Естественное освещение помещений. Принципы светотехнического расчета при боковом естественном освещении

. Светотехнические характеристики и единицы измерения

Для характеристики света применяются определенные светотех¬нические понятия и величины.

Часто приходится наблюдать явления, которые связаны с дей¬ствием источников энергии, расположенных на значительном рас¬стоянии. Так, мы ощущаем энергию Солнца в виде тепла и света, несмотря на то, что оно находится на огромном расстоянии от Зем¬ли. В подобных случаях передача энергии происходит посредством лучеиспускания. Такая энергия называется лучистой. Она распро¬страняется в пространстве прямолинейно в виде электромагнит¬ных колебаний, называемых электромагнитными волнами. Для из¬мерения длин волн λ видимого участка спектра применяются доле¬вые значения основной единицы длины — метра: 1 микрон (мкм) равен 10-6 м; 1 нанометр (нм) равен 10-9 м; 1 ангстрем ( А ) равен 10-10 м.

Мощность лучистой энергии называется лучистым потоком, ко¬торый представляет собой количество лучистой энергии, переноси¬мой в единицу времени. Измеряется он в ваттах (Вт). Человеческий глаз воспринимает лучистую энергию в пределах длин волн от 380 до 760 нм. Этот участок спектра электромагнитных колебаний на¬зывается видимым участком спектра. Действуя на глаз, он вызыва¬ет ощущение света. Действие отдельных частей видимого участка спектра при определенных соотношениях воспринимается глазом как белый свет. К ним относится излучение дневного рассеянного света неба, солнца и др.

Чувствительность глаза к излучению разных длин волн видимо¬го участка спектра неодинакова. Называется она спектральной чувствительностью глаза. Наибольшую чувствительность нормаль¬ный человеческий глаз имеет к желто-зеленому излучению, длина волны которого равна 556 нм. Мощность лучистой энергии, характеризующаяся производимым ею световым ощущением, называется световым потоком. За еди¬ницу светового потока принят люмен (лм). Люмен — это световой поток, испускаемый платиновой пластинкой с площадью 0,5305 мм2 при температуре затвердевания 2042°К (по Кельвину). Для измере¬ния больших значений светового потока применяется килолюмен, который равен 1000 лм.

Распределение светового потока в пространстве характеризуется его пространственной плотностью, определяемой количеством све¬тового потока, приходящегося на единицу телесного угла. Прост¬ранственная плотность светового потока называется силой света. За единицу силы света принята такая пространственная плотность светового потока, когда в пределах телесного угла в 1 ст (стера¬диан) равномерно распространяется световой поток в 1 лм. Эта единица света называется свечой (св). Стерадиан — единица измере¬ния телесного угла. Он равен телесному углу, вырезывающему на поверхности сферы радиусом R площадь, численно равную квадрату радиуса данной сферы r2.

Поверхностная плотность падающего светового потока называ¬ется освещенностью. Ее характеризует количество светового по¬тока, приходящегося на единицу поверхности. Если падающий све¬товой поток равномерно распределяется на поверхности, то осве¬щенность Е равна

где Fпад — световой поток в лм;

S — площадь поверхности, на которую падает световой поток.

Освещенность, создаваемая равномерно распределенным свето¬вым потоком в 1 лм на поверхности в 1 м2, называется люксом (лк). Люкс принимают за единицу освещенности. Освещенный предмет будет тем лучше виден, чем большую силу света получает каждый элемент поверхности.

Отношение силы света, излучаемого в рассматриваемом направ¬лении, к площади светящей плоскости называется яркостью. Из¬меряя силу света в свечах и проекции светящей поверхности в квад¬ратных метрах, получаем яркость, выраженную в свечах на 1 м2. Эта единица называется нитом (нт). Яркостью в 1 нт обладает рав¬номерно светящаяся плоская поверхность, излучающая в перпен¬дикулярном к ней направлении свет силой в 1 св с 1 м2.

Таким образом, основными световыми величинами являются световой поток, сила света, освещенность и яркость.

2. Достоинства и недостатки естественного освещения. Общие положения освещения.

