Коэффициент естественной освещённости

Коэффициент естественной освещённости (КЕО) — это безразмерная величина, представляющая собой отношение естественной освещённости в заданной точке внутри помещения к одновременно измеренной наружной горизонтальной освещённости, создаваемой светом полностью открытого небосвода (прямой солнечный свет при этом исключается). КЕО выражается в процентах и является основным нормируемым параметром для оценки и проектирования естественного освещения зданий и сооружений.

Определение и физический смысл

КЕО количественно характеризует, какая доля светового потока от небосвода достигает конкретной точки внутри помещения после прохождения через световые проёмы (окна, фонари) и с учётом отражений от внутренних поверхностей. Формально он определяется по формуле:

\[ e = \frac{E_в}{E_н} \times 100\% \]

где:

• \( e \) — коэффициент естественной освещённости (%);
• \( E_в \) — освещённость в контрольной точке внутри помещения (лк);
• \( E_н \) — одновременная освещённость под открытым небом на горизонтальной плоскости (лк).

Измерение КЕО проводится в условиях сплошной облачности (пасмурное небо), чтобы исключить влияние прямых солнечных лучей и обеспечить диффузное (рассеянное) освещение. Это позволяет получить стабильные и сопоставимые результаты, не зависящие от времени суток и сезона.

История нормирования

Необходимость количественной оценки естественного света возникла в XIX веке с развитием промышленной архитектуры и ростом городов. Первые научные работы по измерению дневного света принадлежат русскому учёному В. В. Мешкову (начало XX века), который предложил понятие «световой коэффициент» — отношение площади остекления к площади пола. Однако этот показатель не учитывал ориентацию здания, затенение соседними строениями и отражающие свойства поверхностей.

В 1930-х годах в СССР была разработана методика расчёта КЕО, основанная на графическом методе академика А. М. Данилюка. Этот метод позволял учитывать форму и размеры окон, их расположение, а также затеняющие объекты. В 1940 году КЕО был впервые включён в строительные нормы и правила (СНиП). С тех пор он остаётся основным нормируемым показателем для жилых, общественных и производственных зданий в России и странах СНГ.

Классификация и виды КЕО

В зависимости от типа освещения и расположения световых проёмов различают несколько видов КЕО:

• Боковое освещение — свет поступает через окна в наружных стенах. КЕО измеряется в характерных точках на условной рабочей поверхности (обычно на высоте 0,8 м от пола) вдоль линии, параллельной стене с окнами. Минимальное значение КЕО нормируется для точки, наиболее удалённой от окон.
• Верхнее освещение — свет поступает через световые фонари, зенитные фонари или проёмы в покрытии здания. КЕО измеряется в точках на пересечении вертикальных плоскостей характерного разреза помещения. Нормируется среднее значение КЕО.
• Комбинированное освещение — сочетание бокового и верхнего. Нормируется как среднее значение КЕО.

Факторы, влияющие на КЕО

Величина КЕО в конкретной точке помещения зависит от ряда факторов:

1. Геометрические параметры световых проёмов — площадь, форма, высота подоконника, глубина оконного проёма.
2. Светопропускание остекления — коэффициент пропускания стекла (обычно 0,6–0,8 для одинарного, 0,5–0,7 для двойного), загрязнение, наличие жалюзи или штор.
3. Отражающие свойства внутренних поверхностей — коэффициенты отражения потолка, стен, пола. Чем выше отражение, тем больше КЕО в глубине помещения.
4. Затенение внешними объектами — соседние здания, деревья, рельеф местности.
5. Ориентация здания по сторонам света — для расчёта КЕО используется стандартная модель пасмурного неба, но ориентация влияет на долю отражённого света от фасадов.
6. Высота помещения — чем выше потолок, тем больше света проникает вглубь.

Нормирование КЕО в России

В Российской Федерации требования к КЕО установлены в своде правил СП 52.13330.2016 «Естественное и искусственное освещение» (актуализированная редакция СНиП 23-05-95*). Нормируемые значения КЕО зависят от:

• Разряда зрительной работы — всего выделено 8 разрядов (от наивысшей точности до общего наблюдения). Для каждого разряда установлены минимальные значения КЕО при боковом, верхнем и комбинированном освещении.
• Типа помещения — жилые комнаты, учебные классы, больничные палаты, производственные цеха и т. д.

Примеры нормируемых значений КЕО (боковое освещение):

Для верхнего и комбинированного освещения нормируется среднее значение КЕО, которое обычно выше, чем минимальное при боковом, и составляет 2–7% в зависимости от разряда.

Методы расчёта

Расчёт КЕО выполняется на этапе проектирования здания. Основные методы:

• Графический метод Данилюка — классический метод, основанный на построении световых лучей через оконный проём с помощью специальных графиков (график I — для определения количества лучей от небосвода, график II — для определения количества лучей от отражённого света). Позволяет рассчитать КЕО вручную с достаточной для практики точностью.
• Аналитический метод — использует формулы, учитывающие геометрию помещения, светопропускание, коэффициенты отражения и затенение. Применяется в специализированных программных комплексах (например, DIALux, Relux, Light-in-Night).
• Метод светотехнического моделирования — наиболее точный, основан на трассировке лучей (ray tracing) и учитывает все оптические свойства поверхностей. Используется для сложных архитектурных форм.

Измерение КЕО

Натурные измерения КЕО проводятся после завершения строительства или реконструкции здания для проверки соответствия проектным значениям. Измерения выполняются:

• Люксметром — с двумя фотометрическими головками: одна измеряет внутреннюю освещённость, другая — наружную. Измерения проводятся одновременно в пасмурную погоду.
• По методике ГОСТ Р 54944-2012 — регламентирует условия, точки измерения, количество замеров и обработку результатов.

Значение и применение

КЕО является ключевым параметром для обеспечения:

• Зрительного комфорта — достаточное естественное освещение снижает утомляемость глаз, улучшает самочувствие и работоспособность.
• Энергоэффективности — правильное проектирование естественного освещения позволяет сократить затраты на искусственное освещение в дневное время.
• Санитарно-гигиенических норм — естественный свет оказывает бактерицидное действие и необходим для синтеза витамина D у человека.

Критика и ограничения

Несмотря на широкое применение, КЕО имеет ряд недостатков:

• Зависимость от погоды — нормативное значение КЕО рассчитывается для пасмурного неба, что не отражает реальную световую обстановку в солнечные дни.
• Не учитывает динамику — КЕО является статическим показателем, тогда как естественное освещение меняется в течение дня и года.
• Сложность учёта отражённого света — в помещениях с тёмной отделкой или сложной геометрией точность расчёта снижается.

В современной практике всё чаще используется динамическое моделирование дневного света (DA — Daylight Autonomy, UDI — Useful Daylight Illuminance), которое позволяет оценить освещённость в течение всего года с учётом климатических данных. Однако КЕО остаётся обязательным нормативным требованием в строительных нормах России и многих других стран.

Источники

1. СП 52.13330.2016 «Естественное и искусственное освещение». Актуализированная редакция СНиП 23-05-95*.
2. ГОСТ Р 54944-2012 «Здания и сооружения. Методы измерения освещённости».
3. Мешков В. В. «Основы светотехники». — М.: Энергия, 1979.
4. Данилюк А. М. «Расчёт естественного освещения помещений». — М.: Стройиздат, 1941.
5. Кнорринг Г. М. «Светотехника. Проектирование освещения». — СПб.: Энергоатомиздат, 2002.