СпецкурсПГС

50

Табл. 8 (4)

51

2. В производствах, характеризующихся избытками явного тепла свыше 50 Вт/м3, следует применять аэрационные шахты или аэрационные фонари.

Номинальную высоту остекления принимают для прямоугольных фонарей шириной 6 м - 1500, 1750 и 2 1250 мм (двухъярусное остекление), а для фонарей шириной 12 м - 1750, 2 1250 и 2 1500 мм.

Всветотехническом отношении ширина фонарей-надстроек находится в пределах 0,4...0,6 от величины пролета цеха. Для трапециевидных фонарей их ширина определяется на уровне середины высоты трапеции. Отношение высоты прямоугольных фонарей к их ширине находится в пределах 0,3...0,45.

Увеличение ширины прямоугольных фонарей (например, с 6 до 12 м) увеличивает величину среднего значения КЕО на 10...15%, а также неравномерность освещения. Увеличение ширины трапециевидных фонарей не дает существенного эффекта.

Увеличение высоты расположения фонарей над уровнем рабочей плоскости значительно снижает среднее значение КЕО при редко расположенных фонарях (один или два ряда фонарей на помещение или пролет). При часто расположенных фонарях высота их расположения практически не оказывает значительного влияния на среднее значение освещенности.

Вцехах промышленных предприятий с сухим или нормальным влажностным режимом и незначительными (до 23 Вт/м3) избытками технологического тепла следует, как правило, применять зенитные фонари, форма, материал светопрозрачного ограждения и расположение которых зависят от характера выполняемых зрительных задач, архитектурных требований к интерьеру, противопожарных требований, климатических характеристик района строительства и экономических требований.

Зенитные фонари со светопропускающим заполнением из полимерных металлов (органического стекла, полиэфирных стеклопластиков и др.) допускается применять в зданиях не ниже II-ой степени огнестойкости с производствами, относимыми по пожарной опасности к категориям Г и Д при условии применения в покрытии несгораемых или трудносгораемых утеплителей и устройстве по всей кровле защитного слоя из мелкого гравия толщиной 10...15 мм.

При размещении в покрытиях зданий зенитных фонарей со светопропускающим заполнением из полимерных материалов следует соблюдать следующие правила пожарной безопасности:

а) общая площадь проемов фонарей должна быть не менее 15% площади покрытия зда-

ния, при этом площадь светопропускающего заполнения одного фонаря не должна превышать

10 м2;

б) расстояние (в свету) между фонарями следует принимать не менее 3 м при площади светового проема фонаря до 5 м2 и не менее 4,5 м - при площади более 5 м2; при этом, применяя фонари с площадью светового проема от 5 до 10 м2, можно допускать уменьшение расстояния между фонарями в поперечном направлении до 3 м, если расстояние межу фонарями в продольном направлении составляет 6 м и более. Такое уменьшение расстояний между фонарями допускается при устройстве в поперечном направлении разрывов шириной (в свету) не менее 6 м через каждые четыре фонаря;

в) фонари разрешается совмещать в группы с общей площадью, не превышающей 10 м2, принимая их за один фонарь и размещая согласно вышеуказанному пункту;

г) между фонарями через каждые 54 м следует устраивать противопожарные разрывы шириной не менее 6 м;

д) расстояние фонарей от противопожарных стен должно составлять не менее 5 м; е) для обеспечения удаления дыма из помещения в случае пожара следует часть фонарей

с общей площадью световых проемов не менее 0,2% площади помещения оборудовать устройством ручного и автоматического открывания и размещать равномерно по площади покрытия.

При устройстве естественного освещения с помощью зенитных фонарей в помещениях производственных зданий с незначительными избытками явного тепла следует применять двухслойное остекление.

52

Боковое естественное освещение

Боковое естественное освещение следует применять в многоэтажных производственных, общественных и жилых зданиях, одноэтажных жилых зданиях, а также в одноэтажных общественных и производственных зданиях, в которых отношение глубины помещений к высоте от уровня условной рабочей поверхности до верха окна не превышает 8.

