Расчёт коэффициента естественного освещения¶

Коэффициент естественного освещения (КЕО) — это нормируемая светотехническая величина, характеризующая отношение естественной освещённости, создаваемой в некоторой точке помещения светом неба (непосредственным или после отражений), к одновременному значению наружной горизонтальной освещённости, создаваемой светом полностью открытого небосвода. Выражается в процентах и служит основным показателем при проектировании и оценке естественного освещения жилых, общественных и производственных зданий. В России методика расчёта и нормирования КЕО закреплена в сводах правил, в частности СП 52.13330 «Естественное и искусственное освещение».

¶Физический смысл и определение

КЕО обозначается латинской буквой e и определяется по формуле:

e = (E_в / E_н) × 100 %,

где E_в — освещённость в рассматриваемой точке внутри помещения, лк; E_н — одновременная освещённость под открытым небом на горизонтальной площадке, лк.

Такое отношение позволяет нормировать естественный свет независимо от абсолютных значений наружной освещённости, которая меняется в зависимости от времени суток, сезона, широты и облачности. КЕО показывает, какую долю наружного света получает точка внутри помещения.

¶Составляющие КЕО

Естественное освещение помещения формируется несколькими потоками света, поэтому суммарный КЕО раскладывается на составляющие:

e_н — КЕО от прямого света неба, видимого через светопроём;
e_о — КЕО от отражённого света, то есть света, отражённого от внутренних поверхностей помещения и от противостоящих зданий;
e_з — КЕО от света, отражённого от фасадов противостоящих зданий (при наличии застройки).

Суммарное значение: e = e_н + e_о + e_з.

При боковом освещении нормируется минимальное значение КЕО, при верхнем и комбинированном — среднее. Это отражает неравномерность распределения света по помещению.

¶Методы расчёта

¶Геометрический (графический) метод

Исторически первым и наиболее наглядным является графический метод, разработанный А. М. Данилюком. Он основан на построении проекций телесного угла светового проёма. С помощью графиков I и II Данилюка определяют количество лучей, попадающих в расчётную точку от неба, и учитывают ориентацию проёма. Метод позволяет получить значение e_н без сложных вычислений, но требует аккуратности построений. Для учёта отражённого света применяется график III или дополнительные коэффициенты.

¶Аналитический метод

Аналитический расчёт основан на интегрировании яркости участков небосвода по площади светопроёма. Используются формулы, учитывающие угловые размеры проёма, его положение относительно расчётной точки и распределение яркости по небосводу (по МКО — Международной комиссии по освещению). Этот метод точнее графического, но более трудоёмок.

¶Метод коэффициента использования

Применяется преимущественно для расчёта отражённой составляющей и при верхнем освещении. Вводится коэффициент использования светового потока, зависящий от геометрии помещения, отражающих свойств поверхностей и индекса помещения.

¶Учёт влияющих факторов

При расчёте реального КЕО вводятся поправочные коэффициенты:

Коэффициент	Обозначение	Что учитывает
Общий коэффициент светопропускания	τ₀	Потери света в материале заполнения проёма, переплётах, загрязнение
Коэффициент запаса	K_з	Загрязнение стёкол и снижение светопропускания со временем
Коэффициент отражения	ρ	Отражающие свойства стен, потолка, пола
Коэффициент противостоящей застройки	K_зд	Затемнение соседними зданиями

Общий коэффициент светопропускания определяется как произведение частных коэффициентов: τ₀ = τ₁·τ₂·τ₃·τ₄·τ₅, где учитываются пропускание материала, потери в переплётах, в несущих конструкциях, в солнцезащитных устройствах и загрязнение.

¶Нормирование

Нормы КЕО зависят от:

разряда зрительной работы — чем точнее работа, тем выше требуемое значение;
типа освещения — боковое, верхнее или комбинированное;
климатического района — по световому климату территория России разделена на пояса;
ориентации светопроёмов по сторонам горизонта.

Для жилых комнат и кухонь нормируется, как правило, значение КЕО не менее 0,5 % при боковом освещении. Для производственных помещений с высокой точностью работ требования достигают 2–5 % и более. Нормируемое значение корректируется с учётом пояса светового климата через коэффициент m и солнечности климата через коэффициент c.

¶Порядок расчёта

Типовая последовательность расчёта КЕО включает следующие шаги:

Определение разряда зрительной работы и нормируемого значения КЕО.
Выбор расчётной точки — наиболее удалённой от светопроёма или характерной по условиям работы.
Вычисление геометрического КЕО от прямого света неба.
Расчёт отражённой составляющей.
Учёт коэффициентов светопропускания, запаса, отражения и застройки.
Сравнение полученного значения с нормативным и, при необходимости, корректировка размеров светопроёмов.

При боковом освещении расчёт ведут для точки на расстоянии 1 м от стены, наиболее удалённой от светопроёма. При верхнем — по линии, проходящей через центр помещения.

¶Практическое значение

Расчёт КЕО необходим при проектировании новых и реконструкции существующих зданий, при оценке условий труда на рабочих местах, при экспертизе проектной документации. Недостаток естественного света отрицательно сказывается на зрительной работоспособности и самочувствии людей, а избыток ведёт к перегреву помещений и дискомфорту. Поэтому расчёт КЕО — обязательная часть архитектурно-строительного проектирования, а его результаты проверяются органами санитарного и строительного надзора.

Современные подходы дополняют классический расчёт компьютерным моделированием светового поля, что позволяет учитывать сложную геометрию помещений и реальное распределение яркости небосвода.

Источники: СП 52.13330 «Естественное и искусственное освещение»; СанПиН по гигиеническим требованиям к освещению; учебные пособия по строительной светотехнике; работы А. М. Данилюка по расчёту естественного освещения.