Светофизика укр.ПособНовое

Рис.4.42. Графік розподілу КПО у площині характерного розрізу механічно- го цеху радіотехнічного виробництва від системи точкових зенітних ліхтарів (до прикладу 11)

5. ВИЗНАЧЕННЯ КПО ІНСТРУМЕНТАЛЬНИМ МЕТОДОМ НА МОДЕЛЯХ ПРИМІЩЕНЬ

Моделювання – це метод наукового дослідження деяких властивостей та сторін об'єкта за допомогою моделі. Модель за своїми якісними й кількісними показниками повинна відпові- дати об'єктові дослідження стосовно тих параметрів, які досліджуються.

Метод моделювання широко застосовують у будівельній світлотехніці. Сутність його полягає у тому, що величини природного освітлення визначають на моделях, виконаних у пев- ному масштабі, під відкритим небосхилом або в лабораторії на обладнанні «штучний небо- схил». Теоретичною основою інструментального методу визначення КПО є два закони світло- техніки: закон проекції тілесного кута й закон світлотехнічної подібності.

Згідно із законом проекції тілесного кута освітленість у будь-якій точці приміщення, яка створюється світлом рівнояскравого небосхилу, прямо пропорційна до яскравості небосхилу та площі проекції тілесного кута на освітлювану поверхню:

де Eм – освітленість в точці, лк;

В– яскравість небосхилу, кд / м2;

σ– площа проекції тілесного кута на освітлювану площину, м2. Графічну інтерпретацію цього закону подано на рис. 5.1.

Рис.5.1. Графічна інтерпретація закону проекції тілесного кута

Логічним наслідком закону проекції тілесного кута є закон світлотехнічної подібності, який констатує: якщо різні світлові прорізи мають один і той самий тілесний кут, то освітле- ність в точці приміщення не залежить від абсолютних розмірів світлового прорізу (див. рис.5.2).

Рис.5.2. Схема до закону світлотехнічної подібності.

Закон світлотехнічної подібності дає змогу, досліджуючи природне освітлення примі- щення, використовувати метод моделювання. Для світлотехнічних досліджень застосовують універсальну модель приміщення та обладнання «штучний небосхил». Цілком достовірні дані можна одержати, якщо модель приміщення виконана в масштабі 1:20 і в ній збережені всі гео- метричні й світлотехнічні параметри реального приміщення.

Щоб визначити КПО на моделі приміщення під штучним небосхилом, необхідно заміря- ти освітленість всередині моделі (у заданій точці) Eв і зовнішню освітленість на горизонталь- ній площині (на даху моделі) Ез . Значення КПО визначається відношенням цих двох величин. Слід зауважити, що для визначення КПО не обов’язково вимірювати освітленість в люксах. Оскільки КПО величина відносна, то достатньо виміряти електрострум фотоелемента.

5.1. Прилади та обладнання

Для визначення КПО на моделі приміщення використовують: обладнання «штучний не- босхил», фотоелементи, електровимірювальний пристрій, люксметри (2 шт.), модель примі- щення.

5.1.1. Обладнання «штучний небосхил»

Обладнання «штучний небосхил» дає змогу достатньо точно відтворити в лабораторних умовах природне освітлення від дифузного неба (хмарність 10 балів). Схема обладнання пока- зана на рис.5.3.

Основна частина обладнання – підвішений до перекриття дерев'яний купол (діаметр 3.6 м). Внутрішня поверхня купола пофарбована емульсією сульфату барію, що має високий кое- фіцієнт відбиття й дифузне розсіювання світла.

Купол освітлюється знизу світильниками (36 шт.), які рівномірно розосереджені в його основі (рис.5.5). Світильники мають шарнірне кріплення, що дає змогу регулювати напрямок світлових потоків на внутрішню поверхню купола. Рівень освітленості під куполом регулюєть- ся кількістю увімкнених електроламп та їх потужністю або реостатом.

Розподіл яскравості на внутрішній поверхні купола повинен відповідати стандарту МКО (Міжнародна Комісія по освітленню). Яскравість купола регулюють співробітники лабораторії.

