Ручной расчет инсоляции и освещения зданий по актуальным нормам

Нормативная база и физические основы строительной светотехники

Добро пожаловать на курс «Ручной расчет инсоляции и освещения зданий по актуальным нормам». Мы начинаем погружение в одну из самых важных и одновременно сложных дисциплин в архитектурном проектировании — строительную светотехнику.

Почему мы начинаем с теории и норм, а не сразу берем в руки линейку и калькулятор? Потому что любой расчет — это лишь инструмент подтверждения соответствия проекта законам физики и государственным стандартам. Без понимания природы света и логики нормативных документов, цифры в расчетах останутся просто цифрами, не гарантирующими ни комфорта жильцов, ни успешного прохождения экспертизы.

В этой статье мы разберем физическую сущность света, ключевые фотометрические величины, необходимые для ручного счета, и актуальную нормативную базу РФ, регулирующую эти вопросы.

Физическая природа света

Свет — это видимая часть спектра электромагнитного излучения. Для архитектора и инженера важно понимать двойственную природу света, но в контексте инсоляции и освещенности мы оперируем геометрической оптикой и фотометрией.

Основная задача строительной светотехники — обеспечить человеку световую среду, благоприятную для зрительной работы и общего самочувствия. Для этого нам нужно уметь измерять свет.

Основные фотометрические величины

Для выполнения ручных расчетов вам необходимо четко различать четыре базовых понятия. Путаница между ними — самая частая ошибка начинающих проектировщиков.

Световой поток (). Это мощность светового излучения, оцениваемая по зрительному ощущению. Измеряется в люменах (лм). Представьте это как количество воды, вытекающей из крана (источника света) в секунду.

Сила света (). Это плотность светового потока в заданном направлении. Измеряется в канделах (кд). Это «напор» света в конкретный телесный угол.

Освещенность (). Это количество светового потока, падающего на поверхность. Измеряется в люксах (лк). Это то, насколько сильно «намокла» поверхность от падающего света.

Яркость (). Это единственная величина, которую видит наш глаз. Это свет, отраженный от поверхности или излучаемый источником в направлении наблюдателя. Измеряется в кд/м².

!Схема взаимосвязи основных световых величин: потока, силы света, освещенности и яркости

Закон обратных квадратов

Это фундаментальный закон для ручного расчета освещенности от точечного источника (которым мы часто считаем солнце при определенных допущениях или лампу). Освещенность поверхности обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника до этой поверхности.

Математически это выражается формулой:

где: * — освещенность в точке поверхности (люкс); * — сила света источника в направлении этой точки (кандела); * — расстояние от источника света до расчетной точки (метр).

Если поверхность расположена не перпендикулярно лучу (что бывает почти всегда при расчете инсоляции на фасадах или освещения на полу), формула усложняется добавлением косинуса угла падения:

где: * — горизонтальная или вертикальная освещенность (люкс); * — сила света (кандела); * — угол падения луча света к нормали (перпендикуляру) поверхности; * — расстояние от источника до точки (метр).

> Понимание этой зависимости критически важно: если вы отодвинете рабочий стол от окна в 2 раза дальше, освещенность упадет не в 2, а в 4 раза.

Различие понятий: Инсоляция и Естественное освещение

В нормативной базе и физике эти два понятия строго разделены, хотя оба зависят от солнца.

1. Инсоляция

Инсоляция — это облучение поверхностей и пространств прямыми солнечными лучами.

* Цель нормирования: Санитарно-гигиеническая. Прямой солнечный свет убивает бактерии (бактерицидный эффект), предотвращает развитие плесени и способствует выработке витамина D в организме человека. Единица измерения: Время (часы и минуты). Мы считаем, сколько времени* солнечные лучи попадают в комнату или на детскую площадку. * Ключевой фактор: Геометрия движения солнца по небосводу.

2. Естественное освещение (КЕО)

Естественное освещение — это освещение помещений светом неба (прямым или отраженным), проникающим через световые проемы.

* Цель нормирования: Светотехническая. Обеспечение возможности видеть, читать, работать без включения электрического света. * Единица измерения: Проценты (%). Используется показатель КЕО (Коэффициент Естественной Освещенности). * Ключевой фактор: Яркость небосвода и размеры окон.

Формула КЕО выглядит следующим образом:

где: * — коэффициент естественной освещенности (КЕО); * — освещенность в расчетной точке внутри помещения (люкс); * — одновременная освещенность снаружи на горизонтальной площадке при открытом небосводе (люкс).

!Визуальное сравнение инсоляции (прямые лучи) и естественного освещения (рассеянный свет)

Актуальная нормативная база РФ

Для легитимного расчета вы должны опираться только на действующие документы. Старые СНиПы (Строительные Нормы и Правила) часто упоминаются в учебниках, но юридической силы могут уже не иметь.

Основные документы

СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания».

* Это «библия» инсоляции. Именно здесь прописано, что в жилой комнате солнце должно быть не менее 2 часов (или 1.5 часов в определенных условиях). * Этот документ заменил старый СанПиН 2.2.1/2.1.1.1076-01.

