Мои Конспекты
Главная | Обратная связь


Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

Основные понятия, величины, единицы



СВЕТ В АРХИТЕКТУРЕ И СТРОИТЕЛЬСТВЕ

ЕСТЕСТВЕННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ И ИНСОЛЯЦИЯ

Естественное освещение и инсоляция рассматриваются разделом строительной физики, который называется «Строительная светотехника». Этот раздел включает в себя следующие вопросы:

- проектирование систем естественного освещения зданий. Это особенно важно при проектировании промышленных зданий, где светопроемы имеют очень большие площади.

- проектирование городской застройки. Проверка соблюдения норм естественного освещения и инсоляции при затенении жилых помещений зданиями окружающей застройки. Эта задача является особенно важной в современных условиях, когда только соблюдение норм ЕСТЕСТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ и ИНСОЛЯЦИИ позволяет избежать недопустимого переуплотнения застройки современных городов.

-проектирование солнцезащиты помещений. Таким образом, «Строительная светотехника» охватывает в основном технические вопросы, с которыми связан проектировщик (инженер и архитектор) в процессе проектирования, хотя они тесным образом связаны с архитектурно-художественными задачами, решаемыми при создании проектов зданий и застройки.

Общие положения

Освещение помещений бывает ЕСТЕСТВЕННОЕ, ИСКУССТВЕННОЕ и СОВМЕЩЕННОЕ. Естественными источниками света являются солнце и рассеянный (диффузный) свет небосвода. Искусственными источниками света являются электрические лампы (накаливания, люминесцентные, ртутные,

натриевые, ксеноновые, галогенные и др.). При совмещенном освещении помещение одновременно освещается естественным и искусственным светом в определенных соотношениях.

Основным требованием к естественному освещению в помещении является создание наилучшего освещения рабочего места или объекта, который воспринимается человеком при наблюдении. При этом имеют значение не только условия освещения в месте расположения объекта наблюдения, но и так называемое «поле адаптации» (окружающая световая среда). Требуемый световой режим достигается путем учета СВЕТОВОГО КЛИМАТА местности, где предполагается строительство проектируемого здания, правильного выбора размеров, формы и цветовой отделки помещения, расположения и размеров светопроемов (окон и фонарей верхнего света), правильного размещения и выбора источников искусственного света.

Современные тенденции проектирования естественного освещения зданий направлены на повышение его эффективности и призваны обеспечить пользователям все преимущества естественного света.

Световые проемы - один из основных элементов, определяющих архитектурное решение здания и его интерьеров. От размеров, формы и размещения светопроемов зависит обеспечение оптимального светового режима в здании. Правильное решение естественного освещения имеет большое технико-экономическое значение, поскольку заполнение светопроемов, конструкции фонарей и остекления атриумов имеет относительно высокую стоимость. Кроме того, с ними связаны более высокие эксплуатационные расходы на очистку светопроемов, восполнение тепловых потерь через светопроемы зимой и ликвидацию избыточных теплопоступлений летом.

В настоящее время разработаны конструкции светопроемов, имеющие очень высокое сопротивление теплопередаче. Но, несмотря на это, их сопротивление теплопередаче (даже в случае вакуумных стеклопакетов) не менее чем в 3 раза ниже, чем требуемое по нормам сопротивление теплопередаче глухих стен и покрытий. Формальное применение сплошных остекленных поверхностей фасадов в качестве ограждающих конструкций, часто используемых только по условиям архитектурной композиции, без учета требуемого светового режима, дополнительных тепловых потерь и теплопоступлений, приводит не только к увеличению стоимости здания и значительно увеличивает эксплуатационные расходы, но и часто ухудшает температурно-воздушную среду помещений, в основном за счет их перегрева летом.

Требования, предъявляемые к естественному освещению помещений:

1. Равномерность.

2. Обеспечение требуемой освещенности рабочих поверхностей.

3. Устранение направленного прямого и отраженного солнечного света, слепящего работающих.

4. Обеспечение необходимой яркости окружающего пространства за счет достаточного уровня освещенности и цветовой отделки поверхностей интерьера.

