Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Безопасность жизнедеятельности. Часть 4. Производственное освещение. Курс лекций.pdf
Формула, учитывающая все эти составляющие при расчёте КЕО в
(
)
3
θ
+
(
)
()(
)
помещениях с боковыми светопроёмами, предложена действующими российскими нормами СНиП «Естественное и искусственное освещение».
KrKbqe τε+ε=
.
δδ
зооздфзд
Здесь, εδq = ен, где εδ – геометрический КЕО, учитывающий свет
неба; q – коэффициент, учитывающий неравномерную яркость неба
согласно основному допущению:
L
равнн.
θ
q
=
EEL
z
,
МКОн.
где Lθ – яркость неба под углом θ к горизонту; Lz – яркость неба в зените;
Е
– освещённость под открытым небом с равномерной яркостью Lz,
н. равн
Е
н. равн
= Lz π; Е
– освещённость под открытым небом с распределени-
н. МКО
ем яркости, нормируемым Международной комиссией по освещению
МКО, Е
мко = 7/9·Lz π.
н.
=
LL
θ z
sin21
(по закону Муна и Спенсера);
sin21
=
q
L
3
9
πθ+
z
;
7
π
LLL
zzz
73sin21 ⋅θ+=q
;
eKb =ε
,
здздфзд
где εзд – геометрический КЕО, учитывающий свет, отражённый от противостоящих зданий; bф – коэффициент, учитывающий яркость фасада про-
тивостоящего здания.
Физическая сущность этого коэффициента аналогична коэффициенту q :
E
L
bz=
ф
равнн.
зд
E
L
.
МКОн.
Он зависит от геометрических параметров противостоящей застройки и её расстояния до расчётной точки в помещении, а также от окраски
фасадов противостоящей застройки и процента их площади, занимаемой
окнами. Значение средневзвешенного коэффициента отражения фасада
противостоящего здания с учётом окон определяется по формуле
SSSS +ρ+ρ=ρ
.
окмококммф
61
Здесь ρм и ρок – коэффициент отражения материала отделки фасада и
ε
коэффициент отражения остеклённых проёмов фасада противостоящего
здания с учётом переплётов принимается равным 0,2; Sм и Sок – площадь
фасада без окон и площадь окон соответственно.
Kзд – коэффициент, учитывающий перераспределение отражённого
света в помещении при наличии противостоящих зданий. Это связано с
тем, что свет, отражённый от противостоящих зданий, может попадать не
только на пол и нижнюю часть стен, но и на верхнюю часть стен и даже
на потолок. Коэффициент Kзд также зависит от геометрических параметров противостоящих зданий и расчётного помещения, средневзвешенного
коэффициента отражения противостоящих зданий и их расстояния до расчётной точки. Расчётные схемы к определению bф и K
. приведены
зд. о
на рис. 26. Если расчётная точка полностью затенена противостоящим
зданием, то K
= Kзд. Если затенение противостоящим зданием только
зд..о
частичное, то
( )
озд.зд
зд
11
−+=δKK
,
ε+ε
зд
где r0 – коэффициент, учитывающий составляющие е0 + еп, т.е. внутреннее
отражение, и через него – отражение от подстилающей поверхности
(Земли или других поверхностей ниже светопроёма; То – общий коэффициент светопропускания проёма.
Величина То зависит от следующих факторов:
1. Вид и количество слоёв остекления (τ1).
2. Вид переплёта (τ2).
Рис. 26. Схема к закону проекции телесного угла
62
3. Наличие и вид несущих конструкций покрытия (только для сис-
()(
)
тем верхнего освещения) (τ3).
4. Наличие и глубина лоджий, балконов, наличие и вид солнцеза-
щитных устройств (τ4)
ττττ=τ
.
43210
Kз – коэффициент запаса, учитывающий загрязнение остекления, зависит от состояния внутренней и внешней воздушной среды в здании и от
нормативного количества чисток остекления в год.
Величины εg и εзд называются геометрическими КЕО. Они характеризуют величину телесного угла, под которым виден участок неба, или
противостоящего здания из расчётной точки (см. рис. 26).
Расчёт геометрического КЕО основан на двух законах строительной
светотехники.
3.3. ЗАКОН ПРОЕКЦИИ ТЕЛЕСНОГО УГЛА
Освещённость Ем в какой-либо точке поверхности помещения (М),
создаваемая равнояркой поверхностью небосвода, прямо пропорциональна яркости неба и площади проекции телесного угла, в котором из данной
точки виден участок неба (см. рис. 26).
