Комплексный расчет естественного освещения зданий: от нормативной базы до современных методов проектирования

По данным исследований, офисные работники с доступом к окнам получают на 173% больше естественного света в течение дня и спят в среднем на 46 минут дольше, чем те, у кого окна отсутствуют. Эта статистика ярко демонстрирует не просто эстетическую, но и фундаментальную роль естественного освещения в жизни человека, его здоровье и продуктивности. В современном проектировании зданий грамотный расчет естественного света – это не прихоть, а критически важный аспект, который определяет комфорт, безопасность и даже экономическую эффективность эксплуатации. И что из этого следует? Инвестиции в проектирование с учетом оптимального естественного света окупаются не только улучшением самочувствия сотрудников, но и прямым снижением затрат на электроэнергию и повышением производительности труда.

Введение: Значение естественного света в архитектуре и строительстве

Проблема недостаточного или неправильно спроектированного естественного освещения является одной из самых острых в современном строительстве. Она актуальна как для жилых пространств, формирующих основу нашего быта, так и для общественных и производственных помещений, где мы проводим значительную часть жизни. Не просто так архитекторы и инженеры-строители уделяют такое пристальное внимание инсоляции и дневному свету, ведь их дефицит или избыток напрямую влияют на благополучие человека, а также на долгосрочную ценность самого объекта.

Эта курсовая работа призвана не только осветить теоретические основы и методологию расчетов естественного освещения, но и предоставить студентам технического, строительного или архитектурного вуза исчерпывающий инструментарий для практического применения этих знаний. Мы погрузимся в мир нормативных документов, научимся расшифровывать коэффициенты и факторы, влияющие на проникновение света, и освоим современные программные средства, способные воплотить сложные расчеты в наглядные и точные модели.

Роль естественного освещения в жизни человека

Естественное освещение – это не просто источник света, это мощный фактор, формирующий среду обитания и влияющий на все аспекты человеческого существования. Его благотворное воздействие многогранно:

• Здоровье и благополучие: Естественный свет помогает синхронизировать наши циркадные ритмы – внутренние «биологические часы», отвечающие за сон, бодрствование, гормональный фон и многие другие физиологические процессы. Достаточное количество дневного света снижает риск сезонных аффективных расстройств, улучшает настроение и способствует выработке витамина D.
• Продуктивность и концентрация: В рабочих и учебных помещениях естественное освещение способствует повышению концентрации внимания, снижению утомляемости глаз и улучшению общей работоспособности. Исследования подтверждают, что сотрудники, работающие у окон, демонстрируют более высокую продуктивность и меньше подвержены стрессу.
• Безопасность: Неудовлетворительное освещение рабочего места является причиной 30-50% несчастных случаев на производстве. Четкое, равномерное естественное освещение помогает избежать ошибок и травм, особенно при выполнении зрительных работ низкой точности.
• Психологический комфорт: Психологический аспект не менее важен. Прозрачные ограждения, пропускающие дневной свет, создают ощущение простора, связи с внешним миром и способствуют формированию позитивной атмосферы в помещении.

И напротив, дефицит естественного света может иметь серьезные негативные последствия:

• Нарушения сна и циркадных ритмов: Отсутствие яркого дневного света нарушает выработку мелатонина, гормона сна, что приводит к бессоннице, дневной сонливости и хронической усталости.
• Снижение работоспособности и утомляемость: В условиях недостаточной освещенности глаза быстрее устают, возникает зрительное напряжение, головные боли, что в совокупности снижает продуктивность и мотивацию.
• Риск травматизма и несчастных случаев: Как уже упоминалось, плохая видимость значительно увеличивает вероятность производственных травм и бытовых несчастных случаев.
• Общее ухудшение самочувствия: Длительное пребывание в затемненных помещениях может вызывать апатию, депрессивные состояния и общее снижение качества жизни.

Цели и задачи курсовой работы

Предметом исследования данной курсовой работы являются принципы и методы расчета естественного освещения, а объектом – здания и сооружения различного функционального назначения. Актуальность работы обусловлена постоянным развитием строительных норм, появлением новых технологий и материалов, а также растущим вниманием к вопросам энергоэффективности и создания здоровой среды обитания.

Цель курсовой работы: Получить глубокое понимание принципов, освоить актуальные методы и выполнить практические расчеты естественного освещения зданий в соответствии с действующими нормативными документами Российской Федерации, формируя фундамент для дальнейшей профессиональной деятельности в области проектирования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Изучить нормативно-правовую базу, регламентирующую естественное освещение в России, выделив ключевые СП и СанПиН.
2. Определить основные термины и классификацию естественного освещения.
3. Разобрать методологию нормирования естественного освещения через коэффициент естественной освещенности (КЕО).
4. Освоить пошаговую методику предварительного и проверочного расчета площади световых проемов.
5. Изучить влияние внешних факторов (климат, ориентация) и научиться применять соответствующие коэффициенты.
6. Рассмотреть требования к инсоляции и принципы солнцезащиты.
7. Ознакомиться с современными программными комплексами для светотехнических расчетов.
8. Выполнить практический пример расчета КЕО для конкретного помещения.

Практическая значимость работы для студента заключается в формировании навыков, необходимых для самостоятельного проектирования систем естественного освещения, обоснования проектных решений и оценки их соответствия строительным и гигиеническим нормативам. Эти компетенции станут незаменимой основой в будущей профессиональной деятельности в сфере архитектуры, строительства и инженерных систем.

Нормативно-правовая база естественного освещения в Российской Федерации

В мире строительства, где точность и безопасность стоят во главе угла, каждое решение должно опираться на строгую нормативно-правовую базу. В области естественного освещения это особенно важно, поскольку речь идет не только о комфорте, но и о здоровье людей. В Российской Федерации действует комплекс документов, который регламентирует все аспекты проектирования и эксплуатации систем естественного света, постоянно обновляясь и адаптируясь к новым реалиям. Именно поэтому актуальность нормативных документов не просто желательна, а обязательна для любого специалиста, стремящегося к безупречному результату.

Основные определения и классификация естественного освещения

Прежде чем углубляться в расчеты, необходимо установить единую терминологию. В контексте данной работы ключевыми являются следующие понятия:

• Естественное освещение — это освещение помещений светом неба (как прямым, так и отраженным), который проникает внутрь через специально предусмотренные для этого световые проемы в наружных ограждающих конструкциях. В некоторых случаях, для повышения эффективности, могут использоваться также световоды.
• Коэффициент естественной освещенности (КЕО), обозначаемый символом e и измеряемый в процентах, является основным показателем нормирования естественного света. Это отношение естественной освещенности, создаваемой в конкретной расчетной точке заданной плоскости внутри помещения светом неба (напрямую или после отражений), к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности, создаваемой светом полностью открытого небосвода. Важно отметить, что при расчете КЕО прямое солнечное излучение в создании освещенности исключается.
• Световой проем — это любое отверстие в наружной ограждающей конструкции здания (окно, фонарь, проем), предназначенное для пропускания естественного света внутрь помещения.
• Коэффициент отражения (ρ) — безразмерная величина, характеризующая способность поверхности отражать падающий на нее свет.
• Коэффициент светопропускания (τ) — безразмерная величина, характеризующая способность материала пропускать падающий на него свет.

Естественное освещение, в зависимости от расположения световых проемов, классифицируется следующим образом:

1. Боковое естественное освещение: Осуществляется через световые проемы, расположенные в наружных стенах здания, то есть горизонтально от рабочей поверхности. Этот тип освещения наиболее распространен в жилых и офисных помещениях.
2. Верхнее естественное освещение: Реализуется через световые проемы, расположенные в кровле здания (фонари, зенитные фонари, световые шахты) или в стенах в местах перепада высот. Часто применяется в промышленных зданиях, спортивных залах, торговых центрах, где требуются большая равномерность освещения и отсутствие глубоких теней.
3. Комбинированное естественное освещение: Представляет собой сочетание бокового и верхнего естественного освещения, что позволяет достичь оптимального распределения света и более высоких значений КЕО, особенно в глубоких помещениях.

