Что такое дэйлайтинг, и как им правильно пользоваться

Daylighting буквально переводится с английского как «дневное освещение». Поскольку данное словосочетание издавна представляет собой достаточно широкое понятие, для употребления в настоящем контексте введем англицизм «дэйлайтинг» и придадим ему конкретный технический смысл.

Итак, дэйлайтинг — это практика взаимного размещения окон или иных светопрозрачных конструкций и отражающих поверхностей так, чтобы в течение светового дня естественный свет обеспечивал эффективное внутреннее освещение. Сегодня дэйлайтингу все чаще уделяется особо пристальное внимание в рамках архитектурного проекта здания. При этом цель состоит в том, чтобы максимализировать визуальный комфорт и производительность осуществляемого в том или ином интерьере труда, в то же время экономя энергию. Сбережение энергии в результате применения дэйлайтинга достигается двумя способами — как от сокращения использования электрического освещения, так и от пассивного солнечного нагревания. При этом накопление сэкономленной электроэнергии освещения осуществляется и тогда, когда жильцы не включают освещение, и тогда, когда автоматическая система управления освещением (так называемый фотоконтроль) выключает свет или приглушает его, устанавливая более низкий уровень освещенности. В рамках пассивной солнечной техники здания проектируются с учетом местного климата, особенно освещенности неба. Например, в более холодных областях Земли, где преобладает облачная, пасмурная погода, дома проектируются с минимумом суммарной площади оконных проемов на северной стороне, но с большим количеством и при более широких окнах на южной. Это делается потому, что от осеннего до весеннего равноденствия повсюду к северу от Тропика Рака и к югу от Тропика Козерога нет прямого солнечного света. Окна же южной стороны получают хоть какой-то прямой солнечный свет в любой солнечный день года — таким образом, они эффективны в дэйлайт-областях дома, смежных с этими окнами. Одно неудобно в дэйлайтинге с обычными окнами — примерно в середине зимы такое решение порождает направленный свет, отбрасывающий весьма глубокие тени. Это неудобство может быть частично нейтрализовано путем рассеяния света с варьированием отражающих внутренних поверхностей.

Окна — наиболее распространенный путь поступления дневного света в интерьер. Их вертикальная ориентация предполагает, что они по-разному пропускают солнечный свет и рассеянный дневной свет в разное время дня и года. Поэтому для оптимизации естественного светоснабжения здания светопоток через различным образом ориентированные окна, как правило, комбинируется в зависимости от климата и широты. Есть три способа увеличить количество и улучшить качество поступающего через окно света. Первый — расположить окно ближе к наиболее светлой по окраске стене. Второй — так сориентировать оконные откосы, чтобы внутренний проем был больше внешнего. Третий — использовать большой наружный подоконник светлой окраски для отражения света в комнату. Разумеется, важны и марка стекла, и конструкция заполнения, — все это существенно влияет на параметры света, поступающего через окно. Что касается широкого применения светоотражателей в офисных зданиях, то такового не наблюдается — данный подход вытесняется комбинацией других методов совместно с искусственным освещением. Отражатель популярен там, где искусственный свет обеспечивает менее яркое освещение по сравнению с современным электрическим. Эффективный способ увеличения освещенности, обеспечиваемой окном на южной стороне, состоит в размещении за окном светоотражающей металлической полки. Обычно такое окно бывает защищено от прямых солнечных лучей в летний сезон различного рода навесами. Светоотражающая полка проектируется вне тени, создаваемой навесом, и отражает солнечный свет вверх, освещая потолок. Температурный фактор этого отраженного света не так велик, и свет же, отражаемый потолком, не создает глубоких теней, что уменьшает потребность в общем освещении. Зимой, когда земля укрыта снегом, имеем природную светоотражающую поверхность. В ясные дни этот эффект способствует увеличению светового потока через южные окна на треть — две трети, ярко освещая потолки соответствующих комнат. От ослепляющего воздействия такого света предохраняют шторы либо жалюзи.

