книги из ГПНТБ / Суханов И.С. Лучистая энергия солнца и архитектура (на примере Средней Азии)

Зная расчетные значения к. е. о. и пользуясь коэффициентами а и т, можно найти наиболее вероятную величину внутренней освещен­ ности при безоблачном небе через наружную горизонтальную рассеян­ ную освещенность при ясном небосводе Е„,ь или при естественных условиях облачности Еп:

проемов будут приняты во внимание нормированные с учетом ориен­

Если светопроемы имеют одинаковые размеры при всех ориен­ тациях, критическая освещенность отличается для помещений различ­ ной ориентации и ее можно найти следующим образом:

мерений коэффициентов вертикальной освещенности в условиях Таш­ кента представлены на рис. 12. Этими данными можно пользоваться при расчете естественного освещения на любой заданный момент вре-

.мени. В случае, когда на основе расчета необходимо оценить режим естественного освещения помещения в среднем за сезон, можно вос-

173

пользоваться графиками, приведенными на рис. 102. На чертеже пока­ зана зависимость этого коэффициента от ориентации для отдельных се­ зонов при темной подстилающей поверхности (р = 0,05).

На практике условия естественного освещения чаще всего оцени­ ваются в среднем за год. Величину коэффициента я при этом следу­ ет принимать по рис. 103. Из этого чертежа видно, что коэф­

фициент /t, представляющий со­ бой поправку на ориентацию

и коэффицент отражения подстилающей поверхности, изменяется в достаточно больших пределах. Нижняя кривая характеризует мини­ мально возможные значения коэффициента. Сопоставление ее с верх­

Эта кривая построена на основе измерения вертикальных освещенностей на наблюдательной площадке с открытым горизонтом. Поэтому коэффициент п учитывает лишь отраженный свет от земли, и влияниесвета, отраженного от противостоящих зданий, должно определяться дополнительно общепринятым методом.

174

ванным значением к. е. о. на ориентацию. Отношение — служит для

определения освещенности при заданной ориентации или светового потока, проникающего в помещение. Найденные нами на основе натур­ ных измерений поправочные коэффициенты хорошо согласуются с дан­ ными В. Б. Вейнберга [11], полученными расчетным путем. Рекоменду­ емая им кривая, характеризующая средние поправочные коэффициенты для учета неравномерной яркости небосвода по ориентации, располага-

многих пунктов страны. Но уровни освещенности можно определить на

Эффективные освещенности рассчитываются по всем месяцам для каждого часа дня. Критический уровень пространственной освещенно- •сти, соответствующий нормированной величине горизонтальной крити-

175

ческой освещенности, принимает разные значения. Для устранения этого несоответствия критическая освещенность принята равной сред­ нему из значений, полученных при расчетах, — 3400 пространственных люксов. По средней за год эффективной освещенности путем потенци­ рования определяются среднегодовые величины сферической освещен­ ности Е0 и уже с их помощью вычисляются поправочные множители КСк к Нормам. Территория СССР разделена на 6 светоклиматнческих по­ ясов, для которых установлены средние поправочные коэффициенты.

Этот метод учета светоклиматнческих особенностей местности при

тельное восприятие1 . Однако при проектировании зданий для южных районов страны он нуждается в уточнении. Поправочные коэффициен­ ты, получаемые описанным способом, дифференцируются только в за­ висимости от места строительства и не учитывают такие важные мо­ менты, как различное влияние отраженного от земли света на освеще­ ние помещений при горизонтальных и вертикальных светопроемах, а также при разной ориентации окон.

Целесообразно поправку к Нормам разделить на два сомножителя: один должен учитывать разницу в природном освещении в разных ге­ ографических широтах при естественных условиях облачности (поправ­ ка на световой климат), другой — принимать во внимание различия в наружном освещении, обусловленные сугубо местными условиями, раз­ личающимися при строительстве зданий в одном и том же географи­ ческом пункте в зависимости от ориентации светопроемов по странам света, влияния коэффициента отражения подстилающей поверхности (поправка на световой микроклимат). Второй коэффициент может учи­ тывать изменения в наружном освещении, которые связаны с перехо­

влияния отраженного света и прямой солнечной освещенности.

Такие поправочные коэффициенты нами найдены следующим об­ разом. По данным многолетних фотометрических наблюдений за рассе­ янной освещенностью горизонтальной поверхности в Москве и Ташкен­ те для каждого месяца построены кривые дневного изменения эффек­ тивной освещенности. На их основе вычислены средние за период ис­ пользования дневного света (при критической наружной освещенности^ равной 5000 лк) величины эффективной освещенности и ее среднегодо­ вое значение. Затем путем потенцирования найдены среднегодовые го-

1 Метод гветоклиматического районирораипя получил дальнейшее развитие в-- недавно опубликованной работе H. М. Гусева и Н. П. Никольской [39]. Но эти. предложения пока не нашли отражения в Нормах.