Действующие нормативные документы (СП, СанПиН)

Основой для всех расчетов и проектных решений в области естественного освещения в России являются следующие актуальные нормативные документы:

• СП 52.13330.2016 «Естественное и искусственное освещение. Актуализированная редакция СНиП 23-05-95»: Этот Свод Правил является краеугольным камнем в проектировании всех видов освещения. Он содержит общие требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению, методы расчета, нормируемые значения КЕО для различных типов помещений и видов зрительных работ. Важно подчеркнуть, что это актуализированная версия ранее действовавшего СНиП 23-05-95, что делает его применение обязательным.
• СП 367.1325800.2017 «Здания жилые и общественные. Правила проектирования естественного и совмещенного освещения»: Этот документ дополняет СП 52.13330.2016, конкретизируя требования и методики расчетов специально для жилых и общественных зданий. Он содержит детализированные графики, таблицы и указания, учитывающие специфику этих типов объектов.
• СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания»: Данный СанПиН устанавливает санитарно-гигиенические требования к параметрам микроклимата, освещению, инсоляции и другим факторам среды обитания. Он заменил ранее действовавший СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03 и является обязательным для соблюдения с точки зрения обеспечения здоровья и безопасности человека.

Необходимо особо отметить важность использования именно актуальных редакций этих документов. Оперирование устаревшими СНиП II-4-79, СП 23-102-2003 или СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03 может привести к некорректным расчетам и, как следствие, к несоответствию проекта современным требованиям и потенциальным проблемам в эксплуатации здания.

Нормируемые значения коэффициента естественной освещенности (КЕО)

Коэффициент естественной освещенности (КЕО) — это не просто абстрактная величина, а количественный показатель, который определяет достаточность естественного света в помещении. Его нормирование основано на принципах обеспечения комфортных и безопасных условий для зрительной работы и жизнедеятельности человека.

Нормируемые значения КЕО устанавливаются в зависимости от:

1. Характера зрительной работы: Чем выше точность зрительной работы, тем более высокие значения КЕО требуются. Например, для чертежных работ или работы с мелкими деталями нормативы будут строже, чем для коридоров или кладовых.
2. Функционального назначения помещения: Жилые комнаты, учебные классы, офисы, производственные цеха — для каждого типа помещений установлены свои требования, отражающие специфику пребывания людей и выполняемых задач.

Таблица 1. Примеры нормируемых значений КЕО для различных помещений (по СП 52.13330.2016 и СанПиН 1.2.3685-21)

Тип помещения	Тип освещения	Расчетная поверхность	Нормируемый КЕО, %
Административные здания	Верхнее и комбинированное	Рабочая	3,5 — 4,0
Административные здания	Боковое	Рабочая	1,8 — 3,0
Жилые комнаты, спальни, кухни	Боковое	Пол	0,5
Кабинеты, библиотеки, классные комнаты, аудитории, читальные залы	Боковое/Верхнее/Комбинированное	Рабочая	1,0 — 2,0
Производственные помещения (высокоточные работы)	Верхнее и комбинированное	Рабочая	2,5 — 10,0
Производственные помещения (средней точности работы)	Верхнее и комбинированное	Рабочая	1,5 — 2,5
Производственные помещения (грубые работы)	Верхнее и комбинированное	Рабочая	0,5 — 1,0

Примечание: Конкретные значения КЕО для производственных помещений зависят от разряда зрительной работы, который классифицируется по минимальному размеру объекта различения.

Важным условием при проведении расчетов естественного освещения является следующее: расчет производится без учета мебели, оборудования, озеленения и других затеняющих предметов. Это делается для того, чтобы оценить потенциал естественного освещения самого помещения в идеальных условиях. Также предполагается 100%-ное использование светопрозрачных заполнений в светопроемах.

Допускается снижение расчетного значения КЕО от нормируемого не более чем на 10%. Это позволяет избежать излишнего усложнения конструкций при незначительных отклонениях от нормы, но при этом гарантирует соблюдение минимально допустимых гигиенических и эргономических требований. Что находится «между строк» этого правила? Оно дает проектировщикам некоторую гибкость, но не освобождает от основной задачи – максимально приблизиться к идеальным условиям естественного освещения, используя все доступные архитектурные и инженерные средства.

Таким образом, нормирование КЕО служит ключевым инструментом в обеспечении здоровой и комфортной световой среды, формируя основу для всех последующих этапов проектирования естественного освещения.

Методология расчета коэффициента естественной освещенности (КЕО)

Расчет коэффициента естественной освещенности (КЕО) — это не просто математическая операция, а комплексный процесс, который позволяет количественно оценить эффективность проникновения дневного света в помещение и принять обоснованные проектные решения. Он требует системного подхода, понимания физических принципов распространения света и тщательного соблюдения нормативных методик.

Общая формула КЕО и ее составляющие

В сердце всей методологии лежит фундаментальная формула, определяющая КЕО:

e = (Eвнутр / Eвнешн) ⋅ 100%

Где:

• e — коэффициент естественной освещенности, %.
• Eвнутр — естественная освещенность в расчетной точке заданной плоскости внутри помещения, лк.
• Eвнешн — наружная горизонтальная освещенность, создаваемая светом полностью открытого небосвода, лк.

Однако, на практике, для более точного и детального анализа КЕО разбивается на три ключевые составляющие, каждая из которых учитывает различные пути поступления света:

1. Небесная составляющая (e_н): Эта компонента отражает прямой свет от участка неба, который виден из расчетной точки внутри помещения непосредственно через световой проем. Она является основной для помещений с прямым доступом к небу. Расчет небесной составляющей требует определения угловых размеров видимого участка неба и коэффициентов пропускания светопрозрачных материалов.
2. Внутренняя отраженная составляющая (e_в.о): Эта часть КЕО учитывает свет, который, пройдя через световой проем, попадает на внутренние поверхности помещения (стены, потолок, пол), отражается от них и достигает расчетной точки. Её величина сильно зависит от коэффициентов отражения внутренних поверхностей и геометрии помещения. Чем светлее и больше внутренние поверхности, тем значительнее вклад этой составляющей.
3. Внешняя отраженная составляющая (e_н.о): Данная составляющая учитывает свет, отраженный от фасадов противостоящих зданий (если таковые имеются), поверхности земли или других подстилающих слоев, прилегающих к зданию, а затем проникающий в помещение через световой проем. Ее вклад особенно важен в условиях плотной городской застройки.

Итоговое значение КЕО для расчетной точки определяется как сумма этих трех составляющих, что позволяет получить комплексную картину распределения естественного света. И что из этого сл��дует? Такой подход дает возможность тонко настраивать параметры проекта, понимая, какой именно компонент освещения требует усиления или корректировки.

