Текущий выпуск
Лето 2018
Главная|Журнал|Лето 2018|Системы освещения: энергоэффективность и визуальный комфорт
      

Системы освещения: энергоэффективность и визуальный комфорт

Николай Щепетков

Значительную долю энергопотребления современных городов составляют затраты энергии на освещение. Это и освещение помещений, и освещение улиц города, и архитектурная подсветка городских объектов. Снизить затраты на освещение можно за счет применения новых энергосберегающих осветительных приборов. Но есть и другие возможности. Например, грамотная архитектурная подсветка не пересвечивает объект, а подчеркивает его достоинства, не растрачивая при этом энергию впустую.

Единая цветосветовая среда

В архитектурной подсветке городов нашей страны до сих пор используется точечный метод. Из темноты извлекаются какие-то знаковые здания, хотя такое новое явление, как световой урбанизм, разработка световых генпланов, развивается достаточно активно и идет из Франции.

Но самый первый в истории урбанизма световой генплан целиком нового города Тольятти, в котором по-своему были сформулированы идеи единой светоцветовой среды, был разработан НИИСФ и МАрхИ в 1969 г. по заказу ЦНИИЭП жилища (авторы – Н.М. Гусев, В.Ф. Колейчук и др.). Увы, он обречен был на архивное хранение, ибо на десятилетия опередил свое время. И если у нас этот проект остался на бумаге, то в зарубежных странах это направление стало развиваться. У специалистов по созданию единой светоцветовой среды довольно много заказчиков из многих стран мира.

Световое загрязнение – неоправданный расход электроэнергии

Проблема энергоэффективности не решается только применением энергосберегающих осветительных приборов. Есть другая проблема, связанная со световым загрязнением неба. Это следствие безграмотного или малограмотного размещения светотехнических установок.

Обращенные вверх светильники, которые должны подсвечивать архитектурный объект, паразитно засвечивают небо.

В самом деле, в значительной части установок наружного освещения, архитектурной подсветки значительная часть света уходит в небо бесцельно. Эту проблему не так просто решить. Но, если будет поставлена целенаправленная задача, вполне можно принять соответствующие меры. Во-первых, необходим выпуск соответствующих приборов с требуемым светораспределением; во-вторых, необходимо их грамотная установка, то есть, собственно, светодизайнерское проектирование; в-третьих, грамотная эксплуатация.

Есть одна не решаемая в этом смысле проблема: в нашем климате, когда выпадает снег, отражательная способность земли (альбедо) повышается в 7-8 раз. И поток света, совершенно правильно направленный на землю, отражается в небо и его засвечивает. С этим ничего не поделаешь, нельзя же снег покрасить в черный цвет.

Наружное освещение можно разделить на три группы:

  • утилитарное – освещение дорожного покрытия, пешеходных дорожек и т.д.;
  • художественное – освещение фасадов зданий, сооружений, памятников, зелени в ландшафтном освещении;
  • светорекламное – рассчитанное на зрителя, на потребителя продукции.

Многие общественные крупные сооружения излучают приличные потоки света в небо за счет перекрытия освещаемых атриумов. Например, Гостиный двор в Москве – гигантская площадь, накрытая стеклянным куполом. Уровень освещенности внутри достаточно высокий. И ясно, что вечером этот свет, отражаясь от поверхности интерьера, устремляется в небо. Можно было бы применить какие-то жалюзи, которые закрывались бы в темное время. Можно применять тканевые занавески, которые будут закрываться с наступлением темноты, одновременно с включением искусственного света. За счет этого возможно сократить количество светильников или их мощность, потому что жалюзи или занавески будут свет возвращать вниз, обратно в помещение.

То же самое касается мансардных окон, всех светопроемов, которые обращены прямо в небо.