176

(рис. 103). Этот коэффициент позволяет учитывать разницу в наружном освещении при естественных условиях облачности и в безоблачные дни, а также ориентацию светопроемов и коэффициент отражения подстила­ ющей поверхности (поправка на световой микроклимат).

Таким образом, окончательная поправка к Нормам:

Численные значения общего поправочного множителя к Нормам составят от 0,58 при южной ориентации до 0,97 при северной. Эти по­ правочные коэффициенты мы рекомендуем применять при нормирова­ нии естественного освещения помещений с вертикальными светопроемами в условиях Средней Азии.

Поправка на световой климат южных широт, принятая в действую­

На основе изложенного можно рекомендовать при проектировании помещений с вертикальными светопроемами для условий Средней Азии в качестве нормы естественного освещения минимальные показатели естественной освещенности, находя их через нормированные величины минимальных коэффициентов естественной освещенности:

Предлагаемый метод расчета и нормирования естественного осве­ щения помещений с боковыми светопроемами при безоблачном небо­ своде позволит более полно использовать природные ресурсы световой энергии, обеспечить единство светового режима в однотипных помеще­ ниях различной ориентации, будет способствовать улучшению летнего микроклимата зданий за счет некоторого сокращения размеров свето­ проемов при ориентации на неблагоприятные секторы горизонта.

ни использования искусственного освещения в зданиях различного назна­ чения за счет более полного использования природных ресурсов световой энергии и, в частности, ее инсоляционной составляющей. Это может быть достигнуто на основе применения в строительстве эффективных светопрозрачных конструкций, а также в результате всестороннего уче­ та при проектировании особенностей светового климата и светового микроклимата места строительства.

Специфика светового и радиационного режима Средней Азии пред­ определяет особые требования к решению естественного освещения по­

матом потребует существенного увеличения мощности установок кон­ диционирования воздуха.

Существующие методы расчета естественного освещения, а также предложения автора по их развитию, изложенные в предыдущем пара­ графе, позволяют оценивать световой режим помещений при освещении их только рассеянным светом небосвода (облачного или ясного) и све­ том, отраженным от наружных или внутренних поверхностей. До на­ стоящего времени во всех случаях при расчете естественного освещения помещений прямые лучи солнца во внимание не принимались. Вопрос об учете инсоляционной составляющей долгое время не ставился даже в южных районах страны из тех соображений, что лучи солнца в по­ мещения не должны допускаться в целях борьбы с летним перегревом и исключения блескости. Если рассмотреть влияние инсоляции на ос­ вещенность только в светотехническом плане вне связи с неблагоприят­ ным воздействием ее на зрительную работу и микроклимат помещений в условиях Средней Азии, то и тогда окажется, что исключение из рас­ четов инсоляционной составляющей вполне правомерно при многих ва­ риантах решения естественного освещения вследствие ее незначитель­ ной доли. Например, в помещениях с боковыми односторонними окнами прямые лучи солнца повышают освещенность сравнительно кратковре­ менно при ориентации светопроемов на все стороны горизонта, за ис­ ключением южной. При южной ориентации в летнее полугодие инсоля­ ция также непродолжительна.

Можно не принимать во внимание инсоляцию и при расчете есте­ ственного освещения помещений с верхним светом, когда применяются традиционные фонари, проемы заполняются материалами с высоким

178

светопропусканием, а внутренние поверхности имеют сравнительно низ­ кие коэффициенты отражения. При этом световой поток, обусловленный лучами солнца, проникает в помещение почти без потерь. Он практиче­ ски не влияет на яркость внутренней поверхности светопроема, которая,, исключая направление на солнце, остается примерно равной яркости небосвода. Лучи солнца в значительной степени поглощаются темными внутренними поверхностями. Таким образом, зона повышения освещен­ ности в этом случае локальна и наблюдается лишь в пределах инсолируемого участка, а средняя освещенность всего помещения заметно не увеличивается.

