Естественное освещение промзданий.
Одним из существенных факторов, определяющим оптимальность внутренней микроклиматической является освещенность.
Необходимая освещенность рабочих помещений производственных зданий обеспечивается естественным, естественным и совмещенным светом.
Естественное освещение обеспечивается через светопроемы в ограждающих конструкциях здания и может быть боковым (освещение через окна), верхним (освещение через фонари) и освещенным (одновременное освещение через окна и фонари).
Искусственное освещение осуществляется при помощи электросветильников в виде общего освещения (светильники над всей площадью помещения), местного освещения (светильники над рабочими местами) и комбинированного освещения (одновременное действие общего и местного освещения). Вопросы, связанные с искусственным освещением в курсе «Архитектура промышленных зданий» не рассматриваются.
В последнее время все более широко используется система совмещенного освещения. Совмещенное освещение пре-дусматривает освещение рабочих мест одновременно искусствен-ным и естественным светом. Для обеспечения требуемых уровней освещенности в помещении при недостаточной наружной освещенности.
Система бокового освещения, обеспечивает максимальное значение освещенности у светопроемов, а при системе верхнего освещения максимальная освещенность обеспечивается под фонарем.
Наибольшей световой активностью обладают зенитные фонари. Фонари – надстройки обладают средней световой активностью, а шеды – наименьшей. Световая активность характеризует степень пропускания фонарями прямого естественного света.
Зенитные фонари целесообразно применять в северных широтах, фонари – надстройки – в средней полосе, а шеды – на юге.
Естественное освещение необходимо для всех промзданий с постоянным режимом работы. В частности, в зависимости от сменности работы, географической широты и времени года естественное освещение используется на производстве от 20 до 80% рабочего времени. В остальное время действует совмещенное и искусственное освещение.
Естественное освещение имеет целый ряд существенных достоинств, но имеет также и ряд недостатков. К достоинствам естественного освещения относятся обеспечение контакта с окружающей средой за счет динамики изменения наружной освещенности и спектрального состава естественного света, а также отсутствие энергозатрат на искусственное освещение. К недостаткам относятся непостоянство значений естественной освещенности, трудность его регулирования а также большая стоимость остекления светопроемов и стоимость дополнительного отопления из-за значительных теплопотерь через окна и фонари.
Проблемы естественного освещения рассматриваются в разделе Строительной Физики, который называется Строительная Светотехника. Основными задачами Строительной Светотехники являются исследование условий, определяющих создание оптимального светового режима в помещениях, отвечающих протекающим в них функциональным процессам и разработка отвечающих этим условиям архитектурно – планировочным и конструктивных решений этих помещений в частности и зданий в целом.
В строительной светотехнике для оценки естественной освещенности используют относительную величину – коэффициент естественной освещенности (к.е.о.)
Коэффициент естественной освещенности (е) представляет собой отношение освещенности в рассматриваемой точке внутри помещения к одновременной освещенности этой точки диффузным светом всего небосвода, т.е. . В данном случае внутренняя и наружная освещенности определяются в абсолютных единицах – люксах ( ЛК ).
Основным расчетным допущением является предположение о том, что небосвод – пасмурный, с облачностью 10 баллов и свет, поступающий от него – диффузный.
При этом считается, что распределение яркости небосвода по меридиану подчиняется закону Муна – Спенсер, т.е. яркость небосвода в зените в 3 раза превышает яркость неба на горизонте:
Lѳ= Lн(1+2sinѳ);
при ѳ→90⁰ Lѳ→Lz, где:
Lн – яркость неба на горизонте;
Lѳ – яркость неба под произвольным углом к горизонту;
Lz – яркость неба в зените;
Ѳ – угол наблюдения небосвода, изменяющийся в пределах от 0˚ до 90˚
Данный закон является основой для разработки графиков А.М. Данилюка, на которых базируется принципиальная методика светотехнического расчета. Небосвод с таким распределением яркости называется «небосвод МКО» (Международная Комиссия по Освещению).