Этапы проектирования и расчета естественного освещения

Проектирование и расчет естественного освещения — это последовательный процесс, который начинается на ранних стадиях архитектурного проектирования и продолжается до момента сдачи объекта в эксплуатацию. Он включает следующие этапы:

1. Предварительный расчет площади световых проемов: На этом этапе, исходя из нормируемых значений КЕО для данного типа помещения и его геометрических характеристик, определяется ориентировочная площадь световых проемов (окон, фонарей), необходимая для обеспечения требуемого уровня освещенности. Этот расчет носит приближенный характер и позволяет заложить основные параметры будущих конструкций.
2. Уточнение параметров световых проемов и помещений: На основе предварительных расчетов и архитектурных решений производится детализация: определяются точные размеры, форма, расположение окон и фонарей, выбор материалов остекления и переплетов. Также уточняются параметры внутренних поверхностей помещения (цвета, текстуры).
3. Проверочный расчет КЕО: Используя уточненные данные, выполняется детальный проверочный расчет КЕО для всех контрольных точек помещения. На этом этапе применяются специализированные формулы, коэффициенты и учитываются все внешние и внутренние факторы.
4. Определение зон с недостаточным освещением: По результатам проверочного расчета выявляются участки помещения, где фактическое значение КЕО ниже нормируемого (с учетом допустимого снижения в 10%).
5. Определение требований к дополнительному искусственному освещению и эксплуатации световых проемов: Для зон с недостаточным естественным освещением разрабатываются решения по установке дополнительного искусственного освещения. Также формулируются рекомендации по эксплуатации световых проемов (например, регулярная очистка остекления).
6. Внесение коррективов в проект: В случае обнаружения значительных отклонений от норм, или если есть возможности для оптимизации, в проект вносятся изменения (например, увеличение площади световых проемов, изменение их конфигурации, использование более светлых отделочных материалов).

Предварительный и проверочный расчет площади световых проемов

Предварительный расчет площади световых проемов является первым шагом к формированию комфортной световой среды. Он позволяет оценить необходимые размеры окон или фонарей еще на этапе концептуального проектирования.

• При боковом освещении: Для определения требуемой площади окон при боковом освещении часто используются эмпирические методы и коэффициенты, учитывающие отношение площади остекления к площади пола. СП 52.13330.2016 и СП 367.1325800.2017 содержат рекомендации и формулы, которые позволяют приближенно рассчитать этот показатель. Например, может быть использована формула, связывающая требуемую площадь светового проема с нормируемым КЕО, глубиной помещения, высотой окон и коэффициентами, учитывающими световой климат и отражение.

• При верхнем освещении (фонарей): Для помещений с верхним освещением (через фонари, световые проемы в кровле) предварительный расчет площади S_с.ф (площади световых проемов фонарей) часто осуществляется с использованием специальных графиков, приведенных в нормативных документах (например, рисунки 8.4-8.7 в СП 367.1325800.2017). Эти графики позволяют определить необходимое отношение площади фонарей к площади пола (S_ф/S_п) на основе заданного нормируемого значения КЕО.

Пример использования графика (гипотетический):
Предположим, для производственного помещения с верхним освещением требуется нормируемый КЕО = 2,0%. По графику (например, рис. 8.4 СП 367.1325800.2017) для этого значения КЕО и определенного типа фонарей (например, световые проемы в виде шедов) определяется, что отношение S_ф/S_п должно быть 0,1. Если площадь пола помещения 1000 м², то минимальная площадь фонарей составит 1000 м² · 0,1 = 100 м².

Проверочный расчет КЕО — это более точный итерационный процесс, который выполняется после определения всех геометрических и оптических характеристик помещения. Он включает:

1. Выбор расчетных точек.
2. Определение геометрических параметров видимых участков неба и противостоящих объектов.
3. Расчет каждой из составляющих КЕО (небесной, внутренней отраженной, внешней отраженной) с использованием детальных формул и коэффициентов.
4. Суммирование составляющих для получения общего значения КЕО в каждой точке.
5. Сравнение полученных значений с нормируемыми.

Особенности расчета КЕО для различных архитектурно-планировочных решений

Архитектурное разнообразие зданий требует гибкости в подходах к расчету естественного освещения. Стандартные методики могут быть недостаточными для некоторых конфигураций:

• Непрямоугольные световые проемы: В случае, если световые проемы имеют нестандартную форму (круглая, полукруглая, эллиптическая), их для целей расчета КЕО допускается заменять эквивалентными по площади прямоугольными проемами. Этот прием упрощает геометрические расчеты без существенной потери точности.
• Г-образные помещения: Для помещений сложной формы, таких как Г-образные, расчет КЕО требует введения концепции эквивалентной глубины помещения (b_э). Это позволяет привести сложную геометрию к более простой, прямоугольной форме для применения стандартных расчетных формул.
  bэ = S / a
  Где:
  • S — площадь помещения, м².
  • a — ширина помещения, м.

Определение расчетных точек и условной рабочей поверхности (УРП)

Точность расчета КЕО напрямую зависит от корректного выбора расчетных точек – мест, в которых производится оценка освещенности. Эти точки должны репрезентативно отражать условия освещенности на рабочей поверхности или в местах постоянного пребывания людей.

• При боковом освещении: В жилых и общественных зданиях при одностороннем боковом освещении расчетные точки располагаются в центре помещения. Они находятся на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и условной рабочей поверхности (УРП). Если речь идет о многокомнатных квартирах, расчет обычно выполняется для одной наиболее типичной комнаты. В общежитиях расчетные точки выбираются в геометрическом центре помещения.

• При верхнем или комбинированном естественном освещении: Для помещений любого назначения с верхним или комбинированным освещением нормируется среднее значение КЕО. Расчетные точки в этом случае также располагаются на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и условной рабочей поверхности (или пола). Важно, что первая и последняя расчетные точки должны находиться на расстоянии 1 м от поверхности стен (перегородок) или осей колонн. Это позволяет исключить краевые эффекты и получить более объективную оценку.

• Условная рабочая поверхность (УРП): Это плоскость, на которой нормируется КЕО. Ее высота зависит от функционального назначения помещения и характера выполняемых работ:
  • Для большинства жилых и офисных помещений УРП принимается на высоте 0,8 м от пола. Это соответствует средней высоте столов и рабочих поверхностей.
  • Для работ, выполняемых стоя (например, на производстве или в лабораториях), уровень рабочей поверхности может приниматься 1 м от пола.

Важное методологическое замечание: Метод цепных подстановок, который применяется в факторном анализе для оценки влияния отдельных факторов на общий результат, не используется для расчета КЕО. Расчет коэффициента естественной освещенности основывается на прямом применении специализированных формул и коэффициентов, которые уже учитывают все необходимые составляющие и факторы, а не на разложении общего показателя на отдельные факторы с последующей их заменой.

Таким образом, методология расчета КЕО представляет собой последовательный и логически выстроенный процесс, который при правильном применении позволяет создать эффективную и комфортную световую среду в любом здании. Почему это так важно? Потому что только системный подход гарантирует не просто соответствие нормам, но и максимальное использование потенциала естественного света для благополучия человека.

Учет внешних факторов и расчетных коэффициентов

Влияние естественного света на помещение – это не только вопрос размера и расположения окон. Оно тесно связано с окружающей средой, географией и даже климатом. Для точного расчета коэффициента естественной освещенности (КЕО) необходимо учесть целый ряд внешних факторов и применить соответствующие коэффициенты, которые детализированы в нормативных документах.

Климатические особенности и коэффициент светового климата (m)

Территория Российской Федерации обширна и разнообразна по своим климатическим условиям, что напрямую влияет на доступность и интенсивность естественного света. Именно поэтому в нормативных документах предусмотрено зонирование страны на пять групп административных районов по ресурсам светового климата. Каждая группа характеризуется определенной интенсивностью солнечного излучения и облачности в течение года.

Таблица 2. Группы административных районов РФ по ресурсам светового климата (примеры)

Группа	Примеры административных районов
1	Московская, Смоленская, Владимирская, Калужская, Тульская, Рязанская, Нижегородская, Свердловская, Пермская, Челябинская, Курганская, Новосибирская, Кемеровская области, Республики 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.).
2	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.
3	Калининградская, Псковская, Новгородская, Тверская, Ярославская, Ивановская, Ленинградская, Вологодская, Костромская, Кировская области, Карельская Республика, Ямало-Ненецкий нац. округ.
4	Архангельская, Мурманская области.
5	Калмыцкая Республика, Ростовская, Астраханская области, Ставропольский край, Краснодарский край, Дагестанская Республика, Амурская область, Приморский край.

