Расчет естественного освещения

2.27. Достаточность размеров и расположение световых проемов в помещении, а также соблюдение требований норм естественного освещения помещений определяются предварительным и проверочным расчетами.

2.28. Для предварительного расчета площадей световых проемов при верхнем освещении следует применять графики для следующих фонарей: зенитных - рис. 1, с вертикальным двухсторонним остеклением (прямоугольных) - рис. 2, с наклонным двухсторонним остеклением (трапециевидным) - рис. 3, с вертикальным односторонним остеклением (шед) - рис. 4, с наклонным односторонним остеклением (шед) - рис. 5.

Площадь световых проемов фонарей А_ф, % от площади пола помещения А_п определяется по рис. 1-5 в такой последовательности:

а) в зависимости от разряда зрительной работы или назначения помещения и пояса светового климата по табл. 1-5 определяется нормированное значение КЕО для рассматриваемого помещения;

б) на ординате графика определяют точку, соответствующую нормированному значению КЕО, через найденную точку проводят горизонталь до пересечения с соответствующей кривой (рис. 1), по абсциссе точки пересечения определяют значение А_ф/А_п;

в) разделив значение А_ф/А_п на 100 и умножив на площадь пола, находят площадь световых проемов в м².

2.29. Для предварительного расчета размеров световых проемов при боковом освещении следует применять графики: для жилых помещений рис. 6, для помещений общественных и производственных зданий - рис. 7 и школьных классов - рис. 8.

2.30. В случаях когда размеры и расположение световых проемов в проекте зданий были выбраны по архитектурно-строительным соображениям, предварительный расчет значений КЕО в помещениях с верхним освещением следует производить по рис. 1-5, с боковым освещением - по рис. 6-8.

Значения КЕО определяются по рис. 1-5 в такой последовательности:

а) по строительным чертежам находят суммарную площадь световых проемов в свету (фонарей) А_ф, освещаемую площадь пола помещений А_п и определяют значение А_ф/А_п;

б) с учетом типа светового проема и количества пролетов в помещении выбирают соответствующие рисунок и прямую на нем;

в) по значениям А_ф/А_п на выбранной прямой находят точку е_ср. Значения КЕО определяются по рис. 6-8 в такой последовательности:

а) по строительным чертежам находят суммарную площадь световых проемов (в свету) А_о и освещаемую площадь пола помещения А_п и определяют значение Ао/А_п;

б) определяют глубину помещения d_п и высоту верхней грани световых проемов над уровнем условной рабочей поверхности h₀₁ и по ним значение d_п/h₀₁;

в) с учетом типа помещений выбирают соответствующий рисунок (рис. 6-8);

г) по значениям А_о/А_п и d_п/h₀₁ находят точку с соответствующим значением е.

Рис. 1. График для определения среднего значения КЕО в производственных помещениях с зенитными фонарями с глубиной проема до 0,7 м и размерами в плане, м 1 - 2,9´5,9; 2 - 2,7´2,7; 2,9´2,9; 1,5´5,9; 3 - 1,5´1,7

Рис. 2. График для определения среднего значения КЕО в производственных помещениях с прямоугольными фонарями 1 - три пролета и более; 2 - два пролета; 3 - один пролет

Рис. 3. График для определения среднего значения КЕО в производственных помещениях с трапециевидными фонарями 1 - три пролета и более; 2 - два пролета; 3 - один пролет

Рис. 4. График для определения среднего значения КЕО в производственных помещениях с фонарями шед, имеющими вертикальное остекление 1 - три пролета и более; 2 - два пролета; 3 - один пролет

Рис. 5. График для определения среднего значения КЕО в производственных помещениях с фонарями шед, имеющими наклонное остекление 1 - три пролета и более; 2 - два пролета; 3 - один пролет

Рис. 6. График для определения относительной площади световых проемов (Ао/Ап) при боковом освещении в жилых помещениях

Рис. 7. График для определения КЕО при боковом освещении помещений общественных и производственных зданий