СП 52.13330.2016 «Естественное и искусственное освещение» (Актуализированная редакция СНиП 23-05-95*).

* Главный строительный документ. Он регламентирует нормы КЕО, методы расчета и требования к совмещенному освещению. * В нем содержатся карты светового климата и коэффициенты светопропускания стекол, которые мы будем использовать в расчетах.

ГОСТ Р 57795-2017 «Здания и сооружения. Методы расчета продолжительности инсоляции».

* Описывает геометрические методы, которыми мы будем пользоваться: метод инсоляционных линеек и метод солнечных карт.

Иерархия требований

Важно понимать приоритеты: * Санитарные нормы (СанПиН) первичны для жилья, школ и больниц. Если инсоляция не проходит по СанПиН, здание строить нельзя, даже если там прекрасное искусственное освещение. * Строительные правила (СП) диктуют технические параметры. Они обязательны для прохождения экспертизы проектной документации.

Геометрия солнца: основа ручного метода

Чтобы посчитать инсоляцию вручную, нужно понимать траекторию движения солнца. Солнце не ходит по одной и той же дуге каждый день.

* Азимут () — угол по горизонту, показывающий направление на солнце относительно севера. * Высота стояния солнца () — угол между горизонтом и центром солнечного диска.

Для расчетов инсоляции в РФ ключевыми датами являются дни равноденствия (22 марта и 22 сентября). Именно на эти даты составляются инсоляционные графики для умеренных широт. Для северных и южных районов даты могут отличаться (например, 22 апреля и 22 августа).

где: * — высота солнца в полдень (градусы); * — географическая широта местности (градусы); * — склонение солнца (градусы). В дни равноденствия .

Понимание этой формулы позволяет быстро оценить, будет ли солнце вообще заглядывать в «колодец» двора или перекроется соседним зданием, еще до начала детальных построений.

Заключение

Мы заложили фундамент для дальнейшей работы. Теперь вы знаете, что:

Освещенность падает пропорционально квадрату расстояния.

Инсоляция (здоровье) и КЕО (свет) — это разные вещи, регулируемые разными нормами.

Главные документы для нас — СанПиН 1.2.3685-21 и СП 52.13330.2016.

В следующей статье мы перейдем к инструментарию: разберем, что такое инсоляционная линейка, как она строится и как подготовить чертежи для расчета.

Расчет коэффициента естественной освещенности (КЕО) методом Данилюка

В предыдущей статье мы разобрали фундамент строительной светотехники: физику света и нормативную базу. Мы выяснили, что КЕО (Коэффициент Естественной Освещенности) — это отношение освещенности внутри помещения к освещенности снаружи, выраженное в процентах.

Но как узнать освещенность внутри здания, которое еще не построено? Мы не можем прийти туда с люксметром. Здесь на сцену выходит геометрия.

В этой статье мы освоим метод А.М. Данилюка — классический графический способ расчета КЕО, который используется инженерами и архитекторами уже почти столетие. Даже современные компьютерные программы в своих алгоритмах часто опираются именно на логику этого метода.

Суть метода: Небо как источник света

Главная идея метода Данилюка заключается в том, что мы рассматриваем небосвод не как бесконечное пространство, а как равнояркую полусферу, накрывающую землю.

Представьте, что вы стоите в центре комнаты. Свет попадает к вам через окно. Количество света зависит от того, какой «кусок» неба виден из вашей точки через это окно. Чем больше видимый участок неба (телесный угол), тем выше освещенность.

А.М. Данилюк предложил разделить небесную полусферу на 10 000 равных по световой активности участков. Если бы мы видели всё небо целиком (находясь в чистом поле), освещенность была бы 100%. Если мы видим через окно только 100 участков из 10 000, то геометрический КЕО равен 1%.

Для удобства подсчета этих участков используются два специальных графика:

График I (для планов).

График II (для разрезов).

!Внешний вид графиков Данилюка: График I (слева) и График II (справа)

Инструментарий: Графики Данилюка

Прежде чем приступать к расчету, разберемся, что мы будем считать.

Наша цель — найти геометрический КЕО (обозначается как ). Это «чистая» геометрия, показывающая, сколько неба видит точка, без учета стекол, грязи на окнах и отражений от стен.

Формула геометрического КЕО при боковом освещении выглядит так:

где: * — геометрический коэффициент естественной освещенности (в процентах); * — коэффициент перевода (так как графики разбиты на 100 лучей каждый, их произведение дает 10 000, а нам нужны проценты); * — количество лучей по Графику I (считаем по плану); * — количество лучей по Графику II (считаем по разрезу).

Подготовка к расчету

Для работы вам понадобятся:

Архитектурный план помещения (вид сверху).

Архитектурный разрез помещения (вид сбоку, проходящий через окно).

Распечатанные графики Данилюка I и II на прозрачной пленке или кальке (в учебных целях можно накладывать чертеж на график).