На железнодорожном транспорте и в транспортном строитель¬стве особое значение в обеспечении безопасности движения поездов и создании здоровых, высокопроизводительных условий труда имеет освещение, в немалой степени – естественное освещение. Четкая видимость и различение сигналов (свето¬форов, семафоров и др.), показаний приборов на пультах управле¬ния возможны только при достаточной освещенности рассматривае¬мого предмета, правильном размещении источников света по отно¬шению к освещаемому объекту и объектов по отношению к глазу работающего.

Приспособление глаза к различным уровням яркости, находя¬щимся в поле зрения, называется адаптацией. Адаптация позволяет людям хорошо ориентироваться на ярком свету и в условиях почти полной темноты. Время, необходимое глазу для переадаптации от одного уровня яркости к другому, неодинаково. Адаптация к боль¬шим яркостям (световая адаптация) протекает быстро, в противо¬положность адаптации к малым яркостям (темновая адаптация), которая требует большего времени.

Предмет может быть обнаружен при наличии некоторой разни¬цы в яркости наблюдаемого предмета и фона, на котором он рас¬сматривается. Чем больше контраст, тем лучше виден предмет на фоне. Способность глаза ощущать наименьшие контрасты называет¬ся контрастной чувствительностью. Чем меньше воспринимаемый глазом контраст, тем выше его контрастная чувствительность. С увеличением яркости фона повышается и контрастная чувствитель¬ность. Однако следует отметить, что увеличение контрастной чувст¬вительности происходит только до определенного значения яркости фона, после чего она постепенно снижается.

Точность зрительной работы определяется также разрешающей силой нормального глаза, которая равна единице. Чувствитель¬ность глаза к различению мелких деталей будет тем больше, чем меньше разрешающая сила глаза.

Величина, обратная разрешающей силе глаза, называется ост¬ротой зрения. Острота зрения, равная единице, будет при разреша¬ющей силе глаза, также равной единице. При разрешающей силе, равной двум, острота зрения составит 0,5.

Зрительная работа (острота зрения, контрастная чувствитель¬ность, скорость различения и др.) определяется следующими фак¬торами: степенью яркости рассматриваемых объектов, наличием контраста между объектом и фоном, угловым размером и временем наблюдения объекта. Улучшение зрительной работы глаза обеспечивается при повышении освещенности рабочих поверхнос¬тей с обязательным устранением блескости из поля зрения.

3. Виды естественного освещения

Естественное освещение — освещение помещений пря¬мым или отраженным светом, проникающим че¬рез световые проемы в наружных ограждающих конструкциях. Естественное освещение должно предусматриваться, как правило, в помещениях с постоянным пребыванием людей. Без естествен¬ного освещения допускается проектировать от¬дельные виды производственных помещений сог¬ласно Санитарным нормам проектирования про¬мышленных предприятий.

Различают следующие виды естественного освещения помещений:

• боковое одностороннее — когда световые проемы расположены в одной из наружных стен помещения,

дностороннее естественное освещение

• боковое — световые проемы в двух противо¬положных наружных стенах помещения,

Рисунок 2 - Боковое естественное освещение

• верхнее — когда фонари и световые проемы в покрытии, а также световые проемы в стенах перепада высот здания,

• комбинированное — световые проемы, предус¬мотренные для бокового (верхнее и боковое) и верхнего освещения.

4. Принцип нормирования естественного освещения

Естественное освещение используется для общего освещения производственных и подсобных помещений. Оно создается лучистой энергией солнца и на организм человека действует наиболее бла¬гоприятно. Используя этот вид освещения, следует учитывать ме¬теорологические условия и их изменения в течение суток и перио¬дов года в данной местности. Это необходимо для того, чтобы знать, какое количество естественного света будет попадать в поме¬щение через устраиваемые световые проемы здания: окна — при боковом освещении, световые фонари верхних перекрытий здания — при верхнем освещении. При комбинированном естественном осве¬щении к верхнему освещению добавляется боковое.

Помещения с постоянным пребыванием людей должны иметь естественное освещение. Установленные расчетом размеры световых проемов допускается изменять на +5, -10%.