Типы боковых светопроемов и их площади выбираются такими, чтобы обеспечить величину нормативного значения КЕО в наиболее удаленной от проемов точке характерного разреза помещения. При этом необходимо учитывать наиболее благоприятные для данного функционального или технологического процесса направление светового потока и контрастность освещения, которые определяются путем проведения психофизических исследований или опроса работающих на существующем подобном производстве.

Количественные и качественные характеристики освещения в помещениях зависят от формы и расположения окон в ограждающих конструкциях. Так, например, высоко расположенные окна способствуют повышению освещенности в наиболее удаленных от окон точках помещения и более равномерному распределению по площади помещения светового потока.

При боковом освещении необходимо учитывать затеняющее действие технологического оборудования путем ввода в светотехнические расчеты поправок в виде коэффициентов, зависящих от расположения по отношению к окнам оборудования и от светлоты покраски его поверхностей.

Выбор того или иного вида системы бокового естественного освещения необходимо осуществлять с учетом архитектурно-художественных требований к фасаду и интерьеру здания на основе применения, как правило, типовых конструкций окон, разработанных на основе единой для всех видов строительства номенклатуры окон из дерева, стали и алюминиевых сплавов.

Количество слоев остекления в окнах и фонарях зданий принимается в соответствии с требованиями СНиП II-3-79** "Строительная теплотехника".

При размещении окон в производственных зданиях целесообразнее их располагать в один ярус в помещениях высотой 7,2 м и менее, а в помещениях с высотой свыше 7,2 м - в два яруса, соответственно в нижней и верхней зонах стены.

При боковом освещении помещений производственных и общественных зданий с повышенными требованиями к постоянству естественного освещения и защите от инсоляции (например, сборочные цехи часовых заводов и прецизионной аппаратуры, помещения сортировки материалов по оттенкам цвета, картинные галереи и т.п.) остекление световых проемов следует ориентировать на северную четверть горизонта (ССЗ - ССВ).

Если это положение по каким-либо причинам осуществить невозможно, то для доведения параметров свето-инсоляционной среды до требуемого уровня необходимо применить солнцезащитные устройства.

Выбор устройств защиты от слепящего действия прямого солнечного света в промышленных зданиях следует производить согласно "Руководства по проектированию и применению солнцезащитных средств в промышленных зданиях" (Москва, 1980).

Солнцезащитные устройства в общественных и жилых зданиях следует предусматривать в соответствии со СНиП по проектированию этих зданий.

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

53

Лекция № 7

Методы расчета естественного освещения зданий

Форма и размеры светопроемов, характер их расположения в ограждающих конструкциях, а также соответствие норм естественного освещения определяется расчетом.

Расчет естественного освещения осуществляется в три этапа.

1.Предварительный расчет площади светопрозрачных ограждений.

2.Проверочный расчет КЕО и сравнение его величины с нормативным значением для данного вида зрительных работ.

3.Корректировка размеров светопроемов и мест их расположения и повторный проверочный расчет (по мере необходимости).

Предварительные (приближенные) методы расчета площади светопроемов

Предварительный расчет площади светопроемов можно производить двумя путями. Первый путь осуществляется с использованием формул (5) и (6) СНиП II-4-79. Второй - на основе графиков НИИСФ предварительного определения площади светопроемов [20]. Сначала рассмотрим ПЕРВЫЙ ПУТЬ.

Суммарная площадь боковых светопроемов помещений Sо (в свету) определяется по формуле:

Суммарная площадь светопрозрачных ограждений (в свету) при верхнем освещении Sф определяется по формуле:

В формулах (4) и (5) приняты следующие условные обоозначения: Sп - площадь пола рассматриваемого помещения, м2;

eнб - нормированное значение КЕО при боковом освещении, %; eнв - то же, при верхнем освещении, %;

Kзб - коэффициент запаса, учитывающий снижение КЕО за счет загрязнения и старения материалов светопрозрачных ограждений, а также снижение отражающих свойств внутренних поверхностей помещения при боковом освещении;

Kзв - то же, при верхнем освещении;

o - световая характеристика окон, показывающая необходимую площадь окна относительно площади пола, которая обеспечивает значение КЕО, равное 1 %;