Важное правило масштаба: Масштаб чертежей и графиков не обязан совпадать. Метод основан на углах, а углы не зависят от масштаба. Главное — соблюдать пропорции внутри самого чертежа.

Алгоритм расчета: Пошаговое руководство

Допустим, нам нужно рассчитать КЕО в жилой комнате. Согласно нормам (СП 52.13330), расчетная точка (Р.Т.) располагается: * На полу (условная рабочая поверхность). * На расстоянии 1 метра от стены, противоположной окну (для жилых помещений при одностороннем освещении). * Или в центре помещения (для двухстороннего освещения).

Определим точку на расстоянии 1 метра от дальней стены.

Этап 1: Работа с разрезом (График II)

Сначала мы определяем, как высоко окно расположено относительно точки расчета.

Берем чертеж разреза помещения.

Отмечаем на разрезе расчетную точку (Р.Т.) на нужной высоте (обычно это уровень пола или условной рабочей поверхности 0.8 м, для жилья — пол).

Накладываем График II на разрез так, чтобы:

* Полюс графика (центр полуокружностей) совпал с расчетной точкой. * Нижняя линия графика была строго горизонтальна.

Считаем количество лучей (сегментов) графика, которые проходят через световой проем (окно). Считаем только ту часть окна, через которую видно небо (не учитываем подоконник или толщину стены, если она перекрывает обзор).

Это число — наш .

> Нюанс: Если напротив окна стоит другое здание, оно закрывает часть неба. В этом случае мы считаем лучи только в том секторе, который выше крыши соседнего дома.

Этап 2: Работа с планом (График I)

Теперь определим, насколько широко окно «раскрывается» для нашей точки.

Берем чертеж плана помещения.

Отмечаем ту же расчетную точку (Р.Т.).

Накладываем График I (веер) на план так, чтобы:

* Полюс графика совпал с расчетной точкой. * Ось симметрии графика (центральный луч) была направлена перпендикулярно плоскости окна (или проема). * Нижняя линия графика была параллельна стене с окном.

Считаем количество лучей, которые проходят через ширину оконного проема.

Это число — наш .

!Процесс подсчета лучей n1 по плану помещения

Этап 3: Вычисление геометрического КЕО

Перемножаем полученные значения:

где: * — геометрический КЕО; * — количество лучей по ширине проема (из плана); * — количество лучей по высоте проема (из разреза).

Пример: По плану через окно прошло 24 луча (). По разрезу через окно прошло 12 лучей ().

От геометрии к реальности: Учет физических факторов

Полученное значение — это идеальный случай: если бы окон не было (просто дыра в стене), стекла были бы абсолютно прозрачными, а небо — равномерно ярким. В реальности все сложнее.

Чтобы получить итоговый расчетный КЕО (), мы должны умножить геометрический показатель на ряд коэффициентов. Основная формула для бокового освещения (упрощенная для понимания):

Разберем каждый множитель:

1. Коэффициент неравномерной яркости небосвода ()

Небо не светит одинаково. В зените оно обычно темнее, а у горизонта — ярче (для пасмурного неба МКО, принятого за стандарт). Коэффициент учитывает, под каким углом мы смотрим на небо. Его значения берутся из таблиц СП 52.13330 в зависимости от угла падения света.

2. Общий коэффициент светопропускания ()

Стекла задерживают свет. Рамы перекрывают часть проема. Грязь накапливается.

где: * — общий коэффициент светопропускания; * — коэффициент светопропускания материала (стекла). Для обычного стеклопакета ; * — потери света в переплетах (рамах). Чем толще рама, тем меньше света. Обычно ; * — потери в несущих конструкциях (если есть); * — потери в солнцезащитных устройствах (жалюзи, сетки).

3. Коэффициент запаса ()

Этот коэффициент учитывает, что в процессе эксплуатации окна загрязняются, а стены темнеют. Мы как бы «закладываем» запас прочности. Обычно варьируется от 1.2 до 1.5 в зависимости от функции помещения и запыленности района.

> Обратите внимание: В формуле коэффициент запаса стоит в знаменателе. Это значит, что мы делим на него, искусственно занижая результат, чтобы гарантировать норму даже при грязных окнах. Однако в некоторых редакциях формул используется при нормировании (требуемый КЕО умножается на запас), а не при расчете. В рамках данного курса мы придерживаемся логики СП: расчетное значение сравнивается с нормативным ().

Итоговая формула

Полная формула для бокового освещения с учетом отраженного света (от стен и потолка) и противостоящих зданий выглядит так:

где: * — итоговый КЕО (%); * — геометрический КЕО от небосвода (то, что мы нашли по графикам); * — коэффициент яркости неба; * — геометрический КЕО от противостоящего здания (если оно закрывает небо); * — коэффициент относительной яркости фасада противостоящего здания; * — общий коэффициент светопропускания; * — коэффициент запаса; * — коэффициент, учитывающий повышение КЕО за счет отражения света от внутренних поверхностей помещения (стен, потолка, пола). В светлой комнате выше.

Почему метод Данилюка все еще актуален?

