Количественные и качественные характеристики освещения

Световой режим в помещениях зданий является одним из существенных факторов, определяющих качество окружающей человека среды. Освещение помещений обеспечивается естественным, искусственным и комбинированным светом.

Источником естественного света является лучистая энергия солнца, передаваемая путем электромагнитного излучения. Мощность лучистой энергии оценивается по производимому ею на нормальный глаз человека световому ощущению, называемому световым потоком. За единицу светового потока принят люмен (лм).

Искусственное освещение осуществляется при помощи электрических светильников различного типа с лампами накаливания, с разнообразными газоразрядными лампами, в том числе с люминесцентными и др. Во многих случаях свет этих источников заменяет или дополняет естественный свет и создает световую среду, отвечающую высоким требованиям эстетики и комфорта.

Комбинированное освещение представляет собой совокупность естественного и искусственного освещения.

Необходимое количество и качество естественного света в помещениях определяется их функциональным назначением.

Качество освещения принято оценивать по его характеристикам исходя из функций света в архитектуре, важнейшими из которых являются:

- информативно-зрительные, обеспечивающие зрителя информацией о пространственной среде и создающие зрительный образ;

- морфофункциональные, которые оказывают воздействие на человека либо непосредственно через кожный покров, либо через органы зрения в виде ультрафиолетовых, видимых и инфракрасных излучений, не связанных с возникновением зрительных образов.

- косвенные, характеризующие воздействия света на материальную среду, на ее физические (температура, влажность), биологические (содержание вредных бактерий), и химические (фотосинтез, выцветание красок) параметры, которые в свою очередь нередко определяют состояние человека, его ощущение комфортности.

Количественными характеристиками света являются: освещенность, яркость, коэффициент естественного освещения (КЕО).

За единицу освещенности принимают люкс (лк), равный освещенности поверхности в 1 м², на которой равномерно распределен световой поток в 1 лм. В связи с тем, что практически не представляется установить минимальные значения освещенности внутри помещения в люксах, из-за непостоянства природных условий освещения под открытым небом, освещенность в помещениях выражают не в абсолютных, а в относительных единицах в виде коэффициента естественной освещенности (КЕО).

В нормах по естественному освещению помещений для нормирования принята относительная величина КЕО, а по искусственному освещению помещений - освещенность на рабочей поверхности, а городских ансамблей - яркость или освещенность на дорожном покрытии и на фасадах объектов.

К качественным характеристикам, определяющим комфорт и эстетичность световой среды, относятся:

- распределение яркости в поле зрения и неравномерность освещенности на поверхностях объектов и в пространстве;

- насыщенность пространства светом;

- ослепленность и дискомфортная блескость;

- контрастность освещения и контраст светотени;

- направление световых потоков;

- спектральный состав излучения источников света, их цветопередача;

- динамика освещения.

Распределение яркости в поле зрения человека зависит от распределения освещенности по поверхностям объектов в интерьерах и открытых пространствах (потолок, стены, пол, оборудование, рабочие поверхности, здания, земля, зеленые насаждения и т.д.) и характеристик отражения этих поверхностей.

Неравномерность освещенности при искусственном освещении, характеризуется отношением максимального или среднего уровня освещенности к минимальному его значению, а неравномерность естественного освещения определяется соответственно через отношение среднего значения к наименьшему значению КЕО (е _ср / е _мин).

Неравномерность распределения яркости в пространстве может отрицательно влиять на зрительную работоспособность, поэтому необходимо знать характер распределения яркости. Достигнуть полной равномерности невозможно и не нужно, так как именно яркостные контрасты прежде всего позволяют различать предметы и детали и способствуют выявлению формы.

Ориентиром при выборе яркостей потолка, стен и пола в интерьерах могут служить распределения и соотношения, создаваемые природным освещением. Установлено, что при облачном небе, как правило, наибольшая яркость наблюдается в зенитной части неба; средняя характерна для панорамы у горизонта и наименьшая - на поверхности земли (при отсутствии снега). Соотношения усредненных яркостей между этими зонами 10:3:1 в южных районах страны и 5:3:1 в средней полосе. Таким образом, считается, что благоприятные условия для зрительной работы обеспечиваются при соотношениях яркостей потолка (зенитная часть), стен (у горизонта) и пола (земля) помещения, аналогичных природным.

В практике нормирования, расчета и проектирования освещения пользуются преимущественно уровнем освещенности на рабочей плоскости, который, однако, не характеризует ощущение насыщенности пространства светом.

Критерием насыщенности помещения светом является, так называемая, цилиндрическая освещенность на уровне глаз человека, представляющая собой отношение светового потока, падающего на боковую поверхность бесконечно малого вертикального цилиндра, радиус и высота которого стремятся к нулю, к площади этой поверхности. В зависимости от световой насыщенности впечатление от интерьера может изменяться от торжественного и праздничного до унылого и мрачного.