Неравномерность естественного освещения помещений производственных и общественных зданий с верхним или верхним и естественным боковым освещением и основных помещений для детей и подростков при боковом освещении не должна превышать 3:1.

Солнцезащитные устройства в общественных и жилых зданиях следует предусматривать в соответствии с главами СНиП по проектированию этих зданий, а также с главами по строительной теплотехнике.

Качество освещения естественным светом характеризуется коэф¬фициентом естественной освещенности кео, который представляет собой отношение освещенности на горизонтальной поверхности внутри помещения к одновременной горизонтальной освещенности снаружи,

,

где Ев — горизонтальная освещенность внутри помещения в лк;

Ен — горизонтальная освещенность снаружи в лк.

При боковом освещении нормируется минимальное значение коэффициента естественной освещенности — кео мин, а при верхнем и комбинированном освещении — среднее его значение — кео ср. Способ расчета коэффициента естественной освещенности приведен в Санитарных нормах проектирования промышленных предприя¬тий.

С целью создания наиболее благоприятных условий труда уста¬новлены нормы естественной освещенности. В тех случаях когда естественная освещенность недостаточна, рабочие поверхности должны дополнительно освещаться искусственным светом. Смешан¬ное освещение допускается при условии дополнительного освещения только рабочих поверхностей при общем естественном освещении.

Строительными нормами и правилами (СНиП 23-05-95) коэф¬фициенты естественной освещенности производственных помещений установлены в зависимости от характера работы по степени точ¬ности (табл. 1).

Для поддержания необходимой освещенности помещений норма¬ми предусматривается обязательная очистка окон и световых фона¬рей от 3 раз в год до 4 раз в месяц. Кроме того, следует система¬тически очищать стены, оборудование и окрашивать их в светлые цвета.

Таблица 1 - Коэффициенты естественной освещенности для производственных помещений

Характеристика зрительной работы по степени точности Наименьший размер объекта различения в мм Разряд зрительной работы Значение коэффи¬циента в % при естественном осве¬щении

верхнем и комбиниро¬ванном боко¬вом

Наивысшей точности Менее 0,15 I 10 3,5

Очень высокой точности От 0,15 до 0,3 II 7 2,5

Высокой точности От 0,3 до 0,5 III 5 2,0

Средней точности От 0,5 до 1,0 IV 4 1,5

Малой точности От 1,0 до 5,0 V 3 1,0

Грубая Более 5,0 VI 2 0,5

Работа с самосветящимися материалами и изделиями в го¬рячих цехах VII 3 1,0

Общее наблюдение за ходом производственного процесса:

постоянное наблюдение VIII 1 0,3

периодическое наблюде¬ние за состоянием обору¬дования VIII 0,7 0,2

Работа на механизированных складах IX 0,5 0,1

Нормы естественного освещения промышленных зданий, сведенные к нормированию К.Е.О., представлены в СНиП 23-05-95. Для облегчения нормирования освещенности рабочих мест все зрительные работы по степени точности делятся на восемь раз¬рядов.

СНиП 23-05-95 устанавливают требуемую величину К.Е.О. в зависимости от точности работ, вида освещения и географиче¬ского расположения производства. Территория России делится на пять световых поясов, для ко¬торых значения К.Е.О. определяются по формуле:

где N – номер группы административно-территориального района по обеспеченности естественным светом;

- значение коэффициента естественной освещенности, выбираемое по СНиП 23-05-95 в зависимости от характеристики зрительных работ в данном помещении и системы естественного освещения.

- коэффициент светового климата, который находится по таблицам СНиП в зависимости от вида световых проемов, их ориентации по сторонам горизонта и номера группы административного района.

Для определения соответствия естественной освещенности в производственном помещении требуемым нормам освещенность измеряют при верхнем и комбинированном освещении—в раз¬личных точках помещения с последующим усреднением; при бо¬ковом— на наименее освещенных рабочих местах. Одновремен¬но измеряют наружную освещенность и определенный расчет¬ным путем К.Е.О. сравнивают с нормативным.

