Естественное освещение

Различают три основных вида естественного освещения:

- прямой солнечный свет, создаваемый непосредственно лучами солнца;

- рассеянный (диффузный) свет неба, создаваемый рассеянной частью лучистой энергии вследствие многократного отражения ее от взвешенных в атмосфере частиц пыли, воды, молекул газа;

- отраженный свет, создаваемый отраженным от земной поверхности излучением.

Средние уровни наружного естественного освещения, которые создаются этими видами освещения, характеризуют световой климат данной местности.

Помещения с постоянным пребыванием людей должны иметь, как правило, естественное освещение. Без естественного освещения допускается проектировать помещения, которые определены соответствующими главами СНиП на проектирование зданий и сооружений, нормативными документами по строительному проектированию зданий и сооружений отдельных отраслей промышленности, утвержденными в установленном порядке, а также помещения, размещение которых разрешено в подвальных и цокольных этажах зданий и сооружений.

Для создания естественной освещенности в зданиях используют световые проемы в стенах (окна), световые проемы в покрытии и фонари в крыше здания.

Естественное освещение в производственных помещениях производится через боковые световые проемы в наружных стенах и окна – боковое освещение; через верхние световые проемы в стенах в местах перепадов высот смежных зданий, фонари – верхнее освещение. Для многопролетных зданий применяется комбинированное освещение, когда при наличии верхнего в местах, наиболее удаленных от фонарей, добавляется и боковое освещение.

Нормирование

Непостоянство естественного освещения не позволяет нормировать освещенность в производственных помещениях абсолютной ее величиной. Основным показателем нормирования естественного освещения, установленным СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение», является коэффициент естественной освещенности (КЕО) – е_н. КЕО определяется отношением естественной освещенности Е_в, создаваемой в некоторой точке заданной плоскости внутри помещения светом неба (непосредственным или после отражений), к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности Е_н, создаваемой светом полностью открытого небосвода в пасмурную погоду, и выражается в процентах:

е_н = ·100% . (6.13)

Таким образом, КЕО показывает, какую долю наружной освещенности диффузного света небосвода составляет освещенность в оцениваемой точке внутри помещения.

В небольших помещениях при одностороннем боковом естественном освещении нормируется минимальное значение КЕО в точке, находящейся на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и условной рабочей поверхности на расстоянии одного метра от стены, наиболее удаленной от световых проемов, а при двустороннем боковом освещении – в точке посредине помещения. В крупногабаритных производственных помещениях при боковом освещении минимальное значение КЕО нормируется в зависимости от разрядов зрительных работ (величины объекта различения на рабочем месте) в точке, удаленной от световых проемов:

на 1,5 высоты помещения – для работ I—IV разрядов;

на 2 высоты помещения – для работ V—VII разрядов;

на 3 высоты помещения – для работ VIII разряда.

При верхнем или комбинированном естественном освещении нормируется среднее значение КЕО в точках, расположенных на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и условной рабочей поверхности (или пола). Первая и последняя точка принимаются на расстоянии 1 м от поверхности стен (перегородок) или осей колонн.

Допускается деление помещения на зоны с боковым освещением (зоны, примыкающие к наружным стенам с окнами) и зоны с верхним освещением, нормирование и расчет естественного освещения в каждой зоне производятся независимо друг от друга.

Характерный разрез помещения – это поперечный разрез посредине помещения, плоскость которого перпендикулярна к плоскости остекления световых проемов (при боковом освещении) или к продольной оси пролетов помещения.

В характерный разрез помещения должны попадать участки с наибольшим количеством мест, а также точки рабочей зоны, наиболее удаленные от световых проемов.

Условная рабочая поверхность – это условно принятая горизонтальная поверхность, расположенная на высоте 0,8 м от пола.

В производственных помещениях со зрительной работой I—III разрядов следует устраивать совмещенное освещение. Допускается применение верхнего естественного освещения в крупнопролетных сборочных цехах, в которых работы выполняются в значительной части объема помещения на разных уровнях от пола и на различно ориентированных в пространстве рабочих поверхностях.

Нормированное значения КЕО, е_N , зависит от характера зрительной работы и светового климата в районе расположения здания и определяется по формуле:

е_N = е_н · m_N , (6.14)

где е_н – значение КЕО по СНиП 23-05-95, (приложения 3 и 4) в зависимости от разряда зрительных работ; N – номер группы обеспеченности естественным светом по табл. 6.1; m_N – коэффициент светового климата по табл. 6.2. Полученные по формуле (6.14) значения нужно округлить до десятых долей.