Для учета этих региональных различий вводится коэффициент светового климата (m). Его значение зависит не только от принадлежности к одной из пяти групп, но и от ориентации световых проемов по сторонам света. Это логично, ведь, например, окно, выходящее на север, будет получать значительно меньше прямого солнечного света, чем окно, ориентированное на юг или восток, и влияние рассеянного света неба будет преобладать.

Таблица 3. Значения коэффициента светового климата m (по таблице 5.1 СП 52.13330.2016) для световых проемов в наружных стенах

Группа административных районов	Ориентация световых проемов (стороны горизонта)	m
1	С-СВ-СЗ	1,0
	З-В	1,0
2	С-СВ-СЗ	1,11
	З-В	1,11
3	С-СВ-СЗ	0,91
	З-В	0,91
4	С-СВ-СЗ	0,83
	З-В	0,83
5	С-СВ-СЗ	1,25
	З-В	1,25

Важно отметить, что для общественных зданий, где предъявляются повышенные требования к постоянству естественного освещения и минимизации прямого солнечного излучения (например, музеи, картинные галереи, библиотеки), световые проемы часто ориентируют на северную четверть горизонта (север — северо-запад — север — северо-восток). Такая ориентация обеспечивает более равномерное и рассеянное освещение, снижая риск выцветания экспонатов и перегрева помещений.

Коэффициент светопропускания (τ₀) и его составляющие

Коэффициент светопропускания (τ₀) является одним из ключевых параметров, определяющих, сколько света пройдет через световой проем. Он представляет собой произведение нескольких частных коэффициентов, каждый из которых учитывает различные потери света:

τ₀ = τ₁ ⋅ τ₂ ⋅ τ₃ ⋅ τ₄ ⋅ τ₅

Где:

• τ₁ — коэффициент светопропускания материала остекления: Эта величина напрямую зависит от типа и толщины стекла. Чем толще стекло, тем ниже его светопропускание.

  Таблица 4. Типовые значения коэффициента светопропускания материала остекления (τ₁) для бесцветных листовых стекол (Приложение Г СП 52.13330.2016)

  Толщина стекла, мм	τ₁
  4	0,90
  6	0,89
  8	0,88

• τ₂ — коэффициент, учитывающий потери света в переплетах светопроема: Переплеты (рамы) окон и фонарей затеняют часть светового проема, уменьшая количество проходящего света. Значение τ₂ зависит от материала и конструкции переплетов.

  Таблица 5. Типовые значения коэффициента потерь света в переплетах светопроема (τ₂) для окон промышленных зданий (примеры)

  Тип переплета	τ₂
  Деревянные: одинарные	0,75
  Деревянные: спаренные	0,70
  Деревянные: двойные раздельные	0,60
  Стальные: одинарные открывающиеся	0,75
  Стальные: одинарные глухие	0,90
  Стальные: двойные открывающиеся	0,65
  Стальные: двойные глухие	0,80

• τ₃ — коэффициент, учитывающий потери света в несущих конструкциях: При верхнем освещении (фонари, зенитные фонари) несущие элементы конструкции кровли могут создавать дополнительное затенение. При боковом освещении (окна в стенах) этот коэффициент обычно принимается равным 1, так как несущие конструкции стен не затеняют сам проем.
• τ₄ — коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащитных устройствах: Если в проекте предусмотрены жалюзи, шторы, козырьки или другие солнцезащитные элементы, их влияние на светопропускание учитывается этим коэффициентом.
• τ₅ — коэффициент, учитывающий потери света в защитной сетке, устанавливаемой под фонарями: В некоторых случаях, для предотвращения падения осколков стекла или других предметов, под фонарями устанавливается защитная сетка. Ее наличие также уменьшает светопропускание и принимается равным 0,9.

Коэффициент отражения (ρ) поверхностей

Коэффициент отражения (ρ) играет важнейшую роль в формировании внутренней отраженной составляющей КЕО. Чем выше отражающая способность поверхностей помещения, тем больше света будет переотражено и распределено по всему объему. Это фундаментальный принцип, который позволяет оптимизировать естественное освещение, даже когда возможности для увеличения площади окон ограничены.

• Для внутренних поверхностей помещения: Расчетное значение средневзвешенного коэффициента отражения внутренних поверхностей помещения (стены, потолок, пол) принимается:
  • 0,55 — для жилых и общественных помещений.
  • 0,50 — для производственных помещений.

  Эти значения являются усредненными и могут корректироваться в зависимости от фактических отделочных материалов.

• Для фасадов противостоящих зданий и подстилающего слоя: Коэффициент отражения фасадов противостоящих зданий (без учета остекленных проемов) и подстилающего слоя (например, асфальт, трава, снег) принимается по данным сертификатов материалов или измерений для проектируемых объектов. Для существующей застройки используются табличные данные из СП 367.1325800.2017.

Таблица 6. Примеры коэффициентов отражения строительных и облицовочных материалов (ρ) и средневзвешенного коэффициента отражения фасада (ρ_ф) (по СП 367.1325800.2017, Таблица А.3)

Материал/Поверхность	ρ	ρф
Белая фасадная краска, белый мрамор	0,70	0,55
Светло-серый бетон, белый силикатный кирпич, очень светлые фасадные краски	0,50	0,35
Средневзвешенный коэффициент отражения остекленных проемов фасада с учетом переплетов	—	0,20

Коэффициент эксплуатации (MF)

Коэффициент эксплуатации (MF) — это важный элемент расчета, который учитывает естественное снижение КЕО в процессе эксплуатации здания. Он является величиной, обратной ранее применявшемуся коэффициенту запаса K_з для естественного освещения (MF = 1/K_з).

MF учитывает:

• Загрязнение и старение светопрозрачных заполнений: Со временем пыль, грязь, осадки, а также процессы старения самого стекла и других светопрозрачных материалов снижают их способность пропускать свет.
• Снижение отражающих свойств поверхностей помещения: Внутренние поверхности также загрязняются, пылятся, выцветают, что уменьшает их коэффициент отражения и, как следствие, внутреннюю отраженную составляющую КЕО.

Общий коэффициент эксплуатации рассчитывается как произведение двух составляющих:

MF = MFз ⋅ MFп

Где:

• MFз — учитывает загрязнение и старение светопрозрачных заполнений.
• MFп — учитывает снижение отражающих свойств внутренних поверхностей помещения.

Значения коэффициента эксплуатации MF зависят от условий среды в помещении и степени загрязнения.

Таблица 7. Примеры значений коэффициента эксплуатации MF

Условия среды в помещении	MF
Помещения с малым выделением пыли	0,80
Помещения с наружным освещением	0,65
(Прочие значения см. в СП 52.13330.2016)

Таким образом, учет всех внешних факторов и правильное применение расчетных коэффициентов позволяют получить максимально точную и реалистичную картину естественного освещения в проектируемом здании, что является залогом соответствия проекта нормативным требованиям и обеспечения комфортных условий для людей.

Требования к инсоляции и солнцезащите зданий

Помимо общего уровня естественного освещения, важнейшим аспектом комфортности и гигиеничности помещений является инсоляция — прямое солнечное облучение. Солнечные лучи несут не только свет, но и тепло, а также ультрафиолет, обладающий бактерицидными свойствами. Однако избыточная инсоляция может привести к перегреву, слепящему эффекту и выцветанию материалов. Именно поэтому требования к инсоляции и солнцезащите строго регламентируются, ведь баланс между пользой и вредом от солнечного света критически важен для здоровья и комфорта.

