книги / Светопрозрачные конструкции. (Результаты исследований)

Значения k, I, т и п в выражениях (27) —(29) прини­ маются такими же, как и при вычислении мембранных

усилий.

После решения системы уравнений (28) определя­ ются прогибы по формуле (27).

Таким образом, приведенный выше способ расчета позволяет определить напряжения и прогибы для любой точки поверхности оболочки.

И н ж е н е р ы В. С. П О К Р О В С К И Й и Г. П. Л А В Р Е Н О В А

КОЭФФИЦИЕНТЫ ПРОПУСКАНИЯ СУММАРНОЙ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ СВЕТОПРОПУСКАЮЩИМИ ЗАПОЛНЕНИЯМИ ЗЕНИТНЫХ ФОНАРЕЙ

При расчете теплопоступлений через зенитные фона­ ри со светопропускающими заполнениями криволинейно­ го очертания необходимо знать коэффициенты пропуска­ ния, отражения, излучения криволинейной оболочки, а также влияние светопроема на перераспределение про­ шедшего через остекление излучения. Коэффициент про­ пускания прозрачного материала зависит от длины хода лучей при их прохождении через толщу материала, поэ­ тому естественно, что он меняется в течение суток в за­ висимости от направления падающих лучей и геометри­ ческой формы светопрозрачного заполнения зенитного фонаря. Сложные геометрические конфигурации зенит­ ных фонарей и отсутствие надежных замеров оптической плотности различных материалов, применяемых в прак­ тике строительства, исключают возможность аналитиче­ ского определения коэффициента пропускания.

151

Методика исследования коэффициентов пропускания и доли обратно отраженной от светопроема радиации ос­ новывалась на исследовании в натурных условиях поля интенсивности солнечной радиации в разных плоскостях светопроема в течение дня. Поле интенсивности радиа­ ции в фонарном пространстве определяли на специально

7 -1

Схема установки для измерения поля интенсивности радиации

купол в горизонтальной плоскости (см. рисунок). Интен­ сивность падающей на купол солнечной радиации измеря­ лась при помощи двух пиранометров (пределы измере­ ния прибора Л =0,3-г-2,4 мк), установленных на откры­ той площадке. При помощи первого измерялась сум­ марная радиация, второго — рассеянная. Прошедшую

15?

через купол радиацию измеряли с помощью 7 пиранометров. Так как основание купола имеет прямоугольную форму, то при одной и той же высоте стояния Солнца купол испытывали в трех положениях относительно про­ екции солнечного луча: проекция луча параллельна длинной стороне купола, короткой стороне купола и диа­ гонали купола. Средние значения коэффициентов пропу­ скания двухслойного прозрачного купола из оргстекла для высоты стояния Солнца 55° и 40° приведены в табл. 1.

Таблица 1

Коэффициенты пропускания двухслойного купола при ясном небе

Как видно из табл. 1, при постоянной высоте стояния Солнца изменение направления луча по отношению к ку­ полу практически не оказывает влияния на коэффициент пропускания; максимальное отклонение не превышает ±3% от среднего значения. Средний коэффициент про­ пускания незначительно изменяется и при изменении вы­ соты стояния Солнца.

Вычисленные по результатам измерений средние зна­ чения коэффициентов пропускания суммарной солнеч­ ной радиации однослойных, двухслойных и трехслойных куполов приведены в табл. 2. Вычислены также отклоне­ ния экстремальных значений коэффициентов пропуска­ ния от среднего, а также отклонения локальных значе­ ний коэффициентов, замеренных в точках, расположен­ ных в середине и четверти пролета по длине и ширине купола.

Анализ приведенных данных показывает, что пропу­ скание суммарной радиации различными участками ку­ пола в данный момент времени неодинаково. Отклонение

153

Т а б л и ц а 2

Средние коэффициенты пропускания суммарной солнечной радиации

пропускания от среднего значения для центральной ча­ сти купола несколько больше, чем на расстоянии V* длины и ширины от края проема. Меньшие отклонения пропускания для точки в центре проема и на расстоянии 74 по длине и ширине от края проема наблюдаются у куполов, рассеивающих свет. Полученные результаты дают возможность при натурных исследованиях прово­ дить измерения коэффициентов пропускания только в ха­ рактерных точках подкупольного пространства.

