Коэффициент естественной освещенности¶

Коэффициент естественной освещенности (КЕО) — это безразмерная величина, характеризующая отношение естественной освещенности в заданной точке внутри помещения к одновременной освещенности на открытом воздухе под открытым небом при условии полного рассеянного света (непрямого излучения). КЕО выражается в процентах и является основным нормируемым параметром при проектировании естественного освещения зданий и сооружений.

¶Определение и физический смысл

КЕО определяется как отношение освещенности в контрольной точке внутри помещения (Eвн) к освещенности на горизонтальной плоскости снаружи здания (Eнар) в тот же момент времени, при условии, что наружное освещение создается исключительно рассеянным светом небосвода (без учета прямых солнечных лучей). Математически: КЕО = (Eвн / Eнар) × 100%.

Физический смысл КЕО заключается в том, что он показывает, какая доля светового потока, поступающего от небосвода, достигает заданной точки внутри помещения после прохождения через световые проемы (окна, фонари) и многократных отражений от внутренних поверхностей. Чем выше КЕО, тем лучше естественное освещение в помещении.

¶История нормирования

Впервые необходимость количественной оценки естественного освещения была осознана в конце XIX — начале XX века в связи с развитием промышленной архитектуры и ростом требований к гигиене труда. В 1920-х годах в СССР были разработаны первые санитарные нормы, в которых использовались упрощенные методы расчета (например, световой коэффициент — отношение площади окон к площади пола). Однако эти методы не учитывали ориентацию здания, затенение соседними строениями и отражающие свойства поверхностей.

В 1930-х годах советский архитектор и светотехник А. М. Данилюк предложил концепцию КЕО, основанную на геометрическом методе расчета. В 1940-х годах КЕО был введен в строительные нормы и правила (СНиП) как основной показатель естественного освещения. Впоследствии методика расчета КЕО была стандартизирована в ГОСТ и международных документах (например, в ISO 15469:2004).

¶Классификация и виды КЕО

В зависимости от расположения точки измерения и условий освещения различают несколько видов КЕО:

• Боковое освещение — КЕО измеряется в точках, расположенных на расстоянии 1 м от стены, противоположной световому проему, на высоте 0,8 м от пола (условная рабочая поверхность). Для бокового освещения нормируется минимальное значение КЕО (e_min).
• Верхнее освещение — при световых фонарях или зенитных фонарях КЕО измеряется в центре помещения или в характерных точках. Нормируется среднее значение КЕО (e_ср) по площади помещения.
• Комбинированное освещение — сочетание бокового и верхнего освещения. Нормируется среднее значение КЕО, но с учетом доли бокового света.

Также выделяют расчетный КЕО (определяется по формулам или с помощью графиков) и фактический КЕО (измеряется люксметром в натурных условиях).

¶Факторы, влияющие на КЕО

На величину КЕО в конкретной точке помещения влияют:

• Геометрические параметры световых проемов — площадь, форма, высота подоконника, ширина простенков.
• Ориентация здания по сторонам света — при северной ориентации КЕО ниже, чем при южной, из-за разной яркости небосвода.
• Затенение — соседние здания, деревья, рельеф местности могут снижать КЕО на 30–50%.
• Светопропускание остекления — зависит от типа стекла (обычное, тонированное, энергосберегающее), загрязнения, наличия пыли.
• Отражающие свойства внутренних поверхностей — стены, потолок, пол. Чем выше коэффициент отражения (например, белая краска — 0,7–0,8), тем больше КЕО.
• Глубина помещения — чем дальше от окна, тем ниже КЕО.

¶Методы расчета КЕО

Расчет КЕО осуществляется по методике, изложенной в СП 23-102-2003 (Россия) и СНиП 23-05-95 (актуализированная редакция). Основные методы:

• Графический метод А. М. Данилюка — основан на использовании номограмм (графиков I и II), которые позволяют определить количество лучей, проходящих через световой проем в заданную точку. Метод трудоемок, но точен для прямоугольных помещений.
• Аналитический метод — с использованием формул, учитывающих геометрию, светопропускание, отражение и затенение. Реализован в специализированных программах (например, Dialux, Relux).
• Метод светового климата — учитывает среднюю яркость небосвода в данном регионе, что важно для зданий в разных климатических зонах.

