Область применения полых трубчатых световодов

Транспортировка света. Современные системы естественного освещения.

Оселедец Е.Ю., Кузнецов А.Л., Центр экологических инициатив, г. Москва.

Естественный свет необходим для людей, его воздействие имеет значительный психологический эффект, ассоциирующийся не только с качеством зрения, но также и с визуальным комфортом: чувством простора и свежего воздуха, естественным цветом предметов, регулированием биологических ритмов, самочувствием, работоспособностью и производительностью труда человека. Именно поэтому СНиП 23-05-95* «Естественное и искусственное освещение» требует нормативного количества естественного света в помещениях с постоянным пребыванием людей.
Новое звучание проблема приобрела с открытием в 2000 г. неизвестного до сих пор пигмента в организме человека – меланопсина. О третьем типе датчиков – клетках, содержащих фотохромный пигмент меланопсин, знают только узкие специалисты. Эти клетки не участвуют в формировании и передаче в мозг изображения, а оценивают интенсивность попадающего на сетчатку света и, в соответствии с этим, подстраивают циркадианные (суточные) биологические часы организма, регулируют диаметр зрачка, синтез мелатонина и физическую активность. Посредством этих сигналов организм синхронизирует свои суточные ритмы в соответствии с восходом и заходом солнца. Вот почему передача естественного света внутрь помещений приобретает в настоящее время особенную актуальность.
При боковом освещении через стандартные светопроемы используется только рассеянная составляющая света неба (прямое солнечное излучение наряду с высоким благотворным влиянием приводит к слепящему действию и неравномерности освещения, повышенному нагреву помещений). При этом наблюдается экспоненциальный спад освещенности при удалении от боковых светопроемов, что в широких зданиях (зданиях «глубокого заложения») требует наличия постоянно включенного искусственного освещения в отдаленных от окон местах.
Для бокового освещения в условиях города большую отрицательную роль играет экранирование светопроемов окружающими зданиями и сооружениями. Применение систем верхнего освещения (зенитные фонари, шедовые покрытия) может быть эффективным лишь в одноэтажных зданиях, однако и в этих случаях прямое солнечное излучение используется нерационально, а теплопередача через светопроемы слишком велика и требует, как и в предыдущих случаях, высоких затрат на обогрев освещаемых помещений зимой и охлаждение летом.
Учет всех этих обстоятельств требует комплексного решения инженерных систем освещения, кондиционирования воздуха и обогрева помещений для снижения затрат на сооружение и эксплуатацию зданий.
Как же доставить естественный свет, в том числе прямое солнечное излучение, в центральные части зданий, в зоны, удаленные от боковых светопроемов, в заглубленные помещения, в термоконстантные цеха без нарушения теплового режима?
Необходимо использовать новую технологию естественного освещения с помощью полых трубчатых световодов (см. рис. 1-4). Осветительные системы с полыми трубчатыми световодами впервые были применены в начале 90-х годов ХХ века в Австралии, а затем – в США, Канаде и Европе. Наиболее интенсивно новая технология применяется в последние годы. Объемы производства ежегодно удваиваются, расширяется дистрибьюторская сеть по всему миру. Общее количество установленных световодов в мире приближается к полутора миллионам.
Области применения новой технологии разнообразны. Полые световоды устанавливаются в частном жилом секторе, в складских, торговых, спортивных комплексах, в сборочных цехах предприятий, госпиталях, музеях, аэропортах и подземных стоянках, а также в детских дошкольных, общеобразовательных и высших учебных учреждениях, библиотеках и офисах.
Технический комитет ТС3.38 «Трубчатые световодные системы» Международной комиссии по освещению подготовил официальный отчет CIE 173-2006 по этим системам, где обобщен мировой опыт, анализируется практика и эффективность применения этой новейшей технологии.
Цель настоящего сообщения – предоставление нашей уважаемой аудитории информации о свойствах продукции ведущего европейского производителя полых трубчатых световодов – итальянской компании Solar Project s.r.l., объединенной под общей торговой маркой Solarspot® и поставляемой в 47 стран мира (эксклюзивный дистрибьютор в Российской Федерации – Региональная общественная организация экологов «Центр экологических инициатив», адрес сайта: www.ceieco.ru).
Международное лидерство систем Solarspot® подтверждено Золотой медалью строительной выставки в Париже Batimat Salon International de la Construction в 2003 г., международным сертификатом CSTB № 6/06-1672, выданным французским Научным и Техническим Центром исследований и сертификации строительных материалов и технологий в 2006 году, а также специальным международным призом Batiweb Awards в 2008 г. в категории «Produits pour le développement durable» – «Продукция для устойчивого развития».

SolarSpot

Рисунок 1. Принципиальная схема ввода естественного света в здание с помощью полых трубчатых световодов Solarspot.

