Требования к естественному освещению помещений

К естественному освещению предъявляют четыре основные группы требований: функциональные, технические, архитектурно - художественные и экономические.

Функциональные требования предъявляются для обеспечения комфортных условий с учетом точности выполняемых работ в помещении при сохранении требуемых защитных свойств светопрозрачного ограждения.

Комфортные условия обеспечить удается не всегда. В расчетах предлагается обеспечение требуемых условий для зрительной работы, которые включают:

– обеспечение требуемого уровня освещенности рабочей поверхности;

– создание соответствующей насыщенности помещений светом;

– исключение слепящего действия солнечных лучей; проникающих в светопроемы помещения;

– обеспечение допустимой неравномерности уровней освещенности рабочей поверхности.

Теплопотери через светопроемы могут составлять половину всех теплопотерь здания через ограждение. Одна из ряда причин – высокая теплопроводность единицы площади светопроема по отношению к теплопроводности глухого ограждения.

Технические требования можно определить вопросом: из чего возможно выполнить светопрозрачные ограждения прочными, долговечными, огнестойкими, удобными в эксплуатации и так далее.

К архитектурно-художественным требованиям возможен вопрос: Каким образом можно создать красивое здание, учитывая функциональные и технические требования к зданию и освещению.

Количество, размеры, форма, размещение, ориентация, вид светопрозрачного материала, цвет окон определяют «лицо» объекта. От этого зависит распределение световых потоков в помещении, насыщенность пространства светом, цветовой колорит и т.п.

К экономическим требованиям может быть поставлен вопрос: Какой ценой обеспечить функциональные, технические и эстетические требования. Желательно – минимальным затратами.

При проектировании естественного освещения нужно иметь в виду, что стоимость заполнения световых проемов, как правило, больше стоимости самого ограждения. Излишнее остекление увеличивает эксплуатационные расходы, в частности, на отопление зданий.

Поэтому нельзя допускать чрезмерных площадей остекления и без нужды применять светопрозрачные ограждения.

Этот комплекс требований к системам освещения может быть дополнен влиянием светового режима на производительность труда, качество выпускаемой продукции, повышение культуры производства, снижение травматизма, сохранение зрения и здоровья людей.

Таким образом, проектирование естественного освещения – сложная задача, решить которую механическим переносом приемов светотехнического расчета из одного проекта в другой невозможно.

Тема 9 Расчет естественного освещения

Основным критерием оценки количественных и качественных характеристик световой среды принят коэффициент естественной освещенности КЕО, который согласно СНиП рассчитывается для горизонтальной или вертикальной плоскостей.

Существующие методы расчета освещения разработаны для светопроемов прямоугольной формы; помещения должно быть прямоугольным в плане; одна из сторон светопроема должна быть параллельна освещаемой плоскости. Освещение разделяется на естественное (боковое, верхнее и комбинированное) и искусственное, каждое из которых рассчитывается по отдельным нормативным характеристикам.

В результате, расчетный уровень освещенности может соответствовать нормируемому значению, а фактический – на обеспечивать требуемые условия для зрительных работ.

Известно много методов расчетов освещенности.

Метод Мешкова

Схема к расчету освещенности по методу Мешкова приведена на рисунке 41.

а б

Рисунок 41 – Схема к расчету по методу Мешкова

Метод учитывает особые свойства распространения светового поля на поверхности сферы. Освещенность Е является величиной постоянной для всего множества точек внутренней поверхности сферы. Оценка освещенности на внутренний поверхности сферы представляет, в основном, теоретический интерес. Освещенность от всего небосвода можно охарактеризовать как освещенность, создаваемую полусферой на плоскости диаметрального сечения. Светопроем должен быть круглой формы.

По методу Мешкова расчет освещенности в относительных величина может быть выполнен по формуле

(58)

где a₁ и a₂ – определяют в угловой мере большую и меньшую полуоси сферического эллипса, вырезаемого телесным углом в расчетной точке на поверхности сферы единого радиуса (рисунок 53, а); для расчета:

a₁ – угол, под которым виден из расчетной точки диаметр СС₁ диска в продольной плоскости;

a₂ – угол, под которым видна хорда из точки Т, проходящая через центр диска и перпендикулярная диаметру продольного сечения СС₁ (рисунок 53, б);

sin (a₁/2) , sin (a₂/2)проекции полуосей этого эллипса на плоскость перпендикулярную оси телесного угла;

g-угол между нормалью к освещаемой плоскости и световым вектором (рисунок 53, б);

Расчет освещенности в абсолютных величинах следует выполнять по формуле:

(59)

где L – яркость участка неба, видимого через светопроем.

