтобы приблизить светотеневой контраст вечернего освещения фасада к привычным контрастам, характерным для естественного освещения, следует световые приборы разделить на две группы: первая из них должна быть подобна солнцу, заливающему детали им светом; вторая выполняет роль рассеянного света неба, смягчающего контраст светотени. Первую группу приборов располагают выше освещаемых зданий; вторую группу можно располагать на земле. При обозрении предмета различают две стадии: первую называют видимостью объекта; эта стадия характеризуется 75 % вероятностью увидеть предмет без возможности различения его формы; вторая стадия различимость характеризуется способностью глаза видеть форму предмета. Первое, что мы замечаем, яркость, цвет и светотень, которые, по существу, определяют первое впечатление и позволяют нам оценивать окружающую обстановку, здание и его детали. Рассматривая одно и то же здание на различных естественных фонах (небо, деревья) и в разную погоду, мы убеждаемся в том, что восприятие его резко изменяется при переходе от ясного солнечного дня к пасмурному, исчезают определяющие форму контрасты светотени, искажаются глубинность пейзажа и объемность здания, пропадает пластика. Глаз не только оптический прибор, позволяющий видеть предметы, но и анализатор, дающий возможность получать впечатления, возбуждающие мысли и эмоции, на основании которых рождаются суждения и оценки. Как оптический прибор глаз человека обладает рядом особенностей. Так, зона бинокулярного видения в вертикальной плоскости приблизительно равна 120, в горизонтальной 180, зона монокулярного видения по горизонтали составляет 40 (справа и слева). Порог видимости наблюдаемого предмета оценивают минимальной разностью яркостей фона и предмета, которую называют разностным порогом L. В отличие от разностного порога относительное значение пороговой яркости, определяющее порог различимости, называют пороговым контрастом предмета с фоном. Величину, обратную этому порогу, называют контрастной чувствительностью глаза. 12

13 Согласно закону, открытому Вебером и уточненному Фехнером, субъективное восприятие любого увеличения яркости определяется числом разностных порогов в оцениваемом приросте яркости. Закон говорит о том, что едва ощутимый прирост зрительного восприятия А есть функция разностного порога [ А = f (L/L)], а субъективное восприятие увеличения яркости какой-либо поверхности оценивается числом разностных порогов, укладывающимся в рассматриваемом приросте яркости. Яркость, субъективно воспринимаемая глазом, то есть количественное выражение уровня зрительного ощущения, называют светлотой. Светлота пропорциональна яркости, то есть по Веберу Фехнеру: где В = c lgl, В светлота; L фотометрическая величина яркости; с коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора единиц. Отношение минимальной разности яркостей (определяющей порог различения предмета) к яркости фона и называют пороговым контрастом. Значение порогового контраста, так же как и разностного порога, зависит от яркости поля адаптации, углового размера и формы предмета и времени наблюдения. При высоких освещенностях глаз способен различать яркости, отличающиеся одна от другой на 1 2 % (например, глаз может различать яркости, равные 33 и 35 кд/м), а при низких контрастная чувствительность резко уменьшается (например, в темную звездную ночь для различения яркости двух смежных поверхностей необходимо, чтобы перепад между ними был не менее 55 %; яркости поверхностей должны отличаться более чем в 1,5 раза одна от другой). При малых яркостях закон Вебера Фехнера не соблюдается. При заданном контрасте объекта с фоном порог различимости этого объекта определяется минимальным угловым размером (разрешающим углом). Значение, обратное разрешающему углу, называют остротой различения (в медицине остротой зрения). Условно считают разрешающую способность глаза нормальной, если он видит предмет с угловым размером, равным 1 мин; это соответствует отношению абсолютного размера к расстоянию до глаз 1: Архитектору при решении пространственных задач важно знать порог глубины, характеризуемый минимальной разностью параллактических углов между зданиями, которые обеспечивают заданную вероятность различения их при различной удаленности от наблюдателя. 13

14 Значение глубины выражается в угловых секундах по формуле: δ пор = b l / l, где b расстояние между центрами зрачков глаз наблюдателя (основание стереоскопического зрения); l расстояние от ближайшего здания до наблюдателя; l максимальное расстояние между двумя зданиями, видимыми как различно удаленные от наблюдателя. 2. Основные величины, единицы и законы Фотометрией называется раздел оптики, в котором рассматриваются измерения энергии, которую переносят электромагнитные световые волны. В архитектурной светологии рассматриваются действия на глаз и другие оптические приборы электромагнитных волн видимого диапазона. Для характеристики этого действия вводятся следующие величины, характеризующие свет с точки зрения переносимой им энергии: световой поток, сила света, освещенность. Световым потоком Ф называется мощность видимого излучения, которая оценивается по действию этого излучения на нормальный глаз. Иными словами, Ф есть энергия световых электромагнитных волн, переносимая в единицу времени через некоторую площадь поверхности и оцениваемая по зрительному ощущению. Для монохроматического света, соответствующего максимуму спектральной чувствительности глаза (λ = 5500 А), световой поток равен 683 люменам (лм) если мощность излучения равна одному ватту. Точечным источником света называется источник, линейные размеры которого значительно меньше, чем расстояние от него до точки наблюдения. Такой источник излучает сферические электромагнитные волны. Силой света (силой излучения) I точечного источника называется величина, численно равная световому потоку, который этот источник создает в единичном телесном угле. Если точечный источник равномерно излучает свет по всем направлениям, то: I = Ф полн / 4 π, где Ф полн есть полный световой поток источника света, то есть мощность излучения, создаваемая источником по всем направлениям, энергия света, которая за единицу времени переносится сквозь произвольную замкнутую поверхность, охватывающую источник света (рис. 1). 14

15 Освещенностью Е некоторой поверхности называется отношение светового потока Ф, которая падает на площадь S поверхности, к величине этой площади: Е = Ф / S. Освещенность Е в каждой точке экрана, на который падает свет, пропорциональна интенсивности электромагнитной световой волны в этой точке. Освещенность, которую создает точечный источник с силой света I на поверхности, удаленной на расстояние r от источника, описывается законом освещенности от точечного источника: 2 Е = I cos i / r, где i угол падения лучистого потока, отсчитанный от нормали к поверхности. Оптическая часть электромагнитного спектра лучистой энергии включает в себя области ультрафиолетового, видимого и инфракрасного излучения. Шкалу электромагнитных волн в приложении студенту предлагается изучить самостоятельно. Ультрафиолетовым является излучение, длины волн λ монохроматических составляющих которого меньше длин волн видимого излучения и больше 1 нм. По данным Международной комиссии по освещению (МКО), различают следующие области ультрафиолетового излучения: УФ-А с длинами волн нм; УФ-В с длинами волн нм; УФ-С с длинами волн нм. Видимое излучение (свет) непосредственно вызывает зрительные ощущения. Нижняя граница спектральной области видимого излучения лежит между 380 и 400 нм, верхняя между 760 и 780 нм. Инфракрасным называют излучение, длины волн монохроматических составляющих, которого больше длин волн видимого излучения и меньше 1 мм. По данным МКО, различают следующие области инфракрасного излучения: ИК-А с длинами волн нм; ИК-В с длинами волн 1,4 3 мкм; ИК-С с длинами волн 3 мкм 1 мм. Различают монохроматическое и сложное видимое излучение. Монохроматическое излучение характеризуется очень узкой областью частоты (или длин волн), которая может быть определена одним значением частоты (или длины волны). Сложное излучение характеризуется совокупностью монохроматических излучений разных частот. Пример сложного излучения дневной свет. 15

16 Под спектром излучения понимают распределение в пространстве сложного излучения в результате его разложения на монохроматические составляющие. Действуя на глаз, излучения, имеющие разную длину волны, вызывают ощущение того или иного цвета. Приближенные границы цветных полос видимого излучения студенты определяют экспериментально в лабораторной работе «Изучение дисперсного спектра на двойном монохроматоре». Для представления о распределении светового потока, излучаемого источником в пространстве, пользуются кривыми распределения силы света (рис. 2). Эти кривые строятся обычно в полярных координатах следующим образом: сила света в разных направлениях откладывается в принятом масштабе на радиусах-векторах, проведенных из центра. Концы векторов, соответствующих значениям силы света в разных направлениях, соединяют и таким образом получают замкнутую поверхность; часть пространства, ограниченная этой поверхностью, называется фотометрическим телом силы света. Для большинства источников света и осветительных приборов фотометрическое тело симметрично относительно некоторой оси. Такие источники света и осветительные приборы называют симметричными. Кривые силы света в плоскостях, проходящих через ось симметрии, называют продольными кривыми силы света. Для симметричных источников света и осветительных приборов обычно строят половину продольной кривой силы света (от 0 до 180). Классификация светильников по кривым силы света приведена в лабораторной работе «Измерение силы света и светового потока электрических источников света». При оценке качества световой среды решающее значение имеет яркость свечения источника света и освещаемых им поверхностей. Яркость световая величина, которая непосредственно воспринимается глазом; она представляет собой поверхностную плотность силы света в заданном на правлении, которая определяется отношением силы света к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную тому же направлению. Различают два частных случая определения яркости L: 1) яркость в точке М поверхности источника в направлении светового луча, определяется по формуле: L = I / Acos θ, где I сила света в направлении I; А элемент светящей поверхности, содержащей точку М; Acos θ сила света, приходящаяся на единицу площади проекции; 16

17 2) яркость в точке М поверхности приемника (например, глаза или фотоэлемента) в направлении I представляет собой отношение освещенности Е, создаваемой в этой точке приемника в плоскости, перпендикулярной направлению I, к телесному углу Ω, в котором заключен световой поток, создающий эту освещенность (нормальная освещенность, приходящаяся на единицу телесного угла) (рис. 1): L = E / Ω. Единица яркости кандела на квадратный метр (кд/м 2). В общем случае яркость светящей поверхности различна в разных направлениях, поэтому яркость, подобно силе света, характеризуется значением и направлением. Поверхности, обладающие одинаковой яркостью по всем направлениям, называются равнояркими излучателями. К ним относятся, например, оштукатуренные и матовоокрашенные поверхности потолка и стен, осветительные приборы в виде шара из молочного стекла и др. Рис. 1. Схема к определению телесного угла света Рис. 2. Продольные кривые силы света источников Для плоской равнояркой во всех направлениях поверхности (при I θ = I cosθ) справедливо соотношение: Iθ L = = I / A = const. Acosθ 17