Щоб розмістити модель приміщення під куполом, використовують спеціальну підставку, на яку встановлюють круглий дерев'яний планшет, що імітує світлове альбедо поверхні землі (в середньому альбедо поверхні землі становить 0,39). Планшет також запобігає потраплянню прямих потоків світла від світильників всередину моделі та дає змогу розміщувати під куполом одразу декілька моделей.

5.1.2. Фотоелементи

Заміряючи освітленість, як приймач світлової енергії, використовують селеновий фото- елемент, спектральна чутливість якого близька до спектральної чутливості ока. Один фотоеле- мент розміщують по черзі всередині моделі у ряді точок (мінімум п’ять), в площині характерно- го розрізу приміщення на рівні умовної робочої поверхні. Другий – встановлюють зверху на моделі. Фотоелементи з’єднані з електровимірювальним приладом гнучким дротом.

Селеновий фотоелемент – пристрій, що складається з металевої пластини, яка покрита з одного боку тонким шаром (0,08 – 0,1 мм) селену й дуже тонким (~ 4 нанометри) прозорим ша- ром золота або платини, по краю якого наносять металеве кільце.

Селен – напівпровідник, дуже чутливий до світла, під дією якого він «виділяє» електро- ни. Межа між селеном і прозорим струмопровідним шаром має особливі електричні властивос- ті. Вона утворює так званий замикальний шар, який володіє односторонньою електропровідніс- тю від напівпровідника (селен) до прозорого шару (золото або платина). Потрапляючи на пове- рхню фотоелемента, кванти світлової енергії поглинаються шаром селену і віддають свою енер- гію його електронам. Ці електрони потрапляють у прозорий електропровідний шар. Зворотному потоку електронів перешкоджає опір на межі шарів селену й платини (золота), який при незас- віченому фотоелементі достатньо великий і знижується зі збільшенням світлового потоку на фотоелемент. Отже, у разі засвічування фотоелемента виникає різниця потенціалів між метале- вою пластиною й металевим кільцем, що має контурне замикання прозорого шару.

З'єднавши ці два елементи фотоелемента між собою через гальванометр, можемо визна- чити струм фотоелектронів. Між світловим потоком і постійним струмом, що виникає від його дії у фотоелементі, існує прямо пропорційна залежність (якщо інтенсивність світлового потоку невелика).

Фотоелемент вмонтовують у металеву або пластмасову оправу, на корпус якої виведено дві клеми для підключення до електровимірювального приладу.

5.1.3. Люксметр

Для вимірювання освітленості використовують люксметри Ю-116, Ю-117, «Кварц-21» (Россия), фотометр типу 1105 фірми «Брюль і К´єр » (Данія) [7]. Широке застосування мають два типи люксметрів: Ю-116 та Ю-117. Ці прилади призначені для вимірювання освітленості в широкому діапазоні (від одиниці до ста тисяч люкс).

Загальний вигляд люксметра Ю-116 показано на рис.5.4.

Люксметр складається з електровимірювального приладу та приймача світла – селеново- го фотоелемента. Електровимірювальний прилад люксметра міститься у прямокутному пласт- масовому корпусі, на якому розміщені: дві шкали, два перемикача на відповідний діапазон ви- мірювання та електрична розетка для підключення фотоелемента.

Селеновий елемент міститься у пластмасовому корпусі круглої форми з ручкою. Робоча поверхня фотоелемента становить 50 см2. На корпус фотоелемента установлюється обов’язкова косинусна насадка, яка корегує виміряні показники під закон косинуса, тим самим зменшує по- хибку під час вимірювання. Вона складає із профільованого контуру та напівсферичної насадки із матової білої пластмаси, що рівномірно розсіює світло. Для розширення діапазонів вимірю- вання освітленості в комплект люксметру входять три світлофільтри (поглиначі світла), які зменшують світловий потік на фотоелемент у 10, 100 і 1000 разів.

Шкала приладу має два основні діапазони вимірювання 0 – 30 і 0 – 100. Ціна поділки, у межах кожного діапазону, дорівнює 1 люксу. Від одного діапазону до іншого переходять за до- помогою перемикачів, які розташовані на корпусі приладу.

5.1.4. Модель приміщення Для дослідження освітленості приміщення (розподіл світлових потоків на поверхні) під

штучним небосхилом використовують моделі приміщення, виконані в масштабі не менше ніж 1:20. Для виконання лабораторної роботи застосовують універсальну модель, яка дає змогу до- сліджувати різні системи природного освітлення (бокове, верхнє, комбіноване). Конструкція моделі дає змогу також змінювати розміри та форму світлових прорізів (рис.5.6, 5.7 і 5.8). Осві- тленість Ев всередині моделі у конкретних точках на робочій поверхні (як правило, у площині характерного розрізу приміщення) вимірюється точковим селеновим фотоелементом. Щоб за- міряти зовнішню горизонтальну освітленість Ез, фотоелемент необхідно розмістити на даху мо- делі.

Рис.5.3. Схема обладнання «штучний небосхил»:1 – купол; 2 – світильники; 3 – планшет; 4 – лебідка; 5 – модель приміщення; 6 – селенові фотоелементи; 7 – електровимірювальний прилад; 8 – перемикач; 9 – рубильник; 10 – електрич- ний кабель; 11 – трос

Рис. 5.4. Загальний вигляд люксметра Ю-116

5.2. Зміст і методика виконання досліджень

Лабораторні дослідження виконують у такій послідовності:

1.Універсальну модель приміщення підготувати до досліджень: вибрати вид природного освітлення (верхнє, бокове, комбіноване); тип вікна для заповнення світлових прорізів. За ре- зультатами обмірів моделі накреслити її план та розріз, вказати точки, в яких необхідно визна- чити КПО.

2.Встановити модель приміщення під куполом штучного небосхилу, підключити фото- елементи до електровимірювального приладу, а світильники, які освітлюють купол, до елект- ромережі.

3.Увімкнути освітлення купола й заміряти освітленість всередині моделі у визначених точках. Заміри виконують, послідовно переміщуючи фотоелемент на площині підлоги моделі. Щоб виміряти зовнішню освітленість горизонтальної площини під куполом, до електровимірю- вального приладу треба приєднати фотоелемент, розміщений на даху моделі.

4.За результатами одночасних замірів внутрішньої і зовнішньої освітленості для кожної точки знайти значення КПО за формулою:

ем = (Ев / Ез)·100 %.

6.На підставі одержаних значень КПО у площині розрізу приміщення накреслити криву розподілу освітленості. Одержані для конкретних точок значення емін (для бокового освітлення)

іеср (для верхнього чи комбінованого освітлення) порівняти з нормативними ен (формули 13 або 22). Нормативні значення приймають за табл.3.1, 3.2 і 3.3 залежно від призначення приміщення

або виду робіт, що в ньому виконуються. Визначаючи ен необхідно також враховувати коефіці- єнт світлового клімату району будівництва (формула 4, табл..3.4).

7.Зробити висновок про якість природного освітлення приміщення за рівнем інтенсив- ності й нерівномірністю освітлення робочої поверхні. У разі невідповідності отриманих резуль- татів та нормативних значень, дати рекомендації із забезпечення нормативних умов природного освітлення цього приміщення.

Рис.5.5. Загальний вигляд лабораторного обладнання «штучний небосхил» ла- бораторії «Будівельна фізика» кафедри архітектурних конструкцій НУ «ЛП»

а)

б)

в)

Рис.5.6. Універсальна модель для визначення коефіцієнта природної освітлено- сті приміщень: а – комбіноване освітлення (верхнє та бокове, вікна в двох рів- нях); б – комбіноване освітлення (верхнє та бокове, вікно з простінком); в – бо- кове освітлення

Рис.5.7. Дослідження світлового середовища сучасного храму на моделі з ви- користанням «штучний небосхил»

Рис.5.8. Дослідження світлового середовища традиційної дерев’яної церкви на моделі з використанням «штучний небосхил»

БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК

1.ДБН В.2.5-28-2006. Природне і штучне освітлення. Інженерне обладнання будинків і споруд. – К.: Мінбуд України, 2006. – 76 с.

2.Пособие по расчету и проектированию естественного, искусственного и совмещенно- го освещения (к СНиП II-4-79) / НИИСФ. - М.: Стройиздат, 1985. -384с.

3.Дятков С.В. Архитектура промышленных зданий: Учебн. пособие для строит. вузов.

–2-е изд., перераб. – М.: Высшая школа, 1984. – 415с.

4.Гусев Н.М. Основы строительной физики. Учебник для вузов. – М.: Стройиздат,

1975. - 440с.

5.Гусев Н.М. Естественное освещение зданий. – М.: Стройиздат, 1961. - 225с.

6.Рекомендации по проектированию и устройству зенитных фонарей с куполами из ор- ганического стекла / ЦНИИЭП учебных зданий. – М.: Стройиздат, 1978. - 27с.

7.ДСТУ Б В.2.2-6-97 (ГОСТ 24940-96). Будинки і споруди. Методи вимірювання освіт- леності. – К.:Укрархбудінформ, 1998 – 22 с.

ПРЕДМЕТНИЙ ПОКАЖЧИК

Бокове природне освітлення, 16

Геометричний коефіцієнт природної освітленості (ГКПО), 7

Загальний коефіцієнт світлопропускання, 31 Закон проекції тілесного кута, 101 Закон світлотехнічної подібності, 101 Зенітні ліхтарі, 14, 15

Індекс світлового прорізу, 94

Коефіцієнт запасу, 30 Коефіцієнт затінення протилежною забудовою, 30

Коефіцієнт природної освітленості (КПО), 7 Коефіцієнт світлового клімату, 20

Коефіцієнт, враховуючий відбите світло, відбите від внутрішніх поверхонь примі- щення, 32 Коефіцієнт, враховуючий відносну яскравість фасаду будинку навпроти, 49

Коефіцієнт, враховуючий нерівномірну яскравість хмарного неба, 49 Коефіцієнт, що враховує тип ліхтаря, 32 Косинусна насадка, 103

Люксметр, 103 Ліхтарі-надбудови, 10 Ліхтарі шахтного типу, 14

Моделювання, 101 Модель приміщення, 103

Нерівномірність природного освітлення приміщень, 8 Нормативне значення КПО, 20

Об’єкт розрізнення, 8 Обладнання "штучний небосхил", 102 Освітленість, 6

Оціночний показник для бокового освітлення, 56 Оціночний показник для верхнього і комбінованого освітлення, 75

Панельні зенітні ліхтарі, 89 Попередній розрахунок площі світлових прорізів, 22 Природне освітлення будинків, 6 Природне світлове середовище, 8 Прямокутні світло-аераційні ліхтарі, 10

Робоча поверхня, 8 Розрахункові точки, 47

Світлова компонента ряду зенітних ліхтарів, 93 Світлова характеристика вікон, 30 Світлова характеристика ліхтаря, 32 Селеновий фотоелемент, 103 Середнє значення розрахункового КПО, 75

Середньозважений коефіцієнт відбиття світла, 35 Система бокового природного освітлення, 7 Система верхнього природного освітлення, 7 Система комбінованого природного освітлення,7 Система природного освітлення, 7 Суміщене освітлення приміщень, 19 Суміщене освітлення, 7

Точкові зенітні ліхтарі, 93

Трапецієподібні ліхтарі, 13

Умовна робоча поверхня, 8

Фотоелемент, 102

Характерний переріз (розріз) приміщення, 8

Шедові ліхтарі з вертикальним заскленням, 13 Шедові ліхтарі з нахиленим заскленням, 14

ЄГОРЧЕНКОВ Володимир Олексійович ЯЦІВ Мирослав Богданович ЮГОВ Анатолій Михайлович

КІНАШ Роман Іванович

РОЗРАХУНКОВІ ТА ІНСТРУМЕНТАЛЬНІ МЕТОДИ ОЦІНКИ ПРИРОДНОГО СВІТЛОВОГО СЕРЕДОВИЩА ПРИМІЩЕНЬ