Очень часто для дэйлайтинга используются крышные (в частности, мансардные) окна, а также различного рода световые фонари. (В данном случае может быть использован уже такой термин, как скайлайтинг, что, опять-таки, не всегда то же самое, что «верхний свет».) Крышные окна обеспечивают большую освещенность единицы площади, чем обычные оконные проемы в стенах, и более равномерно распределяют свет в помещении, поэтому и представляют собой хороший вариант дэйлайтинга. Оптимальная суммарная площадь крышных окон (эффективной апертуры) зависит от климата, широты и конструктивных особенностей заполнения скайлайт-проемов. Как правило, это составляет 1-10% площади пола. На тепловой эффект работы крышных окон влияет так называемая стратификация, то есть тенденция теплого воздуха собраться в крышных оконных шахтах. В более холодных климатических условиях данное явление способствует увеличению теплопотерь. В теплый же сезон крышное окно может стать причиной перегрева помещения, с чем обычно борются, так или иначе затеняя зенитный проем или открывая окно, если это позволяет делать его конструкция. Своего пика количество света, поступающего через крышные окна, достигает около полудня, когда избыточные свет и тепло нужны меньше всего. Для того, чтобы в течение всего дня свет, поступающий через зенитную конструкцию, оставался более рассеянным, делают не просто крышное окно, а фонарь — куполообразный или пирамидальный. Плохо сконструированные или установленные крышные окна могут течь, а окна с одиночным остеклением — запотевать и сочиться конденсатом. Использование в крышных окнах по крайней мере двойного остекления и теплоотражающего покрытия увеличивает их энергоэффективность. И, разумеется, крышные окна более подвержены различным поломкам, чем вертикальные окна в стенах. На взгляд многих, целесообразность устройства крышных окон достаточно спорна. Хотя параллельное кровле стекло обеспечивает хороший дэйлайтинг, летом, когда Солнце в зените, данное решение может, как уже было сказано, перегреть комнату, зимой же переохладить — пологие лучи зимнего Солнца отражаются от невертикальных стекол, они же отбирают тепло у нагретого внутреннего воздуха, поднимающегося вверх. С другой стороны, затраты на нагревание и охлаждение зданий обычно больше стоимости организации дэйлайтинга с использованием верхнего естественного света (особенно когда применяется современное энергоэффективное освещение). Вызывают вопросы и такие факторы, как сложности проектирования и осмечивания, вышеупомянутые протечки и сложность организации равномерного освещения, а также инфильтрация. Такие окна (или фонари) плохо подходят к низким потолкам. Их трудно переконструировать при перемещении проемов или придании им других форм, повторно формировать. Они подходят только для даунлайтинга, то есть для пропускания света, направленного сверху вниз, не способствуют использованию всего доступного солнечного света. По ночам они являются источником светового загрязнения интерьерной среды, не могут быть легко отворены. Отдельный разговор — проблемы безопасности. Другое техническое решение, используемое для организации дэйлайтинга — световые трубы (также называемые солнечными трубами). Будучи вмонтированными в конструкцию крыши, такие трубы проводят дневной свет в определенную область интерьера, создавая, например, в том или ином месте пола световое пятно. Функционально такая труба может отдаленно напоминать зенитный фонарь. Она не обеспечивает такой теплопередачи, как крышное окно, потому что раскрытой оказывается меньшая часть поверхности. Световые трубы легче монтировать в кровли существующих зданий, особенно стропильные. Еще один довольно значимый подход — так называемые клерестории (высокие вертикальные окна в стенах высоких помещений). Данный подход может использоваться для увеличения потока прямого солнечного света через южные проемы. (Иногда это служит причиной недопустимого слепящего эффекта.) В пассивно- солнечном доме такой подход обеспечивает прямое поступление света в северную (в северном полушарии) и южную (в южном полушарии) часть помещения. Кроме того, клерестории могут использоваться для организации рассеянного дневного освещения цеха, аудитории или офиса. Часто это решение используют совместно со светлой окраской внутренних поверхностей стен — опять-таки, для равномерного рассеянного освещения интерьеров. Еще одно конструктивное дополнение — те же вышеупомянутые светоотражающие полки, но на этот раз располагаемые по внутреннюю сторону окон и рассекающие клерестории по вертикали.