Значения к.е.о. определяются в расчетных точках, которые выбираются на характерном разрыве помещения (не менее 5 точек) и располагаются на т.н. «условной рабочей поверхности» ( у.р.п., как правило на расстоянии 800мм от плоскости пола) на равном расстоянии одна от другой.
Для научных исследований расчет к.е.о. производится по СНиП 23 – 05 – 95 «естественное и искусственное освещение» (199 г). Однако, для учебных целей данного курса допускается использование предыдущего выпуска СНиП II – 4 – 79 «естествен-ное и искусственное освещение» (1979г), т.к. имеющиеся учебные, методические и справочные материалы ориентированы именно на эти Нормы.
Полученные в результате расчета знания к.е.о. сравниваются с нормируемыми значениями. При этом для бокового естественного освещения сравнивается минимальное значение к.е.о. в дальней от окон зоне помещения, а для верхнего освещения – среднее значение к.е.о. по всем расчетным точкам.
При боковом естественном освещении к.е.о. определяется по формуле:
℮рб = (ℇб q + ℇзд R)
При верхнем естественном освещении к.е.о. определяется по формуле:
℮рв = [ℇв + ℇср (r2 kф-1)]
При комбинированном естественном освещении к.е.о. определяется по формуле:
℮рк = ℮рб + ℮рв, где:
ℇб – геометрический к.е.о. в расчетной точке при боковом освещении, учитывающий прямой свет неба, определяемый по графикам А.М. Данилюка;
q – коэффициент, учитывающий неравномерную яркость неба;
ℇзд – геометрический к.е.о. в расчетной точке при боковом освещении, учитывающий свет, отраженный от противостоящих зданий, определяемый по графикам А.М. Данилюка;
R – коэффициент, учитывающий относительную яркость фасадов противостоящих зданий;
кз – коэффициент запаса;
- общий коэффициент светопропускания; определяемый по формуле:
;
r1 – коэффициент, учитывающий повышение к.е.о. при боковом освещении благодаря свету, отраженному от внутренних поверхностей помещения;
ℇв – геометрический к.е.о. в расчетной точке при верхнем освещении, определяемый по графикам А.М. Данилюка;
ℇср – среднее значение геометрического к.е.о. при верхнем освещении, определяемое по формуле:
ℇср= (ℇВ1+ℇВ2+…+ℇ )
r2 – коэффициент, учитывающий повышение к.е.о. при верхнем освещении, благодаря свету, отраженному от внутренних поверхностей помещения;
кф – коэффициент, учитывающий тип фонаря.
Порядок расчета значений к.е.о. по этим формулам, их физический смысл и характеристика используемых коэффициентов рассматриваются при проведении практических занятий и лабораторной работы по данной теме. При этом целесообразно пользоваться также соответствующими Нормами, разделами учебников и методическими пособиями.
Основой светотехнического расчета является графики А.М. Да-нилюка для бокового и верхнего естественного освещения. По материалам расчетов строятся графики распределения к.е.о. по характерному разрезу помещения (т.н. «кривые естественной освещенности»), делятся требуемые для каждого конкретного случая выводы и даются соответствующие рекомендации.
Рисунок 1. Основные виды естественного освещения
а – боковое через окна в наружных стенах;
б – верхнебоковое через окна на перепаде высот;
в – верхнее через фонари – надстройки;
г – верхнее через зенитные фонари купольного типа;
д – верхнее через плоские зенитные фонари плафонного типа;
е – комбинированное (боковое и верхнее).
Рисунок 2. Неравномерное распределение яркости облачного неба МКО.
|
|
|
|
а – при одностороннем боковом освещении;
б – при верхнем освещении через фонари – надстройки;
в – при комбинированном освещении через окна и фонари типа «шед»;
г – при комбинированном освещении через окна и зенитные фонари плафонного типа.