Нормирование инсоляции жилых помещений

Требования к инсоляции жилых помещений устанавливаются в СанПиН 1.2.3685-21. Цель нормирования — обеспечить необходимое количество прямого солнечного света для поддержания оптимального микроклимата, дезинфекции и общего благоприятного воздействия на человека, избегая при этом негативных последствий.

Нормы инсоляции зависят от географической широты и, соответственно, климатической зоны, поскольку продолжительность солнечного сияния меняется в течение года в зависимости от местоположения. Российская Федерация разделена на три инсоляционные зоны:

Таблица 8. Нормируемая продолжительность непрерывной инсоляции для помещений жилых зданий (СанПиН 1.2.3685-21, Таблица 5.58)

Инсоляционная зона	Географическая широта	Продолжительность непрерывной инсоляции	Период обеспечения
Северная зона	севернее 58° с.ш.	2,5 часа	с 22 апреля по 22 августа
Центральная зона	58° с.ш. — 48° с.ш.	2 часа	с 22 апреля по 22 августа
Южная зона	южнее 48° с.ш.	1,5 часа	с 22 февраля по 22 октября

Дополнительные требования к инсоляции:

• Количество инсолируемых комнат: Продолжительность инсоляции должна быть обеспечена не менее чем:
  • В одной комнате 1-3-комнатных квартир.
  • Не менее чем в двух комнатах 4-х и более комнатных квартир.
• В общежитиях: Инсоляция должна быть обеспечена не менее чем в 60% жилых комнат.
• Прерывистая инсоляция: Допускается прерывистость инсоляции, при которой один из периодов должен быть не менее 1 часа. В этом случае суммарная продолжительность нормируемой инсоляции увеличивается на 0,5 часа для каждой зоны. Например, для центральной зоны вместо 2 часов непрерывной инсоляции может быть 2,5 часа прерывистой (например, 1 час + 1,5 часа).

Соблюдение этих норм критически важно для создания здоровой среды проживания, особенно в условиях плотной городской застройки, где затенение от соседних зданий является распространенной проблемой.

Методы расчета продолжительности инсоляции

Для точного определения продолжительности инсоляции используются специализированные инструменты:

• Инсоляционные графики: Это графические построения, которые позволяют визуально определить траекторию движения солнца по небесной сфере для конкретной географической широты и в определенные календарные даты. Накладывая на график контуры затеняющих объектов (здания, рельеф, элементы благоустройства), можно точно установить периоды прямого солнечного облучения.
• Солнечные карты: Представляют собой проекции солнечной траектории на горизонтальную или вертикальную плоскость. Они также используются для графического определения продолжительности инсоляции и углов падения солнечных лучей.
• Программные комплексы: Современные специализированные программы (такие как RusKEO, DIALux evo, RELUX) значительно упрощают и автоматизируют расчеты инсоляции, позволяя создавать точные 3D-модели и оценивать продолжительность инсоляции для каждой точки помещения с учетом всех затеняющих факторов.

Проектирование солнцезащитных устройств

Поскольку прямое солнечное излучение, особенно в южных регионах или при определенной ориентации окон, может быть избыточным, необходимо проектировать эффективные солнцезащитные устройства. Основные требования к ним устанавливаются в **СП 370.1325800.2017 «Устройства солнцезащитные зданий. Правила проектирования»**. И что из этого следует? Продуманная солнцезащита – это не только способ избежать перегрева, но и ключевой элемент создания комфортного визуального восприятия и защиты интерьера от выцветания.

Этот Свод Правил регламентирует:

• Типы солнцезащитных устройств: От внутренних (жалюзи, рулонные шторы) до внешних (козырьки, навесы, маркизы, ламели, ставни) и встроенных в межстекольное пространство.
• Материалы: Требования к материалам солнцезащитных устройств с точки зрения их долговечности, устойчивости к внешним воздействиям, а также светотехнических характеристик (коэффициент пропускания, отражения, поглощения).
• Размещение: Правила размещения солнцезащитных устройств на наружных ограждающих конструкциях (фасадах), внутри помещений и в межстекольном пространстве, с учетом их эффективности и влияния на эстетику здания.
• Цели солнцезащиты: Снижение теплопоступлений от солнечной радиации для предотвращения перегрева помещений, уменьшение слепящего эффекта, защита от ультрафиолетового излучения для сохранения отделочных материалов и мебели, а также обеспечение приватности.

Грамотное сочетание инсоляционных требований и продуманной системы солнцезащиты позволяет создать в здании комфортный микроклимат и оптимальные условия освещения в течение всего года, учитывая динамику солнечного света и тепловой энергии.

Современные подходы и программные комплексы для расчета естественного освещения

Эра ручных расчетов, хотя и остается фундаментом понимания светотехники, постепенно уступает место высокотехнологичным решениям. Современное проектирование естественного освещения немыслимо без использования специализированных программных комплексов, которые позволяют не только значительно ускорить процесс, но и повысить точность, наглядность и вариативность анализа.

Обзор программного обеспечения RusKEO

Одним из наиболее востребованных инструментов на российском рынке для расчета естественного освещения является программа RusKEO. Её популярность объясняется тем, что она разработана с учетом специфики именно отечественных нормативных документов, что значительно упрощает работу проектировщиков. И что из этого следует? Применение такого ПО гарантирует соответствие проекта российским стандартам с минимальными временными затратами.

Ключевые особенности и функционал RusKEO:

• Соответствие актуальным СП: RusKEO учитывает методики, изложенные в СП 23-102-2003, СП 52.13330.2011, СП 52.13330.2016, СП 367.1325800.2017 и СП 419.1325800.2018. Это гарантирует актуальность и юридическую корректность проводимых расчетов.
• Расчет КЕО при различных типах освещения: Программа позволяет выполнять расчеты КЕО как при боковом, так и при верхнем освещении (включая различные типы фонарей, трубчатые световоды, шеды, П-образные проемы).
• Расчет инсоляции: В дополнение к КЕО, RusKEO способен рассчитывать продолжительность инсоляции, что критически важно для жилых и общественных зданий согласно требованиям СанПиН.
• Автоматизация расчетов: Программа автоматизирует многие рутинные операции, снижая вероятность ошибок и ускоряя процесс проектирования.
• Экспорт результатов: Возможность экспорта результатов расчетов в формат PDF удобна для формирования отчетов и включения в проектную документацию.
• Личный кабинет и хранение данных: Система личных учетных записей и хранения данных в личном кабинете обеспечивает удобство работы с проектами, их архивирование и доступность.

RusKEO является ценным инструментом для российских специалистов, поскольку он ориентирован на локальные нормы и стандарты, что обеспечивает бесшовную интеграцию в существующие рабочие процессы.

Универсальные программные комплексы (DIALux evo, RELUX)

Наряду со специализированными российскими продуктами, существует ряд универсальных международных программных комплексов, которые также активно используются для светотехнических расчетов, включая естественное освещение. Среди них особенно выделяются DIALux evo и RELUX.

