§4.3. Фотометры. Фотометрические измерения.

При проведении фотометрических измерений используют фотометры, приборы для измерения какой-либо одной или нескольких фотометрических величин, чаще всего силы света или освещенности. В строительной физике наибольший интерес представляет измере — ние освещенности. Фотометры делятся на две группы — визуальные и физические, в последних излучение преобразуется в электрический сигнал (ток,напряжение), по значению которого судят об измеряемой фотометрической величине.

В качестве детектора излучения могут выступать: болометр, термопара, фотоэлемент (фотоумножитель)/ фотосопротивление (полупроводник). После калибровки такого датчика на ту или иную фотометрическую величину.прибор становится прямопоказывающим.

Болометр — тонкая зачерненная металлическая полоска или полоса из тонкой проволоки. При падении света на такой прибор,свет поглощается,что ведет к нагреву болометра и повышению его сопротивления.Болометр одинаково работает в разных участках спектра. Болометр применяют для регистрации величин световых потоков Ф .

Теромопары (термостолбик). Излучение, поглощаемое одним из спаев, приводит к появлению термоэдс, пропорциональное падающей энергии. Термопара применяется для регистрации величш светового потока.

Фотосопротивление представляет собой полупроводник проводимость которого меняется при облучении светом Фотосопротивление является селективным приемником излучения Фотосопротивление используют в устройстве люксметров (фотометров).

Фотоэлементы (фотоумножители). В них под действием падающего излучения появляется фототок. Фотоэлементы (фото­умножители) являются также селективными приемниками излучения.

Световая энергия может быть измерена и по ее фотохимическому воздействию (почернение фотопластинок и т.д..).

§4.4. Дневное освещение. Критерии оценки.

В таблице 4.1 в зависимости от назначения помещения или характера и сложности зрительных задач рекомендуются определенные значения освещенности. Теоретическая оценка вероятностных значений ожидаемой освещенности в заданных точках помещения за счет дневного света производится до начала строительства и состоит,главным образом, в определении необходимых геометрических размеров оконных проемов,их числа и расположения. При теоретической оценке освещенности важно учитывать ориентацию помещения по сторонам света при привязке его на местности, характер окружающей застройки, состояние и особенности местности (водная поверхность, с нежный покров или его отсутствие и т.д.)

Для оценки освещенности при дневном свете следует помнить,что

0. 8 света в ясный день проходит прямо от Солнца и 0.2 приходится на свет, рассеянный атмосферой (диффузный свет). В случае облачного неба это соотношение может заметно изменяться. При облачности 8+10 баллов распределение яркости по небу стандартизировано Международной комиссией по освещению (МКО) и задается формулой

L = L • 0.333 (1 + 2 Sin О) (4.17)

где 1__г — яркость неба в зените;

0. — угол подъема луча зрения над горизонтом.

Зимой в регионах с устойчивым снеговым покровом (более 6 — ти месяцев в году) зависимость (4.17) заменяется другой:

L = L (0.6 + 0,4 Sin 0) (4.18)Освещенность горизонтальной поверхности на свободном пространстве при облачном небе испытывает существенные сезонные и суточные изменения. Максимальная освещенность,создаваемая Солнцем,в июне при ясном небе на широте 60° может превосходить 20 ООО лк, а в декабре не более 3 ООО лк (Phc.IV.6). Освещенность прямым солнечным светом в июне может достигать 100 ООО лк.

Значения освещенности, создаваемой облачным небом на открытой горизонтальной пло­щадке в конкретной местности, составляет результат работы специальной службы светового климата. Получение характе­ристик светового климата актуально для крупных индуст­риальных центров с интенсивным загрязнением атмосферы про­мышленными выбросами (пылью и газами). Данные службы считаются достоверными, если они накоп—лены и усреднены в период не менее чем за 10 лет.

Pmc.IV.6 Сезонные и суточные изменения средней освещенности свободной горизонтальной площадки для широты

Ф =60 ° .

Сезонные и суточные значения освещен — ности Е .число солнечных дней и их вероятные распределения в году по результатам измерений и наблюдений в данной местности представляются в виде таблиц, схем, графических зависимостей. Изменчивость главного источника света — Солнца затрудняет объективную оценку вероятного значения освещенности в помещениях проектируемого здания и требует выбора специфического критерия при такого рода расчетах.

Освещенность,создаваемая в здании,линейно зависит от внешней освещенности. Если внешняя освещенность возрастет в п — раз, то во столько же возрастет и освещенность в заданных точках помещения (следствие закона фотометрического сложения).

Ожидаемую освещенность в заданной точке помещения принято оценивать нормированным коэффициентом — коэффициентом естественного освещения (к.е.о.). К.е.о. определяется через отношение освещенности помещения в точке Р, к освещенности, которая могла бы возникнуть в ней в случае горизонтальной поверхности на свободном пространстве,т.е. освещенности,создаваемой небом — Е _н.

к.е.о. = е = 100% Е / Е (4.19)

Р ^н

Величины к.е.о. нормированы в соответствии со значениями освещенности Е_р,требуемыми для определенных зрительных задач.

В отдельных точках помещения величина к.е.о. остается постоянной и поэтому может быть просчитана независимо еще на стадии проектирования строительства.