Системы полых трубчатых световодов Solarspot® состоят из трех основных узлов: светопринимающего, транспортирующего свет и светораспределяющего (светорассеива-ющего). Светоприемное устройство в виде прозрачного акрилового купола располагается вне здания, на крыше или фасаде, в его конструкцию входит специальный оптический элемент (RIR® – Rifrazione Interattiva Riflessa), принимающий прямой поток от солнца и диффузный свет небесной полусферы и перенаправляющий их внутрь световода, работая одновременно рефрактором для северного бокового света и рефлектором для южного прямого света.

ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СВЕТОВОДОВ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Йованович Никола

Архитектура современного этапа это прежде всего соблюдение требований экологичности . Освещение непосредственно относится к экологичности зданий и сооружений. Данная статья представляет материал по архитектуре сооружений с применением световодов . Применение световодов приравнивается к естественному освежения, при этом такие конструкции имеют свои преимущества и недостатки. В статье представлен опыт, который используется при проектировании и строительстве подземных парковок с применением полых световодов .

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ADVANTAGES AND DISADVANTAGES OF USING OPTICAL FIBERS

The architecture of the modern stage is primarily compliance with the requirements of environmental friendliness. Lighting directly relates to the environmental friendliness of buildings and structures. This article presents material on the architecture of structures with the use of light guides. The use of light guides is equated with natural refreshment, while such designs have their advantages and disadvantages. The article presents the experience that is used in the design and construction of underground parking lots using hollow light guides

Текст научной работы на тему «ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СВЕТОВОДОВ»

Достоинства и недостатки использования световодов Advantages and disadvantages of using optical fibers

НИУ «Московский государственный строительный университет» Yovanovich Nikola,

Аннотация. Архитектура современного этапа это прежде всего соблюдение требований экологичности. Освещение непосредственно относится к экологичности зданий и сооружений. Данная статья представляет материал по архитектуре сооружений с применением световодов. Применение световодов приравнивается к естественному освежения, при этом такие конструкции имеют свои преимущества и недостатки. В статье представлен опыт, который используется при проектировании и строительстве подземных парковок с применением полых световодов.

Summary. The architecture of the modern stage is primarily compliance with the requirements of environmental friendliness. Lighting directly relates to the environmental friendliness of buildings and structures. This article presents material on the architecture of structures with the use of light guides. The use of light guides is equated with natural refreshment, while such designs have their advantages and disadvantages. The article presents the experience that is used in the design and construction of underground parking lots using hollow light guides Ключевые слова: экологичность, естественное освещение, световоды, полые, подземные парковки, схема освещения.

Keywords: Еco-friendly, natural lighting, light guides, hollow, underground parking, lighting scheme.

Введение. К преимуществам естественного освещения в первую очередь относятся показатели экологичности и энергосбережений, потому что архитектура на современном этапе развития дает возможность увеличить продолжительность использования естественного света. При этом сокращаются расходы на искусственное освежщение.

Методы исследования. В процессе написания данной работы применялся метод анализа нормативно-правой литературы, анализ существующего опыта применения полых световодов в местах подземных парковок.[1]В настоящий период времени наибольшее

распространение получили ширококорпусные здания с подземными этажами. В таких зданиях нет возможности обеспечивать естественное освещение традиционными окнами. Но при этом в соответствии с требованиями естественное освещение должно быть обязательно в местах пребывания людей. Именно поэтому была разработана конструкция для применения в архитектуре зданий и сооружении метода полых световодов.

Конструкция с применением полых световодов перемещает свет по сплошным каналам с использованием ламп накаливания.

Солнечные лучи транспортируются в труднодоступные места без естественного освещения. Транспортировка осуществляется с применением полых световодов, имеющих внутреннюю зеркальную поверхность. Применение полых световодов вводит корректировки в архитектурные решения в период проектирования зданий и сооружений.

Полые световоды нашли свое применение в производственных зданиях, гипермаркетах, подземных парковках и стоянках. В последнее время конструкция полых световодов нашла свое применении при строительстве станций метрополитена. Конструкцию полых световодов представим на рисунке 1.

Полый световод в своей конструкции имеет светоприемное устройство, которое монтируется с наружной стороны здания. Диффузор монтируется внутри зданий и его используют для транспортирования света.

Трубы по которым происходит транспортирование света покрывают многослойной светоотражающей пленкой, которая имеет коэффициент отражения 0,99. После транспортирования по трубам и отражаясь внутри светопроводящей трубы свет попадает в помещение.

Результаты исследования и их анализ

Рисунок 1 — Схема полых световодов [ I] 1 — купол

2 — стаканная система

3 — трубчатый канал;

4 — светонаправляющее устройство; 5 — диффузор.

На крыше и фасадах здания монтируются наружные устройства данной системы[2]. Система счетоводов, которая наиболее часто используется в Европе Solartube позволяет освещать зоны, которые солнечному свету не доступны. Такая система дает возможность снижать энергопотребление и тепловую нагрузку. Система с использованием полых световодов имеет низкую теплопроводность и осуществляется передача света без теплоприемников. Применяя такую систему интенсивность освещения будет одинакова в течении всего светового дня и ориентация здания в зависимости от стороны света никакого влияния в этом случае не оказывает.