Иное положение, по-видимому, при освещении помещения через зенитные отдельно стоящие фонари в форме куполов, выполненных из полупрозрачных рассеивающих материалов. Такие светопроемы в ясные дни способны «улавливать» прямые лучи с восхода до захода солнца. Купола будут трансформировать направленные лучи в диффузный свет. В помещении не будет блескости, а яркость внутренних поверхностей светопроемов возрастет за счет рассеяния прямых лучей, и это приве­ дет к достаточно равномерному повышению освещенности в пределах всего помещения. Рост освещенности позволит уменьшить площадь светопроемов, а следовательно, и снизить теплопоступления.

Для доказательства справедливости изложенной гипотезы рассмот­ рим некоторые теоретические положения, связанные с учетом инсоляционной составляющей, изложим методику светотехнических расчетов и проанализируем результаты фотометрических измерений.

Освещенность в помещении пропорциональна яркости светящейся поверхности. В данном случае такой поверхностью является купол зе­

Формула справедлива для поверхностей любой формы. Сила света, пропускаемого материалами, идеально рассеивающими лучи, определя­ ется по закону косинуса. Такие поверхности имеют яркость, одинако­

Тот же световой поток может быть выражен через освещенность поверх­

17?

•Отсюда яркость внутренней поверхности полупрозрачного идеально рас­ сеивающего материала равна

(58)

Многие материалы, применяемые для за­ полнения светопроемов, как молочное стекло, прокладки из стеклоткани, двойные матиро-

ванные плафоны из оргстекла и целый ряд других, имеют характер пропускания, близкий к диффузному.

При ясном небе яркость внутренней поверхности светопроема из таких материалов в проходящем свете примерно одинакова по всем на­ правлениям и возрастает лишь в направлении падающего луча. Под этим углом просматривается расплывчатое изображение солнечного диска (рис. 105).

Из любой точки помещения все отдельно стоящие зенитные фона-

180

ри видны под разными углами. Поэтому при большом количестве фо­ нарей средняя яркость светопроемов, освещающих каждую точку по­ мещения, выравнивается. Учитывая это, а также близкий характерсветопропускания идеально рассеивающих и реальных диффузных мате­ риалов при расчете естественного освещения в данном случае можно с достаточной для архитектурного проектирования точностью применять простые формулы, полученные для закона косинуса, пренебрегая уве­

верхности зенитного фонаря за счет инсоляции. Этот коэффициент под­ вержен значительным колебаниям. Минимум, равный единице, имеет место при восходе и заходе солнца. В полуденные часы летом яркость внутренней поверхности фонаря из полупрозрачного материала возра­ стает в пять с лишним раз. Во столько же раз увеличится средняя освещенность в помещении за счет инсоляции.

Важными показателями экономичности системы освещения явля­ ются продолжительность использования дневного света и средняя внутренняя освещенность за этот период. При учете инсоляционной со­ ставляющей требуемая площадь светопроемов, естественно, сокраща­ ется. Однако при этом отмеченные экономические показатели не долж­ ны снижаться по сравнению с вариантом, рассчитанным, исходя из нор­ мативных данных, когда оценка освещения производится для условий облачного неба и требуемая площадь светопроемов возрастает. Расчет­ ные величины коэффициента JA ДОЛЖНЫ определяться, исходя из этих соображений. Вычисленные таким образом для условий Ташкента сред­

точке помещения в любой заданный момент времени можно найти сле­ дующим образом. Сначала рассчитать к. е. о. (в данном случае он бу­ дет условным), затем, пользуясь кривыми наружной рассеянной осве­

более вероятную внутреннюю освещенность, создаваемую в помещении при инсоляции светопроемов. Тот же результат получится, если при оп­ ределении внутренней освещенности с помощью к. е. о. в формулу (37) подставить соответствующее значение наружной суммарной освещен­ ности.

При инсоляции плафонов значительную яркость приобретают стен-

18«

кіі световых шахт. Влияние этого фактора на внутреннюю освещенность с учетом многократных отражений светового потока от поверхностей шахт наиболее просто можно оценить методом коэффициента исполь­ зования, который применяется при расчете искусственного освещения [33]. Сущность метода состоит в следующем. Коэффициенты естест­ венной освещенности определяются от условных, равномерно светящих­ ся поверхностей (светопроемов), находящихся в плоскости потолка и ограниченных контурами отверстий отдельно стоящих зенитных фона­ рей. Распределение световых потоков по поверхностям световых шахт, в плоскости условных светопроемов и в помещении принимается рав­ номерным. Это позволяет применить понятие коэффициента использо­ вания.

Коэффициент использования светового потока определяется отно­ шением потока, падающего на освещаемую расчетную поверхность Fp к полному потоку излучателя. Если в качестве полного потока принять

Расчетная

плоскость

Ч

Рис. 106. Обозначение световых потоков.

182