DIALux evo

DIALux evo — это мощный, многофункциональный программный комплекс, широко используемый в международной практике для комплексного светотехнического проектирования. Его возможности в области естественного освещения впечатляют:

• Модели неба: DIALux evo позволяет выполнять расчеты естественного освещения с использованием трех моделей неба: пасмурное, среднее и ясное, согласно международному стандарту CIE 110-1994. Это дает возможность анализировать освещенность в различных погодных условиях.
• Учет прямого солнечного излучения: Программа не только рассчитывает КЕО от рассеянного света неба, но и учитывает прямое солнечное излучение, что позволяет оценивать как освещенность, так и теплопоступления.
• Интеграция солнцезащитных систем: DIALux evo способен моделировать влияние различных солнцезащитных систем (жалюзи, козырьки, ламели) на проникновение естественного света и предотвращение перегрева.
• Зенитные фонари и фасадные элементы: Поддерживается моделирование зенитных фонарей, световых шахт и сложных фасадных элементов, что позволяет анализировать естественное освещение в помещениях с верхним и комбинированным светом.
• 3D-моделирование и импорт IFC: Программа поддерживает полноценное 3D-моделирование помещений и импорт файлов в формате IFC, что обеспечивает высокую точность геометрического представления объектов.
• Визуализация и расчет коэффициента дневного света: DIALux evo предоставляет наглядные визуализации распределения освещенности, а также позволяет рассчитывать коэффициент дневного света (Daylight Factor), который является аналогом КЕО.
• Учет окружающих условий: Программа учитывает влияние окружающих условий, таких как чистота помещения, а также позволяет задавать местоположение (географические координаты), дату и время для точных расчетов, что особенно важно при моделировании солнечного излучения.

RELUX

RELUX — еще один мощный программный продукт для профессионального светотехнического проектирования, обладающий широким функционалом для работы с естественным освещением:

• Комплексное моделирование: RELUX используется для моделирования освещенности и точного расчета внутренних дневных условий с учетом различных состояний неба, сложной геометрии и конфигурации помещения.
• Широкий диапазон отражений: Программное обеспечение поддерживает учет широкого диапазона отражений от реальных поверхностей стен, потолков, полов и других материалов, что повышает реалистичность расчетов внутренней отраженной составляющей.
• 3D-визуализации и графики: RELUX предоставляет детальные трехмерные визуализации распределения освещенности, таблицы значений, трехмерные графики освещенности, а также данные о высоте солнца, что делает анализ максимально наглядным.
• Планирование систем управления освещением: Одной из уникальных особенностей RELUX является возможность планирования систем управления освещением с датчиками, что позволяет оценивать энергоэффективность проекта и оптимизировать потребление электроэнергии за счет использования естественного света.

Преимущества использования программных комплексов

Применение специализированных программных комплексов для светотехнических расчетов дает проектировщикам целый ряд неоспоримых преимуществ:

1. Высокая точность расчетов: Программы позволяют учесть множество факторов (геометрию помещения, оптические свойства материалов, внешние препятствия, климатические данные) с недостижимой для ручных методов точностью.
2. Экономия времени и снижение трудозатрат: Автоматизация расчетов значительно сокращает время, необходимое для анализа различных сценариев и получения результатов.
3. Визуализация и наглядность: 3D-моделирование и визуализация распределения освещенности позволяют не только увидеть, но и прочувствовать будущую световую среду, облегчая принятие решений и коммуникацию с заказчиком.
4. Оптимизация проектных решений: Возможность быстро тестировать различные варианты (изменение размеров окон, выбор материалов, установка солнцезащиты) позволяет найти оптимальные решения, соответствующие всем нормам и требованиям.
5. Обеспечение соответствия нормам: Программные комплексы, интегрированные с актуальными нормативными документами, помогают гарантировать, что проект соответствует всем СНиП, СП и ГОСТ.
6. Энергоэффективность: Детальный анализ естественного освещения позволяет максимально использовать дневной свет, снижая потребность в искусственном освещении и, как следствие, сокращая энергопотребление здания.
7. Создание комфортной и безопасной среды: В конечном итоге, использование программных комплексов направлено на создание световой среды, которая будет комфортной, здоровой, безопасной и продуктивной для конечных пользователей.

Таким образом, современные программные комплексы являются незаменимым инструментом в арсенале любого специалиста, занимающегося проектированием зданий, позволяя создавать высококачественные и эффективные решения в области естественного освещения. Разве не это будущее строительной отрасли?

Практический пример расчета естественного освещения (боковое и верхнее)

Для закрепления теоретических знаний и демонстрации практического применения методик расчета КЕО, рассмотрим подробный пример для гипотетического учебного класса, где используется комбинированное естественное освещение. Этот пример позволит шаг за шагом проиллюстрировать применение формул и коэффициентов.

Исходные данные и постановка задачи

Помещение: Учебная аудитория в университете.
Географическое положение: г. Москва (принадлежит к 1-й группе административных районов по ресурсам светового климата).
Ориентация световых проемов: Окна выходят на запад, фонари ориентированы по оси здания (условно на север).
Размеры помещения:

• Длина (L) = 12 м
• Ширина (B) = 6 м
• Высота (H) = 3,6 м

Световые проемы:

• Боковое освещение: Окна в одной стене (ширина 6 м). Размеры каждого окна: ширина 1,8 м, высота 2,4 м. Подоконник на высоте 0,9 м от пола. Всего 3 окна.
• Верхнее освещение: Прямоугольный фонарь размером 2 м х 6 м, расположенный по центру потолка.

Материалы и коэффициенты:

• Остекление окон и фонаря: бесцветное листовое стекло толщиной 6 мм.
• Переплеты окон: одинарные деревянные.
• Переплеты фонаря: одинарные стальные открывающиеся.
• Солнцезащитные устройства: отсутствуют (τ₄ = 1).
• Защитная сетка под фонарем: отсутствует (τ₅ = 1).
• Расчетное значение средневзвешенного коэффициента отражения внутренних поверхностей (ρ_вн): 0,55 (для общественных помещений).
• Коэффициент отражения от противостоящих зданий и подстилающего слоя (ρ_ф): допустим, 0,35 (светло-серый бетон).
• Коэффициент эксплуатации MF: 0,8 (для помещений с малым выделением пыли).

Нормируемый КЕО: Для учебных аудиторий нормируемый КЕО (на рабочей поверхности) согласно СП 52.13330.2016 составляет 2,0%.
Расчетная поверхность (УРП): Высота 0,8 м от пола.

Задача: Выполнить проверочный расчет КЕО в контрольных точках помещения и сравнить полученные значения с нормируемыми.

Пошаговый расчет КЕО при боковом освещении

Для расчета КЕО при боковом освещении в учебной аудитории применим методику, основанную на суммировании небесной, внутренней отраженной и внешней отраженной составляющих.
Расчетные точки для одностороннего бокового освещения располагаются в центре помещения на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза и УРП. В данном случае, возьмем две точки:

• Точка 1: В центре помещения, на расстоянии L/2 = 6 м от окна.
• Точка 2: Удаленная от окна на 1 м (то есть 11 м от окна).

1. Определение общего коэффициента светопропускания τ₀ для окон

τ₀ = τ₁ ⋅ τ₂ ⋅ τ₃ ⋅ τ₄ ⋅ τ₅

• τ₁ (стекло 6 мм): 0,89 (по Таблице 4).
• τ₂ (одинарные деревянные переплеты): 0,75 (по Таблице 5).
• τ₃ (несущие конструкции для бокового освещения): 1.
• τ₄ (солнцезащитные устройства): 1 (отсутствуют).
• τ₅ (защитная сетка): 1 (отсутствует).

τ₀ = 0,89 ⋅ 0,75 ⋅ 1 ⋅ 1 ⋅ 1 = 0,6675

2. Определение коэффициента светового климата m для окон

• Группа административных районов: 1 (г. Москва).
• Ориентация окон: Запад (З-В).
• По Таблице 3: m = 1,0.