Основные понятия, величины, единицы

 

Строительная светотехника рассматривает излучение в диапазоне длин волн от 100 нанометров (нм) до 780 нм. Этот диапазон представлен на схеме

 

Применяемые в строительной светотехнике световые величины и единицы приведены в табл.,

 

из которой следует, что освещенность поверхности (Е) представляет собой отношение падающего светового потока (Ф) к площади освещаемой поверхности (S). Однако характеризовать освещенность в какой- либо точке помещения в люксах, это значит, что необходимо задаваться фиксированной величиной одновременной наружной освещенности, так как она постоянно меняется в зависимости от времени дня и состояния облачности. На практике это невозможно. Поэтому в строительной светотехнике используется относительная величина, называемая КОЭФФИЦИЕНТОМ ЕСТЕСТВЕННОЙ ОСВЕЩЕННОСТИ, сокращенно КЕО.

Коэффициент естественной освещенности ем есть отношение естественной освещенности в лк (Ев), создаваемой в какой-либо точке М заданной плоскости внутри помещения светом неба (непосредственно или после отражений), к одновременной наружной горизонтальной освещенности (Ен), создаваемой светом полностью открытого небосвода:

ем = (Eв /Eн)×l00%.

Чтобы определить абсолютное значение освещенности внутри помещения, можно воспользоваться формулой

Eв = (Eн ем / l00), лк.

Значение Ен можно получить либо непосредственно измерением с помощью специального прибора люксметра, либо по данным многолетних измерений на специальных метеорологических станциях.

 

5.3. Методы расчета КЕО

ОСНОВНОЕ РАСЧЕТНОЕ ДОПУЩЕНИЕ - пасмурный, т.е. полностью покрытый равномерным слоем облаков, небосвод (при 10-балльной облачности) с распределением яркости, стандартизованным Международной комиссией по освещению (МКО) на основе исследований американских классиков светотехники Р. Муна и Д.Спенсер.

Согласно этим исследованиям, яркость пасмурного неба изменяется только по угловой высоте точки на небосводе. На одной и той же угловой высоте яркость всех точек небосвода постоянна. Распределение яркости по угловой высоте точек небосвода выражено формулой

Lq= Lz (1+2 sinq)/3.

где Lq, Lz соответственно яркости неба на угловой высоте q и в зените

На рис. представлена схема прохождения света в расчетную точку помещения (М) на столе в помещении с боковыми светопроемами (окнами). Основная часть светового потока приходит в расчетную точку М от прямого света неба. Эта часть определяется прямой составляющей КЕО (ен). При наличии противостоящих зданий другая часть светового потока, приходящего в точку М, является отраженной от этих зданий. Она определяется составляющей КЕО от противостоящих зданий (езд).

Рис. 5.3. Схема прохождения света в помещение с боковым светопроемом.

 

Часть света отражается от подстилающей поверхности земли. В некоторых случаях вместо земли может быть галерея, балкон или лоджия. Эта часть попадает на потолок и верхнюю часть стен помещения. Оттуда эта часть естественного света отражается в расчетную точку и образует составляющую КЕО от подстилающей поверхности (еn). Весь световой поток, падающий на поверхность окна, проходит внутрь помещения с некоторым ослаблением, обусловленным светопропусканием остекления, затеняющим действием переплетов, балконов, лоджий, солнцезащитных устройств (если они существуют). Для фонарей верхнего естественного света падающий световой поток ослабляется также затеняющим действием несущих конструкций покрытия (ферм, балок), а также коробов вентиляции и других коммуникаций. Кроме того, падающий световой поток ослабляется загрязнением остекления, зависящим не только от загрязненности окружающего и внутреннего воздуха, но и от угла наклона остекления к вертикали. Прошедший световой поток попадает на пол, нижнюю часть стен, отражается от них на потолок, верхнюю часть стен и оттуда - на рабочую поверхность. Эта часть светового потока образует внутреннюю отраженную составляющую КЕО, которая при светлой отделке помещения может значительно увеличить суммарную величину КЕО (е0):

е = ен +езд+ еn +ео.

 

На рис. представлена схема прохождения света в помещение через фонарь системы верхнего естественного освещения.