Рис. 8. График для определения площади световых проемов (Ао/Ап) при боковом освещении в рабочих кабинетах

Графики (рис. 1-5) разработаны применительно к наиболее часто встречающимся в практике проектирования габаритным схемам производственных зданий и типовому решению светопрозрачных конструкций: зенитных фонарей (рис. 1) - стеклопакетами в металлических одинарных глухих переплетах; прямоугольных, трапециевидных и фонарей шед (рис. 2-5) - одним слоем оконного стекла в металлических одинарных открывающихся переплетах; окон - двумя слоями листового оконного стекла в спаренных металлических (рис. 7) и деревянных (рис. 6-8) открывающихся переплетах.

Таблица 12

Тип заполнения	Значения коэффициентов K1 для рисунков №
	2-5		7-8
Один слой оконного стекла в стальных одинарных глухих переплетах	1,10	1,20	-	1,26
То же, в открывающихся переплетах	0,94	1,00	-	1,05
Один слой оконного стекла в деревянных одинарных открывающихся переплетах	-	-	1,13	1,05
Три слоя оконного стекла в раздельно-спаренных металлических открывающихся переплетах	0,73	-	-	0,82
То же, в деревянных переплетах	-	-	0,63	0,59
Два слоя оконного стекла в стальных двойных открывающихся переплетах	0,67	0,72	-	0,75
То же, в глухих переплетах		1,05	-	-
Стеклопакеты (два слоя остекления) в стальных одинарных открывающихся переплетах	0,83	0,88	-	1,00
То же, в глухих переплетах	1,00	1,06	-	1,15
Стеклопакеты (три слоя остекления) в стальных глухих спаренных переплетах	0,89	-	-	1,00
Пустотелые стеклянные блоки	-	-	-	0,70

Если в проекте здания приняты другие типы заполнений световых проемов то найденные по рис. 1-8 значения относительной площади световых проемов следует делить, а значение КЕО умножать на значение коэффициента K₁ согласно табл. 12.

В случаях когда при верхнем освещении длина помещения меньше 72 м или высота свыше 10 м, найденное по рис. 1-5 значение относительной площади световых проемов следует делить, а значение КЕО умножать на значение коэффициента К₂: при устройстве фонарей прямоугольных, трапециевидных и шед согласно табл. 13 и зенитных - согласно табл. 14.

2.31. Проверочный расчет КЕО в помещениях следует производить согласно указаниям СНиП II-4-79 и прил. 1 настоящего Пособия.

Таблица 13

Высота, м, до низа остекления фонаря	Значение К2, при длине помещения ап, м
72 и более
	1,00	0,95	0,90	0,80	0,70
	0,85	0,83	0,80	0,70	0,55
	0,65	0,60	0,55	0,45	0,32
	0,55	0,48	0,45	0,32	0,18
	0,50	0,43	0,45	0,23	0,12
	0,47	0,40	0,32	0,20	0,10

Таблица 14

Высота, м, от расчетной плоскости до низа остекления
Значение К2	0,95	0,91	0,87	0,84	0,77	0,73	0,68	0,64	0,60

2.32. Проверочный расчет КЕО в точках характерного разреза помещения е_j от зенитных фонарей следует выполнять в соответствии с методикой, приведенной в [16], по формуле

; (2)

e'=110A_фt_or₂dm/ph_p²K_з; (3)

где d - коэффициент, учитывающий возрастание светопередачи светового проема зенитного фонаря за счет распределения яркости облачного неба МКО, определяемый по рис. 9; m - коэффициент, корректирующий погрешность расчета КЕО при замене реального проема точечным источником света, определяемый по рис. 10; е' - значение КЕО от одного зенитного фонаря под центром светового проема; N_ф - количество зенитных фонарей в ряду; d_ji - световая компонента ряда зенитных фонарей, определяемая по рис. 11-14 соответственно для точек характерного разреза под световыми проемами и между ними; j и i - соответственно номера расчетной точки характерного разреза и ряда зенитных фонарей.

Рис. 9. График зависимости коэффициента d, учитывающего возрастание светопередачи светового проема зенитного фонаря за счет распределения яркости облачного неба МКО, от индекса светового проема iф аф; bф и hф - соответственно длина, ширина и высота фонаря

Рис. 10. График для определения коэффициента m, учитывающего погрешность расчета КЕО при замене реального проема точечным. источником света в зависимости от hр/ак 1 - аф/bф=1; 2 - аф/bф=2; 3 - аф/bф=4

Пример расчета. Требуется определить значения и неравномерность распределения КЕО по характерному разрезу четырехпролетного цеха с зенитными фонарями при совмещенном освещении.

Работы, выполняемые в цехе, относятся к IV разряду зрительных работ. Нормированный КЕО=2,4%. Исходные данные: ширина пролета b_п1=30 м; ширина помещения b_п=120 м; длина а_п=144 м; высота помещения от условной рабочей поверхности до низа светового проема h_р=12 м. Зенитный фонарь принят с размерами светового проема b_фХа_ф=2,9´5,9 м, А_ф=17,1 м², высотой светового проема h_ф=0,86 м. Остекление - двухслойные стеклопакеты; переплеты - стальные; коэффициенты отражения: граней световых проемов r₁=0,7; потолка, ферм r₂=0,6; стен и колонн r₃=0,4; пола r₄=0,15; покрытие и несущие конструкции - из сборных железобетонных элементов; расположение зенитных фонарей: в поперечном направлении с шагом d'_ф=15 м, в продольном - с шагом d'_ф=12 м.

Рис. 11. Зависимость световой компоненты dij ряда зенитных фонарей со световыми проемами размерами, м: 2,7´2,7; 2,9´2,9 и 2,9´5,9 в точках характерного разреза по осям зенитных фонарей от dj/hp 1 - d'ф/hp=0,5; 2 - d'ф/hp=1,0; 3 - d'ф/hp=1,5; 4 - d'ф/hp=2,0; 5 - d'ф/hp=2,5; 6 - d'ф/hp=3,0

Рис. 12. Зависимость световой компоненты dij ряда зенитных фонарей со световыми проемами размерами, м: 2,7´2,7; 2,9´2,9 и 2,9´5,9 в точках характерного разреза между зенитными фонарями от dj/hp 1 - d'ф/hp=0,5; 2 - d'ф/hp=1,0; 3 - d'ф/hp=1,5; 4 - d'ф/hp=2,0; 5 - d'ф/hp=2,5; 6 - d'ф/hp=3,0

Расположение зенитных фонарей и расчетные точки характерного разреза приведены на рис. 15.

Решение. 1. По формулам СНиП II-4-79 находим общий коэффициент светопропускания зенитного фонаря t_о=0,45 и коэффициент запаса К_з=1,4.

2. Определяем средневзвешенный коэффициент отражения r_ср поверхностей помещения (потолка, стен, пола):

r_ср=(0,6·15950+0,4·6336+0,15·17280)/39566=0,37.

3. По r_ср и h_p/b_п1=12/30=0,4 в табл. 33 СНиП II-4-79 находим коэффициент, учитывающий увеличение КЕО за счет света, отраженного от поверхностей помещения, r₂=1,1.

4. По индексу светового проема i_ф=2,3 с помощью графика рис. 9 определяем коэффициент, учитывающий возрастание светопередачи светового проема зенитного фонаря за счет распределения яркости облачного неба МКО d=1,06.

5. По соотношению h_p/а_к=12/4,14=2,9 (а_к - сторона квадрата, равновеликого световому проему) с помощью графика рис. 10 определяем коэффициент m=0,95.

6. По графику рис. 11 в зависимости от отношения d_j/h_p и d'_ф/h_p= 1 (где d_j, расстояние в плане от расчетной точки до оси ряда зенитных фонарей, d'_ф - шаг фонарей в ряду) для расчетных точек находим значения световой компоненты d_ji от рядов зенитных фонарей.

