Как форма окна влияет на количество солнечного света в комнате: макет и замеры

Геометрия светового потока и положение солнца

Количество естественного света внутри помещения складывается из прямого солнечного излучения и рассеянного света от небесного купола. Прямые солнечные лучи проникают внутрь только тогда, когда солнце находится в секторе обзора окна, причем угол падения постоянно меняется в зависимости от времени суток и географической широты.

Верхняя кромка окна отвечает за освещение задней части помещения. Верхние слои небосвода обычно ярче горизонта, поэтому высокий световой проем захватывает наиболее интенсивный рассеянный свет. Солнечные лучи в полдень падают под максимальным углом к горизонту, проникая через верхнюю часть рамы глубоко в комнату. Широкое горизонтальное окно захватывает большой угол по азимуту, обеспечивая панорамное освещение передней зоны, но его низкая верхняя грань создает резкую тень уже на расстоянии двух-трех метров от подоконника.

Как собрать макет для чистого опыта

Для школьного или студенческого проекта оптимально использовать пропорциональный масштаб 1 к 10 или 1 к 20. В качестве основы подойдет плотный гофрокартон, пенокартон или фанера толщиной от четырех миллиметров, чтобы стены оставались строго непрозрачными.

• Собери коробку с внутренними пропорциями типовой жилой комнаты, например тридцать на сорок сантиметров при высоте двадцать пять сантиметров.
• Выкраси внутренние поверхности белой матовой краской или оклей гладкой чертежной бумагой, обеспечив коэффициент отражения около семидесяти процентов.
• Сделай съемную переднюю стенку или подготовь несколько одинаковых сменных фасадов с проемами разной формы.
• Строго уравняй площадь проемов для чистоты сравнения, сделав площадь каждого окна ровно пятьдесят или шестьдесят квадратных сантиметров.
• Предусмотри съемную крышу со светонепроницаемыми пазами для быстрой установки датчика люксметра внутри макета.

Сравнение форм окон при одинаковой площади

В исследовательском проекте наглядно работают четыре базовые геометрии проема одинаковой площади, например шестьдесят квадратных сантиметров.

Вертикальный прямоугольник размером пять на двенадцать сантиметров дает глубокое проникновение светового пятна. В полдень световой конус доходит почти до противоположной стены макета. Освещенность в глубине комнаты остается высокой на протяжении пяти-шести часов подряд.

Горизонтальный прямоугольник размером двенадцать на пять сантиметров создает широкую полосу света у фасадной стены. Боковые углы возле окна освещены лучше, чем при вертикальном окне. Глубина комнаты при этом погружается в тень, фиксируя падение уровня освещенности в пять-семь раз по сравнению с прифасадной зоной.

Квадрат со стороной примерно семь целых семь десятых сантиметра представляет собой баланс между глубиной и шириной. Он дает устойчивые средние показатели без резких провалов по углам.

Круглое окно диаметром восемь целых восемь десятых сантиметра концентрирует максимальный световой поток строго по центру оси проема. За счет скругления углов площадь периферийного освещения сокращается, создавая выраженное градиентное затемнение по углам макета.

Методика замеров и расчет показателей

Для фиксации данных потребуется цифровой люксметр с выносным фотодатчиком. Применение смартфона с приложением допустимо для качественной демонстрации, но встроенные сенсоры освещенности телефонов имеют высокую погрешность и быстро уходят в насыщение на прямом солнце.

1. Разбей пол макета на сетку из контрольных точек с шагом пять сантиметров по ширине и длине.
2. Установи макет на открытом пространстве или подоконнике строго по сторонам горизонта с помощью компаса.
3. Сделай три серии замеров в течение ясного дня, выбрав утренние часы с низкой высотой солнца, астрономический полдень и вторую половину дня.
4. Зафиксируй наружную горизонтальную освещенность перед каждым внутренним замером, положив датчик на крышу макета.
5. Рассчитай коэффициент естественной освещенности для каждой точки как отношение внутренней освещенности к наружной, выраженное в процентах.