Тема № 7. Естественное освещение помещений

Обеспечение оптимального светового режима или светового комфорта имеет значение и для создания нормальных условий труда и быта людей, и для психофизиологического состояния человека. Ведущую роль в этом играет естественное освещение. На его организацию влияют световой климат местности и назначение помещения. Оно реализуется через световые проемы, которые также являются одними из основных элементов здания и интерьера.

Световой климат определяется коэффициентами светового климата m и солнечного климата С, которые рассчитаны для всех районов Российской Федерации. Они влияют на коэффициент естественной освещенности (КЕО)

, %,

где е – значение коэффициента естественной освещенности, определяемое с учетом характера зрительной работы, %.

Значения коэффициентов и нормы организации естественного освещения представлены в СНиП II-8-72.

Задание 7.1. Определить минимальное значение коэффициента естественной освещенности производственного помещения длиной 100 м, высотой 4,8 м и шириной 24 м в городе Сыктывкаре (район с преобладающим снеговым покровом), освещаемого боковыми ленточными светопроемами в стенах, ориентированными на запад и восток (рисунок 7.1). Переплеты металлические, остекление – двойное, высота окна равна 3 м. Солнцезащитные устройства и противостоящие постройки отсутствуют. Работа в помещении относится ко второму разряду зрительной работы.

Рисунок 7.1 – Поперечный разрез помещения

Решение. При двухстороннем боковом освещении минимальное значение коэффициента е_min естественной освещенности находится на уровне рабочей поверхности, параллельной световым проемам, в центре помещения (рисунок 7.1). Данное значение коэффициента будет определяться по формуле

,

где ε_б – геометрический КЕО в расчетной точке при боковом освещении, учитывающий прямой свет неба;

q – коэффициент, учитывающий неравномерную яркость облачного неба;

ε_зд – геометрический КЕО в расчетной точке при боковом освещении, учитывающий свет, отраженный от фасада противостоящего здания;

R – коэффициент, учитывающий относительную яркость фасада противостоящего здания;

τ_о – общий коэффициент светопропускания;

r₁ – коэффициент, учитывающий повышение КЕО при боковом освещении благодаря свету, отраженному от поверхностей помещения и подстилающего слоя, прилегающего к зданию.

Найдем перечисленные коэффициенты.

Общий коэффициент τ_о светопропускания определяется по формуле

,

где τ₁=0,8 – коэффициент светопропускания материала (приложение А, таблица А.1);

τ₂=0,6 – коэффициент, учитывающий потери света в переплетах светопроема (приложение А, таблица А.1);

τ₃=0,8 – коэффициент, учитывающий потери света в слое загрязнения остекления;

τ₄=1 – коэффициент, учитывающий затенение несущими конструкциями, при боковом освещении;

τ₅=1 – коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащитных устройствах.

Величина ε_б определяется по графику I А.М.Данилюка (приложение Б). На график накладывается разрез помещения (рисунок 7.1) так, чтобы центр графика находился в расчетной точке, а линия, соединяющая эту точку и окно, была параллельна полу и совмещена с основанием графика. После этого подсчитывается общее количество лучей, проходящих через световой проем. С помощью графика находим, что в один проем укладывается 1,8 лучей, значит, в сумме 3,6 (двустороннее расположение окон).

График II А.М.Данилюка (приложение В) не применяется, так как половина длины помещения больше учетверенного расстояния от исследуемой точки до стены с проемами: 12^.4=48<50.

В этом случае геометрический КЕО ε_б будет равен 3,6.

Далее по рисунку 7.1 определяем угол, соответствующий середине окна, β=10^о и по графику зависимости на рисунке 7.2 – значение коэффициента q=0,76.

Так как противостоящих сооружений нет, то коэффициенты R=0 и ε_зд=0.

Для определения коэффициента r₁ необходимо рассчитать значение коэффициента ρ_ср отражения внутренних поверхностей интерьера по формуле

,

где ρ_ст=0,5, ρ_пт=0,65, ρ_п=0,3 – коэффициент отражения стен, потолка и пола соответственно (таблица А.2);

S_ст=590 м², S_пт=2400 м², S_п=2400 м² – площади стен, потолка и пола соответственно (при определении площади S_ст стен из нее вычитают площадь световых проемом).

Рисунок 7.2 – График для определения значений

коэффициента q

После расчета ρ_ср=0,5 находим r₁=2,65 (приложение А, таблица А.3).

Минимальное значение коэффициента естественной освещенности получится равным 2,76 %.

Согласно СНиП II-8-72 (приложение А, таблица А.4) второму разряду зрительной работы соответствует значение КЕО 2,5 %, коэффициент светового климата – m=1,1, коэффициент солнечности климата – С=1, тогда нормируемое значение КЕО

%.

Расчетное значение КЕО превышает нормируемое, значит, выбранные конструкции и размеры светового проема удовлетворяют нормам по естественному освещению помещения.