Схема прохождения света в помещение с верхним светопроемом

 

Здесь в расчетную точку приходит прямой свет от небосвода (составляющая КЕО - ен), свет, отраженный от кровли на внутреннюю поверхность фонаря и оттуда - на рабочую поверхность (составляющая КЕО - еn), а также свет, отраженный от пола и нижних частей стен на потолок и на верхнюю часть стен и оттуда на рабочую поверхность (внутренняя отраженная составляющая КЕО - е0). Суммарная величина КЕО определяется по формуле

е = ен + еn + ео.

Формула, учитывающая все эти составляющие при расчете КЕО в помещениях с боковыми светопроемами, предложена действующими российскими нормами СНиП «Естественное и искусственное освещение».

ed = (qed + eзд bфkзд)-rо tо / К3.

 

Здесь, qed = ен где ed- геометрический КЕО, учитывающий свет неба; q - коэффициент, учитывающий неравномерную яркость неба согласно основному допущению:

где Lθ - яркость неба под углом в к горизонту; Lz - яркость неба в зените; Eн.равн - освещенность под открытым небом с равномерной яркостью Lz; Ен.мко - освещенность под открытым небом с распределением яркости, нормируемым Международной комиссией по освещению МКО; Eн.равн = Lzp; Ен.мко = (7/9) Lzp.

Lq= Lz (1+2sin q)/3 (закон Муна-Спенсер),

q= Lz (1+2sin q)3/7; eзд × bф × kздзд .

где eзд - геометрический КЕО, учитывающий свет, отраженный от противостоящих зданий; bф - коэффициент, учитывающий яркость фасада противостоящего здания.

Физическая сущность этого коэффициента аналогична коэффициенту q:

Он зависит от геометрических параметров противостоящей застройки и ее расстояния до расчетной точки в помещении, а также от окраски фасадов противостоящей застройки и процента их площади, занимаемой окнами.

Определение величины bф производится по табл.

Значение средневзвешенного коэффициента отражения фасада противостоящего здания с учетом окон определяется по формуле

rф = (rмSм+rokSok)/(Sм+Sok)

Здесь rм и rок - коэффициент отражения материала отделки фасада, см.

табл. прил. 5.2 и коэффициент отражения остекленных проемов фасада противостоящего здания с учетом переплетов согласно принимается равным 0,2.

Sм и Sок- площадь фасада без окон и площадь окон соответственно.

Кзд - коэффициент, учитывающий перераспределение отраженного света в помещении при наличии противостоящих зданий. Это связано с тем, что свет, отраженный от противостоящих зданий, может попадать не только на пол и нижнюю часть стен, но и на верхнюю часть стен и даже на потолок.

Коэффициент Кзд также зависит от геометрических параметров противостоящих зданий и расчетного помещения, средневзвешенного коэффициента отражения противостоящих зданий и их расстояния до расчетной точки. Величины Кзд.о. определяются по табл. прил. 5.3 в зависимости от величин Z1 и Z2. Расчетные схемы к определению bф и Кзд.о. приведены на рис. 5.4. Если расчетная точка полностью затенена противостоящим зданием, то Кзд.о. = Кзд. Если затенение противостоящим зданием только частичное, то

Кзд.=1+( Кзд.о. -1)( eзд./ ed +eзд)

Величины ed и eзд называются геометрическими КЕО. Они характеризуют свет неба и величину телесного угла, под которым виден участок неба, или противостоящего здания из расчетной точки.

r0 - коэффициент, учитывающий составляющие е0+еn т.е. внутреннее отражение и, через него - отражение от подстилающей поверхности (земли или других поверхностей ниже светопроема), см. по табл.

t0 - общий коэффициент светопропускания проема. Его определение производится по табл.

Величина t0 зависит от следующих факторов:

1. Вид и количество слоев остекления (t1).

2. Вид переплета (t2).

3. Наличие и вид несущих конструкций покрытия (только для систем

верхнего освещения) (t3).

4. Наличие и глубина лоджий, балконов, наличие и вид солнцезащитных устройств (t4).

t0=t1·t2·t3·t4.

К3 - коэффициент запаса, учитывающий загрязнение остекления, зависит от состояния внутренней и внешней воздушной среды в здании и от нормативного количества чисток остекления в год. Выбираем по табл.

 

 

Расчет геометрического КЕО основан на двух законах строительной светотехники: