Світлокліматичне районування

Зовнішня освітленість від дифузного неба залежить головним чином від висоти стояння Сонця і характеру захмареності. Відчутний вплив на освітленість, що створюється дифузним небом, зумовлює прозорість повітря і стан земного покриву. Освітленість від захмареного неба визначається фотометричним та розрахунковим шляхом на основі багаторічних середніх характеристик сонячної радіації, використовуючи так званий світловий еквівалент, який являє собою відношення освітленості та інтенсивності сонячної радіації. Світловий еквівалент сонячної радіації залежить від висоти стояння Сонця, характеру захмареності неба і коефіцієнта відбиття від прилеглої поверхні (альбедо).

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

(1.26)

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

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

Е_кр = Е_ш/е_н, лк, (1.27)

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

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

m = Е_ср^м/Е_ср. (1.28)

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

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

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

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

, (1.29)

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

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

L_о = L_q t₁,

де t₁ – буде коефіцієнт світлопропускання віконного скла.

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

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

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

У загальному випадку контрастність освітлення визначається за формулою

(1.30)

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

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

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

(1.31)

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

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

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

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

t_а = Р^М, (1.32)

де М – маса повітря; Р – коефіцієнт, що залежить від стану атмосфери [28, 32, 45].

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

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