3. Расчет небесной составляющей КЕО (e_н)

Расчет e_н для бокового освещения является сложным и обычно выполняется с использованием графиков, но для примера упростим его, представив общую формулу, которая включает угловые коэффициенты. В ручном расчете часто используют метод графических построений на проекции небесной полусферы или специализированные таблицы. Для упрощения примера, допустим, что для нашего расположения и размеров окон, при m = 1.0, τ₀ = 0.6675, и для точки 1 (в центре) e_н = 0,8%, а для точки 2 (у дальней стены) e_н = 0,4%.

4. Расчет внутренней отраженной составляющей КЕО (e_в.о)

eв.о = 0,05 ⋅ ρвн ⋅ (Sок / Sпомещ) ⋅ Kс

Где:

• ρвн = 0,55.
• Sок — площадь остекления окон = 3 ⋅ (1,8 м ⋅ 2,4 м) = 3 ⋅ 4,32 м² = 12,96 м².
• Sпомещ — площадь пола помещения = 12 м ⋅ 6 м = 72 м².
• Kс — коэффициент, учитывающий влияние внутренних отражений (зависит от геометрии, для упрощения примем Kс = 1,5 для центра помещения и 1,2 для дальней точки).

Для Точки 1 (центр):
eв.о1 = 0,05 ⋅ 0,55 ⋅ (12,96 / 72) ⋅ 1,5 ≈ 0,05 ⋅ 0,55 ⋅ 0,18 ⋅ 1,5 ≈ 0,007425 ≈ 0,74%

Для Точки 2 (у дальней стены):
eв.о2 = 0,05 ⋅ 0,55 ⋅ (12,96 / 72) ⋅ 1,2 ≈ 0,05 ⋅ 0,55 ⋅ 0,18 ⋅ 1,2 ≈ 0,00594 ≈ 0,59%

5. Расчет внешней отраженной составляющей КЕО (e_н.о)

eн.о = 0,05 ⋅ ρф ⋅ (Sок / Sпомещ) ⋅ Kвн

Где:

• ρф = 0,35 (по Таблице 6, светло-серый бетон).
• Sок и Sпомещ те же.
• Kвн — коэффициент, учитывающий влияние внешней отраженной составляющей (зависит от высоты противостоящих зданий и их расстояния; для упрощения примем Kвн = 0,5).

Для Точки 1:
eн.о1 = 0,05 ⋅ 0,35 ⋅ (12,96 / 72) ⋅ 0,5 ≈ 0,05 ⋅ 0,35 ⋅ 0,18 ⋅ 0,5 ≈ 0,001575 ≈ 0,16%

Для Точки 2:
eн.о2 = 0,05 ⋅ 0,35 ⋅ (12,96 / 72) ⋅ 0,5 ≈ 0,05 ⋅ 0,35 ⋅ 0,18 ⋅ 0,5 ≈ 0,001575 ≈ 0,16%

6. Суммарный КЕО при боковом освещении для каждой точки

Для Точки 1:
e1 (бок) = eн1 + eв.о1 + eн.о1 = 0,8% + 0,74% + 0,16% = 1,7%

Для Точки 2:
e2 (бок) = eн2 + eв.о2 + eн.о2 = 0,4% + 0,59% + 0,16% = 1,15%

Пошаговый расчет КЕО при верхнем освещении (фонаря)

Расчет КЕО при верхнем освещении (для фонаря) также включает небесную и внутреннюю отраженную составляющие. Внешняя отраженная составляющая для верхнего освещения обычно незначительна и часто не учитывается или включается в другие коэффициенты.
Расчетные точки для верхнего освещения располагаются на УРП, первая и последняя на расстоянии 1 м от стен. В данном случае, возьмем 3 точки по центру помещения вдоль длинной стороны (6 м от окна), на расстоянии 1 м от торцевых стен (6 м от каждой торцевой стены).

1. Определение общего коэффициента светопропускания τ₀ для фонаря

τ₀ = τ₁ ⋅ τ₂ ⋅ τ₃ ⋅ τ₄ ⋅ τ₅

• τ₁ (стекло 6 мм): 0,89.
• τ₂ (одинарные стальные открывающиеся переплеты): 0,75.
• τ₃ (несущие конструкции для фонаря): допустим, 0,9 (учитываем затенение от рамы фонаря).
• τ₄ (солнцезащитные устройства): 1.
• τ₅ (защитная сетка): 1.

τ₀ = 0,89 ⋅ 0,75 ⋅ 0,9 ⋅ 1 ⋅ 1 = 0,599625 ≈ 0,60

2. Определение коэффициента светового климата m для фонаря

• Группа административных районов: 1 (г. Москва).
• Ориентация фонаря: Условно Север.
• По Таблице 3: m = 1,0.

3. Расчет небесной составляющей КЕО (e_н) для фонаря

Расчет e_н для верхнего освещения также сложен, но может быть выполнен с использованием угловых коэффициентов. Для упрощения примера, допустим, что для нашего расположения и размеров фонаря, при m = 1.0, τ₀ = 0.60, и для расчетных точек среднее значение e_н = 1,5%.

4. Расчет внутренней отраженной составляющей КЕО (e_в.о) для фонаря

Для верхнего освещения формула e_в.о отличается. Часто используется упрощенная формула, учитывающая средневзвешенный коэффициент отражения и отношение площади фонарей к площади пола.

eв.о = 0,1 ⋅ ρвн ⋅ (Sф / Sпомещ) ⋅ Kф

Где:

• ρвн = 0,55.
• Sф — площадь фонаря = 2 м ⋅ 6 м = 12 м².
• Sпомещ = 72 м².
• Kф — коэффициент, учитывающий эффективность фонаря (для упрощения примем Kф = 1,3).

eв.о (фон) = 0,1 ⋅ 0,55 ⋅ (12 / 72) ⋅ 1,3 ≈ 0,1 ⋅ 0,55 ⋅ 0,1667 ⋅ 1,3 ≈ 0,0119 ≈ 1,19%

5. Суммарный КЕО при верхнем освещении (для всех точек)

eфон = eн (фон) + eв.о (фон) = 1,5% + 1,19% = 2,69%

Анализ результатов и рекомендации по оптимизации

Теперь сведем все полученные значения КЕО в таблице и сравним их с нормируемым значением 2,0%.

Таблица 9. Сводные результаты расчета КЕО

Точка расчета	Тип освещения	Расчетное КЕО, %	Нормируемый КЕО, %	Соответствие норме
Точка 1 (центр помещения)	Боковое	1,7	2,0	Не соответствует
Точка 2 (дальняя от окна)	Боковое	1,15	2,0	Не соответствует
Среднее по фонарю	Верхнее	2,69	2,0	Соответствует

Выводы:

1. Недостаточность бокового освещения: Расчеты показывают, что только бокового освещения от окон недостаточно для достижения нормируемого КЕО в учебной аудитории. Особенно сильно это проявляется в дальней от окон части помещения (Точка 2), где КЕО существенно ниже нормы. Даже в центре помещения (Точка 1) КЕО не дотягивает до 2,0%.
2. Эффективность верхнего освещения: Верхнее освещение от фонаря обеспечивает КЕО, превышающий нормируемое значение, что является положительным результатом.
3. Необходимость комбинированного освещения: Поскольку в исходных данных указано наличие как бокового, так и верхнего освещения (комбинированное), необходимо провести расчет общего КЕО для каждой точки как сумму КЕО от бокового и верхнего света.

Расчет комбинированного КЕО (для точек 1 и 2, с учетом равномерности от фонаря):

• Для Точки 1 (центр помещения):
  eкомб1 = e1 (бок) + eфон = 1,7% + 2,69% = 4,39%
• Для Точки 2 (дальняя от окна):
  eкомб2 = e2 (бок) + eфон = 1,15% + 2,69% = 3,84%

Окончательный анализ комбинированного освещения:

Точка расчета	Тип освещения	Расчетное КЕО, %	Нормируемый КЕО, %	Соответствие норме
Точка 1 (центр помещения)	Комбинированное	4,39	2,0	Соответствует
Точка 2 (дальняя от окна)	Комбинированное	3,84	2,0	Соответствует

Все расчетные точки при комбинированном освещении показывают КЕО, значительно превышающий нормируемый 2,0%. Это означает, что предложенное решение с комбинацией бокового и верхнего освещения является успешным.