Кзд - коэффициент, учитывающий затенение окон противостоящими зданиями; при отсутствии противостоящих зданий Кзд = 1;

о - общий коэффициент светопропускания системы бокового освещения, определяемый по формуле:

где 1 - коэффициент светопропускания материала;2 - коэффициент учитывающий потери света в переплетах светопроема;

3 - коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащитных устройствах; при отсутствии солнцезащитных устройств 3 = 1;

ф - общий коэффициент светопропускания системы верхнего освещения, определяемый по формуле:

1, 2, 3 - то же, что и в формуле (6), только для верхнего освещения;4 - коэффициент, учитывающий потери света в несущих конструкциях;

54

5 - коэффициент, учитывающий потери света в защитной сетке, устанавливаемой под фонарями, принимаемый равным 0,9;

r1 - коэффициент, учитывающий повышение КЕО при боковом освещении благодаря свету, отраженному от поверхностей помещения и подстилающего слоя, прилегающего к зданию;

ф - световая характеристика фонаря, показывающая необходимую площадь фонаря относительно площади пола, которая обеспечивает среднее значение КЕО, равное 1%;

r2 - коэффициент, учитывающий повышение КЕО при верхнем освещении, благодаря свету, отраженному от внутренних поверхностей помещений;

Кф - коэффициент, учитывающий тип фонаря

ВТОРОЙ ПУТЬ осуществляется с использованием графиков НИИСФ предварительного определения площади светопроемов различных систем естественного освещения зданий

(рис.5.2 - 5.9) [20].

Площадь световых проемов Sф и Sо для производственных помещений по этим графикам определяется следующим образом.

На вертикальной шкале откладывается определенное по формуле (36) нормативное значение КЕО (рис. 24 и 25, здесь для примера представлены графики только для двух видов светопроемов). Из данной точки, проводится горизонтальная линия до пересечения с соответствующей прямой графика. Вертикальная линия, проведенная из точки пересечения до горизонтальной шкалы, определит величину процентного отношения площади светопрозрачного ограждения от площади пола помещения. Разделив значение Sф / Sп или Sо / Sп на 100 и умножив на площадь пола помещения, получают площадь световых проемов в м2. Полученную площадь светопрозрачных ограждений размещают в ограждающих конструкциях здания с учетом приведенных в данном разделе требований и рекомендаций по проектированию естественного освещения.

Для боковых светопроемов в жилых помещениях и рабочих кабинетах (рис. 25) методика определения выглядит несколько иначе. Определяется отношение глубины помещения к высоте расположения верха окна над уровнем условной рабочей поверхности. Из точки на горизонтальной линии, соответствующей значению этого отношения, проводится вертикальная линия до пересечения с кривой, соответствующей нормативному значению КЕО. Из найденной точки проводится горизонтальная линия, которая укажет на величину процентного отношения площади светопрозрачного ограждения.

Приведенные графики разработаны применительно к наиболее часто встречающимся в практике проектирования габаритным схемам производственных зданий и типовому решению светопрозрачных конструкций: зенитных фонарей - стеклопакетами в металлических одинарных глухих переплетах; прямоугольных трапециевидных и шедовых фонарей - одним слоем оконного стекла в металлических одинарных открывающихся переплетах; окон - двумя слоями листового оконного стекла спаренных металлических и деревянных открывающихся переплетах.

При других типах заполнений светопроемов и габаритных схем зданий, найденные по графикам значения относительной площади световых проемов необходимо корректировать соответствующими коэффициентами.

Проверочные (точные) методы расчета КЕО

Наиболее простым и удобным, а поэтому и самым распространенным в практике проектирования систем естественного освещения, является графо-аналитический метод, основанный на использовании графиков А.М. Данилюка [11]. Согласно этому методу расчетное значение КЕО определяется отдельно от систем бокового, верхнего и комбинированного естественного освещения.

