PROBLEMS AND PROSPECTS OF OPTIMIZING OF CITIES LIGHT ENVIRONMENT

Full Text

Современные тенденции к уплотнению городской застройки, снижающие поступление света в пространства застройки и помещений, с особой остротой ставят проблему оптимизации их светового режима как основного формообразующего, экологического и экономического фактора структурно-пространственного развития городов. Проведенное исследование «Основы формирования световой среды городской застройки» [1] позволило выработать методологические основы формирования световой среды городов и выявить ряд перспективных направлений ее оптимизации. Дано теоретическое обоснование и разработаны достоверные методы компьютерного расчета и визуализации световых полей в атмосфере, пространствах городской застройки и помещений на основе принципиально нового понимания структуры световой среды [2]. Впервые закономерности инсоляции изложены в общепринятых в науке и адекватных явлению понятиях и терминах теории колебаний [3]. В затеняемых пространствах застройки и помещений инсоляция представляет собой симметричные относительно солнцестояний уникальные колебательные импульсы. В годовом периоде колебания фазовые промежутки, в которые возможно обеспечить инсоляцию территорий и помещений, в каждой конкретной экранирующей ситуации следует определять расчетным путем. Для этого создан инсоляционный модуль в составе пакета «Программа расчета инсоляции и естественного освещения», практически мгновенно рассчитывающий и визуализирующий годовой режим инсоляции территорий и помещений. Быстрота подготовки исходных данных и самих расчетов, качество и наглядная информативность расчетной документации несопоставимы с ручной методикой. Пример компьютерного расчета повторяющих ся годовых колебаний полей инсоляции помещений жилого дома по ул. Верхне-Печерской в Ниж нем Новгороде приведен на рис.1. 123 Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 4 Л.Н. Орлова Рис 1. Годовой режим инсоляции трехкомнатной квартиры на втором этаже дома №7/2 по ул. Верхне-Печерской в Нижнем Новгороде Разработана спектрально-колориметрическая радиационная модель безоблачной земной атмосферы, позволяющая вычислять любые спектральные, интегральные и эффективные характеристики в оптическом диапазоне спектра при широком варьировании параметров атмосферы, которая предназначена для моделирования и визуализации световой среды в застройке и помещениях [4]. Количественные и визуальные исследования компьютерной модели (модуль ClearSky) показали, что картины яркости и цветности неба от конца астрономических сумерек и до полного восхода над горизонтом солнечного диска являются наиболее показательными для оценки полноты, достоверности и точности математической модели источника естественного освещения [5]. Современная цифровая видео- и вычислительная техника предоставляет широкие возможности для фиксации и натурных исследований яркости и цветности неба и численно-визуального сопоставления их результатов с расчетно-теоретическими моделями. Построены радиационные модели территорий и помещений, выявлены основные закономерности их эффективного облучения при открытом горизонте и при затеняющем действии застройки [1]. При этом обнаружено отсутствие корреляции между полями продолжительности инсоляции и эффективного облучения. Показано, что для сравнительной оценки радиационного режима территорий и помещений представительными являются годовые дозы облучения и отнесенные к ним экстремальные и локальные характе ристики облучения в годовых циклах. Разработана методология расчета естественной освещенности городской застройки [6-11] на основе оптической теории светового поля, которая впервые с наглядной очевидностью объяснила сложнейшую структуру реальных световых полей как аддитивную комбинацию пространственно-импульсных рассеянных, размытых и четких оптических изображений светящих объектов [2] . Это позволило использовать для описания таких полей адекватные явле- Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 4 124 ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО. ПЛАНИРОВКА СЕЛЬСКИХ НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ нию терминологию и математические аппараты геометрической оптики, проективной геометрии и теории интегральных уравнений. Осуществлено математическое моделирование многократных отражений света и рассчитаны поля отраженной составляющей освещенности численным решением систем интегральных уравнений освещенности на ПЭВМ. Синтезируемые реальные цветные изображения прямоугольного помещения с любой заданной системой диффузного освещения являются наглядным доказательством истинности построенной модели отраженной составляющей освещенности, подтверждением достоверности и точности расчета световых полей [8]. Разработана и реализована методика компьютерного расчета и визуализации по лей освещенности на территориях и фасадах зданий небом конхоидальной яркости (в том числе облачным небом МКО - Международной комиссии по освещению) в реальной городской сре де любой заданной конфигурации [10] (рис. 2). Рис. 2. Поле прямой составляющей КЕО (коэффициент естественного освещения) на расчетном участке застройки в микрорайоне VIII «Верхние Печеры» в Нижнем Новгороде (градация изолиний поля - 5 % КЕО, градация яркости линейная) 125 Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 4 Л.Н. Орлова Создан эталонный модуль Domicile, предназначенный для моделирования и исследования светового поля в помещениях, выходящих в бесконечную уличную полость, а также для тестирования программ, предназначенных для расчета естественного освещения [9] (рис. 3). Рис. 3. Фотографически точные перспективные изображения разрезов здания в помещениях всех этажей многоэтажного здания в условиях уличной застройки, освещаемой небом конхоидальной яркости Разработан программный комплекс - оверлейный пакет для практических расчетов и визуализации инсоляции и естественного освещения [12, 13]. Физическая корректность и точность пакета, значительно превосходящего другие программы по быстроте счета, подтверждена хорошей сходимостью результатов расчета с лучшими зарубежными программами [14-16]. Выводы. 1. Разработанные теоретические методы численного моделирования и компьютерной визуализации световых полей в пространствах городской застройки и помещений предоставляют в распоряжение градостроительной науки и практики весьма эффективный современный инструмент решения проблем оптимизации светового режима застройки. 2. На их основе даны рекомендации по совершенствованию нормирования естественной световой среды. Применение предложенных принципов оптимизации параметров световой среды открывает новые возможности упорядочения городской застройки и рационального повышения ее плотности при сохранении необходимых гигиенических качеств среды обитания. При этом достигается технико-экономическая эффективность проектов, повышение качества и производительности труда проектировщиков и экспертов. Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 4 126 ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО. ПЛАНИРОВКА СЕЛЬСКИХ НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ 3. Проведенные исследования выявили ряд актуальных задач оптимизации световой среды в пространствах застройки и помещений, а также некоторые смежные проблемы, от решения которых зависит продуктивность дальнейших градостроительных исследований и эффективность использования компьютерных технологий в градостроительном проектировании: - выработка основополагающих принципов, методов и норм градостроительного проектирования на основе дифференцированного подхода к нормированию световой среды городской застройки; - создание автоматизированной системы расчета и моделирования световой среды, пригодной для функционирования в любых пакетах компьютерных программ архитектурно-строительного проектирования и операционных системах; - светотехническая паспортизация существующего и вновь возводимого жилья, определяющая его рыночную стоимость на основе достоверных методик оценки соответствия светотехнических качеств застройки научно обоснованным нормам естественного освещения и инсоляции жилищ.

About the authors

Lyudmila N. ORLOVA

Nizhny Novgorod State University of Architecture and Civil Engineering

Email: vestniksgasu@yandex.ru

References

Supplementary files