σ= LE
м
.
Сле дс тви е 1. Понятие о геометрическом КЕО.
Освещённость под открытым небом по закону проекции телесного
угла равна
Eн = L π R2.
Здесь π R2 – проекция полусферы на горизонтальную плоскость.
При R = 1 Ен = L π.
Согласно определению КЕО,
%100%100
⋅πσ=⋅=ε EE
нм
.
Это отношение поясняет геометрическую сущность КЕО и называется геометрическим коэффициентом естественной освещённости.
Сле дс тви е 2. Понятие о светоактивности проёма.
На рисунке 27 показано помещение с двумя одинаковыми по площади светопроёмами, расположенными на одном расстоянии от расчётной
точки М, но на различной высоте и в различно расположенных ограждающих конструкциях по отношению к расчётной поверхности. Как видно из рис. 27, σ
> σ1, следовательно, освещённость, создаваемая свето-
2
проёмом в потолке помещения на горизонтальной поверхности, гораздо
больше, чем освещённость от окна в стене.
63
а) б)
Рис. 27. Схемы к понятию об относительной световой активности
светопроёмов с помощью закона проекции телесного угла при расположении
точки на горизонтальной (а) и в вертикальной (б) плоскости
Следовательно, для горизонтальной поверхности, чем выше расположен светопроём над расчётной точкой и чем ближе его ориентация к
зениту, тем выше его светоактивность.
3.4. ЗАКОН СВЕТОТЕХНИЧЕСКОГО ПОДОБИЯ
Освещённость в какой-либо точке помещения зависит не от абсолютных, а от относительных размеров помещения.
Сущность этого закона показана на рис. 27. Проекция телесного угла
в обоих подобных друг другу, но разных по размеру помещениях, одинакова. Следовательно, согласно закону проекции телесного угла освещённость в обоих помещениях одинакова.
64
Рис. 28. Схема к закону светотехнического подобия
Сле дс тви е 1. Результаты измерений освещённости в моделях по-
мещений в основном соответствуют результатам измерений освещённости в реальном помещении.
Использование этого закона позволяет моделировать небосвод и измерять под искусственным небом освещённость в моделях помещений и
зданий.
Расчёт геометрического КЕО может производиться по графикам
А.М. Данилюка, разработанным в СССР ещё в 30-х годах XX в. Этот метод расчёта является «инженерным», т.е. пригодным для практических
расчётов, так как он позволяет использовать в расчётах основные строительные чертежи: разрезы и планы зданий.
На рисунке 29 изображена полусфера небосвода, разделённая на
10 000 элементарных участков с помощью 100 параллелей и 100 меридианов. Проекции участков на горизонтальную плоскость равны между собой,
т.е. каждый участок посылает в центр полусферы 1/10 000 часть освещённости от всего небосвода. Границы участков соединены с центром полусферы радиусами. Если поместить под такую полусферу модель помещения, то по количеству лучей, образованных этими радиусами, проходящих
через окно в расчётную точку, можно определить величину геометрического КЕО.
Однако в архитектурно-строительном проектировании основными
документами являются планы и разрезы. Поэтому А.М. Данилюк спроектировал систему радиусов на вертикальную и горизонтальную плоскость,
получив, таким образом, графики I и II (рис. 30 и 31).
Накладывая на график I характерный разрез помещения так, чтобы
полюс совместился с расчётной точкой, подсчитываем количество лучей,
проходящих через окно в расчётную точку.
Рис. 29. Схема к расчёту геометрического КЕО по методу А.М. Данилюка
65
Рис. 30. График I для подсчёта количества лучей n1, проходящих
через световой проём на характерном поперечном разрезе помещения
в расчётную точку от неба и от противостоящего здания
Рис. 31. График II для подсчёта количества лучей n2, проходящих
через световой проём на плане (при боковом освещении) или
на продольном разрезе (при верхнем освещении)
На график II накладываем план помещения так, чтобы расчётная точка
находилась на линии характерного разреза помещения на расстоянии от
центральной оси плоскости проёма, равном расстоянию МС на разрезе помещения, т.е. на расстоянии точки М до центра окна по высоте (рис. 32).