5. Расчет бокового одностороннего естественного освещения в производственном помещении.

Целью расчета естественного освещения является определение площади световых проемов, то есть количества и геометрических размеров окон, обеспечивающих нормированное значение КЕО.

5.1 Определение нормированного значения К.Е.О.

Нормированное значение коэффициента естественной освещенности вычислим по формуле:

где – номер группы административно-территориального района по обеспеченности естественным светом. Для заданного города (г. Астрахань) принимаем N=5.

- значение коэффициента естественной освещенности, выбираемое по СНиП 23-05-95 в зависимости от характеристики зрительных работ в данном помещении и системы естественного освещения. Для заданного II разряда принимаем

- коэффициент светового климата, который находится по таблицам СНиП в зависимости от вида световых проемов, их ориентации по сторонам горизонта и номера группы административного района. Принимаем для расчета

%

5.2 Определение суммарной площади световых проемов.

При боковом одностороннем освещении суммарная площадь световых проемов определяется по формуле:

, [м2]

где S0 – суммарная площадь всех световых проемов, м2;

SП – площадь пола помещения, м2;

eN – нормированное значение К.Е.О.

η0 – световая характеристика окна, определяется по таблицам СНиП на основании отношений LП/В и В/h1:

; η0=18

К3 – коэффициент запаса, учитывающий загрязнение светопропускающего материала светового проема, зависит от типа помещения и от расположения стекол. При вертикальном расположении К3=1,2;

К3Д – коэффициент, учитывающий затемнение окон противостоящими зданиями. При отсутствии противостоящих зданий К3Д=1;

r1 – коэффициент, учитывающий отраженный свет. Принимаем r1=1,2;

τ0 – общий коэффициент светопропускания светового проема.

τ1 – коэффициент светопропускания материала. Для оконного окна 0,8;

τ2 – коэффициент, учитывающий потери света в переплетах окна. Для деревянных спаренных оконных рам 0,85.

τ3 – коэффициент, учитывающий потери света в несущих конструкциях. При отсутствии несущих конструкций 1.

τ4 – коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащитных устройствах. При отсутствии таковых 1.

Вычислим суммарную площадь световых проемов:

5.3 Определение количества световых проемов

Площадь одного светового проема

м2

Тогда, количество световых проемов вычислим по формуле:

6. План и разрез помещения с указанием принятых световых проемов

Вод правил по проектированию и строительству естественное освещение жилых и общественных зданий

Natural lighting of residential and public buildings

1 Область применения

Настоящий Свод правил устанавливает требования по проектированию естественного и совмещенного освещения жилых и общественных зданий в соответствии со СНиП 23-05, предусматривающие оптимальное решение систем освещения, обеспечивающее комфортные условия зрительных работ.

Настоящий Свод правил распространяется на проектируемые, реконструируемые и эксплуатируемые жилые и общественные здания.

2 Нормативные ссылки

В настоящем Своде правил приведены ссылки на следующие нормативные документы:

СНиП 2.08.02-89* Общественные здания и сооружения

СНиП 23-01-99* Строительная климатология

СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий

СНиП 23-05-95* Естественное и искусственное освещение

СНиП 31-01-2003 Здания жилые многоквартирные

СП 23-101-2004 Проектирование тепловой защиты зданий

ГОСТ 26602.4-99 Блоки оконные и дверные. Метод определения общего коэффициента пропускания света

3 Термины и определения

Термины с соответствующими определениями приведены в приложении А.

Основные обозначения, принятые в настоящем Своде правил, приведены в приложении Г.

4 Общие положения

4.1 При проектировании естественного освещения зданий следует руководствоваться требованиями, установленными СНиП 23-05, указаниями настоящего Свода правил и других документов, утвержденных и согласованных в установленном порядке.

При проектировании освещения следует предпочитать варианты, которые позволяют обеспечивать нормативные требования с наименьшими энергетическими и материальными затратами.

4.2 Система естественного освещения должна обеспечивать:

нормированные значения коэффициента естественной освещенности (КЕО) на рабочих местах или в расчетной точке помещения;

регламентируемые требования к равномерности распределения КЕО в рабочих зонах помещения;

нормированное значение коэффициента запаса;

максимальное время использования естественного света.