55

Рис. 24. График для определения относительной площади светопроемов прямоугольных фонарей в производственных помещениях:

1 – три пролета и более; 2 – два пролета; 3 – один пролет

Рис. 25. График для определения относительной площади световых проемов при боковом освещении в жилых помещениях

муле (12) , в которой n1 определяется при совмещении поперечного разреза помещения c графиком I (рис.10), а n2 – при совмещении плана помещения с графиком II (рис. 11);

q - коэффициент, учитывающий неравномерную яркость неба при сплошной облачности

(8 - 10 баллов);

зд – геометрический КЕО в расчетной точке при боковом освещении, учитывающий свет, отраженный от противостоящих зданий, определяется по формуле (12);

R - коэффициента относительной яркости фасада противостоящего здания.

r1 - коэффициент, учитывающий повышение КЕО при боковом освещении благодаря свету, отраженному от поверхностей помещения и подстилающего слоя, прилегающего к зданию;

о - общий коэффициент светопропускания системы бокового освещения, определяемый по формуле (39);

Kзб - коэффициент запаса, учитывающий снижение КЕО за счет загрязнения и старения материалов светопрозрачных ограждений, а также снижение отражающих свойств внутренних поверхностей помещения при боковом освещении.

Проверочный (точный) расчет КЕО при верхнем освещении осуществляется по формуле

где в - геометрический КЕО в расчетной точке при верхнем освещении;

cр- среднее арифметическое значение геометрического КЕО при верхнем освещении по всем расчетным точкам характерного разреза;

r2 - коэффициент, учитывающий отраженные световые потоки от внутренних поверхностей помещения при верхнем освещении;

Kф - коэффициент, учитывающий тип фонаря;

ф - общий коэффициент светопропускания светопрозрачными ограждениями системы верхнего освещения, определяемый по формуле (40);

Kзв - коэффициент запаса при верхнем освещении.

В этой формуле, как видно, отсутствует коэффициент, учитывающий неравномерное распределение яркости пасмурного небосвода q, который учитывается при боковом освещении (формула (41)). Значит при верхнем освещении не учитывается этот параметр? Но такого не может быть! Правильно, не может быть. Дело в том, что при расчете верхнего освещения введен новый график ІІІ, наподобие графика І. Так вот, в графике ІІІ лучи располагаются уже с учетом неравномерного распределения яркости пасмурного неба. Следовательно, геометрический КЕО при верхнем освещении определяется с учетом q.

Геометрический КЕО при верхнем освещении вычисляется по следующей формуле:

где n3 - определяется при совмещении поперечного разреза помещения с графиком III [11]; n2 - определяется при совмещении продольного разреза помещения с графиком II (рис. 10); При комбинированном освещении расчетное значение КЕО равно сумме значений КЕО

Этот метод расчета удобен во многих случаях. Однако для часто расположенных точечных светопроемов появляются определенные трудности при расчете.

Под точечными зенитными фонарями будем понимать такие фонари, у которых размеры в плане гораздо меньше, чем высота их расположения над уровнем пола. Они имеют определенные преимущества перед панельными фонарями, но незначительные размеры этих фонарей и частое их расположение приводят к тому, что расчет площади световых проемов по уже рас-

57

смотренному методу становится очень трудоемким и неточным. Поэтому рассмотрим другой метод расчета зенитных фонарей, разработанный Киреевым Н.Н. и Сорокиным В.М[20].

Согласно этому методу величина КЕО в точках характерного разреза помещения может быть определена по следующей формуле:

где e' - значение КЕО от одного зенитного фонаря под центром светового проема, %; Nф - количество зенитных фонарей в ряду, шт.;

j - номер расчетной точки характерного разреза; i - номер ряда зенитных фонарей;

уji – световая компонента ряда зенитных фонарей, определяемая по соответствующим

графикам [20] для точек характерного разреза под световыми проемами и между ними; sф - площадь зенитного фонаря, м2;

ф - общий коэффициент светопропускания фонаря, определяется по формуле (40);

r2 - коэффициент, учитывающий отражение световых потоков от внутренних поверхностей помещения;

- коэффициент, учитывающий возрастание светопередачи проема фонаря за счет распределения яркости облачного неба, определяемый по графику в зависимости от индекса светопроема, который вычисляется по следующей формуле:

аф , вф , hф – длина, ширина (в плане) и высота бортика фонаря;

- коэффициент, корректирующий погрешность расчета КЕО при замене реального проема точечным источником света. Он определяется по графику в зависимости от отношения hр/ак. Здесь ак - сторона квадрата, равновеликого световому проему, определяется по формуле:

hр - высота помещения от условной рабочей поверхности до низа светового проема фонаря, м;

Кзв - коэффициент запаса

Оценка систем естественного освещения зданий

Оценка систем естественного освещения зданий осуществляется путем сравнения расчетного значения КЕО с нормативным. Ранее было сказано, что меньше требуемой площадь светопроемов быть не должна из функциональных и психологических соображений. Из энергетических соображений площадь системы естественного освещения не допускается больше, чем требуемая площадь, т.к. светопроемы имеют до 30 % теплопотерь. Как же быть? Меньше нельзя, больше – тоже нельзя.

Поэтому существующие нормы [11] устанавливают 10-процентный требуемый диапазон, согласно которому показатель

Должен входить в диапазон -10 П +10 %, тогда система естественного освещения отвечает нормативным требованиям.

При боковом освещении нормативное значение КЕО принимается как для бокового освещения, т.е. ен = енб. При верхнем или комбинированном освещении нормативное значение принимается как для комбинированного освещения, т.е. ен = енк.

58

Поскольку расчет ведется для нескольких расчетных точек (минимум 5 точек на пролет) характерного разреза, то возникает вопрос, значение КЕО для какой расчетной точки необходимо сравнивать с нормативным значением?

При сравнении расчетных значений КЕО с нормативной его величиной необходимо принимать во внимание следующие положения.

При одностороннем боковом естественном освещении нормируется минимальное значение КЕО в точке, расположенной на расстоянии 1 м от стены, наиболее удаленной от световых проемов, на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и условной рабочей поверхности (или пола).

При двухстороннем боковом освещении нормируется минимальное значение КЕО в средней части помещения на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и условной рабочей поверхности (или пола).

При верхнем или комбинированном естественном освещении нормируется среднее значение КЕО, определяемое по формуле (50) в точках, расположенных на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и условной рабочей поверхности (или пола). Первая и последняя точки принимаются на расстоянии 1 м от поверхности стен или перегородок.

Допускается деление помещения на зоны с боковым освещением (зоны, примыкающие к наружным стенам с окнами) и зоны с верхним освещением; нормирование и расчет естественного освещения в каждой зоне производятся независимо.

При проектировании бокового естественного освещения производственных помещений площадь световых проемов следует определять из условий обеспечения нормированного значения КЕО на глубине, не превышающей: 1,5 высоты помещения для работ I - IV разрядов; 2 высоты помещения для работ V - VII разрядов; 3 высоты помещения для работ VIII разряда.

При оценке систем верхнего или комбинированного естественного освещения среднее значение КЕО определяется по следующей формуле

где N - количество точек, в которых определяется КЕО;

e1; e2; ...eN - значения КЕО при верхнем или комбинированном освещении в точках характерного разреза помещения, определяемые по формулам (42, 44 и 45).

СОВМЕЩЕННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ

Совмещенное освещение зданий представляет собой такую комбинацию систем естественного и искусственного освещения, при которой недостаточное по нормам естественное освещение дополняется искусственным, при этом сохраняется доминирующая роль естественного освещения в помещениях.

Совмещенное освещение используется как в многоэтажных, так и в одноэтажных промышленных и общественных зданиях, имеющих широкие корпуса и глубокие помещения.

В производственных помещениях совмещенное освещение необходимо применять в следующих случаях:

-при выполнении зрительных работ І и ІІ разрядов точности;

-при строительстве зданий в суровых климатических зонах, в которых с целью снижения теплопотерь целесообразно сокращать до минимума площадь световых проемов;

-в цехах с крупногабаритным оборудованием или крупногабаритной продукцией, затеняющими естественный свет.

