2. Светотехнического расчет промышленных зданий

Пример 3. Определить оптимальные размеры бокового и верхнего остекления механосборочного цеха при естественном освещении помещений.

А. Исходные данные

• место строительства – г. Пермь;

• цех размещен в пролете шириной 18 м, длиной 36 м;

• высота помещения от пола до низа железобетонных ферм покрытия – 10,8 м;

• высота строительной фермы в коньке – 3,0 м;

• в цехе выполняют работы средней точности, относящиеся к IV разряду зрительной работы;

• цех освещается через боковые светопроемы с одной стороны и фонарь;

• оконное заполнение принято тройное со стальными, двойными, глухими переплетами; фонаря – одинарное. Остекление бокового заполнения светопроема выполнено из листового стекла, а фонаря – из армированного;

• отделка внутренних поверхностей помещения имеет коэффициенты отражения: потолка – 0,7; стен – 0,6; пола – 0,3;

• ориентация световых проемов по сторонам горизонта – ЮВ.

• коэффициент запаса К_з = 1,3.

Б. Порядок расчета

Оптимальную площадь боковых световых проемов S определяем по формуле

= ,

для чего предварительно устанавливаем остальные параметры формулы.

Площадь пола при одностороннем расположении световых проемов определяется по формуле:

.

Нормированное значение КЕО при боковом освещении для работ средней точности для г. Перми согласно формулы (1) с учетом табл. 4 СНипП 23-05-95* составляет:

.

Световая характеристика окна ₀ определяется по приложению (32) в зависимости:

- от высоты от уровня условной рабочей поверхности (УРП) до верха окна

h₁ = 10,8 – (0,8 + 0,6) = 9,4 м (см.рисунок);

- отношения длины помещения L_п к его глубине B

= = 2;

- отношения глубины помещения B к высоте от уровня условной рабочей поверхности (УРП) до верха окна h₁

= = 1,89 ≈ 1,9.

При полученных отношениях ₀ = 9,4.

значение коэффициента r₁ находим по приложению (35), предварительно определив значение средневзвешенного коэффициента отражения _ср при заданных параметрах ₁ = 0,7, ₂ = 0,6, и ₃ = 0,3; соответствующих площадей потолка и пола , а также площади боковых стен S₂ =

.

При одностороннем боковом освещении для IV разряда зрительной работы за расчетную точку принимают точку, удаленную от светового проема на расстояние, равное 1,5 м высоты от пола до верха светопроемов, т.е. l_р = 1,5 · 9,0 = 13,5 м.

В этом случае отношение составляет:

.

Для отношений = 0,75; = 2; = 1,9 и _ср = 0,43 величина r₁ = 2,39 (см. приложение 29).

Коэффициент , так как по условию задачи противостоящие здания отсутствуют.

Общий коэффициент светопропускания при боковом освещении рассчитываем по формуле

.

Необходимая площадь боковых световых проемов составляет, (м²)

м².

Задаемся шириной оконных проемов (2,5 м), их количеством (4 шт.) и определяем их высоту из отношения:

Найденную высоту остекления округляем в сторону увеличения кратно 0,6 м, т.е. принимаем h = 7,8 м.

Рис. К примеру расчета естественного освещения механосборочного цеха

Для установления окончательных размеров бокового остекления осуществляем проверочный расчет естественного освещения при боковом расположении световых проемов. При расчете требуется определить значения КЕО в расчетных точках помещения при установленных размерах световых проемов и сравнить их с нормативными. Расчет производится в следующем порядке:

1. Намечаем расчетные точки, располагая на пересечении условной рабочей поверхности, проходящей на расстоянии 0,8 м от уровня пола и характерного поперечного разреза. Первую точку размещаем на расстоянии 1 м от внутренней поверхности наружной стены, а последнюю на расстоянии 1 м от противоположной стены. Расстояние между остальными точками принимаем 4 м (всего 5 точек).

2. Определяем значения (%) при боковом освещении. При отсутствии противостоящих зданий формула имеет вид:

.

3. По графикам А.М. Данилюка I и II устанавливаем число лучей n₁ и n₂, проходящих от неба в расчетные точки через боковые светопроемы.

4. Для определения количества лучей n₁ поперечный разрез здания, выполненный на кальке, накладываем на график I, совмещая полюс графика с расчетной точкой. Затем устанавливаем угловую высоту середины светового проема над рабочей поверхностью (град) и по приложению (38) определяем значение коэффициента q для каждой расчетной точки.

5. В момент определения значений отмечаем номера полуокружностей на графике І, проходящих через точку С – середину светового проема. Для нахождения числа лучей накладываем план здания на график ІІ так, чтобы его вертикальная ось проходила посередине помещения, а горизонталь, номер которой соответствует номеру полуокружности по графику І, проходила через точку С (середину светового проема).

Величину произведения для расчетных точек заносим в таблицу.

Значение коэффициента приведено в предварительном расчете: = 0,6.

6. Устанавливаем значения коэффициента в расчетных точках по приложению (35) в зависимости от значений ( = 0,43; = 1,9 и ).