5 Естественное освещение

ВЫБОР ЗНАЧЕНИЙ КЕО

5.1 В соответствии со СНиП 23-05 территория Российской Федерации зонирована на пять групп административных районов по ресурсам светового климата. Перечень административных районов, входящих в группы обеспеченности естественным светом, приведен в таблице 1.

Таблица 1

Номер группы административных районов	Административный район
1	Московская, Смоленская, Владимирская, Калужская, Тульская, Рязанская, Нижегородская, Свердловская, Пермская, Челябинская, Курганская, Новосибирская, Кемеровская области, Республика Мордовия, Чувашская Республика, Удмуртская Республика, Рес публика Башкортостан, Республика Татарстан, Красноярский край (севернее 63° с.ш.), Республика Саха (Якутия) (севернее 63° с.ш.), Чукотский автон. округ, Хабаровский край (севернее 55° с.ш.)
2	Брянская, Курская, Орловская, Белгородская, Воронежская, Липецкая, Тамбовская, Пензенская, Самарская, Ульяновская, Оренбургская, Саратовская, Волгоградская области, Республика Коми, Кабардино-Балкарская Республика, Республика Северная Осетия-Алания, Чеченская Республика, Республика Ингушетия, Ханты-Мансийский автономный округ, Республика Алтай, Красноярский край (южнее 63° с.ш.), Республика Саха (Якутия) (южнее 63° с.ш.), Республика Тыва, Республика Бурятия, Читинская область, Хабаровский край (южнее 55° с.ш.), Магаданская, Сахалинская области
3	Калининградская, Псковская, Новгородская, Тверская, Ярославская, Ивановская, Ленинградская, Вологодская, Костромская, Кировская области, Республика Карелия, Ямало-Ненецкий автономный округ, Ненецкий автономный округ
4	Архангельская, Мурманская области
5	Республика Калмыкия, Ростовская, Астраханская области, Ставропольский край, Краснодарский край, Республика Дагестан, Амурская область, Приморский край

5.2 Значения КЕО в жилых и общественных зданиях, расположенных в первой группе административных районов, принимают в соответствии с приложением И СНиП 23-05 .

5.3 Значения КЕО в жилых и общественных зданиях, расположенных во второй, третьей, четвертой и пятой группах административных районов, определяют по формуле

e_N = e _н m_N ,                                                                   (1)

где N - номер группы административных районов по таблице 1;

е_н - нормированное значение КЕО по приложению И СНиП 23-05;

m_N - коэффициент светового климата, принимаемый по таблице 2.

Таблица 2

Световые проемы	Ориентации световых проемов по сторонам горизонта	Коэффициент светового климата т N
		Номер группы административных районов
		1	2	3	4	5
В наружных стенах зданий	С	1	0,9	1,1	1,2	0,8
	СВ, СЗ	1	0,9	1,1	1,2	0,8
	З, В	1	0,9	1,1	1,1	0,8
	ЮВ, ЮЗ	1	0,85	1	1,1	0,8
	Ю	1	0,85	1	1,1	0,75
В зенитных фонарях	-	1	0,9	1,2	1,2	0,75
Примечание - С - северная; СВ - северовосточная; СЗ - северо-западная; В - восточная; З - западная; Ю - южная; ЮВ - юго-восточная; ЮЗ - юго-западная ориентация.

Полученные по формуле ( 1) значения следует округлять до десятых долей.

Значения КЕО увязывают с нормированными значениями освещенности Е _н от искусственного освещения при различных зрительных работах через критические наружные освещенности по формуле

Е _н = 0,01е_рЕ_кр,                                                                (2)

где е _р - расчетный коэффициент естественной освещенности;

Е _кр - критическая наружная освещенность.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЕСТЕСТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ

5.4 Проектирование естественного освещения зданий должно базироваться на изучении трудовых процессов, выполняемых в помещениях, а также на светоклиматических особенностях места строительства зданий. При этом должны быть определены следующие параметры:

характеристика и разряд зрительных работ;

группа административного района, в котором предполагается строительство здания;

нормированное значение КЕО с учетом характера зрительных работ и светоклиматических особенностей места расположения зданий;

требуемая равномерность естественного освещения;

продолжительность использования естественного освещения в течение суток для различных месяцев года с учетом назначения помещения, режима работы и светового климата местности;

необходимость защиты помещения от слепящего действия солнечного света.