Достоинства системы естественного освещения с полыми световодами:

— освещение внутри помещений естественным светом, при том, что помещения не имеют визуальной связи с окружающей средой;

— довольна простая конструкция

— слежение за движением солнца постоянно;

— происходит улавливание прямых солнечных лучей и диффуционного света;

— все системы минимальный, значит нагрузка на здание незначительна;

— применяется как при строительстве, так и при реконструкции зданий;

— контактные устройства дают возможность регулировать интенсивность освещения;

— применение данной системы, дает возможность создавать светящиеся дизайнерские объекты;

— в конкретных зонах возможно точечное освещение;

— возможность применение в помещении, где сущесвуют определенные требования к микроклимату;

— освещение подземных зданий естественным светом;

— свет по световодам может быть передан на довольно большие рассмтояния.

К недостаткам системы естественного освещения с помощью полых световодов:

— небольшая распространенность в нашей стране;

— не развито в России производство таких систем;

— не разработаны рекомендации по проектированию таких систем в нашей климатической зоне;

— регулярная чистка таких систем;

— регулярная очистка от пыли и снега;

— необходимость в монтировании подвесных потолков для прокладки полых световодов, что значительно снижает высоту потолков;

— проблемы в монтировании параллельно с систами кондиционирования и вентиляции.

Заключение. Выявленные в статье преимущества и недостатки системы естественного освещения с использование полых световодов дают возможность рассматривать применение таких систем в каждом конкретном случае индивидуально.

1. СоловьёвА.К.Полыетрубчатыесветоводы:ихприменениедляестественногоосвещениязд анийиэкономияэнергии//Светотехника,2011, №5.-С. 41-47.

2. БраклеД.Ж.Естественноеосвещениепомещенийспомощьюновойпассивнойсветоводно йсистемы«^о1а^роЪ>// Светотехника,№ 5, 2005. -С. 34-42.

1. Solov’ev A. K. a Hollow tubular light guides: their application to natural lighting of buildings and energy saving // Svetotekhnika, 2011, № 5. — P. 41-47.

2. Brackla D. J. Natural lighting with the new passive fiber system «SolarSpot» // Svetotekhnika, No. 5, 2005. — P. 34-42.

ПРЕИМУЩЕСТВА И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМ ЕСТЕСТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ С ПОЛЫМИ ТРУБЧАТЫМИ СВЕТОВОДАМИ В РОССИИ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Карасева Л.В.

В настоящее время для естественного освещения зданий широко используют осветительные системы с полыми трубчатыми световодами , которые могут транспортировать свет в любые части здания, в том числе, ранее недоступные дневному свету. В статье проведен сравнительный анализ работы полых световодов и традиционных светопроемов. На примерах крупных реализованных проектов зданий с полыми световодами в России показаны обоснование выбора подобных осветительных систем и их преимущества. В работе рассматривается уникальный опыт применения световодов для естественного освещения храма в Сибири, при проектировании которого разработаны и впервые реализованы несколько инновационных технических решений. Изложены факторы, определяющие перспективы применения световодных систем естественного освещения в России.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ADVANTAGES AND PROSPECTS OF APPLICATION OF NATURAL LIGHTING SYSTEMS WITH HOLLOW TUBULAR LIGHT GUIDES IN RUSSIA

Currently, lighting systems with hollow tubular light guides that can transport light to any part of the building have been widely used for natural illumination of buildings. The article presents a comparative analysis of the operation of hollow light guides and traditional side and upper light openings. Examples of large realized projects of buildings with hollow tubular light guides in Russia show the rationale for choosing such lighting systems and their advantages. The unique experience of using light guides for natural lighting of a church in Siberia is considered in the paper. During the design of this illumination system some innovative technical solutions were developed and implemented for the first time. The access of daylight in dark rooms, the provision of thermal and light comfort in the building, energy saving, protection from adverse weather conditions, the emergence of new opportunities for architectural solutions are factors determining the prospects for application of a natural lighting system with hollow tubular light guides in Russia.

Текст научной работы на тему «ПРЕИМУЩЕСТВА И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМ ЕСТЕСТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ С ПОЛЫМИ ТРУБЧАТЫМИ СВЕТОВОДАМИ В РОССИИ»

Преимущества и перспективы применения систем естественного освещения с полыми трубчатыми световодами в России

Донской государственный технический университет, Ростов-на-Дону

Аннотация: В настоящее время для естественного освещения зданий широко используют осветительные системы с полыми трубчатыми световодами, которые могут транспортировать свет в любые части здания, в том числе, ранее недоступные дневному свету. В статье проведен сравнительный анализ работы полых световодов и традиционных светопроемов. На примерах крупных реализованных проектов зданий с полыми световодами в России показаны обоснование выбора подобных осветительных систем и их преимущества. В работе рассматривается уникальный опыт применения световодов для естественного освещения храма в Сибири, при проектировании которого разработаны и впервые реализованы несколько инновационных технических решений. Изложены факторы, определяющие перспективы применения световодных систем естественного освещения в России.

Ключевые слова: системы естественного освещения, полые трубчатые световоды, боковые и верхние светопроемы, экономия энергоресурсов, инновационные технологии.