18 Сравним значения яркости для некоторых светящих элементов. Луна при полнолунии 2500 кд/м 2 ; Небо в зените в полдень (при различной облачности) кд/м 2 ; Солнце в зените 1, кд/м 2 ; Пламя стеариновой свечи кд/м 2 ; Люминесцентные лампы кд/м 2 ; Лампы накаливания (100 Вт) (0,5 15) 10 6 кд/м 2 ; Ксеноновые лампы 1, кд/м 2. Между яркостью и освещенностью поверхности, равномерно рассеивающей падающий на нее свет, существует важнейшая зависимость: L = Eρ/ π, где ρ коэффициент отражения. При световом потоке, проходящем через рассеивающее стекло с коэффициентом пропускания τ, яркость стекла определяется по формуле: L = Eτ/ π. По характеру распределения световых потоков, отраженных поверхностью или пропущенных телом, различают следующие основные их виды: а) рассеянное (диффузное) отражение от оштукатуренной поверхности потолка и стен или пропускание света молочным стеклом (рис. 3); б) направленное отражение или пропускание, например, при отражении света от зеркал и полированных поверхностей металла или пропускание света через оконное стекло (рис. 4); в) направленно-рассеянное отражение, например от поверхностей, окрашенных масляной краской, или пропускание света матированным стеклом. Более детально распределение световых потоков описано в глоссарии «Архитектурная светотехника». При направленном и направленно-рассеянном отражении света характеристикой распределения яркости в различных направлениях служит коэффициент яркости, определяемый из соотношения: r = L L, α α / o где L α яркость поверхности под углом к перпендикуляру на эту поверхность; L o яркость идеально рассеивающей поверхности, имеющей коэффициент отражения ρ = 1 и одинаковую освещенность с исследуемой поверхностью. 18

19 В общем случае для поверхностей, диффузно отражающих свет, коэффициент яркости равен коэффициенту отражения: r = L π / E или L = r E / π. α α α α Освещенность поверхности представляет собой плотность светового потока, то есть отношение светового потока Ф, падающего на элемент поверхности, содержащей данную точку, к площади этого элемента А: Е = Ф / А. Рис. 3. Схема, характеризующая диффузное отражение (а) и диффузное пропускание (б) света Рис. 4. Виды отражения света зеркальными (а) и блестящими (б) поверхностями Единица освещенности люкс (лк); 1 лк равен освещенности, создаваемой световым потоком в 1 лм, равномерно распределенным на поверхности площадью 1 м. Об освещенности, равной 1 лк, можно судить по следующим примерам: освещенность горизонтальной поверхности при лунном освещении (полнолуние) составляет 0,2 лк; минимальная освещенность на проезжей части улиц (посередине между фонарями) равна 1 0,5 лк. Освещенность, создаваемая точечным излучателем (рис. 5) с заданным распределением силы света, определяется по формуле: Eм = I cos α / d, где I сила света, кд; d расстояние от источника света до точки М, в которой определяется освещенность. Если излучателем является светящая линия, например, ряд люминесцентных ламп, то освещенность на расстоянии d пропорциональна d 1, а не d 2, как в случае точечного излучателя. 2 19

20 Студенту предлагается самостоятельно изучить шкалу электромагнитных волн (табл. 2). Следует обратить внимание на параметры видимой области и сравнить их с значениями, полученными в лабораторной работе «Изучение дисперсионного спектра на двойном монохроматоре». Рис. 5. Схема к определению освещенности от точечного источника света Шкала электромагнитных излучений Таблица 2 Тип излучения Характеристика рентгеновское ультрафиолетовое γ-излучение излучение излучение Длина волны λ, м Волновое число, 1/λ, см Частота ν = с/λ, Гц с = м/с скорость света Энергия кванта, Е = hν, эв, h постоянная Планка, h = 6, Джс Характеристическая температура, К θ = hν / К, К = 1, Дж К, постоянная Больцмана Источник излучения Способ получения излучения Метод регистрации Ядерная реакция превращения элементарных частиц Радиоактивный распад, космические процессы, ускорители Гейгеровские и сцинтилляционные счетчики, ионизационные камеры, камера Вильсона, пузырьковая, фотографический метод. Переходы внутренних электронов. К-захват. Атомные процессы при воздействии элементарных частиц. Рентген. трубка. Космические процессы, ускорители плазмы. Глаз, фотоэлементы и фотоумножители, фотографический метод Переходы электронов на К, L уровнях. К-захват. Процессы при воздействии элементарных частиц. Переходы в молекулах. Дуговой и искровой разряды. Раскаленные тела. 20

21 Окончание табл видимая инфракрасное излучение микроволновое радиочастотное низкочастотное область излучение излучение излучение (7,4-4,0) (1,35-2,5) ,1 0,001 0, (4-7,5) ,7-3, и менее (2,0-3,6) и менее Переходы валентных электронов Колебание молекул и атомов (в близкой Вращение молекул. Переворот спина электрона. Переворот спина ядра. в атомах и ИК). Вращение моле- молекулах кул (в далекой ИК). Раскаленные тела. Горячие нити. Магнетроны, клистроны, трубки с бегущей волной. Фотоэлементы. Металлические и полупроводниковые болометры. Фоторезисторы. Болометры, термостолбики, СВЧ-диоды. Радио- и телекоммуникационные устройства. Эл.контуры, генераторы переменного тока. Радиотехнические устройства. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛЕКЦИОННЫМ ЗАНЯТИЯМ 2. Основы фотометрии и светотехники Лекция Лабораторная работа 21 Вопросы лекции Форма обучения Лит. Вопросы для самоконтроля 1. Светоцветовая Лекция самостоятельное 1. Дайте определение световой среды. среда и ее характеристики изучение 2. Перечислите функции света. 3. Что такое цветовая среда? Приведите примеры различных приемов освещения. 4. Что такое яркость в точке источника света? 5. Что такое яркость в точке приемника света? Приведите примеры яркости некоторых освещенных и самосветящих поверхностей. 1. Что называется лучистой энергией? В каких единицах она измеряется? 2. Что называется лучистым потоком? 3. Перечислите составляющие оптического спектра. 4. Какими способами изучается спектральный состав излучения? 5. Дайте определение силы света и определение фотометрическому телу силы света. 6. Как связаны яркость и сила света равнояркой поверхности? 7. Приведите примеры диффузного, направленного и направленно рассеянного отражения.

22 УЧЕБНЫЙ БЛОК «ИНСОЛЯЦИЯ И СВЕТОЗАЩИТА» ВВЕДЕНИЕ Учебный блок «Инсоляция и светозащита» является одним из важнейших в курсе архитектурной физики. Это обусловлено, во-первых, неразрывностью связи человека с окружающей средой. Во-вторых, этот раздел является основой при изучении других дисциплин. Поэтому материал этого блока, по сравнению с первым блоком, предлагается на лекции и не выносится на самостоятельное изучение. Закрепить теоретический материал предлагается в курсовой работе. В рамках программы средней школы материал не изучался. Вместе с тем для изучения этого блока требуется наличие у студентов необходимых знаний и умений. Студенты: должны знать: законы освещенности; понятие телесного угла и единицу его измерения; законы геометрической оптики, понятие светового луча; иметь представление: о небесном своде и горизонте; о солнечной радиации и ее зависимости географической от широты, времени года и прозрачности воздуха; о спектральном составе солнечного излучения. Учебная программа блока Содержание блока Форма подготовки Литература 1. Оптическая теория естественного светового поля. лекция, самост. 2. Системы естественного освещения помещений. лекция 3. Методы расчета естественного освещ. помещения. лекция, самост. 4. Солнцезащита и светорегулирование в городской застройке и помещении. лекция 5. Моделирование инсоляции. Новейшие технологии светорегулирования. лекция «Естественное освещения помещения» Курсовая работа студент должен знать закон проекции телесного угла; закон светотехнического подобия; способ светотехнического моделирования принцип нормирования КЕО Цели обучения студент должен уметь решать комплексные задачи; рассчитывать освещенность поверхностей в определенное время года на заданной широте; определять КЕО и времени использования естественного света для проектируемого помещения; определять требуемую площадь и расположение светопроемов; пользоваться нормированными документами. 22

23 В лабораторный практикум данного учебного блока включены работы «Исследование условий инсоляции городской застройки и зданий» и «Экспериментальное определение и проверочный расчет коэффициента естественной освещенности» (КЕО)». КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА Введение Естественное и искусственное освещение городов и отдельных зданий и сооружений может и должно быть только «архитектурным», то есть выполнять одновременно экологическую, эстетическую и экономическую функции. Широкое понятие комфортности освещения связано главным образом с обеспечением благоприятной видимости и восприятия архитектурных форм, пространства и объектов человеком. При выборе приемов и систем освещения в процессе разработки архитектурного проекта можно условно выделить два этапа. На первом этапе решают следующие задачи: в соответствии с нормами выбирают необходимые уровни освещенности с учетом особенностей зрительной работы (размер объектов различения, светлота фона, контраст между объектами и фоном и т.п.); обеспечивают неравномерность, контрастность и направленность освещения, способствующие наилучшей видимости объектов различения и светомоделировке их формы; определяют спектр и динамику освещения, обеспечивающие требуемую цветопередачу и эмоциональную атмосферу; устраняют или ограничивают ослепленность и дискомфорт, возникающие при попадании в глаза прямых или отраженных лучей солнца, неба или источников искусственного света; выбирают расположение световых проемов, осветительных приборов и отделочных материалов, обеспечивающее комфортное распределение яркостей и цвета в пространстве. Второй этап проектирования включает решение архитектурной сверхзадачи создание архитектурного светового образа, который возникает в результате взаимодействия архитектуры и света. В интерьерах этот образ зависит от назначения помещений. Так, в зрительных залах архитектурный световой образ должен создавать впечатление праздничности и торжественности; в музеях и картинных галереях ощущение отрешенно- 23

24 сти от внешнего мира и сосредоточенности; в производственных помещениях иллюзию естественности световой среды. В современной архитектуре выразительные решения достигаются искусным сочетанием естественного и искусственного света, применением новейших светотехнических и строительных материалов и конструкций, разработкой оригинальных оптических систем, новых архитектурных форм и, в конечном итоге, рождением характерных образов. 1. Системы естественного освещения помещений Существуют три системы естественного освещения помещений: боковое, верхнее и комбинированное освещение. Эта классификация положена в основу нормирования естественного освещения. Система бокового освещения подразделяется на одно-, двух-, трехстороннее и круговое освещение. Система верхнего освещения может быть обеспечена различными устройствами от полностью светопропускающего покрытия до точечных фонарей и световых шахт. Система комбинированного естественного освещения представляет собой комбинацию бокового и верхнего освещения. Если любая из этих систем не обеспечивает требуемого уровня освещения и его качества (комфортности), то она может быть дополнена искусственным освещением. Такая система получила название совмещенной. Выбор архитектором систем освещения определяется, прежде всего, назначением помещения. Основными задачами проектирования естественного освещения зданий являются: 1) выбор типа, размеров и расположения световых проемов (в стенах и покрытиях), при которых в помещениях обеспечиваются нормированные показатели освещения; 2) защита рабочих зон помещения от слепящей яркости прямых и отраженных лучей солнца; 3) согласование выбранных светопроемов и их расположения с архитектурными требованиями к освещению, способствующими выявлению пространства, тектоники, ритма, цветового решения и характерного образа сооружения. При выборе типов окон и фонарей и их расположения в пространстве цеха необходимо учитывать большую архитектурную роль этих деталей интерьера, которые вносят свой ритм в членение пространства, способст- 24

25 вуют выявлению его глубины, а также во многом определяют художественную тектонику помещений. По характеру распределения прошедшего в помещение светового потока окна и фонари подразделяются на три вида (рис. 6): первый вид (рис. 6, а) характеризуется отчетливо выраженной направленностью светового потока, который четко выделяет формы рассматриваемой детали благодаря образующимся собственной и падающей теням, то есть обладает наилучшим светомоделирующим эффектом; световые проемы второго вида (рис. 6, б) создают в помещениях так называемое бестеневое освещение благодаря двустороннему или многостороннему освещению объектов в интерьере или применению в светопроемах светорассеивающих материалов (стекла, пленки, решетки и т.п.; обозначены штриховыми линиями); для третьего вида естественного освещения (рис. 6, в) характерно использование отраженного света, который создается скрытыми от наблюдателя окнами; этот прием освещения создает иллюзию открытого проема и зрительно увеличивает глубину пространства. Рис. 6. Классификация приемов естественного освещения по характеру светораспределения 25

26 Примеры использования отраженного света в архитектуре показаны на рис. 7. Рис. 7. Приемы использования отраженного света: а в трапезной Симонова монастыря (Москва); б, в в промышленных зданиях; г в картинной галерее Задачи проектирования естественного освещения зданий определяются их художественным образом и назначением. Классификация зданий в зависимости от требований к световой среде приведена в табл. 3. Естественное освещение зданий, относящихся к I группе, целесообразно решать так, чтобы свет подчеркивал архитектурное значение центральных (главных) помещений, акцентировал оси и членение пространства, служил своеобразным гидом при движении посетителей от вестибюля к центру здания. В основных помещениях зданий II группы свет используется как эффективное средство акцентирования внимания на объекте восприятия (картине, скульптуре, сценической или спортивной мизансцене, панораме и т.д.), то есть как бы без персонификации его роли в окружающем архитектурном пространстве. Для этого применяется неравномерное распределение света в помещении и используется эффект темновой адаптации глаз наблюдателей, располагающихся в зоне пониженной яркости. 26

27 Таблица 3 Классификация зданий по требованиям к световой среде Группа зданий I II III IV Требования к световой среде Определяются в основном идейно-художественными задачами Функциональные с учетом зрительной адаптации посетителей Определяются высокими требованиями к обеспечению условий зрительной работоспособности в сочетании с эстетическими и гигиеническими требованиями Определяются в основном психологическими, эстетическими и гигиеническими требованиями Примеры 1. Здания мемориальной архитектуры. 2. Здания парламентов, судов, власти. 3. Дворцы культуры, науки и искусства. 4. Культовые сооружения. 1. Панорамы, диорамы. 2. Картинные галереи и музеи. 3. Выставочные здания. 4. Спортивные залы. 1. Здания высших и средних учебных заведений. 2. Школы. 3. Здания проектных и научно-исследовательских институтов. 4. Производственные здания и офисы. 1. Здания лечебных учреждений, санаториев и домов отдыха. 2. Здания детских учреждений. 3. Жилые дома. Демонстрационные залы в зависимости от экспозиции подразделяются на два вида: в первых преобладают плоскостные экспонаты (картины, гобелены и т.п.), во вторых объемные (скульптура, оборудование). При проектировании картинных галерей необходимо предусматривать выполнение следующих требований: а) обеспечение достаточно интенсивной освещенности картин, которая характеризуется средним значением КЕО на плоскости картины в пределах 1,5 2 %; б) соблюдение определенного отношения среднего КЕО на плоскости картины е к к значению КЕО на вертикальной плоскости, проходящей через глаз наблюдателя, е в; численное значение отношения е к / е в должно быть больше единицы и не превышать 10; в) соблюдение определенного отношения среднего значения КЕО на горизонтальной плоскости в зале е г на уровне глаз наблюдателя к среднему значению КЕО на поверхности картины е к; численное значение отношения должно быть меньше единицы; г) полное устранение инсоляции помещений во избежание разрушительного действия на картины прямого солнечного света, особенно его ультрафиолетовой составляющей; 27

1. Нормы освещенности 2. Расчет искусственного освещения 3. Проектирование освещения интерьеров 1. Нормы освещенности При нормировании освещенности помещений разного назначения исходят из видимости объекта

1. ОСНОВНЫЕ СВЕТОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ 2. ВИДЫ ОСВЕЩЕНИЯ 3. НОРМИРОВАНИЕ 4. ИСТОЧНИКИ СВЕТА И СВЕТИЛЬНИКИ 900igr.net Световое излучение 590-560 нм 780 380 нм 560-500 нм Основные показатели количественные

T: ИССЛЕДОВАНИЕ ОСВЕЩЕННОСТИ Q1: Какой средний срок службы имеют лампы накаливания? A1: 1000 часов. A2: 2500 часов. A3: 500 часов. A4: 1-2,5 тыс.часов. Q2: Какой средний срок службы имеют люминесцентной

ЛЕКЦИЯ 7. ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ Недостаточность освещения вызывает утомление не только органов зрения, но и организма человека в целом, возрастает опасность травм. Яркий свет оказывает слепящее действие.

Естественное и искусственное освещение 1 Основные светотехнические величины Сила света I характеризует свечение источника видимого излучения в некотором направлении. Единица ее измерения в СИ кандела (кд).

Тема 4.2. Фотометрия 1. оток энергии излучения. Телесный угол. Электромагнитное излучение, как и любые волны, при своем распространении в какой-либо среде переносит энергию от точки к точке. Если на некотором

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра физики физики, электротехники и автоматики МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ ПО ФИЗИКЕ

1. Основы теории света и цвета 1. Излучение Под излучением понимается передача энергии в форме электромагнитных волн определенной частоты и длины. Большинство физических явлений относится к распространению

Государственное высшее учебное заведение «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра физики ОТЧЁТ по лабораторной работе 81 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ СВЕТА ЭЛЕКРИЧЕСКОЙ ЛАМПОЧКИ И ИЗУЧЕНИЕ ЕЁ СВЕТОВОГО

ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «БЕЛОРУССКО-РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра Промышленное и гражданское строительство АРХИТЕКТУРА Методические указания к выполнению расчета

Сегодня: вторник, 12 ноября 2013 г. Содержание лекции: Оптика Лекция 7 Световая волна Геометрическая оптика Световой поток Фотометрия 1 1. Световая волна Корпускулярно-волновой дуализм: свет в некоторых

1 2.5. Световая среда. Воздействие на человека Светотехнические величины Световые излучения входят в оптическую часть спектра электромагнитных колебаний. 1. Световым потоком Ф (люмен, лм) называется мощность

3.5 Освещенность 1 Цели: В результате изучения этого раздела Вы будете знать: светотехнические понятия; виды освещения рабочих мест; оценку освещения рабочих мест; применяемые типы осветительных установок

Ярославский государственный педагогический университет им. К. Д. Ушинского Лабораторная работа 1 Определение светотехнических характеристик ламп накаливания методом субъективного фотометрирования Ярославль

ИЗМЕРЕНИЕ ОСВЕЩЕННОСТИ КАБИНЕТОВ ШКОЛЫ Проект выполнен ученицами 8 класса ЧОУ СОШ «Исток» Котелевцевой Н. и Знаменской А. Научный руководитель:Белова Татьяна Владимировна Цель работы: Измерить освещенность

Составитель В.П. Сафронов 2013 г 1 4. ЭНЕРГИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ Qе, Дж энергия переносимая излучением. Как известно, движение материи лежит в основе всех явлений природы. Так, при возникновении теплового излучения

Фотометрия. Световой поток. Сила света Фотометрия. Почему в сумерки одни предметы можно рассмотреть, другие - нет? Почему некоторые светящиеся, смотреть больно, а то и опасно? Каким должен быть освещение

«Казанский (Приволжский) Федеральный Университет» Институт физики ОТЧЕТ по лабораторной работе 301 Основы фотометрии 2016 Лабораторная работа 301 Основы фотометрии Цель работы: ознакомление с основными

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра «Общая физика и физика нефтегазового производства»

Основные светотехнические понятия и их практическое применение В природе существует множество электромагнитных волн с различными параметрами: рентгеновские лучи, γ-лучи, микроволновое излучение и др. (см.

Лекция 5. 14.13. Кривая видности 31 Лекция 5 ЭЛЕМЕНТЫ ФОТОМЕТРИИ Фотометрией называется раздел оптики, изучающий энергетические характеристики светового излучения и его источников с точки зрения воздействия

Вариант 1 Начальный уровень 1. Какова взаимная ориентация векторов в электромагнитной волне? А. Вектор совпадает с направлением вектора и перпендикулярен вектору Б. Все три вектора взаимно перпендикулярны.