Коэффициент светопропускания при ясном солнечном небе определяли люксметрами Ю—16, расположенными в тех же точках, что и пиранометры. Результаты изме­ рений сведены в табл. 3.

Из полученных данных следует, что в течение дня изменение интегрального коэффициента светопропуска­ ния купола двоякой кривизны не превышает 2% от сред-

154

Т а б л и ц а 3

Коэффициенты светопропускании при ясном небе

него. Этот вывод примечателен тем, что при применении куполов двоякой кривизны в течение дня могут наблю­ даться более равномерные условия освещения помеще­ ний, чем при применении плоского остекления.

Величину обратно отраженной радиации в плоскости зенитных фонарей определяли с помощью альбедометров, расположенных в центре светопроема.

Отраженную радиацию измеряли для конструкций с вертикальными и наклонными стенками. Как показали измерения, коэффициент обратно отраженной радиации при ясном небе практически не зависит от геометриче­ ских параметров проема для различной высоты стояния Солнца. Средние значения коэффициентов обратно отра­ женной радиации были определены для всего участка спектра с длинами волн от 0,3 до 2,4 мк и отдельно ддя-* видимой части. Для зенитных фонарей с вертикальны­ ми стенками стакана коэффициент отраженной радиа­ ции для всего спектра составляет около 10% и для види­ мой части спектра около 8%. При применении стаканов с наклонными стенками эти коэффициенты примерно оди­ наковы и составляют менее 5%.

Таким образом, коэффициенты пропускания и светопропускания для криволинейных светопропускающих за­ полнений зенитных фонарей не зависят от высоты етоя-

165

ния Солнца. Пропускание куполов можно измерять в центре на уровне опорной части. При расчетах необходи­ мо учитывать величину обратно отраженной от светопроема радиации (около 10% при светопроемах с вер­ тикальными стенками и около 5% — с наклонными).

РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТОВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СВЕТОПРОЗРАЧНЫХ КОНСТРУКЦИИ

В лаборатории светопрозрачных ограждений ЦНИИПромзданий разработана методика комплексной оценки эффективности применения новых типов конст­ рукций. Степень эффективности светопрозрачного ог­ раждения с учетом его теплотехнических и светотехни­ ческих свойств оценивается коэффициентом К, назван­ ным коэффициентом энергетической эффективности светопрозрачных конструкций, показывающим количест­ восуммарной тепловой энергии, поступающей в помеще­ ние (или выходящей из него) через светопрозрачную ог­ раждающую конструкцию, отнесенное к единице про­ шедшей через конструкцию световой энергии. При этом тепловая и световая энергия должна измеряться в энер­ гетических единицах

где — интенсивность суммарного теплового пото­

ка, проходящего через светопрозрачное ог­ раждение;

q'B— интенсивность теплового потока, приходя­ щегося на видимую часть солнечного спектра;

<7ик— интенсивность теплового потока, приходя­ щегося на инфракрасную часть солнечного спектра;

qAt+k — интенсивность теплового потока, проника­

ющего внутрь помещения за счет лучисто­ го тепла, поглощенного остеклением, и пе­

156

репада температур между внутренним и наружным воздухом.

Различные конструкции пропускают через единицу световой площади разное количество тепловой и свето­ вой энергии. Например, при заполнении светового прое­ ма зенитного фонаря однослойным элементом из орга­ нического стекла через него проходит в 1,45 раза боль­ ше световой энергии, чем через световой проем, запол­ ненный стеклопластиком. Меньшее поступление света во втором случае ведет к увеличению площади светового проема, что одновременно влечет за собой большее теплопоступление от солнечной радиации.

Для оценки эффективности естественного освещения зданий с применением различных светопрозрачных кон­ струкций необходимо в коэффициент энергетической эф­ фективности ввести поправочный коэффицент, учитыва­ ющий требуемую площадь световых проемов, т. е. отне­ сти к единице поверхности остекления

К l+ K i + K*

(2)

TBS Тв1

где тв— коэффициент светопропускания остекления; 5 — коэффициент светоактивности проема.