Таблица 6.1

Группы административных районов по ресурсам светового климата

Номер группы	Административный район
	Московская, Смоленская, Владимирская, Калужская, Тульская, Рязанская, Нижегородская, Свердловская, Пермская, Челябинская, Курганская, Новосибирская, Кемеровская области, Мордовия, Чувашия, Удмуртия, Башкортостан, Татарстан, Красноярский край (севернее 63° с.ш.), Республика Саха (Якутия) (севернее 63° с.ш.), Чукотский нац. округ, Хабаровский край (севернее 55° с.ш.)
	Брянская, Курская, Орловская, Белгородская, Воронежская, Липецкая, Тамбовская, Пензенская, Самарская, Ульяновская, Оренбургская, Саратовская, Волгоградская области, Республика Коми, Кабардино-Балкарская Республика, Северо-Осетинская Республика, Чеченская Республика, Ингушская Республика, Ханты-Мансийский нац. округ, Алтайский край, Красноярский край (южнее 63° с.ш.), Республика Саха (Якутия) (южнее 63° с.ш.), Республика Тува, Бурятская Республика, Читинская область, Хабаровский край (южнее 55° с.ш.), Магаданская обл.
	Калининградская, Псковская, Новгородская, Тверская, Ярославская, Ивановская, Ленинградская, Вологодская, Костромская, Кировская области, Карельская Республика, Ямало-Ненецкий нац. округ, Ненецкий нац. округ
	Архангельская, Мурманская области
	Калмыцкая Республика, Ростовская, Астраханская области, Ставропольский край, Дагестанская Республика, Амурская область, Приморский край

Таблица 6.2

Коэффициент светового климата

Световые проемы	Ориентация световых проемов по сторонам горизонта*	Коэффициент светового климата, m
Номер группы административных районов**
В наружных стенах зданий	С		0,9	1,1	1,2	0,8
СВ, СЗ		0,9	1,1	1,2	0,8
З, В		0,9	1,1	1,1	0,8
ЮВ, ЮЗ		0,85		1,1	0,8
Ю		0,85		1,1	0,75
В прямоугольных и трапециевидных фонарях	С-Ю		0,9	1,1	1,2	0,75
СВ-ЮЗ ЮВ-СЗ		0,9	1,2	1,2	0,7
В-З		0,9	1,1	1,2	0,7
В фонарях типа «Шед»	С		0,9	1,2	1,2	0,7
В зенитных фонарях	-		0,9	1,2	1,2	0,75

Примечания к табл. 6.2:

* - С – северное; СВ – северо-восточное; СЗ – северо-западное; В – восточное; З – западное; С-Ю – север-юг; В-З – восток-запад; Ю – южное; ЮВ – юго-восточное; ЮЗ – юго-западное.

** - Группы административных районов России по ресурсам светового климата приведены в таблице 6.1

Наименьшие нормированные значения КЕО в зависимости от разряда зрительных работ при совмещенном освещении приведены в табл. 6.3.

Таблица 6.3

Наименьшее нормированное значение КЕО

Разряд зрительных работ	Наименьшее значение КЕО, ен, % при совмещенном освещении
при верхнем или комбинированном освещении	при боковом освещении
I II III IV V и VII VI	2,5 1,5 0,7	1,2 0,7 0,5 0,3 0,2

Расчет естественного освещения помещений при проектировании производится без учета мебели, оборудования и других затеняющих предметов. Установленные расчетом размеры световых проемов допускается изменять на ±10%. Неравномерность естественного освещения производственных и общественных зданий с верхним или комбинированным естественным освещением не должна превышать 3:1. Расчетное значение КЕО при верхнем и комбинированном естественном освещении в любой точке на линии пересечения условной рабочей поверхности и плоскости характерного вертикального разреза помещения должно быть не менее нормированного значения КЕО при боковом освещении для работ соответствующих разрядов.

Неравномерность естественного освещения не нормируется для производственных помещений с боковым освещением, в которых выполняются работы VII и VIII разрядов, для вспомогательных помещений и помещений общественных зданий с верхним и боковым освещением, в которых выполняются работы подразрядов г, д.

Значение КЕО е_р, полученное расчетным путем при проектировании естественного или совмещенного освещения помещений, выражается в процентах и определяется:

а) при боковом освещении по формуле

; (6.15)

б) при верхнем освещении по формуле

; (6.16)

в) при комбинированном (верхнем и боковом) освещении по формуле

, (6.17)

где – значение КЕО в расчетных точках при боковом освещении, создаваемом прямым светом участков неба, видимых через световые проемы (с учетом распределения яркости по облачному небу МКО); – коэффициент ориентации световых проемов, учитывающий ресурсы естественного света по кругу горизонта; ε_зд – геометрический КЕО участка фасада противостоящего здания, видимого из расчетной точки через световой проем; b_ф – средняя относительная яркость фасадов противостоящих зданий; γ_з – коэффициент ориентации фасада зданий, учитывающий зависимость его яркости от ориентации по сторонам горизонта; k_зд – коэффициент, учитывающий изменение внутренней отраженной составляющей КЕО в помещении при наличии противостоящих зданий; r_o – коэффициент, учитывающий повышение КЕО при боковом освещении благодаря свету, отраженному от поверхностей помещения и подстилающего слоя при открытом горизонте (отсутствии противостоящих зданий); – значение КЕО в расчетных точках при верхнем освещении, создаваемом прямым светом неба (с учетом распределения яркости по облачному небу); – значение КЕО в расчетных точках при верхнем освещении, создаваемом светом, отраженным от внутренних поверхностей помещения; τ_o – общий коэффициент светопропускания; – коэффициент запаса заполнения светового проема; – суммарное значение КЕО в расчетных точках при боковом и верхнем освещении.