1 1.7. Анализаторы человека 1.7.1. Устройство анализатора. Зрительный анализатор Изменение условий окружающей среды и состояние внутренней среды человека воспринимается нервной системой, которая регулирует

Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра физики ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ФОТОМЕТРИИ Методические указания к лабораторной работе для студентов строительных

Оптика Оптика это раздел физики, в котором изучаются закономерности световых явлений, природа света и его взаимодействие с веществом. Световой луч это линия, вдоль которой распространяется свет. Закон

АНАЛИЗ СВЕТОТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СОВРЕМЕННЫХ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА Т. Н. Савкова Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого, Беларусь Научный руководитель Т. В. Алферова Проблемы

Вариант 1. 1. a) Источник света с яркостью L = 200 кд/м 2 находится на расстоянии s 1 = 20 см от тонкой линзы с фокусным расстоянием = 10 см. Построить ход лучей, найти, на каком расстоянии s 2 расположено

Лабораторная работа 3 Изучение фотометрических характеристик источника света Цель работы: освоение методики измерений освещённости при помощи люксметра, определение силы света точечного источника и построение

Лабораторная работа: Гигиеническое нормирование и контроль производственного освешения Цель работы 1. Изучить принципы организации производственного освещения. 2. Изучить особенности гигиенической оценки

Г О С У Д А Р С Т В Е Н Н Ы Й С Т А Н Д А Р Т С О Ю З А С С Р ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ЯРКОСТИ ГОСТ 26824-86 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ СТРОИТЕЛЬСТВА МОСКВА РАЗРАБОТАН Государственным

5.5 Световая среда 1 Цели: В результате изучения этого раздела Вы будете знать: светотехнические понятия; виды освещения рабочих мест; оценку освещения рабочих мест; применяемые типы осветительных установок

Оптика Интерференция света Лекция -3 Постникова Екатерина Ивановна, доцент кафедры экспериментальной физики 5 Интерференция света Световые волны Свет сложное явление: в одних условиях он ведет себя как

Л19 Электромагнитные волны Существование эл-магн волн вытекает из уравнений Максвелла. Случай однородной нейтральной (=) непроводящей (j =) среды rote B H D E div B t t t t B H Уравнения Максвелла H

ФОНД ОЦЕНОЧНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ОБУЧАЮЩИХСЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ (МОДУЛЮ). Общие сведения 1. Кафедра Искусств, сервиса и туризма 2. Направление подготовки 44.03.05 «Педагогическое

ГОСТ -. Здания и сооружения. Методы измерения яркости ГОСТ - УДК..:. Группа Ж ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР Здания и сооружения Методы измерения яркости Buildings and structures. Methods for measuring

Министерство образования Российской Федерации Томский политехнический университет Кафедра теоретической и экспериментальной физики «УТВЕРЖДАЮ» Декан ЕНМФ Ю.И. Тюрин 2003 г. Ознакомление с основами фотометрии

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АБИОТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ СРЕДЫ Цель работы: изучить основные факторы среды освещенность, температуру и влажность, проанализировать влияние экологических факторов на живые

СБОРНИК ЗАДАНИЙ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ ПО КУРСУ «ФИЗИЧЕСКАЯ ОПТИКА» Составлены: Поляковой Т.В., Симоновой Г.В. Предисловие Сборник задач составлен в соответствии с программой курса «Физическая

Министерство образования Российской Федерации ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ ВОЛНЫ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И РАЗМЕРОВ МАЛЫХ ПРЕПЯТСТВИЙ Методические указания Иркутск 2004 Печатается

Девиз: Свет Освещенность помещений: нормативы и их практическая реализация Выполнил: Шагина К.В. Рукводитель: д.п.н.,проф. Толстенева А.А. Архитектура и коммунальное хозяйство 2012 1 Содержание 1 Введение

1. Прикладная акустика. Сигналы и шумы.. Физические характеристики звукового поля. 3. Физиологические характеристики звука. Многообразные задачи прикладной акустики можно отнести к одной из двух основных

МІНІСТЭРСТВА АХОВЫ ЗДАРОЎЯ РЭСПУБЛІКІ БЕЛАРУСЬ МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ПАСТАНОВА ПОСТАНОВЛЕНИЕ 28 июня 2012 г. 82 Об утверждении Санитарных норм и правил «Требования к естественному,

Государственное высшее учебное заведение «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра физики ОТЧЁТ по лабораторной работе 87 ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕКТРОВ ПОГЛОЩЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВОГО ЭФФЕКТА

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреадение высшего профессионального образования «Московский государственный гуманитарно-экономический

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 48 ИЗУЧЕНИЕ ДИФРАКЦИИ СВЕТА НА ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКЕ Цель работы изучение дифракции света на одномерной дифракционной решетке, определение длины волны излучения полупроводникового лазера.

Основы квантовой оптики Тепловое излучение 1 Абсолютно черное тело Закон Кирхгофа 3 Законы излучения абсолютно черного тела Квантовая гипотеза и формула Планка 5 Оптическая пирометрия 6 Вывод из формулы

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ЯРКОСТИ ГОСТ 26824-86 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ СТРОИТЕЛЬСТВА МОСКВА РАЗРАБОТАН Государственным комитетом СССР по делам

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЯРКОСТИ И ЦВЕТНОСТИ УПРАВЛЯЕМОЙ СВЕТОЦВЕТОВОЙ СРЕДЫ ЗАМКНУТЫХ ОБЪЕКТОВ С.М. Гвоздев, О.К. Кущ, А.А. Ливенцова Московский Энергетический Институт (Технический университет),

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» Инженерно-строительный факультет Кафедра «Технология,

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ для решения Контрольной работы 3 Основные формулы и примеры решения задач 1, 3 приведены в задачнике под ред. А.Г. Чертова, стр.147-158 Основные формулы и примеры решения задач 4,

Программа составлена на основе федерального государственного образовательного стандарта высшего образования (уровень подготовки кадров высшей квалификации) по направлению подготовки 13.06.01 Электро- и

Тема 7 Проектирование и расчет производственного освещения Цель: формирование у студентов знаний и навыков проектирования и расчета производственного освещения на рабочем месте. План занятия: 1. Изучить

ИСТОЧНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ И ОСВЕЩЕНИЯ. Действие источника излучения на фото-транзистор зависит от спектральной чувствительности транзистора и распределения энергии в спектре источника. При рассмотрении этой

Расчет освещения по методу коэффициента использования светового потока. При проектировании осветительной установки необходимо решить следующие основные вопросы: выбрать систему освещения и тип источника

Физика 11 класс (базовый уровень) (2 часа в неделю, всего 70 часов) Используемые учебные пособия: 1. Жилко, В. В. Физика: учеб. пособие для 11 класса учреждений общ. сред. образования / В. В. Жилко, Л.

ПРИМЕРНЫЕ КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ ПО ОСНОВНЫМ ТЕМАМ Х класса. Контрольная работа на 15 минут по теме «Механические колебания». 1. Груз, прикрепленный к пружине, колеблется на горизонтальном стержне. Смешение

При падении излучения на тело часть света отражается, а другая проходит внутрь среды. В среде часть излучения может поглотиться или рассеяться (при наличии в ней неоднородностей), а остальная часть пройти

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет» Кафедра безопасности

Лекция Пространственно-временные масштабы в астрофизике Диапазон временных шкал и расстояний, встречающихся в астрофизике, весьма широк Из-за конечности скорости света c существует фундаментальное соотношение,

В учебнике рассматриваются теоретические основы формирования комфортной светоцветовой, тепловой и акустической среды в городах и зданиях. Излагаются методы нормирования, расчёта и проектирования ограждающих конструкций, освещения, инсоляции, солнцезащиты, цветового решения, акустики, звукоизоляции зданий и борьбы с городскими и производственными шумами. Для студентов архитектурных вузов и факультетов.

Предисловие.5

Введение. Предмет и место архитектурной физики в творческом методе архитектора... 7

Часть I. Архитектурная климатология. . 12

Глава 1. Климат и архитектура...12

Глава 2. Климатический анализ.15

Часть II. Архитектурная светология..46

Глава 3. Светоцветовая среда - основа-восприятия архитектуры.46

3.1. Свет, зрение и архитектура..46

3.2. Основные величины, единицы и законы...63

Глава 4. Архитектурное освещение..71

4.1. Системы естественного освещения помещений..73

4.2. Световой климат. 87

4.3. Количественные и качественные характеристики освещения.96

4.4. Нормирование естественного освещения помещений.99

4.5. Расчет естественного освещения помещений.110

4.6. Оптическая теория естественного светового поля..121

4.7. Источники искусственного света и осветительные приборы...129

4.8. Нормирование и проектирование искусственного освещения.158

4.9. Совмещенное освещение помещений.173

4.10. Нормирование и проектирование освещения городов..177

4.11. Моделирование архитектурного освещения. 196

Глава 5. Инсоляция и солнцезащита в архитектуре.205

5.1. Основные понятия...205

5.2. Нормирование и проектирование инсоляции застройки.209

5.3. Солнцезащита и светорегулирование в городах и зданиях..219

5.4. Моделирование инсоляции. 238

5.5. Экономическая эффективность нормирования инсоляции

И солнцезащиты.242

Глава 6. Архитектурное цветоведение. . 244

6.1. Основные понятия...244

6.2. Систематизация цветов. Колориметрическая система МКО... 254

6.3. Воспроизведение цвета...258

6.4. Нормирование и проектирование цвета.. 266

Часть III. Архитектурная акустика 286

Глава 7. Звуковая среда в городах изданиях.286

7.1. Основные понятия...286

7.2. Звук и слух.292

7.3. Основные закономерности распространения звука и шума. 297

Глава 8. Шумозащита и звукоизоляция в городах и зданиях..304

8.1. Источники шума и их характеристики.304

8.2. Нормирование шума и звукоизоляции ограждений..313

8.3. Проектирование шумозащиты и звукоизоляции.321

8.4. Моделирование шумозащиты и звукоизоляции.364

8.5. Технико-экономическая эффективность мероприятий по шумозащите и звукоизоляции. . . 366

Глава 9. Акустика залов..368

9.1. Основные акустические характеристики залов.371

9.2. Оценка акустического качества залов.378

9.3. Общие принципы акустического проектирования залов.384

9.4. Залы для речевых программ. 398

9.5. Залы для музыкальных программ..404

9.6. Залы с совмещением речевых и музыкальных программ..411

9.7. Моделирование акустики залов. . 418

9.8. Системы озвучания залов..425

Приложения..430

Предметно-именной указатель.438

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебник по архитектурной физике издается под таким названием впервые и является развитием учебника «Основы строительной физики», изданного в 1975 г. проф. Н. М. Гусевым, основателем кафедры строительной физики МАрхИ.

Новое название учебника и кафедры не случайно. Актуальность проблемы экологизации современной архитектуры ныне признана во всем мире, а поскольку свет, цвет, климат и звук являются основными факторами, формирующими комфортность искусственной окружающей среды (архитектуры), вписываемой в естественную среду (природу), эта проблема имеет огромное значение для развития качественно нового этапа в капитальном строительстве и массовой урбанизации.

Естественна поэтому и необходимость экологизации высшего архитектурного образования. По существу, архитектурная физика является второй частью новой дисциплины, которую должен изучать современный архитектор, - «Архитектурная экология». Первая часть этой дисциплины - «Архитектурное природопользование» («Охрана окружающей среды») включает основы защиты живой и неживой природы от воздействия на нее урбанистической деятельности человека, принявшей ныне глобальный характер, что вызывает обостренную озабоченность во всем мире.

Архитектурная физика изучает теоретические основы и практические методы формирования архитектуры под воздействием солнечного и искусственного света, цвета, тепла, движения воздуха и звука, а также природу их восприятия человеком с оценкой социологических, гигиенических и экономических факторов.

Кроме того, эта наука - фундамент, на котором базируются важнейшие положения основных строительных документов - СНиПов, регламентирующих комфортность, плотность и экономичность застройки.

Архитектурная физика как часть архитектурной экологии (а ныне одной из важнейших и обязательных частей проекта является его экологический раздел) непосредственно помогает определить качество проекта на всех стадиях (а следовательно, и качество архитектуры) по нескольким основным группам критериев¹: 1) комфортность городских пространств и интерьеров зданий и их функциональность; 2) надежность (долговечность) сооружений; 3) выразительность (композиция, светоцветовой образ, масштабность, пластика и т.п.); 4) экономическая эффективность (особенно при индустриальном строительстве).