Особенность совмещенного освещения состоит в том, что создаваемое в помещениях дополнительное искусственное освещение обеспечивается, как правило, светящими поверхностями (панелями, полосами, нишами и др.), имитирующими окна и фонари естественного света. Яркость этих поверхностей, равно как и спектр, близки к характеристикам рассеянного света неба. Поэтому при совмещенном освещении необходимо применять люминесцентные лампы

59

типа ЛДЦ, ЛД, ЛЕ, ЛЕЦ и т.п., спектральный состав которых близок к спектру естественного света. В некоторых случаях могут применяться также маломощные металлогалогенные лампы, а также лампы ДРЛ делюкс в сочетании с лампами накаливания. В качестве светорассеивающего материала применяется, как правило, молочное оргстекло.

Искусственное освещение при совмещенном освещении целесообразно применять в виде двух раздельных систем:

-первая, существующая в качестве постоянного дополнительного освещения, работает непрерывно круглые сутки и днем освещает те зоны, в которых значение КЕО ниже нормативного;

-вторая освещает те зоны помещения, в которых значение КЕО выше нормативного, но она включается с наступлением сумерек вечером и отключается с рассветом утром.

Граница между ними может меняться в зависимости от колебаний уровня естественного освещения. Здесь имеет место совмещенное освещение с динамическим искусственным освещением, работающим в соответствии с изменением уровня естественного освещения. Это так называемое световое кондиционирование помещений, суть которого состоит в следующем.

С ростом уровня естественной освещенности в указанных зонах помещения ряды светильников, прилегающих к светопроемам, постепенно отключаются в первую половину дня. Отключение осуществляется в направлении от светопромов в глубину помещения. Во второй половине дня в обратном направлении происходит постепенное включение рядов светильников по мере снижения уровня естественной освещенности.

Управление включением и отключением светильников осуществляется с помощью автоматических систем управления освещением в зависимости от характера изменения наружной освещенности и выбранного уровня критической освещенности по специально разработанной программе. При этом наблюдается значительная экономия электроэнергии на освещение зданий, а также улучшение условий зрительного восприятия.

Литература

1.Архитектурная физика: Учеб. для вузов: Спец. «Архитектура»/В.К.Лицкевич, Л.И. Макриненко, И.В. Мигалина и др.; Под ред. Н.В. Оболенского.- М.: Стройиздат, 1997.

2.Видео экология «…Я с детства угол рисовал!» – Здоровье, №1, 1990. – 1-3с.

3.Волоцкой Н.В. Светотехника.- М.: Стройиздат, 1979.

4.Гусев Н.М. Основы строительной физики. Учебник для вузов.- М.: Стройиздат, 1975.- 440 с.

5.Гусев Н.М., Макаревич В.Г. Световая архитектура. – М.: Стройиздат, 1973. –236 с.

6.Гусев Н.М., Никольская Н.П. О светоклиматическом районировании территории Союза. - В кн.: Естественное освещение и инсоляция зданий (нормирование, расчеты и проектирование).- М.: Стройиздат, 1968.- С. 5-11.

7.Дашкевич Л.Л. Методы расчета инсоляции при проектировании промышленных зда- ний.-М., 1939.

8.Дунаев Б.А. Инсоляция жилых зданий.-М.:Стройиздат, 1962.

9.Егорченков В.А., Югов А.М. Световой климат Украины и влияние орографии на естественное освещение помещений.- В кн.: Технічна метеорологія Карпат. Матеріали першої Міжнародної науково-технічної конференції – ТМК-98.- Львів: Видавництво “ОКСАРТ”,1998.- С. 164-166.

10.Елагин Б.Т. Учет лучистой энергии Солнца в архитектуре: Уч. Пособие.-К.:УМК ВО, 1992.-140 с.

11.Естественное и искусственное освещение. Нормы проектирования. СНиП ІІ-4-79. [С изменениями] // Светотехника, 1991, № 6. - С. 1-31.

12.Зрение без очков: пер. с англ./ Сост. В.В. Шарпило. – Мн.: Парадокс, 1998. – 416 с.

13.Кравков С.В. Глаз и его работа. – М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1950. – 531с.