Формула для расчета КЕО при боковом освещении:

e = ε_0 × τ_0 × r_1 × k_з × q,

где:

• ε_0 — геометрический КЕО (определяется по графикам),
• τ_0 — общий коэффициент светопропускания (произведение коэффициентов для стекла, переплетов, загрязнения),
• r_1 — коэффициент, учитывающий отражение от внутренних поверхностей,
• k_з — коэффициент запаса (учитывает загрязнение стекла со временем, обычно 1,2–1,5),
• q — коэффициент светового климата (зависит от региона).

¶Нормирование КЕО в России

В России нормы КЕО устанавливаются в зависимости от назначения помещения и разряда зрительной работы (по СанПиН 1.2.3685-21 и СП 52.13330.2016). Примеры нормативных значений:

• Жилые комнаты, кухни — не менее 0,5% (боковое освещение).
• Классные комнаты, учебные кабинеты — не менее 1,5% (боковое освещение).
• Чертежные, конструкторские бюро — не менее 2,0%.
• Производственные цеха с точными работами (разряд I) — не менее 2,5–3,0%.
• Вспомогательные помещения (коридоры, лестницы) — не менее 0,2–0,3%.

Для помещений с верхним освещением нормируется среднее значение КЕО, которое может быть выше (например, для спортивных залов — 1,5–2,0%).

¶Измерение КЕО

Измерение КЕО в натурных условиях проводится с помощью люксметра, оснащенного фотоэлементом с корригирующим фильтром, имитирующим спектральную чувствительность человеческого глаза. Процедура:

1. Измеряется освещенность на открытом воздухе (Eнар) — на горизонтальной площадке, защищенной от прямых солнечных лучей (например, под тентом).
2. Одновременно измеряется освещенность в контрольной точке внутри помещения (Eвн).
3. Вычисляется отношение: КЕО = (Eвн / Eнар) × 100%.

Измерения проводятся в пасмурную погоду или при равномерной облачности, чтобы исключить влияние прямого солнца. Погрешность измерений составляет ±5–10%.

¶Значение и применение

КЕО является ключевым параметром при проектировании зданий, обеспечивающим:

• Санитарно-гигиенические требования — достаточное естественное освещение необходимо для здоровья человека (регуляция циркадных ритмов, профилактика близорукости, улучшение психоэмоционального состояния).
• Энергоэффективность — снижение потребности в искусственном освещении, что экономит электроэнергию.
• Архитектурную выразительность — правильный расчет КЕО позволяет создавать комфортные световые пространства.

КЕО также используется в судебной экспертизе при оценке качества строительства, в реконструкции зданий и при сертификации зданий по «зеленым» стандартам (LEED, BREEAM).

¶Критика и ограничения

КЕО имеет ряд недостатков:

• Не учитывает прямую солнечную радиацию, которая может быть значимой в южных регионах.
• Основан на модели равномерно яркого небосвода, что не соответствует реальным условиям (облачность, загрязнение атмосферы).
• Не отражает субъективное восприятие освещенности человеком (например, яркость и контраст).
• Требует сложных расчетов для помещений сложной формы.

В современной практике КЕО дополняется другими показателями: индексом естественного освещения (DA — Daylight Autonomy), равномерностью освещения и коэффициентом пульсации.

¶Источники

1. СП 52.13330.2016 «Естественное и искусственное освещение». Актуализированная редакция СНиП 23-05-95.
2. СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания».
3. СП 23-102-2003 «Естественное освещение жилых и общественных зданий».
4. Данилюк А. М. «Расчет естественного освещения помещений». — М.: Госстройиздат, 1941.
5. ISO 15469:2004 «Daylight — Calculation of daylight factor».
6. Руководство по проектированию естественного освещения / Под ред. В. Н. Богословского. — М.: Стройиздат, 1985.