Рекомендации по оптимизации (гипотетические, если бы нормы не выполнялись):

Если бы расчетные значения КЕО оказались ниже нормируемых, можно было бы предложить следующие меры оптимизации:

1. Увеличение площади световых проемов: Расширение существующих окон или добавление новых, а также увеличение площади фонарей.
2. Использование более светопрозрачных материалов: Выбор стекол с более высоким коэффициентом светопропускания (например, с меньшей толщиной или специальных просветленных стекол).
3. Применение светлых отделочных материалов: Покраска стен и потолков в более светлые тона (с высоким коэффициентом отражения) для увеличения внутренней отраженной составляющей КЕО.
4. Изменение геометрии помещения: В некоторых случаях может потребоваться перепланировка для увеличения глубины проникновения света.
5. Применение световодов: Для глубоких помещений или зон с затрудненным доступом к естественному свету можно рассмотреть установку световодов.
6. Установка дополнительных зеркал или отражающих поверхностей: Для перенаправления света в недостаточно освещенные зоны.

Данный практический пример демонстрирует, как комплексный подход к расчету естественного освещения, с учетом всех факторов и коэффициентов, позволяет принимать обоснованные проектные решения и создавать комфортную световую среду в помещениях различного назначения.

Заключение

Путешествие в мир естественного освещения – от его фундаментального влияния на человеческое здоровье до сложных инженерных расчетов – выявило его ключевую роль в архитектурно-строительном проектировании. Мы убедились, что естественный свет – это не просто приятный бонус, а критически важный фактор, формирующий среду обитания, влияющий на наше самочувствие, продуктивность и даже безопасность. Статистика о значительном улучшении качества сна и росте работоспособности у людей, имеющих доступ к естественному свету, служит ярким тому подтверждением.

В рамках данной курсовой работы мы последовательно изучили и систематизировали основные принципы и методы расчета естественного освещения зданий. Мы проанализировали действующую нормативно-правовую базу Российской Федерации, которая включает актуализированные СП 52.13330.2016, СП 367.1325800.2017 и санитарные нормы СанПиН 1.2.3685-21, подчеркнув важность использования именно современных документов. Четкое определение таких понятий, как естественное освещение, КЕО, световой проем, а также классификация по типам (боковое, верхнее, комбинированное) стали отправной точкой для глубокого понимания предмета.

Особое внимание было уделено методологии нормирования через коэффициент естественной освещенности (КЕО), который служит количественным индикатором достаточности света. Мы рассмотрели нормируемые значения КЕО для различных типов помещений, от жилых до производственных, и разобрали условия, при которых производятся расчеты. Детальное изучение общей формулы КЕО, её разбивка на небесную, внутреннюю и внешнюю отраженные составляющие, а также пошаговое описание этапов проектирования и расчета освещения, включая предварительный и проверочный подходы, позволили сформировать комплексное представление о процессе. Не обошли стороной и нюансы расчета для архитектурно-сложных решений, таких как непрямоугольные проемы и Г-образные помещения, а также правила определения расчетных точек и условной рабочей поверхности.

Ключевым аспектом работы стал учет внешних факторов: от географического положения и зонирования России по световому климату до влияния ориентации здания. Подробное рассмотрение коэффициентов, таких как светового климата (m), светопропускания (τ₀) с его многочисленными составляющими (τ₁, τ₂, τ₃, τ₄, τ₅), коэффициентов отражения (ρ) для внутренних и внешних поверхностей, а также коэффициента эксплуатации (MF), позволило сформировать практический инструментарий для точных расчетов.

Мы также коснулись важных требований к инсоляции жилых помещений, установленных в СанПиН 1.2.3685-21, включая нормируемую продолжительность инсоляции для различных климатических зон и правила её прерывистости. Значение солнцезащитных устройств, регулируемых СП 370.1325800.2017, было подчеркнуто как необходимый элемент для обеспечения комфорта и предотвращения перегрева.

Наконец, курсовая работа представила обзор современных программных комплексов, таких как RusKEO, DIALux evo и RELUX, которые автоматизируют сложные расчеты, повышают их точность и наглядность, что критически важно для современного проектирования. Возможности 3D-моделирования, учета различных моделей неба, интеграции солнцезащитных систем и планирования энергоэффективности демонстрируют, как технологии меняют подходы к созданию оптимальной световой среды. Практический пример расчета для учебной аудитории послужил наглядной иллюстрацией применения всех теоретических положений и позволил оценить соответствие проектных решений нормативным требованиям.

Подводя итог, можно с уверенностью сказать, что глубокое понимание принципов, методов и нормативных требований к естественному освещению является неотъемлемой компетенцией для будущих специалистов в области проектирования зданий и сооружений. Эта работа подтверждает достижение поставленных целей и задач, предоставляя студенту не только теоретические знания, но и прочную основу для практического применения в будущей профессиональной деятельности, направленной на создание комфортной, здоровой и энергоэффективной архитектурной среды.

Список использованной литературы

1. СП 23-102-2003 Естественное освещение жилых и общественных зданий.
2. СП 52.13330.2016. Естественное и искусственное освещение. Актуализированная редакция СНиП 23-05-95* (с Изменениями N 1, 2).
3. СП 370.1325800.2017 Устройства солнцезащитные зданий. Правила проектирования (с Изменениями N 1, 2).
4. Нормы инсоляции и естественного освещения 2021. URL: https://solargy.ru/articles/normy-insolyatsii-i-estestvennogo-osveshcheniya-2021 (дата обращения: 03.11.2025).
5. Освещение по СанПиН в 2025 году: нормы и требования. URL: https://potrebitel-expert.ru/osveshhenie-po-sanpin-v-2025-godu-normy-i-trebovaniya/ (дата обращения: 03.11.2025).
6. Таблица расчета освещенности помещений по СП 52.13330.2016. URL: https://inner-engineering.ru/sp-52-13330-2016-normy-osveshhennosti/ (дата обращения: 03.11.2025).
7. РАСЧЕТ КЕО и ИНСОЛЯЦИИ. URL: https://solargy.ru/keo/ (дата обращения: 03.11.2025).
8. Калькулятор освещённости помещений | Расчет по нормам СП 52.13330.2016. URL: https://gensio.ru/kalkulyator-osveshhennosti-pomeshhenij/ (дата обращения: 03.11.2025).
9. Методика выполнения расчетов КЕО при боковом освещении — RusKEO. URL: https://ruskeo.ru/metodicheskie-ukazaniya/metodika-vypolneniya-raschetov-keo-pri-bokovom-osveshhenii (дата обращения: 03.11.2025).
10. Скачать СП 367.1325800.2017 Здания жилые и общественные. Правила проектирования естественного и совмещенного освещения. URL: https://www.gostsnip.ru/sp/sp_367_1325800_2017 (дата обращения: 03.11.2025).
11. СП (Свод правил) Минстроя России от 17.12.2018 № СП 419.1325800.2018. URL: https://www.glavbukh.ru/npd/7625 (дата обращения: 03.11.2025).
12. «Изменение N 2 к СП 52.13330.2016 «СНиП 23-05-95* естественное и искусственное освещение». URL: https://normativ.kontur.ru/document?moduleId=1&documentId=412401 (дата обращения: 03.11.2025).