А в утилитарном освещении необходимо вообще исключить светильники, которые светят во все стороны, например, шары. Их сейчас применяется очень много: на стоянках, на заборах, в парках. Даже больше половины света таких светильников уходит в небо. Это совершенно не нужный расход энергии. Есть такие же шары, верхняя полусфера которых не прозрачна. Внутри она зеркалирована и свет направляется вниз. Такие светотехнические решения позволяют повысить энергоэффективность освещения. Резерв в этом есть.

Светодиодные источники света

На сегодняшний день светодиоды – один из самых энергоэффективных источников света. Но, с другой стороны, светодиоды – это и один из самых дорогих световых приборов. Есть масса еще не выясненных воздействий на зрительную систему человека, особенно в интерьерах. Поэтому отношение к ним специалистов, знакомых с санитарными требованиями, осторожное. Для освещения школ светодиоды какое-то время были запрещены.

Газоразрядные лампы

С 1980-х годов уличное освещение во многих городах мира переведено на стандартное желтое освещение натриевыми лампами. Есть натриевые лампы сверхвысокого давления на основе ксенона, которые дают более качественный свет. Он мало отличим от света ламп накаливания. Такие лампы дороже, и у них ниже световая отдача. Но в ряде случаев они тоже применяются, там, где городское руководство хочет получить качественную городскую среду.

Сейчас, кроме светодиодов, не брошены, к счастью, разработки и в других областях. Например, серные лампы – плазменные разрядные лампы. У этих ламп большие перспективы. Они отличаются, во-первых, очень хорошим по качеству светом. Это не желтый, а белый свет, очень близкий к солнечному. Во-вторых, у этих ламп высокий срок службы. В-третьих, большая единичная мощность. Например, чтобы сделать светодиодный прибор большой мощности, требуется много светодиодов, и прибор приобретает большие габариты. В серных разрядных лампах горелка, излучающая свет, небольшая, и сам прибор небольших размеров. Этот свет можно сконцентрировать с помощью зеркального отражателя соответствующей формы в любой пучок – широкий, средний, узкий. По КПД, несмотря на более низкую световую отдачу, они могут быть не хуже, а в производстве и в эксплуатации не дороже.

С конца 1980-х годов выпускаются индукционные лампы. Они немного посложнее. Срок службы у них сопоставим со светодиодами. Эти лампы дают хороший белый свет. Однако спрос на них невелик.

Дуговые лампы

В 1970-е годы очень рассчитывали на ксеноновые лампы, они дают замечательный свет. Потом оказалось, что и световая отдача их не очень высока, и греются они сильно. Для мощных ламп нужно водяное охлаждение, получаются очень сложные световые приборы. Совсем от них не отказались, но широкого применения они не нашли. Они чаще всегприменяются в проекционных приборах, там, где требуется очень мощный качественный свет, пучки света. Лучи, которые гуляют по небу – это, как правило, ксеноновые прожекторы.

Световоды

Достаточно давно известны точечные источники света на основе фиброоптики: это световоды малого сечения, которые позволяют транслировать свет далеко. Как правило, транслируется искусственный свет для декоративного освещения или для освещения экспонатов в музеях. Например, в одном из музеев парижского городка науки и индустрии Ла-Виллет выставлен деревянный инструмент, найденный при раскопках в Египте. Этому экспонату более пяти тысяч лет. Он сохранился только благодаря тому, что был засыпан песком. Этот экспонат боится света. Поэтому этот экспонат осветили световодами. Когда свет подводится по световоду, нет ни ультрафиолета, ни тепла. Поэтому такие источники и используются в музеях для таких уникальнейших экспонатов и артобъектов. Правда, сейчас такой свет можно получить и от светодиодов, такую подсветку сделать даже проще.

Световоды для освещения помещений бывают двух видов – полые и клиновидные. Сейчас эти устройства начинают активно развиваться, особенно полые световоды.