Все эти критерии в значительной степени предопределяются при проектировании профессиональным учетом светоклиматических и акустических параметров среды и элементов зданий.

Следовательно, архитектурная физика имеет самые непосредственные связи с профилирующими дисциплинами - «Архитектурное проектирование» , «Теория, история и критика архитектуры» и «Архитектурные конструкции», а также с системой государственной экспертизы проектов. Архитектурная физика находится на стыке таких наук, как астрономия, метеорология и климатология, а поскольку архитектура служит для обеспечения жизнедеятельности человека и представляет основные материальные и культурные фонды любой страны, эта наука тесно связана с гигиеной, эстетикой, психологией, социологией и экономикой.

Содержание учебника отвечает современному уровню развития этой науки и учитывает многолетний опыт ее преподавания в Московском архитектурном институте, дискуссии, проведенные в последние годы в научных изданиях нашей страны и за рубежом, правительственные постановления по экологическим и градостроительным вопросам и программы Академии наук России по биосферным и экологическим исследованиям.

В каждой из основных частей учебника приводятся примеры проектирования комфортной среды из отечественной и зарубежной архитектурной и градостроительной практики.

Изучение курса сопровождается выполнением студентами учебноисследовательских работ, связанных с архитектурным проектированием городов и зданий. Для адаптации расчетных работ к реальным условиям творческой работы архитектора в учебнике приведены графические, табличные и справочные материалы.

Основные разделы учебника завершаются списками литературы, с помощью которых студенты и аспиранты могут расширить свои знания и освоить методы научно-исследовательских работ по архитектурной физике.

В учебнике использованы действующие нормативные документы и результаты новейших исследований отечественных и зарубежных ученых в области архитектуры, градостроительства, архитектурной физики и экологии.

Предисловие, введение и главы 3 и 5 написаны Н.В. Оболенским, главы 1 и 2 - В.К. Лицкевичем, глава 4 - Н.В. Оболенским и Н.И. Щепетковым, глава 6 - И.В. Мигалиной, главы 7 и 8 - А.Г. Осиповым, глава 9 -Л. И. Макриненко.

¹ По аналогии с критериями Витрувия «польза, прочность, красота» (обратим внимание на то, что даже Витрувий говорит о красоте здания только после пользы и прочности).

Скачать книгу . Книга выкладывается в научных и образовательных целях.

Нельзя понимать под архитектурной наукой лишь красоту и изящество форм, пропорций и линий, искусствоведческие изыскания о закономерностях композиционных соотношений, споры о тектонической сущности форм и историю создания архитектурных шедевров, которые и стали таковыми именно потому, что создатели их понимали: выразительность архитектуры зависит от природных параметров среды.
К.т.н., архитектор Н.В. Оболенский
Эксплуатационные качества зданий и отдельных помещений определяются не только их размерами, качеством отделки и т.п. Важным фактором является степень защищенности от внешних воздействий, таких как холод или излишнее тепло, атмосферные осадки, шум. Помещения должны подвергаться (или не подвергаться) определенное время воздействию прямых солнечных лучей, иметь достаточную освещенность, благоприятный акустический климат. Правильный учет этих факторов обеспечивает такое состояние искусственной среды жизнедеятельности, которое воспринимается человеком как комфортное.
Эти вопросы рассматривает строительная физика, включающая несколько направлений. Основными из них являются строительная теплотехника (теплопередача в ограждающих конструкциях, их паро- и воздухопроницаемость, температурно-влажностный режим помещений), строительная светотехника (естественное и искусственное освещение помещений, инсоляция и солнечная радиация), строительная акустика (звукоизоляция и акустика помещений). Знание этих вопросов позволяет архитектору правильно выбрать тип ограждающей конструкции, количество и величину проемов, ориентацию здания по сторонам света, форму зрительного зала, предусмотреть мероприятия по защите от шума и т.д.

Понятие о строительной климатологии

Для территории России характерно разнообразие природно-климатических условий. Вся территория бывшего СССР для строительства делится на 4 климатических района (I – IV), каждый из которых имеет несколько подрайонов. Их общие характеристики приводятся в СНиП 2.01.01‑82 «Строительная климатология и геофизика», а также в СНиП 2.01.07‑85 «Нагрузки и воздействия».
Наиболее суровые климатические условия в I районе (70 % территории СССР – север и северо-восток Сибири и европейской части страны, Урал, материковые территории и прибрежные части Ледовитого океана и северных морей). Характеризуется длительным холодным периодом (7-9 месяцев в году) с низкими температурами (до –50, –60°С), сильными ветрами в прибрежных подрайонах, снежными метелями, длительной полярной ночью (севернее Полярного круга), вечной мерзлотой грунтов. Это определяет «закрытый» жизненный режим населения с более продолжительным, чем в других районах, пребыванием в помещениях, большую степень изоляции зданий от воздействий внешней среды.
II и III климатические районы (средняя полоса) характеризуются умеренным климатом с примерно равными холодным и теплым периодами с умеренными положительными и отрицательными температурами и другими климатическими показателями. Это районы наиболее населенной части страны. Жизненный режим здесь более «открытый». Взрослое население и дети во все времена года могут длительное время находиться вне зданий.
Южные районы (IV и частично III) характеризуются продолжительным теплым периодом (до 9 месяцев в году), высокими положительными летними температурами и различными особенностями микроклиматов подрайонов: приморских, жарких степных и полупустынных территорий с песчаными бурями, влажных и жарких субтропиков, горных и т.д. Здесь население широко использует различные летние помещения, дворы. Для зданий существенна защита от перегрева солнечной радиацией, резких суточных изменений температуры, излишней влажности и др.
Наиболее важными составляющими климата, которые необходимо знать, прежде чем приступать к проектированию, являются данные о следующих природно-климатических факторах:
Прямая и рассеянная солнечная радиация – основными факторами являются бактерицидное и температурное воздействия. Эти данные учитываются:

• при выборе расположения и ориентации здания на участке, позволяя определять продолжительность и интенсивность инсоляции помещений в различное время года, а также степень инсоляции прилегающих территорий;
• при расчете стен и покрытий зданий на теплоустойчивость в жаркие летние месяцы;
• при выборе архитектурно-планировочных и конструктивных солнцезащитных мер, устраняющих перегрев помещений в летние месяцы;
• при выборе систем вентиляции и кондиционирования воздуха.

Ультрафиолетовая радиация – основным фактором является бактерицидное воздействие. Учитывается:

• при проектировании фотариев – помещений, в которых создаются кратковременные источники ультрафиолета, что необходимо в северной зоне и при длительном пребывании людей в помещениях с недостаточным естественным освещением;
• при выборе конструкций окон и фонарей, при расчетах природной ультрафиолетовой облученности, проникающей в помещения лечебных зданий, детских учреждений и др.;
• при выборе облицовки фасадов и отделки интерьеров, повышающих насыщенность помещений прямой, рассеянной и отраженной ультрафиолетовой радиацией.

Естественная наружная освещенность – учитывается:

• при выборе типов, размеров и расположения окон и фонарей в соответствии с требованиями главы СНиП «Естественное и искусственное освещение»;
• при определении времени использования естественного освещения в помещениях, что позволяет в некоторых случаях мотивировать отказ от естественного света (зрительный зал, подсобное помещение);
• при выборе рода освещения (естественное, искусственное или совмещенное), проектировании установок искусственного света (имитация естественного освещения по яркости и спектру).

Температура и влажность наружного воздуха. Данные об их годовой динамике используются:

• при выборе объемно-планировочного решения здания (в холодных районах предпочтительна более компактная планировка и застройка);
• при выборе и расчете элементов ограждающих конструкций (стен, покрытий, заполнения проемов) по теплотехническим требованиям;
• при расчете систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха;
• при прочностном расчете конструкций на температурные воздействия.

Господствующее направление, скорость и давление ветра учитываются:

• при расположении здания на участке для устранения интенсивного охлаждения помещений за счет воздухопроницаемости стен и окон;
• при определении конструкции и расположения окон и фонарей, обладающих обычно повышенной воздухопроницаемостью;
• при расчете аэрации помещений и территорий;
• при прочностных расчетах конструкций зданий.

Скорость ветра определяется как горизонтальная составляющая осредненной скорости воздушного потока на высоте 10-15 м от земли. При проектировании высотных сооружений следует учитывать увеличение скорости ветра по высоте.
Направление ветра определяется той частью горизонта, откуда перемещается воздушный поток.
Средняя скорость ветра по направлениям горизонта и повторяемость направлений ветра в (%) – основные характеристики ветра на территории застройки. В процессе проектирования часто пользуются графическим изображением характеристик ветра в виде специальной диаграммы – «розы ветров», на которой приводятся данные о повторяемости и скорости ветра на данной местности за определенный период.
Количество осадков в летнее и зимнее время года. Эти данные необходимы:

• при проектировании расположения здания на участке, с целью устранения большого снегообразования на территории и крыше;
• при выборе формы и расположения фонарей, не способствующих задерживанию снега на крыше;
• при проектировании карнизов и водостоков для быстрого удаления ливневых и талых вод;
• при разработке способов удаления снега с крыши;
• при выборе облицовки фасада здания, заполнения проемов с учетом их водостойкости (в Дальневосточном Приморье количество осадков, выпадающих на вертикальные поверхности, может в 3 раза превышать выпадение на горизонтальные поверхности – «косые» дожди);
• при прочностных расчетах конструкций. Плотность снега (140-360 кг/м3) зависит от высоты снежного покрова, продолжительности его залегания, скорости ветра, температуры воздуха. Существенно увеличивают плотность временные периоды с положительными температурами воздуха.

Данные об основных климатических факторах определяются путем обработки многолетних измерений метеостанций на основе методов математической статистики.

Строительная теплотехника

Оптимальное состояние воздушной среды помещения по параметрам температуры, влажности и чистоты обеспечивается комплексом мер: расположением здания в застройке, соответствием его объемно-планировочного решения природно-климатическим условиям, системами отопления, вентиляции и кондиционирования и выбором конструкции наружных ограждений, обеспечивающих необходимую теплозащиту помещений. Последнее выполняется методами строительной теплотехники.
Строительная теплотехника базируется на общей теории теплообменных и массообменных процессов. Наружные ограждающие конструкции рассматриваются в этих процессах как открытые системы, обменивающиеся с внешней средой тепловой энергией (теплообмен) и веществом (влаго- и воздухообмен).
При проектировании зданий решаются следующие теплотехнические задачи:

• Обеспечение необходимого уровня теплозащиты наружных ограждающих конструкций зимой.
• Обеспечение на внутренней поверхности ограждения уровня температур, не позволяющего образовываться конденсату.
• Обеспечение теплоустойчивости ограждения в летние месяцы.
• Создание осушающего влажностного режима наружных ограждений.
• Ограничение воздухопроницаемости ограждающих конструкций.