Итак, в идеале дэйлайтинг позволяет косвенным путем доставить солнечный луч или просто дневной свет в любую точку внутри здания — не только свести к минимуму использование электрического освещения в течение дня, но и ментально соединить людей, работающих в лишенном окон помещении, с открытым воздухом, и обеспечить комфортное освещение в пределах стоимости наиболее эффективных электрических светильников. А что такое хороший дэйлайтинг? Хороший дэйлайтинг создает привлекательное и соответствующее всем эргономическим нормативам освещение любых мест интерьера, экономя энергию. Успешный дэйлайт-проект здания — результат искусного сочетания искусства, науки, архитектуры и техники. Это результат интегрированного процесса проектирования, а не просто технологии монтажа, который осуществляют, когда строительство здания уже завершено. В ходе этого процесса проектировщики обязательно рассматривают такие аспекты, как удельная мощность, или плотность светового потока (Вт/м2), уровни освещенности, контрастные отношения, соотношения площадей окон и стен, потолков и крышных проемов, а также уменьшение слепящего эффекта. Однако жестко предписанных значений этих величин, придерживаясь которых, проектировщики могут создать модель хорошего дэйлайтинга, пока нет. Работа над соответствующими нормативами ведется, но не завершена. Но даже при наличии необходимых строительных норм дэйлайтинг всегда будет синтезом искусства и науки, логического размышления и здравого смысла. Климатическая зона, географический регион, тип здания, его ориентация — важные факторы успешного проектирования дэйлайт-здания. Но все ли доподлинно известно о дэйлайтинге? Вот десять опровергнутых мифов об этом виде интерьерного освещения.

Миф первый. Дэйлайтинг слишком дорог.
На самом деле дэйлайтинг не увеличивает стоимости строительства, если он выполнен на основе интегрированного проектного подхода. Такой подход учитывает воздействие освещения на кондиционирование воздуха. Электрическое освещение современных зданий осуществляется с выделением довольно большого количества тепла, в то время как должным образом сориентированное естественное освещение вообще не сопровождается почти никаким нагревом. Уменьшение степени нагрева внутреннего воздуха позволяет проектировщикам применять более компактные системы кондиционирования воздуха. Уменьшение стоимости строительства делает расходы на усовершенствование дэйлайтинга почти неощутимыми.

Миф второй. Дэйлайтинг слишком сложен.
На самом деле это не так. Программа Daylighting Collaborative, поддерживаемая Energy Center of Wisconsin, позволяет проектировать дэйлайтинг, успешно работающий в большинстве коммерческих и образовательных зданий штата и за его пределами. Эти апробированные проекты остается только скопировать. В основе доступной технологии — годы опыта проектирования и эксплуатации усовершенствований дэйлайтинга. Результат — воспроизводимые сбережения энергии и трудозатрат, минимальные инвестиции времени проектирования, и никакого риска. Доступны проекты для учебных заведений, офисов и производственных зданий.

Миф третий. Дэйлайтинг открывает доступ в дом летней жаре.
На самом деле светотепловое отношение для дэйлайтинга намного больше, чем для самых эффективных электрических светильников. Должным образом запроектированный дэйлайтинг — это 99% тепла солнечного света с обеспечением 50 футосвечей освещенности (более чем достаточной для решения большинства задач).

Миф четвертый. Дэйлайтинг вызывает слепящий эффект.
На самом деле это случается, когда в помещение попадает слишком много света. И это все время имеет место в традиционно освещенных зданиях (в том числе в большинстве офисных зданий). Должным образом запроектированные дэйлит-здания — это и тщательное продумывание мест расположения окон, и затеняющие устройства и приспособления, и оконное стекло с низким коэффициентом пропускания, которое блокирует прямой солнечный свет и очень сильно уменьшает его яркость.