В эпоху BIM-моделирования может показаться, что ручной счет — это анахронизм. Однако:

Понимание физики. Пока вы не посчитаете лучи вручную, вы не почувствуете, как сильно влияет глубина комнаты или высота окна на освещенность.

Экспресс-оценка. Набросать эскиз и приложить график быстрее, чем строить 3D-модель и настраивать рендер.

Экспертиза. Эксперты часто проверяют расчеты именно по этой методике, так как она прозрачна и легко верифицируема.

В следующей статье мы перейдем от теории к практике и разберем конкретный пример расчета инсоляции с использованием инсоляционной линейки, что является второй важнейшей частью светотехнического расчета.

Ручные методы расчета искусственного освещения: точечный метод и метод коэффициента использования

В предыдущих статьях мы научились рассчитывать естественный свет: инсоляцию (солнечные лучи) и КЕО (свет небосвода). Однако солнце — источник непостоянный. Зимой световой день короток, а в пасмурную погоду естественного света недостаточно даже днем. Поэтому любой проект здания немыслим без раздела «Искусственное освещение».

Сегодня мы разберем два классических инженерных метода расчета, которые позволяют спроектировать освещение без использования компьютерных программ: метод коэффициента использования и точечный метод. Понимание этих алгоритмов необходимо не только для ручного счета, но и для проверки результатов, выдаваемых такими программами, как DIALux.

Выбор метода: стратегия расчета

Прежде чем хвататься за формулы, нужно понять, какую задачу мы решаем. В светотехнике существует два принципиально разных подхода:

Метод коэффициента использования светового потока. Применяется, когда нужно рассчитать равномерное общее освещение всего помещения.

Пример:* Офис open-space, школьный класс, торговый зал супермаркета. Вопрос:* «Сколько светильников нужно повесить на потолок, чтобы в среднем везде было светло?»

Точечный метод. Применяется для расчета освещенности в конкретной точке поверхности, а также при неравномерном или местном освещении.

Пример:* Освещение скульптуры в музее, прожектор на стройплощадке, настольная лампа на рабочем месте, цех с высоким оборудованием, создающим тени. Вопрос:* «Сколько люкс будет вот в этой конкретной точке стола?»

!Иллюстрация различия между равномерным общим освещением и локальным направленным светом

---

Метод 1: Метод коэффициента использования

Этот метод основан на балансе энергии. Мы знаем, сколько света (люмен) нам нужно получить на рабочей поверхности, и считаем, сколько света должны выдать лампы, чтобы с учетом всех потерь и отражений обеспечить эту норму.

Основная формула

Для определения необходимого количества светильников используется формула:

где: * — количество светильников (штук); * — нормируемая освещенность (люкс), которую мы берем из СП 52.13330 (например, 300 лк для офиса); * — площадь помещения (м²); * — коэффициент запаса (безразмерный). Он учитывает старение ламп и запыление светильников (обычно от 1.2 до 1.5); * — световой поток одной лампы (люмен); * — количество ламп в одном светильнике (штук); * — коэффициент использования светового потока (в долях единицы, например, 0.6).

Самая хитрая переменная здесь — это (эта). Она показывает, какая часть света от лампы реально долетает до вашего стола, а какая теряется внутри светильника или поглощается стенами.

Как найти коэффициент использования ()?

Этот коэффициент зависит от двух факторов:

Геометрии помещения (индекс помещения ).

Отражающих свойств поверхностей (коэффициенты отражения ).

#### Шаг 1. Расчет индекса помещения

Индекс помещения характеризует пропорции комнаты. Согласитесь, в низком и широком зале свет распространяется иначе, чем в узком колодце.

где: * — индекс помещения; * — площадь помещения (м²); * — расчетная высота подвеса светильника (м). Важно: это расстояние от светильника до рабочей поверхности, а не до пола! * и — длина и ширина помещения (м).

> Внимание к высоте: Если высота потолка 3 метра, стол высотой 0.8 метра, а светильник висит на тросе длиной 0.5 метра от потолка, то метра.

#### Шаг 2. Оценка коэффициентов отражения

Свет многократно отражается от стен, потолка и пола. Чем светлее отделка, тем выше КПД освещения. Стандартные значения:

* Потолок (): Белый — 70-80%, Бетон — 30-50%. * Стены (): Светлые обои/краска — 50%, Темные панели/кирпич — 10-30%. * Пол (): Темный линолеум/паркет — 10-30%.

#### Шаг 3. Поиск по таблице

Зная индекс и коэффициенты отражения (например, 70/50/30), мы открываем таблицу коэффициентов использования для конкретного типа светильника (эти таблицы предоставляют производители светотехники) и находим заветное число .

---

Метод 2: Точечный метод

Если метод коэффициента использования работает с «средней температурой по больнице», то точечный метод — это снайперская стрельба. Он основан на фундаментальном законе, который мы разбирали в первой статье: законе обратных квадратов.

Этот метод сложнее в расчетах вручную, так как требует вычислений для каждой точки и каждого светильника отдельно, а затем их суммирования.