При d_j/h_p>3,2 значение d_ji принимаем равным нулю. Значения световой компоненты от разных рядов зенитных фонарей для расчетных точек характерного разреза помещения записываем в табл. 15.

Таблица 15

Номер расчетных точек	Относительное расстояние до ряда фонарей	Значения световой компоненты от ряда зенитных фонарей
Номера рядов фонарей i
световая компонента
	dj/hp d1i	3,75	2,5	1,25		1,25	2,5	2,08
	0,045	0,27	1,45	0,27	0,045
	dj/hp d2i	4,375	3,125	1,875	0,625	0,625	1,875	1,57
	0,020	0,085	0,68	0,68	0,085
	dj/hp d3i	5,0	3,75	2,5	1,35		1,25	2,04
		0,045	0,27	1,45	0,27
	dj/hp d4i	5,625	4,375	3,125	1,825	0,625	0,625	1,47
		0,020	0,085	0,68	0,68
	dj/hp d5i	6,25	5,0	3,75	2,5	1,25		1,77
			0,045	0,27	1,45
	dj/hp d6i	6,875	5,625	4,375	3,125	1,875	0,625	0,79
			0,020	0,085	0,68
	dj/hp d7i	7,5	6,25	5,0	3,75	2,5	1,25	0,32
				0,045	0,27

Рис. 13. Зависимость световой компоненты d_ij ряда зенитных фонарей со световыми проемами размерами, м: 1,5´1,7; 1,5´2,9; 1,5´3,9; 1,5´5,9 в точках характерного разреза по осям зенитных фонарей от d_j/h_p

1 - d'_ф/h_p=0,5; 2 - d'_ф/h_p=1,0; 3 - d'_ф/h_p=1,5; 4 - d'_ф/h_p=2,0; 5 - d'_ф/h_p=2,5; 6 - d'_ф/h_p=3,0

Рис. 14. Зависимость световой компоненты d_ij ряда зенитных фонарей со световыми проемами размерами, м: 1,5´1,7; 1,5´2,9; 1,5´3,9; 1,5´5,9 в точках характерного разреза между зенитными фонарями от d_j/h_p

1 - d'_ф/h_p=0,5; 2 - d'_ф/h_p=1,0; 3 - d'_ф/h_p=1,5; 4 - d'_ф/h_p=2,0; 5 - d'_ф/h_p=2,5; 6 - d'_ф/h_p=3,0

Рис. 15. Расположение зенитных фонарей и расчетных точек в покрытии здания

i - номера рядов зенитных фонарей; j - номера расчетных точек характерного разреза

7. По формуле (3) определяем значение КЕО от одного зенитного фонаря е' под центром светового проема

е=(110·17,1·0,45·1,1·1,06·0,95)/(3,14·12²·1,4)=1,48.

8. По формуле (2) определяем значение КЕО, %, в расчетных точках:

е₁=1,48·2,08=3,08; е₂=1,48·1,57=2,32;

е₃=1,48·2,04=3,02; е₄=1,48·1,47=2,18;

е₅=1,48·1,777=2,61; е₆=1,48·0,79=1,17;

e₇=1,48·0,32=0,47.

На рис. 15 по I-I изображена кривая КЕО, построенная по найденным значениям е_j, в расчетных точках.

9. Находим среднее значение КЕО е_ср помещения:

,

где N_j - количество расчетных точек, в которых определяется КЕО.

е_cр=2(0,47/2+1,17+2,61+2,18+3,02+2,32+3,08)/13=2,25%<2,4%.

10. Определяем значение неравномерности естественного освещения в точке 7

e_cp/е_мин=2,25/0,47=4,8>3.

Из-за затемненных зон, образовавшихся в крайних пролетах, среднее значение КЕО по характерному разрезу помещения оказалось несколько ниже нормируемой величины, а значения неравномерности естественного освещения в точке 7 значительно превышают допустимые.

Для обеспечения требуемого среднего значения КЕО и равномерности освещения в крайних пролетах помещения необходимо устроить дополнительные ряды зенитных фонарей.