Теплопередача в ограждающих конструкциях

Необходимым условием теплопередачи в любой среде является разность температур в различных точках среды. Тепловая энергия распространяется при этом от точек с более высокой температурой к точкам с более низкой. Наружные ограждающие конструкции разделяют среды с различными температурами, что и вызывает процессы теплопередачи в них.
Различают три вида теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение. Так как большинство строительных материалов являются капиллярно-пористыми телами, в них возможны все виды теплопередачи. Однако в практических расчетах обычно считают, что теплопередача внутри строительных материалов происходит по законам теплопроводности. Теплопередача конвекцией и излучением происходит в воздушных прослойках и у поверхностей конструкций на границах с наружным и внутренним воздухом.
В теплотехнических расчетах принято различать однородные (однослойные) и слоистые (многослойные) ограждающие конструкции, состоящие соответственно из одного или нескольких однородных плоских слоев, расположенных перпендикулярно направлению теплового потока (обычно параллельно наружной и внутренней поверхностям конструкции), а также неоднородные конструкции, которые имеют различные характеристики теплопроводности по площади ограждения.

Стационарные условия теплопередачи (одномерный тепловой поток)

Теплопроводность материалов

Через плоскую и достаточно протяженную конструкцию (чтобы можно было пренебречь краевыми эффектами) тепловой поток проходит перпендикулярно к ее поверхности в направлении от более высокой температуры к более низкой.

Строительные материалы состоят из твердой фазы, а также пор и капилляров, которые заполнены воздухом, водяным паром или жидкостью. Соотношение и характер этих элементов и определяют теплопроводность материала.
У металлов теплопроводность высока, так как определяется потоком электронов. Чем выше электропроводность, тем выше и теплопроводность.
Теплопроводность каменных материалов обусловлена тепловыми колебаниями структуры. Чем тяжелее атомы этой структуры и чем слабее они связаны между собой, тем меньше теплопроводность. Камни с кристаллической структурой более теплопроводны, чем стекловидные.
Коэффициент теплопроводности капиллярно-пористых материалов зависит от их средней плотности (пористости) и влажностного состояния. При этом значение играет также средний размер пор и их характер (открытые, сообщающиеся или закрытые). Более низкую теплопроводность имеют пористые материалы с закрытыми порами малого (1 мм) размера. С повышением влагосодержания материала его теплопроводность возрастает. Особенно это заметно зимой, когда содержащаяся в порах вода замерзает.
Изменения коэффициентов теплопроводности строительных материалов при изменении содержания влаги настолько существенны, что их значения устанавливают в зависимости от влажностной характеристики климата и влажностных условий эксплуатации помещений. СНиП различает 3 зоны влажности (влажная, нормальная и сухая) и 4 влажностных режима помещений:

По сочетанию зоны влажности и влажностного режима помещений назначаются условия эксплуатации ограждающих конструкций (А или Б), в зависимости от которых выбираются коэффициенты теплопроводности.
Материалы, применяемые для теплоизоляционных слоев ограждающих конструкций должны, как правило, иметь коэффициент теплопроводности в сухом состоянии не выше 0,3 Вт/м×°С.

Особенности теплотехнического расчета неоднородных ограждающих конструкций

Реальные ограждающие конструкции обычно неоднородны в теплотехническом отношении, так как в них имеются проемы, углы, стыки, теплопроводные включения.
Например, температура в наружном углу стены значительно (на 4-7 °С) ниже температуры внутренней поверхности участка стены, удаленного от угла. Это объясняется тем, что площадь тепловосприятия значительно меньше площади теплоотдачи с одной стороны, и понижением коэффициента тепловосприятия (из-за уменьшения лучистого теплообмена и ослабления конвекционных токов воздуха) с другой. Такое понижение температуры может привести к появлению сырости в углах. Для предупреждения этого требуется дополнительное утепление или размещение в углах стояков отопления.
Температура на таких участках изменяется не только по толщине конструкции, но также по ее длине или высоте, то есть изменение не является одномерным. При установившемся потоке тепла распределение температур в таких местах определяется решением дифференциального уравнения теплопроводности (уравнение Лапласа)

Теплопередача в нестационарных условиях

Изложенные ранее расчеты основаны на постоянстве температур с наружной и внутренней сторон ограждения, вследствие чего через него проходит установившийся тепловой поток. В реальных условиях это наблюдается редко. Постоянно происходят колебания температуры наружного воздуха, изменяется температура в помещении (особенно в зданиях с периодически действующим отоплением), в летнее время наружная поверхность нагревается еще и за счет солнечной радиации. Все это вносит погрешности в теплофизические расчеты по установившимся условиям. Поэтому в некоторых случаях необходимо выполнять расчеты при нестационарных условиях теплопередачи.

Теплоустойчивость ограждающих конструкций

Теплозащитные качества ограждающих конструкций, эксплуатируемые в жарких районах (со среднемесячной температурой) оцениваются по теплоустойчивости. Это свойство конструкции сохранять при колебаниях теплового потока относительное постоянство температуры на обращенной в помещение поверхности. Это одно из условий комфортности пребывания человека в помещении.

Количественная оценка теплоустойчивости проводится по затуханию в конструкции температурных колебаний. Величина затухания вычисляется как отношение амплитуды колебаний температуры на поверхности, непосредственно воспринимающей температурное воздействие к амплитуде на противоположной поверхности.

Воздухопроницаемость ограждений

Еще одним свойством, характеризующим теплотехнические качества конструкции, является ее воздухопроницаемость. Проникновение (фильтрация) воздуха через ограждение возникает вследствие разницы давлений теплого и холодного воздуха (тепловой напор), а также в результате ветрового напора.
Воздухопроницаемость материалов характеризуется коэффициентом воздухопроницаемости , который определяет количество воздуха в кг, проходящего через 1 м2 материала толщиной 1 м в течение единицы времени при разницы давлений в 1 Па — i [кг/м×ч×Па].

Влажностный режим ограждающих конструкций

С повышением влажности материалов возрастает их теплопроводность. Это приводит к понижению сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций. Для сохранения их теплозащитных свойств следует предусматривать меры по предотвращению возможного увлажнения.
Вообще повышение влажности конструкций нежелательно по многим причинам. С гигиенической точки зрения влажные конструкции – источник повышения влажности в помещениях, что отрицательно сказывается на самочувствии людей. Увлажненные материалы представляют собой благоприятную среду для развития микроорганизмов, что вызывает ряд заболеваний. С технической точки зрения влажные материалы быстро разрушаются из-за расширения влаги при замерзании в порах и капиллярах, коррозии (окисление металла, выщелачивание извести из растворов), биологических процессов.

Причины появления влаги в конструкциях

Строительная влага обусловлена мокрыми процессами при производстве строительных конструкций (кладка из кирпича на строительных растворах, тепловлажностная обработка железобетонных изделий). В правильно запроектированных конструкциях эта влага устанавливается в допустимых пределах в течение первых лет эксплуатации здания.
Грунтовая влага проникает в конструкцию в результате капиллярного подсоса при нарушении гидроизоляции. В зависимости от структуры материала капиллярная влага может подниматься на высоту 2,5-10 м.
Атмосферная влага в виде косых дождей при ветре или инея, выпадающих на наружной поверхности увлажняет конструкцию на глубину нескольких сантиметров.
Эксплуатационная влага увлажняет примыкающие к полу части стен при мытье полов, при проливе технологических жидкостей.
Последние три вида увлажнения конструкций можно устранить или резко сократить конструктивными мерами.
Гигроскопическая влага – следствие сорбционного свойства капиллярно-пористых материалов поглощать влагу из воздуха (гигроскопичность). Степень гигроскопического увлажнения предопределяется температурно-влажностным режимом окружающей среды. У ограждающих конструкций, эксплуатируемых в агрессивных средах, гигроскопичность материалов повышается в 4-5 раз за счет повышения содержания водорастворимых соединений.
Конденсационная влага вызывается отклонениями температурно-влажностных параметров воздушной среды помещений и чаще всего является причиной переувлажнения конструкции. Конденсация влаги может происходить как на поверхности конструкции, так и в ее толще в процессе диффузии водяного пара.
Гигроскопическое и конденсационное увлажнения могут быть стабилизированы рациональным конструированием ограждения на основе теплотехнических расчетов.

Абсолютная и относительная влажность воздуха

Атмосферный воздух всегда содержит некоторое количество влаги в виде паров. Количество влаги в граммах, содержащееся в 1 м3 воздуха, называется абсолютной влажностью f [г/м3]. Для расчетов удобнее оценивать количество водяного пара в единицах давления. С этой целью используется парциальное давление водяного пара e [Па] или [мм. рт. ст.], называемое действительной упругостью водяного пара .
Действительная упругость увеличивается с повышением абсолютной влажности воздуха, но не может возрастать беспредельно. При определенной температуре и барометрическом давлении воздуха имеет место предельное значение абсолютной влажности воздуха F [г/м3], соответствующее полному насыщению воздуха водяным паром. Далее влажность при тех же условиях повышаться не может. Этому значению соответствует максимальная упругость водяного пара E [Па] или [мм. рт. ст.], называемая также давлением насыщения водяного пара.
С повышением температуры воздуха предельные значения влажности (E и F) увеличиваются, следовательно, абсолютная влажность f и парциальное давление е не дают представления о степени насыщения воздуха влагой, если не указана его температура.

Относительная влажность определяет:

• интенсивность испарения влаги с увлажненных поверхностей (в частности, с поверхности человеческого тела);
• процесс поглощения влаги строительными материалами (процесс сорбции);
• процесс конденсации влаги в воздухе и на поверхности конструкций.

При повышении температуры воздуха с заданным влагосодержанием (e=const), относительная влажность уменьшается, так как возрастает значение максимальной упругости водяного пара E. При понижении температуры относительная влажность растет, так как E понижается. В процессе понижения температуры при некотором ее значении максимальная упругость становится равной действительной упругости водяного пара e. При этом j=100 % и наступает состояние полного насыщения воздуха водяным паром. Соответствующая этому моменту температура называется температурой точки росы tр для данной влажности воздуха. При понижении температуры ниже точки росы максимальная и действительная упругости будут понижаться, оставаясь равными, а излишек влаги будет конденсироваться, то есть переходить в капельно-жидкое состояние.
В зимнее время тонкий слой воздуха, непосредственно примыкающий к внутренней поверхности ограждающей конструкции, охлаждается до ее температуры, которая может достигнуть точки росы. Поэтому необходимо обеспечить на внутренней поверхности такую температуру, чтобы tв>tр.
Температура в наружных углах помещений, на поверхности теплопроводных включений обычно ниже, чем на остальных участках ограждения. Так для Тулы температура вблизи наружного угла на 4-6 °С ниже, чем вдали от него. Поэтому возможность образования конденсата следует, прежде всего, проверять для таких мест, предусматривая в необходимых случаях мероприятия для повышения их температуры (дополнительное утепление, размещение стояков отопления…).

Диффузия водяного пара через ограждающую конструкцию

В холодное время года наружная ограждающая конструкция отапливаемого здания разделяет две воздушные среды с одинаковым барометрическим давлением, но с разными температурами и упругостями водяного пара. Даже при более высокой относительной влажности холодный наружный воздух содержит меньше водяного пара, чем теплый внутренний. То есть парциальное давление водяного пара внутри помещения ев будет значительно больше наружного ен. Их разность для жилых зданий достигает значительных величин: 1,2-1,3 КПа, а для зданий с повышенной температурой и влажностью может быть существенно выше.
Под влиянием разности парциальных давлений возникает поток водяного пара, направленный от внутренней поверхности к наружной – диффузия водяного пара .

Коэффициент паропроницаемости m отражает способность материала пропускать диффундирующий водяной пар. Он численно равен количеству влаги в мг, которое диффундирует за единицу времени через слой материала толщиной 1 м площадью 1 м2 при разности парциальных давлений на поверхности слоя 1 Па [мг/(м×ч×Па)].
Из строительных материалов наибольшим коэффициентом паропроницаемости обладают минераловатные плиты (до 0,6 мг/(м×ч×Па)), а наименьшим – рубероид (0,0014), линолеумы (0,002), битумные кровельные материалы (0,008 мг/(м×ч×Па)).
В случае если внутренний воздух имеет высокую влажность или конструкция ограждения запроектирована неверно, диффундирующий водяной пар может конденсироваться внутри ограждающей конструкции. Считается, что плоскость возможной конденсации располагается на расстоянии, равном 2/3 толщины однородной конструкции и совпадает с наружной поверхностью утеплителя в многослойной. Для предотвращения этого явления:

• сопротивление паропроницанию Rп ограждения в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации должно быть не менее требуемой величины, которая устанавливается СНиП. Для этого рекомендуется внутренние слои ограждения выполнять из более плотных материалов, располагая утеплитель ближе к наружной поверхности. Кроме затруднения доступа паров воды в более холодные слои, это обеспечивает лучшие условия удаления влаги из конструкции в теплые месяцы.
• для защиты от увлажнения утеплителя в наружных ОК зданий следует предусматривать пароизоляцию (ниже теплоизоляционного слоя);
• следует предусматривать пароизоляцию теплоизолирующих уплотнителей стыков элементов ограждающих конструкций со стороны помещений;
• необходимо также предусматривать конструктивные мероприятия для защиты ограждений от увлажнения непосредственно капельно-жидкой влагой (атмосферные осадки, эксплуатационные источники) – водонепроницаемость или гидрофобность поверхностей (штукатурка, окраска водоустойчивыми составами), правильная конструкция и герметизация стыков и т.п.;
• при постоянном увлажнении можно предусматривать вентилируемые воздушные прослойки.

Кратко подытожим общие требования, предъявляемые к ограждающим конструкциям с точки зрения строительной теплофизики, и сформулируем некоторые вытекающие из этих требований рекомендации.

• Сопротивление ограждающей конструкции теплопередаче должно быть не менее требуемой величины. Это касается также заполнения окон, балконных дверей и фонарей.

• предусматривать объемно-планировочные решения с учетом обеспечения наименьшей площади ограждающих конструкций;
• помещения с пониженной температурой (коридоры, лестничные клетки, кладовые…) располагать по внешнему периметру в части здания, обращенной на север или в сторону преобладающих в зимнее время ветров;
• теплые помещения планировать с минимальным внешним периметром, располагая их на юг и запад;
• в нижней части здания для уменьшения теплопотерь в грунт располагать помещения с пониженной температурой (магазины, мастерские, склады…);
• более благоприятными по температурному режиму оказываются помещения низкие и широкие, по сравнению с высокими и узкими;
• при планировке помещений следует избегать устройства в них выступающих наружу частей (узких и глубоких эркеров, например);
• лоджии наоборот, создают в примыкающих помещениях более благоприятный температурный режим.
• площадь световых проемов должна назначаться в соответствии с нормированным значением коэффициента естественного освещения. При этом площадь окон с приведенным сопротивлением теплопередаче менее 0,56 м2×°С/Вт по отношению к общей площади наружных стен должна составлять не более 18 %.
• В жарких районах для ряда видов зданий (в частности жилых, см. выше) амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности ограждающих конструкций должна быть не более нормативной величины.
• В тех же районах и видах зданий для окон и фонарей должны предусматриваться солнцезащитные устройства, коэффициент теплопропускания которых должен быть не более нормативной величины.
• Поверхность пола жилых и общественных зданий, вспомогательных зданий и помещений промышленных предприятий и отапливаемых помещений производственных зданий (на участках с постоянными рабочими местами) должна иметь показатель теплоусвоения не более нормативной величины. Полы на грунте должны быть утеплены в зоне примыкания к наружным стенам шириной 0,8 м.
• Сопротивление воздухопроницанию ограждающих конструкций должно быть не менее требуемого. Это касается также заполнения окон и балконных дверей, а также фонарей.
• Должны выполняться сформулированные выше требования по паропроницанию ограждающих конструкций (см. предыдущий параграф).
• Для защиты от увлажнения грунтовой влагой следует предусматривать гидроизоляцию стен: горизонтальную – в стенах выше отмостки, а также ниже уровня пола цокольного или подвального этажа; вертикальную – подземной части стен с учетом гидрогеологических условий и назначения помещений.

Строительная светотехника

Корбюзье ставил солнце на первое место среди материалов и средств, с которыми имеет дело архитектор.

Задачи строительной светотехники

Свет играет важнейшую роль в жизнедеятельности человека. Он участвует в обеспечении нормального психофизиологического состояния человека; создает освещение рабочего места, обеспечивая возможность выполнения каких-либо работ; естественный свет обладает оздоровительными и бактерицидными свойствами. Ритм естественного света диктует образ жизни людей. Естественное и искусственное освещение влияют также на архитектурно-художественные качества зданий.
Наряду с этим освещение требует существенных затрат: высокая стоимость остекления (и источников искусственного света), затраты на очистку и ремонт световых проемов, теплопотери через них приводили к тому, что иногда производственные здания (а в некоторых странах даже школы) строились без естественного света.
В этой связи основной задачей строительной светотехники является исследование условий, определяющих создание оптимального светового режима в помещениях и разработка архитектурных и конструктивных мероприятий, обеспечивающих этот режим.
Освещение помещений может быть

• естественным, источниками которого являются прямой, рассеянный (диффузный) и отраженный солнечный свет;
• искусственным (источник – электрические лампы накаливания, люминесцентные, ртутные, ксеноновые и др.);
• и совмещенным, когда помещение одновременно освещается естественными и искусственными источниками.

Оптимальный световой режим в помещениях достигается

• правильным учетом светового климата места строительства;
• правильным выбором размеров, формы и цветовой отделки помещений;
• правильным выбором формы, размеров и положения световых проемов;
• правильным размещением и выбором мощности и спектра излучения искусственных источников света.

В понятие оптимального светового режима помещения включаются:

• обеспечение требуемого уровня освещенности рабочих мест;
• равномерность освещенности;
• устранение направленного прямого и отраженного света, слепящего людей;
• обеспечение достаточной яркости окружающего пространства за счет уровня освещенности и цветовой отделки интерьера.

Задачи по проектированию освещения помещений решаются совместно архитекторами, инженерами-строителями и инженерами-светотехниками.

Естественное освещение

Естественное освещение должны, как правило, иметь помещения с постоянным пребыванием людей. Без естественного освещения допускается проектировать помещения, утвержденные соответствующими нормативными документами, а также помещения, размещение которых допускается в подвальных и цокольных этажах.
Естественное освещение подразделяется на боковое, верхнее и комбинированное. Боковое освещение может быть односторонним и двухсторонним.

Освещенность в помещении может осуществляться за счет прямого рассеянного (диффузного) света небосвода и за счет света, отраженного от внутренних поверхностей помещения, противостоящих зданий и прилегающей к зданию поверхности. Освещение может также осуществляться только отраженным светом.

Базовые светотехнические понятия и законы

Для нормирования естественной освещенности в помещениях абсолютные величины освещенности применять нецелесообразно. Наружная, а соответственно и внутренняя, освещенности постоянно меняются. Кроме того, человек оценивает освещенность не столько по абсолютной величине, сколько по сравнительным уровням яркости предметов и поверхностей. Так для оценки естественной освещенности характерно сравнение яркостей внутренних поверхностей с яркостью внешнего пространства, видимого через световой проем.

Инсоляция помещений и территорий. Солнцезащита

Инсоляция и ее нормирование

Инсоляция – облучение прямыми солнечными лучами – имеет большое оздоровительное значение. Световое и ультрафиолетовое облучение оказывают укрепляющее воздействие на человека и бактерицидное на микроорганизмы. Поэтому нормы проектирования регламентируют минимальную продолжительность инсоляции помещений и территорий. Расчеты инсоляции являются обязательным разделом в составе предпроектной и проектной документации.
Нормирование инсоляции помещений
Продолжительность инсоляции регламентируется в: жилых зданиях; детских дошкольных учреждениях; учебных учреждениях общеобразовательных, начального, среднего, дополнительного и профессионального образования, школах-интернатах, детских домах и т.п.; лечебно-профилактических, санаторно-оздоровительных и курортных учреждениях; учреждениях социального обеспечения (домах-интернатах для инвалидов и престарелых, хосписах и т.п.).
Нормируемая продолжительность непрерывной инсоляции для помещений жилых и общественных зданий устанавливается дифференцированно в зависимости от типа квартир, функционального назначения помещений, планировочных зон города, географической широты – для зон:
северной (севернее 58° с. ш.) — не менее 2,5 ч в день с 22 апреля по 22 августа;
центральной (58° с. ш. — 48° с. ш.) — не менее 2 ч в день с 22 марта по 22 сентября;
южной (южнее 48° с. ш.) — не менее 1,5 ч в день с 22 февраля по 22 октября.
Жилые здания:
В жилых зданиях нормативная продолжительность инсоляции должна быть обеспечена: в одно-, двух- и трехкомнатных квартирах – не менее чем в одной комнате, в четырехкомнатных и более – не менее чем в двух комнатах. В общежитиях – не менее чем в 60 % жилых комнат.
Допускается прерывистость инсоляции, но при этом продолжительность одного из периодов должна составлять не менее 1 часа, а общая продолжительность должна превышать нормативную на 0,5 часа.
Нормы допускают снижение продолжительности инсоляции на 0,5 ч для северной и центральной зон в двухкомнатных и трехкомнатных квартирах, где инсолируется не менее двух комнат; в четырехкомнатных и более, где инсолируется не менее трех комнат; а также при реконструкции жилой застройки, расположенной в центральной, исторической зонах городов, определенных их генеральными планами развития.
Общественные здания:
Нормируемая продолжительность инсоляции устанавливается в основных функциональных помещениях указанных выше общественных зданий. К таким помещениям относятся:
в детских дошкольных учреждениях — групповые, игровые, изоляторы и палаты;
в учебных зданиях — классы и учебные кабинеты;
в лечебно-профилактических учреждениях — палаты (не менее 60 % общей численности);
в учреждениях социального обеспечения — палаты, изоляторы.
В зданиях комбинированного назначения (детских домах, домах ребенка, школах-интернатах, лесных школах, школах-санаториях и т. п.) инсоляция нормируется в помещениях функционального назначения аналогичного перечисленным выше.
Инсоляция не требуется в патологоанатомических отделениях; операционных, реанимационных залах больниц, вивариев, ветлечебниц; химических лабораториях; выставочных залах музеев; книгохранилищах и архивах.
Допускается отсутствие инсоляции в учебных кабинетах информатики, физики, химии, рисования и черчения.
Нормирование инсоляции территорий
На территориях детских игровых площадок, спортивных площадок жилых домов; групповых площадок дошкольных учреждений; спортивной зоны, зоны отдыха общеобразовательных школ и школ-интернатов; зоны отдыха ЛПУ стационарного типа продолжительность инсоляции должна составлять не менее 3 ч на 50 % площади участка независимо от географической широты.

Параметры, влияющие на продолжительность и качество инсоляции

Продолжительность инсоляции открытой территории для каждой местности определяется временем видимого движения солнца по небосводу. Траектория движения солнца и период суточной инсоляции для каждой географической широты и каждого времени года различны: в северных широтах траектория более пологая и протяженная, в южных – более крутая и короткая.
Днями, характеризующими инсоляцию для разных периодов года, считают дни летнего солнцестояния (22 июня, наивысшая траектория солнца на каждой географической широте), зимнего солнцестояния (22 декабря, низшая траектория), весеннего (22 марта) и осеннего (22 сентября) равноденствия. В дни равноденствия продолжительность инсоляции открытой территории равна 12 ч.
В ранние утренние и поздние вечерние часы солнечные лучи пересекают больший слой атмосферы, и их оздоровительное действие слабеет. Поэтому обычно в инсоляционных расчетах не учитывают первый и последний часы на восходе и закате. Для территорий севернее 60° с.ш. не учитываются первые и последние 1,5 ч.

Горизонтальный угол положения солнца определяется азимутом АQ, т.е. углом между плоскостью меридиана и направлением на солнце. Азимут отсчитывается от северного направления по часовой стрелке 1 в градусах. Возвышение солнца над горизонтом измеряется вертикальным углом hQ.
В этом отношении в литературе нет единства. Иногда азимут отсчитывается от южного направления по часовой стрелке (на запад) от 0 до 360° или в двух направлениях – на запад и на восток от 0 до 180° с обозначением «юго-западный» и «юго-восточный».

Определение продолжительности суточной инсоляции часто осуществляется с помощью солнечных карт, построенных для различных широт (графики Б.А. Дунаева). На них нанесены кольцевые координаты, отображающие возвышение солнца, и радиальные, характеризующие азимуты солнца. На картах построены траектории движения солнца для характерных периодов года, разделенные на часы суток. Кроме графиков Дунаева часто используются инсоляционный график (линейка), светопланомер Д.С. Масленникова и др.
Нормативная продолжительность инсоляции определяется размещением и ориентацией зданий по сторонам горизонта, их объемно-планировочными решениями, наличием выступающих элементов и пр.
Методика определения продолжительности инсоляции излагается на практических занятиях.

Вредные последствия инсоляции и их предотвращение

Инсоляции могут сопутствовать перегрев помещений вследствие избытка тепловой радиации и утомляющее действие солнечных лучей из-за блесткости ограждающих конструкций и оборудования. Поэтому в ряде случаев инсоляция не допускается (книгохранилища, горячие цехи, помещения для приготовления и хранения пищи) или должна быть ограничена. СНиП «Общественные здания» устанавливает, например, что ориентация окон помещений операционных и реанимационных залов должна приниматься на север, северо-восток и северо-запад, что позволяет легче создать оптимальный микроклимат в этих помещениях.
Важнейшими средствами борьбы с избыточной инсоляцией являются:

• уменьшение площади светопроемов;
• объемно-планировочные решения зданий;
• средства озеленения (для одно-, двухэтажных зданий);
• правильная ориентация зданий по сторонам света;
• применение вентилируемых ограждающих конструкций (от перегрева);
• применение солнцезащитных устройств.

Нормы проектирования жилых зданий определяют, что в районах со средней температурой июля 21 °С и выше световые проемы в жилых комнатах и кухнях, ориентированные в секторе горизонта 200-290°, должны быть оборудованы наружной регулируемой солнцезащитой.
Для общественных зданий, располагаемых в тех же районах, в помещениях с постоянным пребыванием людей и в помещениях, где по технологическим или гигиеническим требованиям не допускается проникновение солнечных лучей или перегрев помещения, оборудуются солнцезащитой проемы, ориентированные в пределах сектора 130-315°.
Основными требованиями к солнцезащитным приспособлениям являются:

• ограничение инсоляции помещения в заданные часы в определенный период года;
• максимум светоотражения и светорассеивания;
• минимальная теплоемкость;
• обеспечение циркуляции воздуха по горизонтали и вертикали параллельно плоскости стены.

Солнцезащитные устройства делятся на стационарные и регулируемые.

Солнцезащитные устройства существенно влияют на общую освещенность: при солнечной погоде светорассеивание поверхностями может значительно повышать КЕО, а при пасмурной – существенно снижать его. Это влияние следует учитывать при расчете освещенности помещений.

На природе человек практически всегда находит очередной, новый для глаз зрительный элемент, на котором можно «задержаться» на короткое время до очередной саккады (визуальные элементы расположены довольно плотно и, как указывалось ранее, они отличаются друг от друга). В городе же при наличии больших гомогенных полей для глаза нет очередного визуального объекта. В результате мозг человека не получает нужной информации, могут наступить неприятные ощущения. Поэтому гомогенные поля неприятны для глаз. Зрительные поля «агрессивны», когда на рассматриваемой поверхности (стен, тротуара, пола, обоев, ткани и др.) расположено множество одинаковых повторяющихся элементов (окон, плиток, швов, рисунков и др.). После каждой саккады глаз видит такой же элемент, какой уже был рассмотрен, что отрицательно сказывается на состоянии нервной системы и на здоровье человека.

Такое объяснение не полностью обосновано. Так, в природе встречаются большие однородные пространства (поверхность спокойного озера, небо, пустыня и др.) без каких-либо деталей, воспринимаемые глазом вполне позитивно. Так же воспринимаются покрытые тонированным стеклом небоскребы, не имеющие деталей на фасадах (огромный цветной кристалл).

Архитектурная физика пока не отвечает на некоторые актуальные вопросы, связанные со светологией: о позитивно воспринимаемых экологически обоснованных размерах помещений, зданий, городов; о формах помещений и зданий; о предпочтениях в архитектурных стилях, деталях, отделке. Можно отметить, что, во-первых, красивы и приемлемы для человека пространственные криволинейные формы (волнистая линия - линия красоты), во- вторых, необходимо стремление к разнообразию, подобному биоразнообразию в природе (архитектурное разнообразие размеров, форм, деталей, цвета с учетом природоподобия), в-третьих, желательно соответствие размеров зданий размерам компонентов ландшафта (в первую очередь, деревьев) и тела человека.

Живая природа не подчиняется законам симметрии. Кажущиеся симметричными левая и правая половина лица и тела, ноги, руки, а также крылья животных в действительности несимметричны. Можно предположить, что здания и сооружения также не должны быть абсолютно симметричными. Большую роль в позитивности или, напротив, негативности визуального восприятия зданий и сооружений играют индивидуальные особенности людей. Известно, что некоторым архитекторам нравятся небоскребы, огромные площади, широкие проспекты с потоками автомобилей и др. Это является одним из проявлений разнообразия.

Агрессивными для человека можно предварительно считать любые поля, отличающиеся от привычных для его органов чувств (например, монотонные визуальные поля, сильные и резкие шумы и вредные запахи и др.). Агрессивные звуковые и запаховые воздействия при постоянном контакте с органами слуха и обоняния могут вызвать болезненные состояния. Как отмечал Н. Ф. Реймерс, человек исторически более приспособлен к жизни в сельской местности, поэтому городская среда вызывает в нем стресс.

С глубокой древности люди стремились к приятной сенсорной среде в зданиях. Так, известны «медовые кирпичи», «благовонная штукатурка», «музыкальные колонны». В центральной части острова Шри-Ланка находится храм, построенный более пяти веков назад. Глина для кирпичей замешивалась с медом диких пчел, которых было много на острове. После долгой сушки под знойным тропическим солнцем «медовые кирпичи» становились очень прочными и надолго сохраняли аромат. Для создания приятного аромата в XII в. в марокканском городе Кутубия при строительстве башни в глину и штукатурный раствор добавили около тысячи бочек благовоний, запах которых можно ощутить даже сейчас. В мечети индийского города Карид, называемой мечетью запахов, средневековые строители замешали в штукатурный раствор 3 500 кг шафрана. В Индии гранитные колонны в древних храмах Витала, Махшвара и других еще и поют: если по ним ударить ладонью, они издают звук, напоминающий звук духовых инструментов. Умельцы, ударяя ладонями и пальцами по колоннам, извлекают мелодии. Для создания таких колонн устраивали пористые фундаменты из плит обожженной глины и песчаника.

Среда современных городов зачастую агрессивна для человека. Возможно, механизм ее агрессивности таков: в мозгу человека под воздействием предшествующей естественной многовековой среды и условий жизни сложился личный опыт (личная среда), который определяет его структуру поведения и биопсихологическое состояние; создался природоподобный образ окружающей среды, ее компонентов (места расселения, дома, улицы), соответствующий этому предыдущему опыту. Новые сенсорные воздействия не соответствуют этому опыту и создают напряженность в психофизиологическом состоянии: современная агрессивная среда требует создания нового образа города, новой структуры поведения. Но предыдущий опыт складывался в течение длительного исторического развития и не может быть быстро заменен другим; требуется очень длительное время.