Миф пятый. Лучше инвестировать в модернизацию систем освещения, теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха.
На самом деле лучше для начала уменьшить потребность в электрическом освещении и охлаждении. Кул-дэйлайтинг делает возможным и то, и другое. Естественный свет уменьшает количество требуемого электроосвещения (в рамках того, что необходимо для ночного использования). «Меньше электроосвещения» означает «меньше нагрева», что означает «меньше тепла, удаляемого с помощью системы кондиционирования воздуха», что означает уменьшение энергопотребления. Разумеется, что-то все же остается на долю систем освещения и охлаждения. И вот эти-то остаточные задачи и решаются с использованием самого эффективного из доступного оборудования. Быть эффективным хорошо, но нуждаться в меньшем количестве энергии еще лучше.

Миф шестой. Стекла в окнах дэйлит-зданий постоянно должны быть чистыми.
На самом деле абсолютно чистые окна впускают слишком много света — намного больше, чем необходимо для эффективного освещения. Солнце обеспечивает освещенность в масштабах 7-10 тыс. футосвечей ноги света, в то время как рабочие места сотрудников офисов нуждаются не более чем в 50 футосвечах. Слишком много света — это не только слепящий эффект, но и «эффект пещеры» (задняя стена комнаты кажется слишком темной по сравнению с другими поверхностями). Это побуждает обитателей данной комнаты зашториваться и включать верхний свет, таким образом, пытаясь нейтрализовать возникший контраст. Хорошо запроектированный дэйлайтинг — это возможность, зашторившись, обойтись естественным светом вместо верхнего электрического.

Миф седьмой. Дэйлайтинг — это скайлайтинг.
Действительно, должным образом запроектированный скайлайтинг — хороший подход в определенных ситуациях, когда речь идет о естественном освещении очень уж изолированных помещений. Однако во многих школах и офисах простые окна могут обеспечить больше дэйлайтинга, чем это необходимо. Нужно лишь правильно размещать окна правильных размеров. Те же клерестории — это не только супервысокие окна супервысоких помещений. Речь может идти просто о ряде маленьких окон, расположенном ближе к потолку. Такое решение украшает потолки отсветом небес. Как правило, крышные окна вовсе не необходимы для достижения нужного результата. Вот когда протяженность остекления превышает 8 м, тогда другое дело.

Миф восьмой. Дэйлайтинг работает лишь в солнечные дни.
На самом деле даже полностью пасмурное небо обеспечивает 5-6 тыс. футосвечей, то есть в 100 раз больше, чем необходимо для дэйлайтинга. В конце концов, до некоторой степени пасмурное небо, характерное для северных широт, предоставляет собой лучший источник освещения, потому что свет в этом случае более рассеянный и равномерный. Фотографы знают. Да, в южных странах огромное количество природного света просто стимулирует развитие дэйлайтинга. В данном случае это освещение должно быть тщательно управляемым.

Миф девятый. Есть лишь один правильный путь попадания дневного света в помещения.
На самом деле конкретные методы дэйлайтинга варьируются в зависимости от местоположения здания, его ориентации, количества этажей в нем и степени его компьютеризированности. Различные методы дэйлайтинга могут быть адаптированы к потребностям почти любого здания, является ли оно складом, школой, офисом или правительственным зданием.

Миф десятый. Дэйлит-здания — это сплошное стекло.
На самом деле полностеклянные здания не обеспечивают хорошего дэйлайтинга, потому что перегреваются и создают проблемы слишком яркого света. Площадь окон составляет 25-40% площади стен эффективно запроектированных дэйлит-зданий, что в среднем не сильно отличается от площади остекления обычных зданий. Хороший дэйлайтинг зависит от надлежащего размещения окон и их технических и конструктивных особенностей работы — например, от коэффициента пропускания видимого света и степени солнечного нагрева, а не от наличия больших количеств стекла.

Сергей ЗОЛОТОВ


Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 08 за 2008 год в рубрике материалы и технологии

©1995-2022 Строительство и недвижимость