Физический смысл

Освещенность в точке зависит от силы света, направленной в эту точку, расстояния до источника и угла падения луча.

!Геометрическая схема расчета освещенности точечным методом

Формула для горизонтальной освещенности

Основная формула для расчета освещенности на горизонтальной поверхности (пол, стол):

где: * — горизонтальная освещенность в расчетной точке (люкс); * — сила света источника в направлении расчетной точки (кандела). Берется из КСС (Кривой Силы Света) светильника; * — угол между вертикалью и лучом, идущим в расчетную точку (градусы); * — расчетная высота подвеса светильника над поверхностью (метры).

Почему косинус в кубе?

Внимательный читатель вспомнит формулу из первой статьи: . Откуда взялся куб и куда делось ?

Дело в том, что расстояние (гипотенуза треугольника) неудобно измерять на планах. Удобнее использовать высоту подвеса (катет). Из тригонометрии мы знаем, что . Если подставить это в исходную формулу, мы получим именно . Это инженерное упрощение для удобства работы с чертежами.

Алгоритм расчета

Намечаем контрольную точку на плане.

Определяем расстояние от проекции светильника до этой точки на плане.

Вычисляем угол через тангенс: .

По графику КСС светильника находим силу света для этого угла.

Подставляем все в формулу.

Если светильников несколько, считаем от каждого и складываем результаты: .

Сравнение методов

Чтобы закрепить материал, сведем методы в таблицу сравнения.

| Параметр | Метод коэффициента использования | Точечный метод | | :--- | :--- | :--- | | Главная цель | Найти количество светильников | Найти освещенность в точке | | Тип освещения | Равномерное общее | Локальное, неравномерное, наружное | | Учет отражений | Учитывает (через ) | Обычно не учитывает (только прямой свет) | | Сложность | Низкая (одна формула) | Высокая (много итераций) | | Точность | Средняя (дает среднее значение) | Высокая (в конкретной точке) |

Заключение

Ручные методы расчета — это база инженерного мышления. Метод коэффициента использования позволяет быстро «прикинуть» бюджет и количество оборудования для типовых помещений. Точечный метод незаменим, когда нужно проверить освещенность в критически важных зонах или когда стены помещения черные и не отражают свет.

В современной практике эти методы часто комбинируют: сначала делают общий расчет по коэффициенту использования, а затем проверяют «темные углы» точечным методом.

Теперь, когда мы умеем считать и солнце, и лампы, у нас есть полный набор инструментов для создания комфортной световой среды.

Геометрический расчет продолжительности инсоляции с применением контрольно-инсоляционных графиков

Мы продолжаем наш курс по ручному расчету светотехники. В предыдущих статьях мы разобрали физику света, научились считать КЕО методом Данилюка и рассмотрели основы искусственного освещения. Теперь пришло время вернуться к солнцу, но уже с другой стороны. Если КЕО — это про количество света, то инсоляция — это про время присутствия прямого солнечного луча.

Инсоляция — это, пожалуй, самый юридически значимый параметр в жилищном строительстве. Ошибка в расчете инсоляции на 10 минут может привести к тому, что многоквартирный дом признают непригодным для жилья, а разрешение на строительство будет отозвано. Поэтому ручной метод проверки, который мы сегодня изучим, является обязательным навыком для архитектора и генпланиста, даже если они работают в продвинутом софте.

Что такое контрольно-инсоляционный график (КИГ)?

Представьте, что мы накрыли землю прозрачным куполом, нарисовали на нем траекторию движения солнца в определенный день года, а затем спроецировали эти линии на плоскость земли (на ваш чертеж). Получившийся рисунок и есть контрольно-инсоляционный график.

Этот инструмент позволяет перевести сложную астрономию движения небесного светила в простую планиметрию. График показывает:

Азимут солнца (направление по горизонтали) в каждый час дня.

Высоту стояния солнца (угол над горизонтом) — обычно в виде вспомогательных кривых или табличных данных.

!Внешний вид контрольно-инсоляционного графика (веера) при наложении на план здания

Выбор расчетной даты

Согласно действующему СанПиН 1.2.3685-21, расчет инсоляции производится не для самого длинного или короткого дня в году, а для ключевых дат, зависящих от географической широты. Это сделано для унификации расчетов.

Для центральной зоны РФ (географическая широта от 58° с.ш. до 48° с.ш., куда входят Москва, Казань, Екатеринбург) расчетными датами являются 22 апреля или 22 августа. В эти дни траектории солнца идентичны.

> Важно: Графики инсоляции строятся строго под конкретную широту. График для Москвы (55° с.ш.) нельзя использовать для Сочи (43° с.ш.), так как солнце там ходит выше и дольше.

Подготовка к расчету

Для выполнения расчета вам понадобятся:

Генплан участка с посаженным проектируемым зданием и окружающей застройкой. Масштаб чертежа и графика должен совпадать (обычно 1:500).

Контрольно-инсоляционный график, построенный для широты вашего города.