При оценке качественной стороны освещения используется понятие блескости:

- прямая, проявляющаяся при наличии светящихся поверхностей (окон, светильников и др.) в направлениях, близких к направлению зрения;

- периферическая, возникающая от светящих поверхностей в направлениях, не совпадающих с направлением зрения;

- отраженная, вызванная наличием в поле зрения зеркальных отражений от светящихся источников и поверхностей.

Блескость действует в направлении глаз наблюдателя и способствует снижению видимости объекта вследствие чрезмерного увеличения яркости, снижающей контраст между объектом и фоном. Различают два вида блескости: дискомфортную, связанную с неприятным ощущением, но не всегда ухудшающую видимость и слепящую, сопровождающуюся резким нарушением видимости.

Критерием оценки дискомфортной блескости служит показатель дискомфорта, а слепящего действия - показатель ослепленности.

Явления отраженной блескости довольно часто имеют место при наличии в помещениях и в городских пространствах полированных зеркально отражающих поверхностей (каменных, металлических или стеклянных).

Существует несколько возможностей для устранения или ограничения отраженной блескости, к которым относятся:

- выбор такого направления света, при котором зеркально отражаемые лучи не попадают в глаз человека;

- ограничение яркости бликов путем увеличения размеров светящей поверхности светильника и уменьшения ее яркости;

-изменение светотехнических свойств отражающего материала или расположения бликующей поверхности.

Существенную роль в решении архитектурных задач по выбору объемной композиции, фактуры отделочных материалов, выявлению пластической формы предметов играют контрастность освещения и контраст светотени.

Контраст между затененными и освещенными поверхностями может быть достаточно большим, что ухудшает работу зрения и восприятия рассматриваемого объекта. В некоторых случаях тени отвлекают внимание и создают ложное впечатление о размере, форме и цвете объекта. Вместе с тем наличие собственных и падающих теней является залогом для различения рельефных объектов. Особенно это относится к мелким деталям, которые хорошо различимы только при образовании на них теней. Отсутствие теней делает архитектурные детали «нечитаемыми».

Наиболее благоприятными формообразующими свойствами обладает сочетание рассеянного освещения с направленным. Направление световых потоков (от одного или нескольких источников, падающих на рабочие места или отдельные поверхности) является важным качественным показателям освещения, так как с ним связаны тенеобразование, направление зеркального отражения и контрастность освещения. Направление света оценивается световым вектором. При рассеянном освещении объекты теряют свою объемность, кажутся плоскими. Направленный свет делает тени резкими, их очертания становятся четкими, яркостной контраст светотени возрастает.

Форма предмета в зависимости от направления падения света может восприниматься естественной или искаженной. Наиболее благоприятными формообразующими свойствами обладает сочетание рассеянного освещения с направленным. Контрастность и направленность освещения оказывают существенное влияние на эстетику освещения и, соответственно, на художественные качества архитектурной формы.

Существенным условием зрительного различения является контраст между фоном и рассматриваемым объектом. Контраст может быть яркостным (при монохроматическом освещении) и цветовым, а также по насыщенности тона.

Фоном считается поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на которой он рассматривается. Фон считается светлым при коэффициенте отражения поверхности >0,4: средним – при =0,2-0,4: темным – при < 0,2.

Контраст объекта различения с фоном определяется отношением абсолютной величины разности между яркостью объекта и фона к яркости фона.

Контраст считается большим при значении >0,5. (объект и фон резко отличаются по яркости); средним - при =0,2.-0,4 (объект и фон заметно отличаются по яркости); малым - при < 0,2 (объект и фон мало отличаются по яркости).

Спектральный состав излучения зависит от источников света. Спектры излучений естественных и искусственных источников света очень разнообразны, что обусловливает значительное различие их цветности и цветопередачи. Различие цветности отчетливо заметно на белых и серых поверхностях, цветопередачу же оценивают на цветных образцах.

Цвет является одним из главных характеристик световой среды, определяющим эстетику освещения, эмоциональное воздействие среды на человека. Разнообразие спектров источников искусственного света предопределило необходимость введения специальной характеристики качества их цветопередачи - общего индекса цветопередачи R_а.

Динамика освещения характеризуется изменением интенсивности и спектрального состава света. Изменяя освещенность и другие характеристики освещения во времени, можно получить необходимый световой эффект среды, диктуемый функциональным назначением того или иного помещения.

Динамику искусственного света следует рассматривать как один из способов, с помощью которого можно компенсировать отсутствие или недостаток естественной освещенности, создавать благоприятный визуальный микроклимат в интерьере и в городе, поддерживать биологические ритмы организма. Гибкость искусственного освещения может быть достигнута за счет регулирования светового потока и применения различных осветительных приборов, С помощью которых можно изменять положение светового центра и направления светового потока, а также по заданным нормативным условиям организовать необходимый световой микроклимат в помещениях.

Человеческий глаз реагирует на изменения во времени яркости или освещенности, которые имеют место при освещении помещения газоразрядными источниками света. Для количественной оценки этого явления пользуется коэффициент пульсации, рассматриваемый как качественная характеристика освещения, регламентируемая СНиП 23-05-95*.