Теоретическую оценку к.е.о помещения относят к условной рабочей (базовой) поверхности, расположенной на высоте 0,8 м от пола. При одностороннем боковом освещении на условной поверхности выделяют два взаимно перпендикулярные направления, одно параллельное, а другое перпендикулярное к плоскости расположения световых проемов. Расчеты ожидаемой освещенности за счет естественного света ведут для отдельных точек выделенных направлений.

Коэффициент естественного освещения для помещений с верхним или верхним и боковым освещением складывается из :

• доли e_t .вносимой светом открытого неба,видимого через светопроемы;

• доли е_о , создаваемой за счет отражения от окружающей застройки;

• доли е_в , вносимой при отражении от внутренних поверхностей самого помещения.

Формулу для вычисления к.е.о. можно записать в виде:

е = (е_и+е₀+е_в)тк,к₂ (4.20)

Коэффициенты т, к, и к ₂~ суть эмпирические, их значения приводятся в справочниках. Величинами е_н, е_сие в известной мере можно управлять /увеличивать,уменьшать/. Доли е_и, е_о и е_п имеют определенный физический смысл, при допущении, что небесная сфера выступает светильником яркости L .

При проведении практических расчетов необходимо учитывать, что территория страны условно разбита на IV пояса светового климата,причем пояс III выделен в качестве опорного. Нормированное значение к.е.о. для поясов светового климата 1,11,IV определяют по формуле:

e^,(,l,IV) = e^w fit*с (4.21)

где m —коэффициент светового климата; с — коэффициент солнечности климата. Коэффициенты ш и с также — суть эмпирические, приводятся в таблицах СНиП.

Физический смысл е_н. Рассмотрим небесную полусферу радиуса г (рис.1У.7а). Пусть яркость полусферы равна L-Найдем освещенность в точке Р, создаваемую светящейся площадкой dF. В соответствии

с (4.10)освещенность, создаваемая светящейся площадкой dF небес­ной полусферы в точке Р будет равна:

dE = Cos0 • (l dF/ г²) = L do/г² (4.22)

da — проекция площадки небесной полусферы на плоскость.

Таким образом, элементарная освещенность,создаваемая участком неба dF в точке Р равна

dE_p = Ldo/r² (4.23)

Эту формулу называют также законом проекции телесного угла.

Если точка Р находится на открытом месте и освещается всей полусферой,то ^u

E„ = LF₀/r^J (4.24)

Рио. IV. 7. К пояснению физического смысла к. э. о. и его геометрическая интерпретация

Формула(4.24) позволяет дать простую геометрическую интерпретацию доли, вносимой светом неба. На рис.1У.7б показан видимый участок небесной полусферы из точки Р и его проекция на плоскость горизонта. Тогда

^e„=^- = |^L (4.25)

ar^!F„ F₀

Таким образом, величина е_н численно равна доле, которую составляет участок неба, видимый через световой проем, к площади проекции всей небесной полусферы.

На основе указанной идеи разработаны графические приемы расчета доли е_н. Конкретные методики расчета индивидуальны в различных странах, в СССР использовалась методика, предложенная Данилюком А.М. [ 4 ].

Неравномерность яркости неба при расчетах учитывается дополнительным коэффициентом, значение которого приводится в таблицах! 4 ].Закон проекции телесного угла позволяет рассчитывать световую активность оконных проемов в зависимости от их расположения, формы. В частности, на основе закона проекции телесного угла можно ввести закон светотехнического подобия, который в свою очередь позволяет при светотехнических измерениях использовать идеи моделирования.

Закон светотехнического подобия и моделирования в светотехнических иссле — дованиях поясняет рис.1У.8. Различные по площади светопроемы F, и F₂ в точке Р создают одинаковую освещенность. Таким образом, освещенность,, создаваемая в какой-либо точке, зависит не от абсо­лютных, а лишь относительных размеров Pmc.IV.8 К закону свето- световых проемов. Закон светотехничес — технического подобия, кого подобия позволяет разрешать задачи

по освещенности помещений на моделях. Из практики установлено, что модель должна составлять не менее 1/20 от натуральной величины. "При меньшем масштабе погрешности измерений на модели приводят к несоответствию данных, полученных из натурных измерений.

Физический смысл е_о. Доля е_о учитывает влияние на освещен — ность в помещении окружающей застройки. Для расчетной точки Р доля е_о зависит от площади неба, перекрываемого строениями, а также от значений коэффициентов отражения поверхностей. Составляющая наружного отражения вначале рассчитывается аналогично величине е_н, а затем умножается на 0,15. Считают,что яркость застройки составляет 15% от яркости закрытой ею части неба. Коэффициент отражения в скрытном виде введен в множитель 0,15 (р > 0,5), если р < 0,5, то вместо 0,15 используют множитель 0,1. Изменяя окраску зданий окружающей застройки, величиной е_о можно управлять в определенных пределах.

е_в — составляющая внутреннего отражения от ограждающих конструкций в помещении (стен,пола,потолкаит.д). Строгий расчет доли е сложен, грубая оценка производится по формуле

“'окна 'помещ.

е_н =•

с

^11

Факторы ослабления света в формуле (4.20).

1 — коэффициент светопропускания остекления, зависит от сорта стекла, характера остекления (одинарное, двойное, тройное). Значения коэффициентов т приводятся в таблицах* СНиП; к, — понижающий коэффициент из — за конструкций (рам, импостов) определяется по формуле:

я - s