Необходимым условием комфортной, безопасной и здоровой для обитания человека среды в зданиях является эффективное и экологичное освещение. Использование природной световой энергии позволяет экономить электроэнергию, затрачиваемую на искусственное освещение.

Естественный свет, прямой солнечный или диффузный, обычно поступает в помещение через окна и реже — в одноэтажные здания или помещения верхнего этажа — через верхние световые проемы в кровле. Однако иногда дневного света в здании недостаточно или он полностью отсутствует. Речь идет, например, о помещениях, расположенных в центральной части широкого здания, о подвальных помещениях и т.д. Проблемы с обеспечением норм естественного освещения возникают в последние годы в связи с уплотнением городской застройки [1]. Недостаток дневного света в помещениях нижних этажей, затеняемых соседними высотными зданиями, приводит к энергозатратам на искусственное освещение в светлое время суток. Для поступления естественного света в

темные помещения эффективно используют осветительные системы с полыми трубчатыми световодами (ПТС).

Полые световоды представляют собой трубчатые каналы различного поперечного сечения и длины, внутренняя поверхность которых покрыта зеркально отражающим материалом или призматической пленкой полного внутреннего отражения [2]. Дневной свет поступает через куполообразный приемный узел на крыше (реже — на фасаде) здания и выходит через торец трубы или боковую поверхность канала, освещая помещение. Благодаря инновационным отражающим материалам, световод может передавать свет на расстояние, более чем в 20 раз превышающее его диаметр [3].

На рис. 1 представлены фотографии световодной системы SOLARSPOT®, установленной в здании ОАО «Банк Москвы» в историческом центре столицы [4]. При диаметре световода 650 мм его общая длина составляет 18,5 м. Высота опоры системы над уровнем кровли — 1,80м.

Рис.1. ПТС, установленный в здании ОАО «Банк Москвы» (по окончании

монтажных работ) [4]

Наряду с возможностью передачи излучения в помещения без доступа естественного света, ПТС обладают целым рядом других преимуществ в сравнении с традиционными системами естественного освещения. Для освещения одноэтажных глубоких производственных помещений часто используют фонари верхнего света, через которые происходят существенные

теплопотери зимой и теплопоступления от солнечной радиации летом (последнее относится, прежде всего, к зенитным фонарям). Улучшение микроклимата требует больших расходов энергии на обогрев и кондиционирование воздуха. Через полые световоды таких теплопотерь и теплопоступлений не происходит, что говорит об эффективности их применения в подобных зданиях. В отличие от фонарей верхнего света системы с ПТС обеспечивают естественным светом и многоэтажные здания [5]. Световод без проблем проводит излучение через чердачное пространство и технические этажи, обходя элементы несущих конструкций и коммуникации (рис.2) [6]. Использование коленчатых участков труб -угловых адаптеров — позволяет изменить направление распространения света.

Рис.2. Пример обхода ПТС элементов конструкций [6] Авторы работы [7] сравнивают полые световоды и окна по их способности транспортировать свет при различных состояниях неба. Световоды передают как рассеянный свет от большой части неба, так и прямое солнечное излучение, вероятность попадания которого через светоприемный узел на крыше выше, чем через окна. Световоды не создают зрительного дискомфорта, связанного со слепящим действием солнечного света, так как источник света скрыт от глаз людей в помещении. Инсоляция зданий через окна в летний период нередко приводит к перегреву помещений и световому дискомфорту, во избежание чего необходимо использовать

солнцезащитные устройства. Однако у окон есть свои преимущества перед полыми световодами. Они обеспечивают визуальный контакт с окружающей средой, их используют для проветривания помещений. Целесообразно комбинировать окна и ПТС для естественного освещения зданий.

В последней редакции СП «Естественное и искусственное освещение» (СП 52.13330.2016) впервые упоминаются световоды естественного освещения, их рекомендуется использовать в качестве верхнего света в системе комбинированного освещения. На основе проведенного сравнительного анализа различных типов систем верхнего естественного освещения для многоэтажных общественных и производственных зданий со значительной шириной корпусов авторы [8] отмечают эффективность двух систем: со световыми колодцами и с полыми световодами. По мнению авторов, система с ПТС создает более равномерное светораспределение по глубине помещений, однако для психологического комфорта важен зрительный контакт с наружной средой, который обеспечивает система комбинированного освещения со световыми колодцами. В то же время в работе [6] отмечено, что ПТС, пропуская естественный свет, позволяют судить о его динамике и погоде снаружи, то есть минимальная связь с внешней средой обеспечена.

В настоящее время область применения осветительных систем с ПТС достаточно разнообразна. Их используют для естественного освещения образовательных и лечебных учреждений [9], производственных и складских помещений, офисов [10], подземных пространств [11]. Российский опыт строительства зданий с полыми световодами представлен пока не столь широко, как зарубежный, хотя в последние годы список таких осуществленных проектов вырос и продолжает увеличиваться.