2.33. Расчет значений КЕО в точках характерного разреза помещения при верхнем освещении еj, от шахтных фонарей следует выполнять по формуле

, (4)

где А_ф.в - площадь верхнего основания светопроводной шахты фонаря; N_ф - количество шахтных фонарей; q(a) - коэффициент, учитывающий неравномерную яркость облачного неба МКО и определяемый по рис. 16; a - угол между прямой, соединяющей расчетную точку с центром нижнего основания светопроводной шахты и нормалью к этому основанию; К_с - коэффициент светопередачи светопроводной шахты фонаря, определяемый для фонарей с диффузным отражением стенок шахты по рис. 17, для фонарей с направленным отражением стенок шахты - по рис. 18; e_ср - среднее значение условного геометрического КЕО.

Коэффициенты t_о, К_э, r₂ определяются согласно СНиП II-4-79.

Рис. 16. График для определения коэффициента q(a) в зависимости от угла a

1 - в зоне с устойчивым снежным покровом; 2 - на остальной территории СССР

Рис. 17. График для определения коэффициента светопередачи К_с фонарей с диффузным отражением стенок шахты

1 - r_д=0,9; 2 - r_д=0,8; 3 - r_д=0,7; 4 - r_д=0,6; 5 - r_д=0,5; i_ф - индекс шахтного фонаря

Рис. 18. График для определения коэффициента светопередачи К_с фонарей с направленным отражением стенок шахты

1 - r_д=0,9; 2 - r_д=0,8; 3 - r_д=0,7; 4 - r_д=0,6; 5 - r_д=0,5; i_ф - индекс шахтного фонаря

Расчет КЕО по формуле (4) следует выполнять в такой последовательности:

а) вычисляют значение условного геометрического КЕО в первой точке характерного разреза помещения по формуле

, (5)

б) повторяют вычисления в соответствии с подпунктом «а» для всех точек характерного разреза помещения до N_j включительно (где N_j - количество точек, в которых производится расчет КЕО);

в) определяют e_ср по формуле

e_cp=(e₁+e₂+e₃+…+e_Nj)/N_j; (6)

г) последовательно для всех точек вычисляют прямую, составляющую КЕО s_пр, по формуле

s_пр=e_jt_o/К_з; (7)

д) отраженную составляющую КЕО s_отр, значение которой одинаково для всех точек, определяют по формуле

s_отр=e_ср(r₂-1)t_o/К_з; (8)

е) определяют расчетное значение КЕО в каждой точке характерного разреза е_j с учетом отраженного от поверхностей помещения света по формуле

e_j=s_пр+s_отр; (9)

д) расчет среднего значения КЕО е_ср в плоскости характерного разреза помещения с шахтными фонарями выполняют по формуле

е_ср=(е₁+е₂+е₃+…+е_N-j+e_Nj/2)/(N_j-1). (10)

СОВМЕЩЕННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ

3.1. Совмещенное освещение помещений производственных и общественных зданий рекомендуется применять в следующих случаях:

а) при технико-экономических преимуществах по сравнению с естественным освещением;

б) в помещениях, в которых выполняются зрительные работы I и II разрядов точности;

в) когда выбранные по условиям технологии и организации производства объемно-планировочные решения зданий не позволяют обеспечить достаточной по нормам естественное освещение помещений;

г) при строительстве зданий в районах СССР с суровыми климатическими условиями (северные строительно-климатические районы), в которых с целью снижения теплопотерь, целесообразно сокращать до минимума площадь световых проемов;

д) в цехах с крупногабаритным оборудованием, затеняющим естественный свет;

е) при повышенных требованиях к интенсивности, качеству и постоянству освещения на рабочих местах, которые трудно или невозможно удовлетворить при одном естественном освещении;

ж) когда по условиям выбора рациональных объемно-планировочных решений общественных зданий и вспомогательных помещений промышленных предприятий предусматриваются помещения большой глубины с боковым освещением.