5.5 Проектирование естественного освещения здания следует выполнять в следующей последовательности:

1-й этап:

определение требований к естественному освещению помещений;

выбор систем освещения;

выбор типов световых проемов и светопропускающих материалов;

выбор средств для ограничения слепящего действия прямого солнечного света;

учет ориентации здания и световых проемов по сторонам горизонта;

2-й этап:

выполнение предварительного расчета естественного освещения помещений (определение необходимой площади световых проемов);

уточнение параметров световых проемов и помещений;

3-й этап:

выполнение проверочного расчета естественного освещения помещений;

определение помещений, зон и участков, имеющих недостаточное по нормам естественное освещение;

определение требований к дополнительному искусственному освещению помещений, зон и участков с недостаточным естественным освещением;

определение требований к эксплуатации световых проемов;

4-й этап:

внесение необходимых корректив в проект естественного освещения и повторный проверочный расчет (при необходимости).

5.6 Систему естественного освещения здания (боковое, верхнее или комбинированное) следует выбирать с учетом следующих факторов:

назначения и принятого архитектурно-планировочного, объемно-пространственного и конструктивного решения здания;

требований к естественному освещению помещений, вытекающих из особенностей технологии производства и зрительной работы (см. 4.2 и 5.2);

климатических и светоклиматических особенностей места строительства;

экономичности естественного освещения (по энергетическим затратам).

5.7 Верхнее и комбинированное естественное освещение следует применять преимущественно в одноэтажных общественных зданиях большой площади (крытые рынки, стадионы, выставочные павильоны и т.п.).

5.8 Боковое естественное освещение следует применять в многоэтажных общественных и жилых зданиях, одноэтажных жилых зданиях, а также в одноэтажных общественных зданиях, в которых отношение глубины помещений к высоте верхней грани светового проема над условной рабочей поверхностью не превышает 8.

5.9 При выборе световых проемов и светопропускающих материалов следует учитывать:

требования к естественному освещению помещений (см. 5.4);

назначение, объемно-пространственное и конструктивное решение здания;

ориентацию здания по сторонам горизонта;

климатические и светоклиматические особенности места строительства;

необходимость защиты помещений от инсоляции;

степень загрязнения воздуха.

5.10 При проектировании бокового естественного освещения следует учитывать затенение, создаваемое противостоящими зданиями. Учет затенения производят в соответствии с разделом 7 настоящего Свода правил.

5.11 Светопрозрачные заполнения светопроемов в жилых и общественных зданиях выбирают с учетом требований СНиП 23-02.

5.12 При боковом естественном освещении общественных зданий с повышенными требованиями к постоянству естественного освещения и солнцезащите (например, картинные галереи) световые проемы следует ориентировать на северную четверть горизонта (С-СЗ-С-СВ).

5.13 Выбор устройств для защиты от слепящего действия прямого солнечного света следует производить с учетом:

ориентации световых проемов по сторонам горизонта;

направления солнечных лучей относительно человека в помещении, имеющего фиксированную линию зрения (ученик за партой, чертежник за чертежной доской и т.п.);

рабочего времени суток и года в зависимости от назначения помещения;

разницы между солнечным временем, по которому построены солнечные карты, и декретным временем, принятым на территории Российской Федерации.

При выборе средств для защиты от слепящего действия прямого солнечного света следует руководствоваться требованиями строительных норм и правил по проектированию жилых и общественных зданий ( СНиП 31-01, СНиП 2.08.02).

5.14 При односменном рабочем (учебном) процессе и при эксплуатации помещений в основном в первую половину дня (например, лекционные аудитории), когда помещения ориентированы на западную четверть горизонта, применение солнцезащитных средств необязательно.