Коэффициент Ks предложено называть приведенным коэффициентом энергетической эффективности светопро­ зрачных конструкций. Численно приведенный коэффи­ циент энергетической эффективности равен отношению энергии, прошедшей через единицу площади конструк­ ции, к энергии видимого участка спектра, поступающей на этот же участок конструкции.

Коэффициент Ki характеризует интенсивность тепло­ вых потоков от инфракрасной области солнечного спектра и зависит от спектрального пропускания и поглоще­ ния светопропускающего заполнения; Кг— тепловые по­ токи за счет перепада температур внутреннего и наруж­ ного воздуха и поглощения лучистого тепла остеклени­ ем, т. е. отражает термическое сопротивление и погло­ щательную способность конструкции.

Для расчета проникающей в помещение радиации и определения коэффициентов К\ и Кг необходимо знать величину тепловой энергии, приходящейся на ультра­ фиолетовую, видимую и инфракрасную области спектра солнечной радиации [1].

157

При высокой прозрачности атмосферы изменение спек­ трального состава прямой солнечной радиации зависит от высоты Солнца, но, как показали экспериментальные исследования, относительный спектральный состав сум­ марной радиации, получаемый горизонтальной поверхно­ стью, практически не зависит от высоты Солнца. По­ скольку в течение суток относительный спектральный со-

£с,л Отней

став суммарной радиации приблизительно постоянен, то

суммарной радиации (рис. 1). Если принять суммарную

= 0,7 2,2 р) — 55,5%. При известном абсолютном зна­ чении суммарной солнечной радиации для каждого часа суток (т. е. для определенных высот Солнца) нетрудно найти количественное выражение солнечной радиации для любой спектральной области: ультрафиолетовой, ви­ димой и инфракрасной.

Ниже предлагается методика расчета количества те­ пла, проходящего через светопропускающее заполнение зенитных фонарей, и определение показателя эффектив­ ности конструкций.

158

Количество лучистого и конвективного тепла, прони­ кающего в помещение через светопрозрачное огражде­ ние, определяется как сумма сквозных тепловых пото­ ков <7скв от ультрафиолетовой qcy, видимой qCB и ин­ фракрасной qmK области солнечного спектра, а также тепловых потоков, обусловленных перепадом темпера­ тур внутреннего и наружного воздуха q д<> и за счет лу­

чистого тепла, поглощенного светопропускающим запол­ нением <7Р:

Суммарный тепловой поток qs определяем на основе

решения следующей задачи (рис. 2). Дана светопропус­ кающая однослойная пластина бесконечной длины тол­ щиной I. Внутренняя поверхность пластины омывается воздухом с температурой *B=const, а наружная — воз­ духом с температурой tH=f(z), где z — время в ч.

Пластина подвергается воздействию солнечной ради­ ации, интенсивность которой

Еи— суммарный поток солнечной радиации на по­ верхность, перпендикулярную к лучам;

h0— высота стояния Солнца.

Необходимо определить количество тепла, проника­ ющего через пластину. При этом часть падающей на на­ ружную поверхность солнечной радиации отражается от нее, другая часть поглощается светопропускающим ма­ териалом, третья — проходит через пластину. Коэффици­ енты пропускания, отражения и поглощения для види­ мой и инфракрасной области спектра отличаются меж­ ду собой.

Для определения теплового потока, образующегося за счет лучистого тепла, поглощенного светопропускаю­ щим заполнением, целесообразно при решении задачи о теплопередаче слой светопропускающего заполнения рассмотреть как тело с внутренним источником тепла, мощность которого определяется в зависимости от пог­ лощательной способности стекла в видимой и инфра­ красной областях спектра. Полагаем, что мощность ис­

159

точника равномерно распределена по всему сеченйю пла стины и в течение одного часа все параметры, определи ющие процесс теплопередачи, постоянны.

Рис. 2. Расчетные схемы теплопередачи

а — в однослойной конструкции; б — в двухслойной конструкции

Количество поглощенного слоем (см. рис. 2, а) тепла составит

W0 = Еа, .

где а. — коэффициент поглощения остекления; Е— суммарная радиация.

Количество тепла, поглощенного единицей объема слоя стекла в течение одного часа W, составит

160