Зенитный фонарь и световод решают одну задачу — привести дневной свет в помещение без окон. Но делают это по-разному, и разница видна не на словах, а в расчёте.
Расчёт, результаты которого приведены ниже, выполнили А.В. Палагин, А.И. Стерхов и Е.В. Корепанов — кандидат технических наук, заведующий кафедрой «Теплогазоснабжение, отопление, вентиляция и кондиционирование» ИжГТУ им. М.Т. Калашникова. Та же группа авторов опубликовала работу «Сравнение систем естественного освещения зданий по функционально-энергетическим факторам» в журнале «Интеллектуальные системы в производстве» (2014, № 2).
Ниже — исходные данные, методика и результаты для модели реального производственного помещения. Мы намеренно приводим всё, что нужно для повторения: размеры помещения, габариты конструкций, программные пакеты и нормативные документы. Любой проектировщик может пересчитать сам и проверить наши цифры.
| Параметр | Ленточный зенитный фонарь | Световоды |
| Площадь светопроёма | 52,8 м² | 3,08 м² |
| Средняя освещённость рабочей поверхности | 1054 лк | более 1100 лк |
| Освещённость у стен | 150–300 лк | до 600 лк |
| Коэффициент неравномерности освещённости | более 4,5 | менее 2,2 |
| Теплопритоки за световой рабочий день | 18 889 Вт | 319 Вт |
Главный вывод: световоды дали больше света при площади светопроёма в 17 раз меньше — и при теплопритоке в 59 раз меньше.
Сравнивались два варианта естественного освещения одного и того же помещения размером 28 × 8 × 3,3 м:
Светотехнический расчёт выполнялся в программном пакете DIALux. Теплопритоки считались по методике, изложенной в СНиП 23-01-99 «Строительная климатология», СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника», СНиП 2.04.05-91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» и Пособии 2.91 к нему — сегодня эти методики действуют в актуализированных редакциях СП 131.13330, СП 50.13330 и СП 60.13330. Учитывался только тепловой поток через световой проём: теплопритоки от стен, покрытия, оборудования и людей в расчёт не входили, чтобы сравнение осталось чистым.
Зенитный фонарь. Средняя освещённость рабочей поверхности — 1054 лк. Но распределён свет крайне неравномерно: непосредственно под фонарём освещённость достигает 1600 лк, а по периметру стен падает до 150–300 лк. Коэффициент неравномерности — более 4,5. Проще говоря, под проёмом слепит, у стен темно.
Причина в физике: плоское светопрозрачное заполнение почти не рассеивает свет. Он падает вниз узким конусом, и опосредованная составляющая освещённости — та, что переотражается от стен и потолка и «наполняет» помещение — оказывается мала.
Распределение освещённости при ленточном зенитном фонаре. Под проёмом до 1600 лк, у стен 150–300 лк. Расчёт в DIALux
Световоды. Средняя освещённость — более 1100 лк, то есть выше, чем у фонаря с площадью проёма в 17 раз больше. Всё пространство под световодами освещено на уровне более 1000 лк, у стен — до 600 лк, вдвое больше, чем при зенитном фонаре. Коэффициент неравномерности — менее 2,2.
Работает рассеиватель специальной текстуры: он раскладывает поток по помещению вместо того, чтобы бить одним пятном. Помещение оказывается залито светом, а не подсвечено в одной точке.
Распределение освещённости при четырнадцати световодах ⌀530 мм. Всё помещение выше 1000 лк, у стен до 600 лк. Расчёт в DIALux
Светопрозрачная конструкция на кровле пропускает не только свет. Вместе с ним в помещение заходит инфракрасное излучение — то самое тепло, которое летом приходится убирать кондиционерами.
Расчёт показал: суммарный теплоприток через зенитный фонарь за световой рабочий день составляет 18 889 Вт. Это почти 19 киловатт тепла, которые надо чем-то удалять — то есть мощный кондиционер, работающий весь день, и счёт за электричество к нему.
Через световоды за тот же день проходит 319 Вт. В 59 раз меньше. Такой теплоприток в помещении просто не ощущается.
Обратная сторона того же свойства работает зимой: чем меньше площадь светопрозрачного проёма и чем выше его термическое сопротивление, тем меньше через него уходит тепла.
В верхней зоне помещения, у самого фонаря, всегда теплее и влажнее, чем внизу. Это идеальные условия для выпадения конденсата. Теплотехнический расчёт показывает, что конденсат на поверхностях неизбежен уже при наружной температуре −5…−8 °C.
Дальше сценарий повторяется от объекта к объекту:
Последствия конденсата известны и стоят дороже самого фонаря: испорченная отделка, отказы оборудования, риск короткого замыкания и пожара.
Фотографии ниже сняты на объектах, где зенитные фонари отработали около трёх лет. В интернете обычно показывают другие — новые и блестящие, снятые в день сдачи.
Частичное разрушение конструкции зенитного фонаря после нескольких лет эксплуатации
Помутневшее заполнение: конденсат внутри структуры поликарбоната
Швы примыкания: потёки, налёт и следы герметика
Ленточные зенитные фонари на кровле производственного здания
Поликарбонатное заполнение не отвечает требованиям класса конструктивной пожарной опасности здания С0. Для производственных зданий это не деталь, а вопрос прохождения экспертизы проекта.
Честно: бывают задачи, где он на своём месте. Если нужно осветить одну большую открытую зону, здание невысокое, кровля тёплая, а по нормам пожарной безопасности к заполнению нет жёстких требований — ленточный фонарь может оказаться дешевле в закупке.
Но для большинства производственных зданий — цехов, складов, ангаров, помещений с оборудованием и постоянными рабочими местами — зенитный фонарь традиционного исполнения решает задачу освещения ценой перегрева летом, теплопотерь зимой и предсказуемых проблем с конденсатом через два-три года эксплуатации.
Если вы проектируете или реконструируете здание и выбираете между решениями, начните с расчёта коэффициента естественной освещённости — он покажет, сколько света нужно по нормам и какой вариант его обеспечивает. Мы делаем такой расчёт под конкретный объект.
По запросу отправим фотографии объектов, видео работы систем и расчёт под ваше здание.