Коэффициент запаса заполнения светового проема зависит от назначения помещения (производственные, общественные или жилые), особенностей воздушной среды в них (содержащая пыль, дым, копоть или пары кислот, щелочей, влаги), угла наклона светопропускающего материала к горизонту, и учитывает снижение освещенности в процессе эксплуатации вследствие загрязнения и старения светопрозрачных заполнений в световых проемах, источников света (ламп) и светильников, а также снижение отражающих свойств поверхностей помещения, принимается равным от 1,3 до 2,0.

При перепланировке помещений общественных и производственных зданий с боковым освещением предварительную величину коэффициента естественной освещенности можно определить по рис. 6.2.

Рис. 6.2. Определение предварительной величины КЕО

Значение КЕО определяется при этом в следующей последовательности:

а) по строительным чертежам находят суммарную площадь световых проемов А_о , освещаемую площадь пола помещения А_п и определяют значение А_о/А_п;

б) определяют глубину помещения d_п и высоту верхней грани световых проемов над уровнем условной рабочей поверхности (УРП) h₀₁ и по ним — значение отношения ;

в) по значениям А_о/А_п и находят точку с соответствующим значением КЕО.

Рис.6.2 выполнен для окон с двумя слоями листового оконного стекла в спаренных металлических открывающихся переплетах. Если в проекте приняты другие типы заполнителей световых проемов, то найденное по рис.6.2 значение КЕО необходимо умножить на коэффициент пересчета , значения которого для некоторых распространенных заполнителей приведены ниже в табл. 6.4.

Таблица 6.4

Коэффициенты пересчета в зависимости от вида остекления

Вид остекления	Значение
Однослойное остекление в стальных одинарных глухих переплетах	1,26
Однослойное остекление в стальных одинарных открывающихся переплетах	1,05
Один слой оконного стекла в деревянных открывающихся переплетах	1,05
Два слоя оконного стекла в стальных двойных открывающихся переплетах	0,75
Пустотелые стеклянные блоки	0,70

Эксплуатация естественного освещения

Созданная в ходе проектирования и строительства система естественного освещения должна постоянно поддерживаться в таком состоянии, при котором обеспечиваются нормативные значения уровня освещенности рабочих мест. Вместе с тем эксплуатации естественного освещения в промышленных зданиях уделяется недостаточное внимание. Так, установлено, что для средней полосы России ежесуточная продолжительность использования естественного света в промышленных зданиях в течение года составляет от 8 до 9 часов. Этот низкий уровень использования естественного освещения, приводящий к необоснованным затратам электроэнергии на искусственное освещение, является следствием быстрого загрязнения стекол различными выбросами от производственных процессов, несвоевременной чистки остекления как по организационным причинам, так и из-за трудности подхода к световым проемам и отсутствия эффективных приспособлений для очистки стекол.

Продление времени пользования естественным светом в производственных зданиях имеет одновременно с гигиеническим большое народнохозяйственное значение. Так, при увеличении продолжительности использования этого освещения на 2 часа в день, что вполне реально, расход электроэнергии в масштабах страны уменьшится на несколько миллиардов кВт·ч.

Нормами предусматривается предельно допустимое снижение КЕО вследствие загрязнения и старения светопрозрачных заполнителей в световых проемах, а также снижения отражающих свойств поверхностей помещения. Для этого при расчете площади световых проемов вводится коэффициент запаса .

Остекление светопроемов должно подвергаться чистке. Количество чисток N зависит от назначения помещений, см. табл. 6.5. Необходимым условием поддержания требуемого уровня КЕО является также побелка и окраска внутренних поверхностей помещений — не реже одного раза в год; а также уменьшение до возможного предела поступающих в воздух рабочей зоны загрязняющих веществ путем установки и правильной эксплуатации местных отсосов у оборудования, которое в процессе работы выделяет пыль и газы.

Таблица 6.5

Регулярность очистки остеклений светопроемов при естественном

освещении

Помещение	Коэффициент запаса* Количество чисток в год
Угол наклона светопропускающего материала к горизонту, градусы
0—15	16—45	46—75	76—90
Производственное помещение с воздушной средой, содержащей в рабочей зоне:
а) свыше 5 мг/м3 пыли, дыма, копоти	2,0	1,8	1,7	1,6
б) от 1 до 5 мг/м3 пыли, дыма, копоти	1,8	1,6	1,5	1,4
в) менее 1 мг/м3 пыли, дыма, копоти	1,6	1,5	1,4	1,3

Окончание табл. 6.5

Значительные концентрации паров, кислот, щелочей, способных при соприкосновении с влагой образовывать слабые растворы кислот, щелочей, а также обладающих большой коррозирующей способностью	2,0	1,8	1,7	1,5
Помещения общественных и жилых зданий:
а) пыльные, жаркие и сырые	2,0	1,8	1,7	1,6
б) с нормальными условиями среды	1,5	1,4	1,3	1,2
* Нормативная величина приведена для обычного стекла