Одним из первых крупных реализованных проектов с применением полых трубчатых световодов стали два многофункциональных здания ОАО

«Пассажирский порт «Морской фасад»» в Санкт-Петербурге в 2011 году. Для обеспечения норм естественного освещения было установлено 105 систем с ПТС компании SOLARSPORT INTERNATIONAL (итальянская компания, ведущий европейский изготовитель ПТС) с диаметрами труб 250, 375 и 530 мм [6]. Такая осветительная система была выбрана не случайно; в работе пассажирского порта с круизными паромными судами существенные требования предъявлялись к соблюдению природоохранных правил и высокому уровню экологической чистоты. Выбор ПТС отвечал этим требованиям, а также обеспечил полный отказ от искусственного освещения на рабочих местах в летнее время.

Инновационные технологии естественного освещения с помощью ПТС впервые были применены в храмовом строительстве именно в России. В 2018 году в городе Когалым Ханты-Мансийского автономного округа был возведен храм Святой мученицы Татианы. С учетом суровых климатических условий района было принято решение создать единое компактное здание, объединяющее два храма (главный и крестильный), хозяйственно-бытовые и инженерно-технические помещения, трапезную. Вследствие такой компактности часть внутренних помещений оказалась лишена светопроемов или имела их в недостаточном количестве. Для освещения естественным диффузным и даже солнечным светом архитектор А. Н. Оболенский предложил использовать систему световодов SOLATUBE® [12], которая гармонично была вписана в архитектуру этого уникального храма [13].

Используемые в проекте полые световоды отличаются инновационными техническими решениями. Благодаря высочайшему коэффициенту отражения зеркальной поверхности трубы (0,997), внутрь здания поступает чистый естественный свет в видимой области спектра (400740 нм). Для излучения в инфракрасном диапазоне световод не прозрачен, в отличие от обычного окна, что существенно снижает теплопотери суровой

сибирской зимой. Уникальные светособирающие купола системы SOLATUBE® позволяют улавливать максимально возможное количество естественного света.

Для подсветки главного свода храма восемь светособирающих куполов установлены горизонтально на стенах колокольни на высоте 23м (рис.3). В этом проекте впервые в мире применена горизонтальная установка светоприемных куполов в архитектурном обрамлении. Была разработана специальная конструкция крепления, принимающая на себя часть веса купола. Для сложных погодных условий сибирского города была решена задача: защитить конструкцию от сильных порывов ветра, осадков, обледенения, нестационарного температурного режима.

Рис.3. Светособирающий купол и световодная подсветка главного свода

Свет от куполов по световодам поступает к диффузорам главного свода. На рисунке 3 видно, как органично и ненавязчиво вписаны световые круги в поверхность свода, не нарушая каноническую архитектуру православного храма.

Для естественного освещения помещений подклета в подземной части храма (трапезная, хозяйственно-бытовая зона) дневной свет поступает в

световоды через светособирающие купола, установленные на специальном бетонном коробе с южной стороны здания.

При передаче излучения по трубам световода здесь впервые был применен принципиально новый прием. Была использована схема мультиплексирования светового потока. Большую часть пути свет транспортируется по световоду диаметром 530 мм, который затем делится на два световода диаметром 350 мм (рис.4). Таким образом решается задача экономии стоимости световодов и рационального использования световой энергии.

Несмотря на большую длину световодов от приема до выхода светового потока (40м) потери света не превышают 30%; в трапезной и технических помещениях обеспечено нормативное значение КЕО.

Рис. 4. Мультиплексирование светового потока [13]

Осветительная система с полыми трубчатыми световодами имеет ряд существенных преимуществ перед традиционными системами бокового и верхнего освещения. ПТС проводят излучение солнца и рассеянный свет от

неба в помещения с недостатком или отсутствием дневного света. Через них не происходят теплопотери зимой и теплопоступления от солнечной радиации летом. Значительное снижение энергозатрат на искусственное освещение зданий в светлое время суток, на обеспечение теплового комфорта повышает энергоэффективность здания.

При применении полых световодов выполняется одно из основных требований к световой среде интерьера — отсутствие слепимости, исключение прямой и отраженной блескости, обеспечен световой комфорт.

Одно из важных преимуществ световодов заключается в их способности проводить свет практически в любую часть здания, обходя различные конструктивные элементы. Излучение по трубам может транспортироваться на большие расстояния, при этом потери света будут невелики из-за инновационных светоотражающих покрытий.

Обеспечение благоприятного теплового и светового режима в здании, экономия энергоресурсов, защита от атмосферных воздействий, появление новых возможностей для архитектурных решений — существенные факторы, определяющие перспективы использования системы естественного освещения с полыми трубчатыми световодами в России.

1. Карасева Л.В., Лузина Ю.Л. Современные методы повышения естественной освещенности помещений в уплотненной городской застройке // Молодой исследователь Дона, 2018, № 4 (13). URL: mid-journal.ru/publications/4-2018/

2. Справочная книга по светотехнике / Под ред. Ю.Б. Айзенберга. Москва, 2008. 952 с.