Находим отношения расстояния расчетных l (м) точек от наружной стены к глубине помещения В:

для точки 1:

для точки 2:

для точки 3:

для точки 4:

для точки 5:

В зависимости от значений , , , значения в расчетных точках составляют:

; ; ; .

Далее определяем расчетные значения КЕО при боковом освещении в расчетных точках:

В связи с тем, что в нормируемой точке (l_р = 13,5 м) расчетное значение КЕО меньше нормативного, т.е.

,

следовательно, для обеспечения нормативной освещенности необходимо дополнительно к боковому освещению запроектировать верхнее (фонарное) освещение.

Площадь световых проемов при верхнем освещении определяем по формуле :

= ,

где - площадь пола, принимаемая равной площади помещения за вычетом площади пола, которая использована при определении площади световых проемов при боковом освещении, S_п, м²;

- нормированное значение КЕО при верхнем естественном освещении;

- световая характеристика фонаря или светового проема в плоскости покрытия;

- коэффициент, учитывающий тип фонаря;

- коэффициент запаса;

- общий коэффициент светопропускания;

- коэффициент повышения КЕО при верхнем освещении светом, отраженным от внутренних поверхностей помещения.

Определяем площадь пола

Нормированное значение КЕО согласно табл.1 СНиП 23-05-95* для условий

г. Перми при верхнем освещении е_N = 4 %.

Значение световой характеристики _ф находим по приложению (34) в зависимости от типа фонаря (прямоугольный с вертикальным двусторонним остеклением), количества пролетов (один), отношения длины помещения и ширины пролета (L_п/А = 36/18 = 2), и отношения высоты помещения и ширины пролета (Н/А = 10,8/18 = 0,6). При этих параметрах _ф = 6,8 м.

Значение (см. приложение 37).

Значение определяем по табл. 3 СНиП 23-05-95* и примечанию 1 к этому СНиП :

.

Величину устанавливаем по приложению (36), предварительно определив отношение высоты помещения, принимаемой от условной рабочей поверхности до нижней грани остекления к ширине пролета .

При высоте стропильной фермы в коньке – 3,0 м и высоте бортовой плиты фонаря – 0,6 м расстояние от уровня рабочей плоскости до низа фонарного остекления Н_ф составляет:

,

а отношение Н_ф/ = 13,6/18 = 0,75.

При величине средневзвешенного коэффициента отражения  = 0,43, отношения Н_ф/ = 0,75 и количестве пролетов – один, значение коэффициента r₂ составляет 1,4.

Общий коэффициент светопропускания при верхнем освещении определяем по формуле

= ,

где - коэффициент светопропускания материала;

- коэффициент, учитывающий потери света в переплетах;

- коэффициент, учитывающий потери света в несущих конструкциях покрытий (при боковом освещении ₃=0);

- коэффициент, учитывающий световые потери в солнцезащитных устройствах;

- коэффициент, учитывающий световые потери в защитной сетке, устанавливаемой под фонарями, принимаемый равным 0,9 (при боковом освещении =1);

.

Подставляем найденные значения коэффициентов в формулу и определяем площадь (м²) световых проемов при верхнем освещении:

.

Длина фонарного остекления составляет:

.

Высоту фонарного остекления определяем из соотношения:

.

Для установления окончательной высоты фонарного остекления осуществляем проверочный расчет естественного освещения при верхнем (фонарном) расположении световых проемов. Численные значения в расчетных точках здания определяем по формуле :

= ,

где - геометрический КЕО в расчетной точке при верхнем освещении от -го проема, определяемый по графикам Данилюка;

- среднее значение геометрического КЕО при верхнем освещении по линии пересечения условной рабочей поверхности и плоскости характерного разреза помещения;

- коэффициент, учитывающий повышение КЕО при верхнем освещении благодаря свету, отраженному от поверхностей помещения;

– коэффициент, учитывающий тип фонаря;

- общий коэффициент светопропускания при верхнем освещении помещения;

- коэффициент запаса;

- количество точек.

Геометрический коэффициент естественной освещенности в какой-либо точке помещения от неба при верхнем освещении определяют по формуле:

=0,01 ^. _,

где - число лучей по графику III, проходящих от неба в расчетную точку через i-й световой проем на поперечном разрезе помещения;

- число лучей по графику II, проходящих от неба в расчетную точку через i-й световой проем на продольном разрезе помещения.

Количество лучей и устанавливаем, используя графики Данилюка .

Число лучей n₃ определяем путем наложения поперечного разреза здания на график ІІІ. Центр графика совмещаем с расчетными точками, а нижнюю линию графика ІІІ – со следом условной рабочей поверхности поперечного разреза здания.

Значения n₃ для расчетных точек от световых проемов Б и В (в фонаре) заносим в таблицу. Одновременно отмечаем положение середины световых проемов C₁.

Количество лучей n₂ определяем путем наложения продольного разреза здания на график ІІ. При этом необходимо, чтобы вертикальная ось графика и горизонталь графика, номер которой соответствует положению полуокружности по графику ІІІ, проходили через точку С₁ – середину световых проемов продольного разреза здания.