Таблица 7.1 – Задание 7.1 по вариантам

№ варианта	Длина помещения, м	Высота помещения, м	Ширина помещения, м	Высота окна, м

Задание 7.2. Построить график зависимости КЕО в жилом помещении от расстояния по горизонтали световой проем – расчетная точка. Естественное освещение осуществляется одним боковым световым проемом, расположенным вертикально. Солнцезащитные устройства и противостоящие постройки отсутствуют. Уровень рабочей поверхности – пол, нормированное значение КЕО равно единице. Отделочные материалы и остекление проема выбирается самостоятельно.

Решение. Расчетный коэффициент естественного освещения определяется по формуле

,

где ε_б – геометрический КЕО в расчетной точке при боковом освещении, учитывающий прямой свет неба;

q – коэффициент, учитывающий неравномерную яркость облачного неба;

ε_зд – геометрический КЕО в расчетной точке при боковом освещении, учитывающий свет, отраженный от фасада противостоящего здания;

R – коэффициент, учитывающий относительную яркость фасада противостоящего здания;

К₃=1,2 – коэффициент запаса для вертикального расположения светового проема, учитывающий загрязнение в процессе эксплуатации;

τ₀ – общий коэффициент светопропускания;

r₁ – коэффициент, учитывающий повышение КЕО при боковом освещении благодаря свету, отраженному от поверхностей помещения и подстилающего слоя, прилегающего к зданию.

Перед расчетами необходимо начертить разрез и план помещения в одном масштабе (рисунок 7.3). Внутренняя отделка и остекление светового проема выбираются самостоятельно.

Значение коэффициента q находится по графику на рисунке 7.2.

Общий коэффициент светопропускания τ₀ определяется по формуле

,

где τ₁ – коэффициент светопропускания материала стекол (приложение А, таблица А.1);

τ₂ – коэффициент, учитывающий потери света в переплетах светопроема (приложение А, таблица А.1);

τ₃ – коэффициент, учитывающий потери света в слое загрязнения остекления (принимается равным 0,8);

τ₄ – коэффициент, учитывающий затенение несущими конструкциями, при боковом освещении равен 1;

τ₅ – коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащитных устройствах, так же принимается равным 1.

Для определения коэффициента r₁ по таблице А.3 (приложение А) необходимо рассчитать значение коэффициента ρ_ср отражения внутренних поверхностей интерьера по формуле

,

где ρ_ст, ρ_пт, ρ_п – коэффициент отражения стен, потолка и пола соответственно (приложение А, таблица А.2);

S_ст, S_пт, S _п – площади стен, потолка и пола соответственно. При определении площади стен S_ст из нее вычитают площадь светового проема.

Так как противостоящих сооружений нет, то коэффициенты R=0 и ε_зд=0.

Для расчета геометрического КЕО ε_б необходимо определить количество лучей, проходящих в световой проем, по графикам А.М.Данилюка.

На график I (приложение Б) накладывается разрез помещения (рисунок 7.3, а) так, чтобы центр графика находился в расчетной точке, а линия, соединяющая эту точку и окно, была параллельна полу и совмещена с основанием графика. После этого подсчитывается общее количество n₁ лучей, проходящих через световой проем, и находится номер окружности N_окр, которая проходит через центр окна.

Далее рассчитывается число лучей n₂. Для этого используется график II (приложение В) и план помещения (рисунок 7.3, б). Нужно наложить план помещения на график так, что бы вертикаль в центре графика совпала с линией на плане, проходящей через ограждающую конструкцию со световыми проемами и расчетную точку. Номер горизонтали на графике II, которая должна проходить через световые проемы, соответствует номеру окружности N_окр. Подсчитывается количество лучей, укладывающихся в проем окна по плану.

а) вертикальный разрез по центральной линии помещения; б) план

Рисунок 7.3 – Чертежи помещения

Полученные значения количества лучей подставляют в формулу

.

По полученным значениям коэффициентов рассчитывается значение КЕО. Расчетное значение коэффициента е естественной освещенности округляется до десятых долей и заносится в таблицу 7.2.

Расчет КЕО проводится четыре раза: расчетные точки по глубине l помещения берутся на расстоянии в один метр от светового проема х=1, один метр от противоположной стены х=l-1, одна треть глубины помещения х= и две трети глубины помещения х= (рабочая зона находится между линиями в один метр от светового проема и от противоположной стены). После заполнения таблицы 7.2 строится график зависимости КЕО е от расстояния х световой проем – расчетная точка (рисунок 7.4).

Таблица 7.2 – Расчетные значения коэффициента

№	х, м	е, %
	l-1

Рисунок 7.4 – График зависимости КЕО от расстояния

световой проем – расчетная точка

На графике (рисунок 7.4) проводится линия, соответствующая нормированному значению КЕО е_н=1, и определяется область с недостаточной освещенностью – е<е_н.

Таблица 7.3 – Задание 7.2 по вариантам

№ варианта	Глубина помещения, м	Высота помещения, м	Ширина помещения, м	Высота/ширина окна, м
				1,7/2,5
				1,7/3
		3,5		1,9/3
				1,7/2,2
				1,5/2,3
		3,5		1,9/2,7
		3,5		1,8/3
				2,1/4,2
		3,5		2,1/3,2
		3,5		2,9/3,2