Калька (если работаете на бумаге) или слои (если в CAD).

Определение расчетной точки (Р.Т.)

Первый шаг — правильно поставить точку, для которой мы считаем время. Ошибка здесь — самая распространенная причина споров в экспертизе.

Согласно ГОСТ Р 57795-2017, расчетная точка располагается: * В центре светового проема (окна). * На плоскости внутренней поверхности стены.

Простыми словами: мы ставим точку в центре подоконника со стороны комнаты. Это важно, потому что толщина стены и откосы сами по себе «срезают» часть солнечных лучей.

Алгоритм расчета: Пошаговое руководство

Метод расчета можно разделить на два этапа: определение горизонтальных углов (сектор обзора) и проверка вертикальных углов (затенение соседними домами).

Этап 1. Ориентация и наложение

Возьмите план этажа и совместите его с генпланом, чтобы видеть окружающие дома.

Отметьте расчетную точку (Р.Т.) в центре окна.

Наложите инсоляционный график на чертеж так, чтобы:

* Центр графика (точка схода лучей) совпал с расчетной точкой. * Стрелка «Север» на графике строго совпала со стрелкой «Север» на вашем генплане.

Этап 2. Определение инсоляционных углов окна

Солнце не может попасть в комнату, если оно светит «за спиной» здания или сбоку в глухую стену. Окно имеет свой предел обзора.

На плане проведите лучи из Р.Т. через края оконного проема (с учетом четвертей и откосов). Все часы на графике, которые не попадают в этот сектор, сразу вычеркиваются. Обычно окно «видит» сектор около 100–120 градусов.

Этап 3. Расчет затенения (Самая сложная часть)

Теперь самое интересное. В сектор обзора окна попадает соседний дом. Закроет он солнце или нет? Это зависит от высоты дома и длины его тени.

Здесь нам поможет математика. Чтобы узнать, дотянется ли тень от соседа до нашего окна, нужно рассчитать длину тени () для конкретного часа.

Формула длины тени:

где: * — длина тени на горизонтальной поверхности (метры); * — разница высот между карнизом затеняющего здания и нашей расчетной точкой (метры). Если соседний дом высотой 30 м, а наше окно на высоте 5 м, то м; * — угловая высота солнца над горизонтом в данный час (градусы). Эту величину мы берем из справочных таблиц к графику или с самого графика, если на нем нанесены горизонтали высот.

Логика проверки:

Выбираем час на графике (например, 10:00).

Смотрим высоту солнца в 10:00 для нашей широты (например, ).

Считаем длину тени от угла соседнего здания.

Откладываем это расстояние на плане от соседа в сторону нашего дома по направлению луча 10:00.

Если тень не доходит до нашей точки — инсоляция есть.

Если тень накрывает точку — инсоляции в этот час нет.

!Принцип расчета длины тени для проверки затенения

Этап 4. Суммирование времени

После проверки всех препятствий у вас останутся «чистые» участки времени. Например: * С 8:00 до 10:30 — солнце светит (2 часа 30 минут). * С 10:30 до 12:00 — тень от башни напротив. * С 12:00 до 13:00 — солнце снова светит (1 час).

Теперь нужно проверить полученные данные на соответствие нормам.

Нормативные требования (СанПиН 1.2.3685-21)

Просто сложить часы недостаточно. Существуют строгие правила зачета инсоляции.

1. Непрерывность

Норма требует, чтобы инсоляция была непрерывной в течение определенного времени. Для центральной зоны в жилых помещениях это обычно не менее 2 часов (120 минут).

Если у вас получилось 2 часа 05 минут непрерывного солнца — норма выполнена.

2. Прерывистость

Если солнце перекрывается зданиями (как в примере выше: 2.5 часа + 1 час), инсоляция считается прерывистой.

В этом случае требования ужесточаются:

Суммарное время должно быть увеличено на 0.5 часа (то есть нужно набрать 2.5 часа в сумме).

Один из периодов должен быть не менее 1 часа.

В нашем примере (2.5 ч + 1 ч) сумма равна 3.5 часа, а один из периодов больше 1 часа. Значит, норма выполнена.

Если бы у нас было три отрезка по 40 минут (сумма 2 часа), то норма была бы не выполнена, так как ни один отрезок не достиг 1 часа.

Типичные ошибки при ручном расчете

Игнорирование балконов вышележащего этажа.

Балкон над вашим окном — это самый главный враг инсоляции. Он работает как козырек, срезая солнце, когда оно находится высоко (в самые ценные полуденные часы). При ручном расчете нужно обязательно проверить «вертикальный угол» затенения собственным балконом. Обычно это делается через построение профильного угла на разрезе.

Путаница с масштабом.

Если вы распечатали график 1:1000, а наложили на план 1:500, все углы будут верными, но проверка теней (если вы используете высотные линии на графике) будет ошибочной.

Неверный учет меридиана.

Магнитный север и истинный (географический) север не совпадают. Генпланы обычно ориентированы по географическому северу, но иногда бывают исключения. Всегда проверяйте розу ветров и стрелку севера на топосъемке.

Заключение

Геометрический расчет инсоляции с помощью графиков — это надежный метод, который позволяет «почувствовать» движение солнца. Он наглядно показывает, как поворот секции здания на 5 градусов может спасти квартиру от «темного» статуса или, наоборот, лишить ее нормативного света.

В следующей части курса мы перейдем к более сложной теме — расчету инсоляции для территорий (детских площадок) и использованию солнечных карт для оценки энергоэффективности фасадов.

Оформление результатов расчетов и оценка соответствия санитарно-гигиеническим требованиям

Поздравляю! Вы прошли долгий путь от изучения физической природы света до выполнения сложных геометрических построений инсоляции и расчетов КЕО. У вас на руках есть чертежи, исчерченные лучами, и таблицы с цифрами. Но работа инженера-светотехника на этом не заканчивается.

Самый точный расчет не имеет смысла, если он неправильно оформлен или неверно интерпретирован. Эксперт в государственной экспертизе или заказчик не будут пересчитывать за вами каждый луч. Они будут смотреть на итоговый отчет. Если отчет составлен неграмотно, проект вернут на доработку, даже если само здание спроектировано идеально.

В этой финальной статье курса мы разберем, как превратить ваши черновые вычисления в официальный раздел проектной документации, как правильно «читать» полученные результаты и что делать, если цифры не дотягивают до нормы.

Структура раздела «Инсоляция и Естественное освещение»

В Российской Федерации состав проектной документации регламентируется Постановлением Правительства РФ № 87. Расчеты инсоляции и КЕО обычно входят в раздел «Архитектурные решения» или выделяются в отдельный том «Инсоляция и КЕО» (особенно для жилых комплексов).

Грамотно оформленный отчет должен содержать три основные части:

Пояснительная записка (текстовая часть).

Графическая часть (чертежи с построениями).

Сводные таблицы результатов (выводы).

Разберем каждую часть подробно.

Оформление расчетов инсоляции

Инсоляция — это вопрос санитарной безопасности. Здесь проверяющие наиболее строги. Ваша задача — доказать, что в расчетных комнатах солнце присутствует необходимое время.

1. Текстовая часть

В пояснительной записке вы должны указать исходные данные, чтобы расчет был воспроизводимым:

* Географическая широта площадки строительства. * Расчетная дата. Напоминаю, для центральной полосы России это 22 апреля (или 22 августа). * Метод расчета. Ссылка на ГОСТ Р 57795-2017 (например, «Расчет выполнен методом инсоляционных линеек»). * Программа расчета (если использовалась) или указание на ручной графический метод.

2. Графическая часть (Карта инсоляции)

Это главный документ. На генплане участка должны быть нанесены расчетные лучи. Что обязательно должно быть на чертеже:

* Стрелка «Север». Без нее расчет недействителен. * Контуры зданий (проектируемого и окружающей застройки) с указанием их абсолютных или относительных высот. * Расчетные точки (Р.Т.). Они должны быть пронумерованы. Точка ставится в центре светового проема на внутренней грани стены. * Инсоляционные углы. Вы должны показать два луча для каждого окна: время начала инсоляции и время окончания. * Теневые углы. Если инсоляция прерывается соседним зданием, нужно показать сектор затенения.

!Пример оформления графической части расчета инсоляции

3. Таблица результатов

Итог сводится в таблицу. Она должна быть простой и понятной.

| Номер Р.Т. | Назначение помещения | Ориентация окна | Время инсоляции (расчетное) | Нормативное требование | Вывод | | :--- | :--- | :--- | :--- | :--- | :--- | | 1 | Жилая комната (1-комн. кв) | Ю-В | 10:15 - 13:45 (3 ч 30 мин) | Не менее 2 ч | Соответствует | | 2 | Кухня | С-З | - | Не нормируется | - | | 3 | Жилая комната (3-комн. кв) | С | 0 ч 00 мин | Допускается* | Соответствует |

> Обратите внимание: В многокомнатных квартирах (3 и более комнат) инсолироваться должна минимум одна жилая комната. Поэтому отсутствие солнца в остальных комнатах не является нарушением, если норма выполнена в одной.

Оформление расчетов КЕО

Если инсоляция считается по генплану, то КЕО считается по разрезам и планам помещений. Это более объемный раздел.

1. Выбор характерных помещений

Не нужно считать КЕО для каждой комнаты в 25-этажном доме. Выбираются «наихудшие» варианты: * Квартиры на нижних этажах (там темнее всего из-за окружающей застройки). * Помещения с самыми глубокими комнатами. * Помещения, затененные нависающими балконами или лоджиями.

Если КЕО проходит в самой темной квартире на 2-м этаже, то на 10-м этаже он пройдет автоматически.

2. Графическая часть

Для каждого расчетного помещения прикладывается: * План с наложением Графика I Данилюка. * Разрез с наложением Графика II Данилюка. * Схема окружающей застройки (противостоящие здания), если они учитываются в расчете.