66
а)
б)
Рис. 32. Примеры подсчета количества лучей n1, n2, n'1 и n'2
по графикам А.М. Данилюка:
а – при боковом освещении; б – при верхнем освещении
67
Для удобства на график I нанесены полуокружности с номерами. За-
2
α−α
мечаем номер полуокружности, проходящей на графике I через центр светопроёма. На график II накладываем план помещения так, чтобы центральная продольная ось окна на плане совместилась с горизонталью на
графике II, номер которой соответствует номеру полуокружности на графике I. Подсчитываем количество лучей, проходящих через окно (или
через окна) в расчётную точку.
Величина геометрического КЕО определяется по формуле
nn
δ
21
00010
=⋅=ε
%01,0%100
nn
.
21
Масштаб чертежей не имеет значения, однако следует учитывать, что
при пользовании полуокружностями и параллельными линиями на графиках I и II следует брать чертежи разреза и плана в одном масштабе либо
производить соответствующую корректировку расстояния МС.
Величины n1 и n2 могут быть рассчитаны аналитически по следующим формулам, заменяющим графики А.М. Данилюка:
coscos
21
100
=n
1
1
=n
2
π
β−β
180
12
°
⋅
;
100cossincossin
⋅
ββ−ββ+π
1122
.
Расчётная схема с обозначениями углов представлена на рис. 32.
Для расчёта КЕО в случае систем верхнего естественного освещения
можно пользоваться формулой, предлагаемой СНиП 23-05–95.
В этой формуле εв·q = ен – составляющая КЕО от прямого света
неба.
Величина ε
– 1) = е0 + еп, т.е. внутренняя отражённая состав-
ср (r2k2
ляющая в сумме с составляющей, характеризующей свет, отражённый от
прилегающих участков кровли или попадающий от неба на внутренние
поверхности фонаря, и оттуда – на рабочую поверхность.
εв определяется по графикам I и II А.М. Данилюка или по формулам
для определения n1, n2
где ε
– значения геометрических КЕО в 1…n расчётных точках по
в. i
n
1
ε=ε
,
i
в.ср
∑
n
=
i
1
характерному разрезу помещения; r2 – коэффициент, учитывающий внутренний отражённый свет; Kф – коэффициент, учитывающий тип фонаря.
68
Рис. 33. Схема углов к расчёту геометрических КЕО
Изложенные инженерные методы расчёта являются приближёнными.
Это связано как с неточностью графических методов, зависящих от точности построения чертежей, так и с упрощениями в интегрировании, принятыми при решении задач сферической геометрии, в результате чего получены графики А.М. Данилюка и их аналитическое выражение.
69
В других странах распространены различные методы расчёта естественной освещённости. Так, например, в США применяется прямой метод
расчёта освещённости от естественного света, подобный методу расчёта
освещённостей при искусственном освещении, так называемый Люменметод. Этот инженерный метод расчёта достаточно прост, чтобы расчёты
производить вручную, без применения ЭВМ. Он основан на использовании таблиц, в которых приводятся коэффициенты использования светового потока от светопроёмов для пяти точек по характерному разрезу помещения. Метод предназначен для расчёта освещённости при верхних и боковых светопроёмах с простыми геометрическими формами и с простыми
солнцезащитными и светонаправляющими устройствами типа световых
полок. С помощью Люмен-метода нельзя рассчитать КЕО при боковом
освещении, если светопроёмы затеняются противостоящими зданиями.
В Европе более распространён метод КЕО, вариантом которого является метод, изложенный выше, применяемый в России. Отличия здесь
могут заключаться в различных способах расчёта составляющих КЕО от
прямого света неба, от внутреннего отражённого света и от света, отражённого от противостоящих зданий.
Так, например, во многих европейских странах распространён метод
расчёта составляющих КЕО с помощью диаграммы, называемой «Диаграмма света неба», известной также под названием «Диаграмма Уэлдрэма».
3.5. НОРМИРОВАНИЕ ЕСТЕСТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ
Важнейшие показатели световой среды в помещении это:
– уровень освещённости;
– качество освещения.
Необходимый уровень освещённости определяется характером зрительной работы. Зрительная работа характеризуется объектом различения,
его размером и контрастом между объектом и фоном, а также скоростью
смены объектов различения.
Под термином «объект различения» понимается отдельная часть рассматриваемого предмета (например, нить ткани, линия, царапина, пятно
и т.д.), которую требуется различить при работе; под размером объекта
различения подразумевается его минимальный размер (например, толщина нити, ширина царапины, шаг спирали лампочки накаливания и т.д.).
Чем меньше объект, тем больше требуются уровни освещённости. Контраст между объектом и фоном является также важной характеристикой
зрительной работы. При малом контрасте различение затруднено и требу-
70