3. Фонтойнон М.Р. Оценка экономичности различных систем искусственного и естественного освещения // Светотехника. 2008. № 1. С. 14-23.

4. Наши проекты Solaspot в России. Освещение темных помещений без электричества // Экологическое проектирование. URL: цэи.рф/наши-проекты-solaspot-в-россии

5. Стецкий С.В., Ларионова К.О. Рогозин С.М. История развития и совершенствования систем естественного освещения промышленных зданий // Инженерный вестник Дона, 2020, №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N3y2020/6369

6. Kuznetsov A.L., Oseledets E.Yu., Solovyov A.K., Stolyarov M.V. Experience of application of hollow tubular light guides for natural illumination in Russia // M: Light & Engineering. 2012. Т. 20. № 3. P. 62-70.

7. Дженкинс Д., Мунир Т. Характеристики световодов и светопроемов, используемых в системах естественного освещения // Светотехника. 2003. № 6. С. 34-38.

8. Стецкий С.В., Корнеев С.С. Сравнительный анализ эффективности различных типов системы верхнего естественного освещения в общественных и производственных зданиях // Инженерный вестник Дона, 2020, № 4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N4y2020/6421

9. Пейн Т. Развитие полых световодов в Великобритании // Светотехника. 2004. № 3. С. 39-45.

10. Бракале Дж. Естественное освещение помещений с помощью новой пассивной световодной системы «SOLARSPOT» // Светотехника. 2005. № 5. С. 34-42.

11. Solovyev A.K. Daylight in underground spaces // Light & Engineering. 2018. Т. 26. № 2. P. 156-161.

12. Ovcharov A.T., Yury N.S. Solatube® technology: prospective applications in architecture and building in Russia // Light & Engineering. 2016. Т. 24. № 2. P. 411.

13. Оболенский А.Н., Егорьев П.О. Полые трубчатые световоды в храмовом строительстве // Строительный эксперт. URL: ardexpert.ru/article/16013 (дата обращения: 10.07.2019)

1. Karaseva L.V., Luzina YU.L. Molodoy issledovatel’ Dona. 2018. № 4(13) URL: mid-journal.ru/publications/4-2018/

2. Spravochnaya kniga po svetotekhnike [Reference book on lighting engineering]. Pod red. YU.B. Ayzenberga. Moskva, 2008. 952 p.

3. Fontoynon M.R. Svetotekhnika. 2008. № 1. pp. 14-23.

4. Nashi proyekty Solaspot v Rossii. Osveshcheniye temnykh pomeshcheniy bez elektrichestva [Our Solarspot projects in Russia. Lighting of dark rooms without electricity] URL: tsei.rf/nashi-proyekty-solaspot-v-rossii

5. Stetskiy S.V., Larionova K.O. Rogozin S.M. Inzhenernyj vestnik Dona, 2020, №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N3y2020/6369

6. Kuznetsov A.L., Oseledets E.Yu., Solovyov A.K., Stolyarov M.V. Light & Engineering. 2012. V. 20. № 3. pp. 62-70.

7. Dzhenkins D., Munir T. Svetotekhnika. 2003. № 6. pp. 34-38.

8. Stetskiy S.V., Korneyev S.S. Inzhenernyj vestnik Dona, 2020, № 4. URL: ivdon. ru/ru/magazine/archive/N4y2020/6421

9. Peyn T. Svetotekhnika. 2004. № 3. pp. 39-45.

10. Brakale Dzh. Svetotekhnika. 2005. № 5. pp. 34-42.

11. Solovyev A.K. Light & Engineering. 2018. V. 26. № 2. pp. 156-161.

12. Ovcharov A.T., Yury N.S. Light & Engineering. 2016. V. 24. № 2. pp. 4-11.

13. Obolenskiy A.N., Yegor’yev P.O. Polyye trubchatyye svetovody v khramovom stroitel’stve [Hollow tubular light guides in temple construction] URL: ardexpert.ru/article/16013 (accessed 10/07/19)

Полые трубчатые световоды в храмовом строительстве

Возведение христианских храмов — дело очень деликатное, требующее в первую очередь соответствующего духовного состояния и необходимого художественного вкуса его создателей, а также высокого профессионализма строителей. Талант храмоздателей, по-видимому, заключается в способности не только гармонично объединить в одном проекте духовную, художественную и техническую составляющие, но и суметь передать своим творчеством проявления особого Божьего промысла в отношении каждого нового объекта храмового зодчества.

Большой размах храмового строительства в последние годы, безусловно, обращает на себя внимание как верующих людей, так и меценатов, представителей власти и общественности, понимающих, что вера является необходимой частью духовной жизни, оказывает важнейшее влияние на формирование основ нравственного стержня коренного населения страны. Понимание значимости храмового зодчества предопределяет серьезную ответственность за качество возведения культовых сооружений как в художественной, так и в технической сферах.

Вопросам храмового зодчества посвящается много общественных мероприятий с участием представителей Русской православной церкви, власти, архитектурного и строительного, образовательного и медицинского сообществ, которые единодушно обращают внимание на такие вопросы, как соответствие зданий каноническим нормам, наличие дополнительных помещений для образовательной деятельности, экономические аспекты эксплуатации и многие другие.

Эволюция храмоздательства продолжается тысячелетия, и за это время преобразились как внутреннее убранство, так и внешние формы церквей. Изменения коснулись также инженерных систем, обеспечивающих людей комфортными условиями внутри помещений.

Рис. 1. Принцип действия полого трубчатого световода SOLATUBE®

В этом материале расскажем об уникальном храме Святой мученицы Татианы, построенном в 2018 году в городе Когалыме Ханты-Мансийского автономного округа. Уникальность этого сооружения заключается в эксклюзивном архитектурном решении, которое позволило в экстремальных условиях Севера создать компактное здание, сочетающее воедино церковную (два храма — главный и крестильный), хозяйственно-бытовую (административные и торговые помещения, санузлы), трапезную и инженерно-техническую части, а также двухярусную звонницу («под колоколы»). Реализация такого композиционного принципа была вызвана необходимостью сведения к минимуму перемещения персонала на открытом воздухе в суровых климатических условиях.

Главный молельный зал храма, выполненный в виде единого безопорного пространства благодаря оригинальной конструкции купола и огражденный портиком колонн из «оселкового» мрамора, вызывает в памяти интерьеры Никольского Морского собора в Кронштадте — лидера технического прогресса в храмоздательстве своего времени. В этом смысле продолжением тенденции применения высоких технологий в строительстве храмов вполне можно считать выбор полых трубчатых световодов для обеспечения естественным светом помещений, которые благодаря компактности композиционных решений лишены светопроемов или имеют их в недостаточном количестве.

Для компенсации недостатка естественного (и даже солнечного) света внутри помещений, которые необходимо освещать по эстетическим, психологическим или санитарным (трапезная, кухня) соображениям, автором проекта храма Святой мученицы Татианы, архитектором Андреем Оболенским была заложена в проект и гармонично интегрирована в архитектуру система световодов SOLATUBE®. Такой технический прием в истории храмового строительства применен впервые. Проектные и монтажные работы, касающиеся использования в храме этого уникального оптического оборудования, выполнены ООО «ЭнергоСервисКонсалтинг» при технической и организационной поддержке ООО «СОЛАР».

С инженерной точки зрения световоды были использованы для дополнительной архитектурной подсветки главного свода, а также освещения обитаемого хозяйственно-бытового помещения в подклете естественным (солнечным) светом с помощью зеркальных труб, проводящих свет снаружи во внутренние помещения, в том числе и те, в которых в силу архитектурных и климатических особенностей невозможно обустроить классические окна.

В общих чертах полый трубчатый световод * марки SOLATUBE® (рис. 1) представляет собой алюминиевую трубу, на внутреннюю поверхность которой нанесено специальное отражающее оптическое покрытие (зеркало). Сверху световод защищен прозрачным акриловым куполом, а снизу заканчивается специальным диффузором, рассеивающим свет.

Рис. 2. Светотехнические параметры системы освещения

Конструкция кажется очень простой и доступной, однако это не совсем так. Для того чтобы световод работал должным образом, то есть передавал именно естественный свет, не искажая его, внутреннее зеркальное покрытие должно быть очень качественным. В этом заключается первая особенность предложенной оптической конструкции. Коэффициент отражения используемого в данных световодах зеркала равен 99,7. Специальные исследования, проведенные на базе ФГБУН «Институт биохимической физики» им. Н. М. Эмануэля РАН, подтвердили, что световод SOLATUBE® передает внутрь помещения чистый естественный свет без искажения в диапазоне видимой части спектра (400–740 нм) (рис. 2).

Следующей особенностью рассматриваемого световода, вытекающей из приведенного рисунка, является факт того, что он не разрывает тепловой контур здания, так как не прозрачен для световых волн инфракрасного диапазона. Иными словами, световод, в отличие от типового окна, не пропускает тепло внутрь помещения летом и существенно снижает потери тепла в холодный период.

Очень важным элементом оптической конструкции является светособирающий купол. Если в качестве купола установить обычное стекло, то световод как элемент освещения не заработает. В данном случае необходимы специальные технические решения, имеющиеся в составе полых трубчатых световодов (ПТС) SOLATUBE®, которые позволяют уловить под купол как можно больше естественного света.

Рис. 3. Светособирающие купола освещения подклета

Перечисленные уникальные технологические свойства данных световодов, во-первых, позволяют использовать их как полноценный источник естественного солнечного света, и во вторых, обусловливают их высокую эффективность с точки зрения качества теплового контура здания и энергосбережения в неблагоприятных с климатической точки зрения условиях.

Учитывая вышесказанное, применение ПТС в холодной климатической зоне Ханты-Мансийского автономного округа является вполне оправданным. Передача естественного света световодами SOLATUBE® в подземную часть храма создает комфортные условия пребывания людей в этих помещениях и обеспечивает их безопасность в случае аварийного отключения энергоснабжения. Значимым фактором является также снижение энергетических затрат на отопление и освещение, что немаловажно при неуклонном росте стоимости энергоносителей.

Подсветка естественным светом главного свода является исключительно архитектурным решением. В данном проекте прием естественного солнечного света для освещения подземной части храма производится светособирающими куполами, установленными на специальном бетонном коробе, расположенном на южной стороне здания, которая, как известно, наибольшее время освещается солнцем в течение светового дня (рис. 3). Передача света в подклет производится по световодам, проложенным в подвальном помещении (рис. 4, 5).

Рис. 4. Световод, проложенный в подвале здания;

Рис. 5. Смонтированная система освещения подклета

Рис. 6. Мультиплексирование светового потока

Рис. 7. Помещение трапезной после отделки

Длина световодов подклета от точки сбора света до точки его выхода составляет около 40 метров. Это очень большое расстояние с точки зрения величины потерь на такой протяженности световодов, однако используемое зеркало с высоким значением коэффициента отражения вполне справилось с этой задачей. Затухание света в данном случае составило не более 30%, что обеспечило нормативное значение коэффициента естественного освещения (КЕО) для находящихся в помещении подклета трапезной и вспомогательных технических помещений пищеблока.

С целью минимизации потерь световой энергии и оптимизации стоимости световодов на объекте впервые применена схема мультиплексирования светового потока: один световод диаметром 530 мм разделил световой поток на два световода диаметром 350 мм. Таким образом, основной путь передачи света осуществляется световодом большего диаметра с меньшим затуханием, а короткий заключительный участок — световодами меньшего диаметра с большим затуханием (рис. 6).

Выполненные технические решения позволили получить в помещении подклета равномерное распределение естественного света в соответствии с нормативным уровнем КЕО (рис. 7).

Рис. 8. Светособирающие купола главного свода

Световодная подсветка главного свода храма реализована по другому принципу. Восемь светособирающих куполов типа 750DS установлены горизонтально на стенах колокольни на отметке +23 м (рис. 8). Свет от куполов по световым каналам (рис. 9) подается на отметки +14 и +16 метров к диффузорам главного свода. На рис. 10 видно, что главный свод подсвечивается сильнее, чем прилегающие к нему поверхности.

Рис. 9. Внешний вид световых каналов

Важно подчеркнуть, что в данном проекте впервые в мире применена горизонтальная установка светособирающих куполов в архитектурном обрамлении. Этот прием потребовал разработки специальной конструкции крепления, принимающей на себя часть веса купола и компенсирующей ветровые нагрузки. При этом необходимо было обеспечить полугерметичность самого световода и защитить конструкцию от атмосферной влаги, осадков, сильных порывов ветра, обледенения и непредсказуемого термоциклирования в условиях Крайнего Севера. Особую сложность представляли монтажные работы: необходимо было на высоте 23 м над уровнем земли совместить в пространстве восемь световых каналов, куполов, компонентов их креплений и соответствующие архитектурные элементы с отклонением не более 2 мм. Для качественного монтажа пришлось разработать уникальную центрирующую оснастку

Отметим одну интересную деталь. Когда все сложности строительства были успешно преодолены, световоды смонтированы и свод освещен, авторский коллектив ждал неожиданный приятный сюрприз. Со школьной скамьи мы помним, что солнце в течение светового дня перемещается по небосводу с востока на запад. При этом время падения прямых солнечных лучей на купола световодов, расположенных по разным частям света, различается. Дольше всего освещается южный купол, а на северный прямые солнечные лучи не попадают совсем. Проектом учитывалось, что интенсивность работы диффузоров, расположенных по разным частям света, будет изменяться в течение светового дня в процессе смещения солнца от востока к западу. При этом северный световод ставился в основном для обеспечения архитектурной симметрии.

Рис. 10. Главный свод храма

Практика же показала настолько хорошие светособирающие оптические способности куполов SOLATUBE® 750DS, что солнечные лучи захватывались на расстоянии около десяти метров от купола (северный купол смог захватывать лучи солнца, падающие за пределы зоны тени от колокольни). В итоге все диффузоры главного свода храма работают с одинаковой интенсивностью и равномерно подсвечивают свод практически независимо от положения солнца на небосводе в течение светового дня. Задача подсветки купола главного свода естественным солнечным светом была успешно решена.

Со всей уверенностью можно сказать, что воплощение в жизнь заложенных авторами проекта инженерных решений позволило создать объект храмового зодчества, исключительный в своем роде как с архитектурной, так и с технической точки зрения. Некоторые решения применены впервые в истории, а уникальный опыт, полученный при возведении храма, может быть успешно тиражирован и на объектах гражданского строительства в будущем.

* Подробнее о конструктивных особенностях, эксплуатационных характеристиках, преимуществах и сферах применения полых трубчатых световодов читайте: Овчаров А. Т., Селянин Ю.Н., Анцупов Я.В. Полые трубчатые световоды и гибридные системы освещения в архитектуре автономных энергоэффективных зданий // Технологии Интеллектуального Строительства. — 2018. — № 3. — С. 34–39.