На чертежах должно быть видно количество лучей и , которые вы подставляете в формулу.

3. Расчетная записка

Здесь вы приводите саму математику. Обязательно укажите коэффициенты, которые вы приняли:

где: * — расчетное значение КЕО; * — геометрический КЕО (по графикам); * — коэффициент, учитывающий неравномерную яркость облачного неба; * — общий коэффициент светопропускания; * — коэффициент запаса.

Эксперт проверит обоснованность выбора (обычно 1.2 для жилья) и (зависит от типа стеклопакета). Если вы взяли слишком «оптимистичный» коэффициент пропускания стекла (например, 0.9 вместо реальных 0.7), расчет завернут.

Оценка соответствия: Как читать нормы

Самый ответственный момент — сравнение полученной цифры с нормой. Здесь часто возникают юридические коллизии.

Инсоляция: Жесткие рамки

Норматив по инсоляции (СанПиН 1.2.3685-21) является санитарным. Это значит, что он обязателен к исполнению для обеспечения безопасности жизни и здоровья.

Вопрос: У меня получилось 1 час 55 минут. Норма — 2 часа. Можно ли округлить? Ответ: Нет. В санитарных нормах округление в большую сторону недопустимо. 1 час 59 минут — это нарушение. Здание строить нельзя.

Однако, существуют пункты, позволяющие снижать норму на 0.5 часа (до 1.5 часов) в определенных условиях: * В центральной и исторической зонах городов. * В многокомнатных квартирах (где инсолируется не менее 1 комнаты).

Ваша задача — найти в СанПиН пункт, который подходит под вашу ситуацию, и сослаться на него в выводе.

КЕО: Допустимые отклонения

С КЕО ситуация чуть мягче. Согласно СП 52.13330, допускается отклонение расчетного значения от нормативного на ±10%.

Например, нормативный КЕО для жилой комнаты .

где: * — минимально допустимое расчетное значение; * — нормативное значение; * — коэффициент, учитывающий допустимое снижение на 10%.

Если ваш расчет показал , формально вы прошли норму (с учетом допустимого отклонения). Но злоупотреблять этим не стоит.

Что делать, если расчет «не проходит»?

Вы посчитали, и цифры красные. Норма не выполнена. Что может предложить инженер-светотехник архитектору?

Проблема 1: Не хватает инсоляции

Это геометрическая проблема. Решения только геометрические:

Поднять этажность. Проверить квартиры выше — возможно, начиная с 5-го этажа тень от соседа уже не мешает.

Подвинуть здание. Отодвинуться от затеняющего объекта.

«Поиграть» с планировкой. Перенести жилую комнату на другую сторону, а на темную сторону поставить кухню или санузел (они не нормируются по инсоляции).

Поворот секции. Иногда поворот здания всего на 3-5 градусов позволяет «поймать» недостающие 10 минут солнца утром или вечером.

!Методы корректировки проекта для обеспечения инсоляции

Проблема 2: Не хватает КЕО

Здесь арсенал средств шире:

Увеличить окна. Самое очевидное решение. Расширение проема на 20 см может дать нужные 0.1%.

Уменьшить глубину комнаты. Если комната слишком вытянута («пенал»), свет не доходит до расчетной точки. Перенос перегородки поможет.

Светлая отделка. Увеличение коэффициента отражения стен и потолка повышает уровень освещенности за счет многократных отражений.

Совмещенное освещение. Если естественного света все равно мало (например, в плотной офисной застройке), нормы разрешают использовать совмещенное освещение. Это режим, когда КЕО ниже нормы, но недостаток дневного света компенсируется постоянно работающим искусственным освещением высокого качества.

> Важно: Для жилых комнат применение совмещенного освещения не допускается. В жилье КЕО должен быть обеспечен только окнами.

Оформление искусственного освещения

Раздел искусственного освещения (ЭО) оформляется проще. Обычно это:

План расстановки светильников с привязками.

Светотехническая ведомость, где указано:

* Тип светильника и его мощность. * Световой поток лампы. * Расчетная освещенность () на рабочей поверхности. * Коэффициент пульсации (важно для офисов).

Главное требование здесь — выполнение нормы по люксам (лк). Например, для офиса лк. Если расчет показал 290 лк, нужно либо добавить светильников, либо выбрать более мощные лампы.

Заключение курса

Мы завершаем курс «Ручной расчет инсоляции и освещения зданий». Теперь вы обладаете уникальным навыком — умением видеть свет глазами инженера.

Вы знаете, что: * Свет подчиняется строгим геометрическим законам. * Инсоляция — это время, а КЕО — это процент. * Ручной расчет — это лучший способ понять физику процесса и проверить работу компьютерных алгоритмов.

В эпоху цифрового проектирования ручные методы не умирают. Они становятся инструментом экспертной оценки и быстрого поиска решений. Когда компьютер выдает ошибку, только знание основ поможет вам понять, почему это произошло и как это исправить.

Удачи в ваших проектах, и пусть в них всегда будет светло!