Коэффициент естественной освещенности определяется из зависимости:

(60)

где Е – освещенность в расчетной точке внутри помещения от участка неба, видимого через c_n, обладающего яркостью L; Е₀ – освещенность в расчетной точке от всего небосвода с яркостью L.

Метод Винера

Метод Винера также основан на законе проекции телесного угла. Светопроем должен быть полигональной формы.

Схема к расчету по методу Винера приведена на рисунке 42.

Рисунок 42 – Схема к расчету по методу Винера.

Рассчитать освещенность можно в абсолютных величинах по формуле:

(61)

где L – яркость излучателя; N – количество сторон многоугольного излучателя (N ³ 3); a_i – углы, под которыми видны стороны многоугольника; b_i – углы, между освещаемой плоскостью и плоскостями, образованными расчетной точкой и сторонами многоугольника.

КЕО от равномерного излучателя определяется по формуле:

(62)

Метод Ламберта

По методу Ламберта форма светопроема не имеет значения.

Схема к расчету освещенности приведена на рисунке 43.

Рисунок 43 – Схема к расчету освещенности по методу Ламберта

Для расчета освещенности принята зависимость (63), для расчета КЕО – (64):

(63)

(64)

Геометрические параметры, входящие в зависимости (63) и (64), показаны на рисунке 55.

Метод Данилюка

Метод Данилюка получил широкое распространение для практических целей.

Метод основан по положении, что освещенность пропорциональна проекции телесного угла на освещаемую плоскость участка неба, который виден через светопроем.

А.М. Данилюк предложил разделить полусферу небосвода 100 меридианами и 100 параллелями на 10000 клеток, горизонтальные проекции которых равновелики между собой (рисунок 56). Получившиеся таким способом графики позволяют определить КЕО в заданной точке.

Рисунок 44 – Схема к расчету освещенности методом

А.М. Данилюка

s₁ = s₂ = s₃ =…= s_n = n₁; S₁ = S₂ = S₃ = S₄ =…= S_n = n₂;

e = 0,01 n₁n₂ , %

КЕО определяется простым умножением количества лучей, определенного по графику 1 (этим мы определяем количество двухгранников, видимых из расчетной точки через проем) на количество лучей, определенных по графику 2 (этим мы определяем количеств поясов неба, попавших в пределы проема). В результате, КЕО по методу А.М. Данилюка определяется из зависимости:

(65)

где n₁ – количество лучей, определенное по графику 1 на поперечном разрезе помещения; n₂ – количество лучей, определенное по графику 2 на плане или продольном разрезе помещения.

Площадь световых проемов F_ок в процентах от площади пола F_п, при которой обеспечиваются нормативные значения КЕО, приближенно определяется по следующим формулам:

При боковом освещении помещений:

(66)

где е^н – нормированное значение КЕО при боковом освещении помещения; t₀ – общий коэффициент светопропускания светового проема; r₁ – коэффициент, учитывающий повышение КЕО при боковом освещении светом, отраженным от поверхностей помещения и подстилающего слоя, прилегающего к зданию; h₀ – световая характеристика окна; К_зд – коэффициент, учитывающий затенение окон противостоящими зданиями;

При верхнем освещении помещений:

(67)

где F_ф – площадь световых фонарей; е^н – нормированное значение КЕО при верхнем освещении помещения; r₂ – коэффициент, учитывающий повышение КЕО при верхнем освещении светом, отраженным от поверхностей помещения; h_ф – световая характеристика фонаря или светового проема в плоскости покрытия.

При проектировании естественного освещения нужно иметь в виду что стоимость заполнения световых проемов, как правило, больше стоимости самого ограждения (стены или покрытия). Кроме того, излишнее остекление увеличивает эксплуатационные расходы в частности за отопление зданий. Поэтому нельзя допускать чрезмерных площадей остекления и без нужды применять светопрозрачные ограждения.