У полых световодов хорошее будущее, но, пожалуй, только в тех районах, где много солнца, потому что наиболее эффективно преобразуются прямые солнечные лучи. Сначала они улавливаются. Для этого применяется стационарная система в виде линзовых фацетных гелиостатов. Они концентрируют солнечный свет в узкий пучок, даже не поворачиваясь. Положение солнца меняется, гелиостаты улавливаю солнечный свет, преломляют, направляют на зеркало, а это зеркало потом транслирует свет в полый световод. Этот свет можно распределять по этажам, он может дойти до подвала и т.д.

При применении клиновидных световодов получается чистый, стерильный свет. Потенциально эти световоды очень привлекательны. Но по оптике пока они имеют маленький КПД, для их работы нужен сильный гелиоконцентратор.

Знаменитый английский архитектор Норман Фостер, пожалуй, одним из первых применил подобное освещение в здании HSBC в Гонкоге, осветив таким способом атриум. Этот атриум не имеет выхода наверх, он достигает примерно до половины здания и освещается сбоку. Но этого освещения оказалось мало, поэтому сверху сделана система зеркал, а на фасад вынесено параболическое зеркало. Солнце на широте Гонконга располагается очень высоко, оно попадает на параболическое зеркало, затем на зеркальные отражатели, и весь атриум освещается солнечным светом. Но в атриуме встроены и искусственные источники света.

Для массового строительства сейчас предлагаются различные системы «солнечных труб». Их диаметр примерно от 18 до 60 сантиметров. Трубы эти могут быть и круглые, и элипсовидные, и квадратные. В них нет никакой зеркальной системы. Сверху располагается специальный колпак, он быть встроен в любую кровлю, и в наклонную, в плоскую. Трубы не обязательно должны быть прямыми, могут быть с коленами. Такие полые световоды позволяют осветить самые глубокие зоны помещения.

Единственное, что они отбирают объем помещения, как, например, сантехнические коммуникации. Но это уже зависит от архитектора.

Живой свет

В нескольких школах Швейцарии реализовано естественное освещение: в рекреациях проложены световоды в виде стеклянного прямоугольника с наклеенной изнутри специальной пленкой. Она прозрачная, но содержит микропризмы, которые отражают свет и транслируют его дальше. И был отмечен удивительный эффект: этот рассеиваемый по помещению свет менялся в зависимости от наружных условий. Видно, например, что набежало облако, в результате чего свет меняется: он живой, не мертвый.

В чем одно из отрицательных качеств искусственного света, кроме того, что его спектр может быть плохой – это то, что этот свет всегда одинаковый, мертвый. Его тоже можно сделать живым, он может меняться – за счет диммирования, программирования и т.д. По крайней мере, он может регулироваться по уровню освещенности. Сейчас изобретено очень много интересных технических решений для этого.

Свет и формообразование в архитектуре

Это трудноуловимо, но свет действительно оказывает формообразующее действие. Когда мы проектируем здания большой глубины, получается замечательное теплоемкое здание, которое сильно не остывает зимой, не перегревается летом. Но внутри этого здания темно. Значит, и в самый ясный день приходится включать свет в глубине комнаты. На самом деле, это нонсенс – среди бела дня использовать искусственный свет. Нужна методика комплексной оценки, в котором энергопотребление оценивалось бы по всем параметрам. Иначе вся экономия тепловой энергии за счет утепления может быть сведена на нет дополнительными затратвми электроэнергии на освещение.

Самый консервативный параметр в любом здании – высота помещения, особенно, в зданиях массовых строительных серий. При высоте потолка 3 метра нельзя делать комнату больше 6 метров глубиной. Но есть проекты с глубиной комнаты в 8 метров, к которой еще пристраивается лоджия. В этом помещении почти всегда будет темно. Это неграмотность архитектора. Конечно, такое здание в эксплуатации будет дороже за счет больших затрат на искусственное освещение. Зачем нужны многочисленные осветительные приборы днем, если есть бесплатный, экологичный, обильный дневной свет – его и надо максимально использовать. Форма здания должна реагировать на этот вызов. Отчасти эту задачу могут выполнить и полые световоды.