Значения n₂ от световых проемов Б и В, полученные в расчетных точках, заносим в расчетную таблицу.

Среднее значение геометрического КЕО при верхнем освещении вычисляют из выражения:

,

где - число расчетных точек.

Определяем при количестве расчетных точек N = 5:

Значения коэффициентов , , , были установлены при определении площади верхнего освещения:

= 1,4; = 1,2; = 0,36; = 1,43.

Значения от верхнего освещения в расчетных точках составят:

Эти значения также заносим в расчетную таблицу.

При комбинированном (верхнем и боковом) освещении для расчета используется формула

,

где , - расчетные значения КЕО в расчетных точках помещения соответственно при боковом и верхнем освещении, %.

Далее определяем комбинированные значения КЕО в расчетных точках при боковом и верхнем освещении :

; ;

; ;

.

Далее определяем среднее значение КЕО е_ср,%, по формуле:

_,

где и - значения КЕО при верхнем или комбинированном освещении в первой и последней точках характерного разреза помещения;

– значения КЕО в остальных точках характерного разреза помещения (i = 2, 3,…, ).

.

В рассматриваемом примере расчетная величина КЕО в помещении механического участка сборочного цеха оказалась ниже нормированного значения КЕО ( ) на 9,27 %, что находится в пределах допустимого.

Таблица к примеру определения расчетных значений КЕО

Показатели	Расчетные точки
	1	2	3	4	5
Проем А
	33	19	10	5	2,5
Положение т. С	6,5	8	12	16	21
	36	34	32	30	28
	11,9	6,5	3,2	1,5	0,7
	76	42	27	20	15
q	1,26	1,0	0,82	0,72	0,65
	15	6,5	2,62	1,08	0,45
	0,05	0,28	0,5	0,72	0,94
(предварительный метод расчета)	0,6	0,6	0,6	0,6	0,6
	1,02	1,24	1,47	2,04	2,39
(предварительный метод расчета)	1,3	1,3	1,3	1,3	1,3
	0,47	0,57	0,68	0,94	1,10
	7,05	3,70	1,78	1,01	0,49
Проем Б
	0	0	1,5	2,0	2,5
Положение т. С1	0	0	24,5	27	31
	0	0	61	57	51
	0	0	91,5	114	128
Проем В
	2,5	2,0	1,5	0	0
Положение т. С1	31	27	24,5	0	0
	51	57	61	0	0
	128	114	91,5	0	0
	128	114	183	114	128
	1,28	1,14	1,83	1,14	1,28
	1,33	1,33	1,33	1,33	1,33
	0,99	0,89	1,37	0,89	0,99
	8,04	4,59	3,15	1,90	1,48
	3,71

Вывод: Естественная освещенность механосборочного цеха отвечает нормативным требованиям СНиП 23-05-95*.

Библиографический список

1. Архитектурная физика: Учеб. для вузов: Спец. ”Архитектура”/ В.К.Лицкевич, Л.И.Макриненко, И.В.Мигалина и др.; Под ред.Н.В.Оболенского.- М.: Стройиздат,2008.-448 с.: ил.

2. Архитектура гражданских и промышленных зданий В 5 т. Учб. для вузов Том V/ Промышленные здания Л.Ф.Шубин – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 2010. 335 с.: ил.

3. Дятков С.В. Ахитектура промышленных зданий: Учебн.пособие для строит.вузов. - 2-е изд., перераб. - М.: Высшая школа, 2008. - 480 с.: ил.

4. Строительные нормы и правила, СНиП 23-05-95* «Естественное и искусственное освещение».- М.: Госстрой России.2003.

5. Свод правил по проектированию и строительству СП 23-102-03 «Естественное и искусственное освещение жилых и общественных зданий» - М.: Госстрой России.2003.

5. Строительные нормы и правила, СНиП 23-02-03 «Тепловая защита зданий» -М.: Госстрой России, 2004.

6. Свод правил по проектированию и строительству СП 23-101-04 «Проектирование тепловой защиты зданий» - М.: Госстрой России. 2004.

7. Строительные нормы и правила, СНиП 23-01-99 «Строительная климатология»- М.: Госстрой России.1999.

8. Строительные нормы и правила, СНиП 23-03-03 «Защита от шума» - М.: Госстрой России.2003.

9.Свод правил по проектированию и строительству СП 23-103-03 «Проектирование звукоизоляции ограждающих конструкций жилых и общественных зданий» - М.: Госстрой России.2004.

10. Шептуха Т.С. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций: метод. указания / Т.С.Шептуха; Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 2001. 22 с.: ил.

11. Физико-техническое проектирование ограждающих конструкций зданий: учеб. Пособие / А.И.Маковецкий, А.Н.Шихов . – Пермь : Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2007.- 356 с.

12. Шихов А.Н. Архитектурная и строительная физика: учеб. Пособие / А.Н. Шихов, Д.А. Шихов; ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА. - Пермь: Изд-во: ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, 2011.- 380 с.