книги / Физико-техническое проектирование ограждающих конструкций зданий

При оценке качества све­ товой среды в интерьере ре­ шающее значение имеет яр­ кость свечения источника света и освещаемых им по­ верхностей. Яркость свечения источника света или осве­ щаемой им поверхности пред­ ставляет собой поверхност­ ную плотность силы света

тому же направлению. Яркость в точке М поверхности источни­ ка в направлении светового потока / определяется по формуле

где I - сила света в направлении светового луча /;

А —элемент светящейся поверхности, содержащей точку М; A cos а - сила света, приходящаяся на единицу площади

проекции.

Единицей яркости является кандела на квадратный метр (кд/м2).

Вобщем случае яркость светящейся поверхности различна

вразных направлениях, поэтому она, подобно силе света, харак­ теризуется значением и направлением.

Между яркостью и освещенностью поверхности, равно­ мерно рассеивающей падающий на нее свет, существует зави­ симость

п

где р - коэффициент отражения.

Поверхности, обладающие одинаковой яркостью по всем на­ правлениям, называются равнояркими излучателями. К ним отно­

211

сятся, например, оштукатуренная поверхность потолка и стен, ос­ ветительный прибор в виде шара из молочного стекла и т.п.

Характеристикой светового потока, излучаемого (или отра­ жаемого) поверхностью, является светлость, определяемая от­ ношением светового потока к площади равномерно светящейся поверхности. Единицей светлости является люмен на 1 м2.

При падении светового потока Ф на какое-то тело часть этого потока отражается от него Ф р , часть проходит через тело Фт и часть поглощается телом Ф а. На основании закона сохра­

где р - коэффициент отражения тела, определяемый из отноше-

Фр ния ——;

Ф

т - коэффициент пропускания тела, определяемый из от-

Фт ношения — ;

Ф

а - коэффициент поглощения, определяемый из отноше-

Фа

ни я ----- .

Ф

Светотехнические коэффициенты выражаются в долях еди­ ницы или в процентах.

Существенным условием зрительного различения является контраст между фоном и рассматриваемым объектом. Контраст может быть яркостным (при монохроматическом освещении) и цветовым, а также различным по насыщенности тона.

Фоном считается поверхность, прилегающая непосредст­ венно к объекту различения, на которой он рассматривается. Фон считается светлым при коэффициенте отражения поверх­ ности р > 0,4, средним - при р = 0,2...0,4, темным - при

р < 0,2.

212

Контраст объекта различения с фоном К определяется от­ ношением абсолютной величины разности между яркостью объ­

лым - при К < 0,2 (объект и фон мало отличаются по яркости). 3.2. Естественное освещение зданий

Использование естественного дневного света для освещения помещений и рабочих мест зданий является одним из важней­ ших факторов улучшения санитарно-гигиенических условий проживания и жизнедеятельности людей. Степень и равномер­ ность освещения помещений зависит главным образом от фор­ мы, размеров и расположения светопроемов.

В небольших помещениях гражданских зданий площадь светопроемов определяется как некоторая часть площади пола. Так, для жилых помещений площадь окон в зависимости от кли­ матических условий должна быть не менее 1/8-1/10 площади по­ ла. Такой метод, называемый геометрическим, не является со­ вершенным, так как дает удовлетворительные результаты только для помещений небольших площадей. Кроме того, при таком оп­ ределении площади световых проемов сравнить освещенность в той или иной точке помещения не представляется возможным, так как она не учитывает закон распределения ее в помещении.

Более совершенным методом определения освещенности является светотехнический метод, который учитывает интенсив­ ность освещения, позволяет обеспечить необходимые уровни ос­ вещения в различных точках освещения, так как базируется на нормативных показателях освещенности.

Светотехнический метод используется при определении ос­ вещенности в больших помещениях жилых, общественных и производственных зданий. При проектировании естественного освещения светотехническим методом оптимальными размерами световых проемов можно учитывать не только санитарногигиенические требования, но и экономические, так как всякое увеличение площади световых проемов приводит к увеличению эксплуатационных расходов, связанных с дополнительными теп­

213

лопотерями через светопроемы, их ремонт и очистку от пыли. Кроме того, при значительных площадях остекления появляется опасность перегрева помещений в летнее время.

В связи с тем, что практически не представляется возмож­ ным установить параметры освещенности внутри помещений в люксах, вследствие непостоянства светового потока из-за при­ родных условий, поэтому освещенность внутри помещений при­ нято выражать не в абсолютных единицах (люксах), а в относи­ тельных - в виде коэффициента естественной освещенности (КЕО).

Коэффициент естественной освещенности обозначается бу­ квой е и выражает отношение естественной освещенности, соз­ даваемой в некоторой точке внутри помещения М видимым уча­ стком небосвода через световой проем, к значению наружной го­

ризонтальной освещенности Ен , создаваемой в это же время

светом всего небосвода. КЕО выражают в процентах. Математи­ чески КЕО выражается формулой

где Ев - освещенность в точке внутри помещения, лк; Ен - освещенность под открытым небосводом в тот же мо­

мент времени, лк.

Измерение освещенности под открытым небосводом Ен производят обычно на крыше здания, так как Ен представляет собой освещенность, создаваемую диффузным (рассеянным) светом всей полусферы небосвода. Участие прямого солнечного света в определении Ев и Ен исключается.

В основу расчетов естественного освещения в светотехнике положены два физических закона: закон проекции телесного уг­ ла; закон светотехнического подобия.

Закон проекции телесного угла показывает, что освещен­ ность Е„ в какой-либо точке поверхности помещения, создавае­ мая равномерно светящейся поверхностью неба, прямо пропор­ циональна яркости неба L, кд/м2, и площади проекции а на ос­

214

вещаемую поверхность телесного угла, под которым из данной точки виден участок неба (рис. 3.3).

Для пояснения вывода закона проекции телесного угла при­ няты следующие допущения:

-освещ аем ая поверхность располагается в помещении го­ ризонтально;

-радиус полусферы R принимается равным единице;

-яркость неба во всех точках одинакова;

-не учитываются влияние отраженного света и остекление светопроема.

Рис. 3.3. Схема к закону телесного угла: S - участок не­ ба, видимый из точки М; N - небосвод; ЛГ - линия го­ ризонта; 2 - зенит; О - центр небосвода, совмещенный с исследуемой точкой М; L - яркость небосвода; а - площадь проекции участка неба S, освещающего точку М

Для доказательства закона телесного угла из точки М про­ ведем полусферу с радиусом R = \. Яркость полусферы обозна­ чим через L. На полусфере выделим весьма малый участок полу­ сферы S, который можно принять за точечный источник света.

Определим освещенность в точке М, создаваемую в поме­ щении через окно участком полусферы S, выражая в ней силу света / через яркость L согласно формуле (3.5):

215

Ho S c o sa = ст, т.е. площади проекции участка неба S на освещаемую поверхность. Таким образом, закон проекции те­

Освещенность в какой-либо точке помещения равна произведе­ нию яркости участка неба, видимого из данной точки через светопроем, на проекцию этого участка неба на освещаемую по­ верхность.

В случае, когда точка М находится не в помещении, а на открытом месте и освещается всей полусферой небосвода с рав­

где itR2 - площадь полусферы небосвода на горизонтальную по­ верхность, но R = 1, следовательно,

т.е. коэффициент естественной освещенности в какой-либо точке горизонтальной поверхности определяется отношением проек­ ции на освещаемую поверхность видимого из данной точки по­ мещения участка небосвода к величине я (равной 3,14). Это от­ ношение представляет собой геометрическое выражение КЕО (ем ). Оно отличается от КЕО (ем ) тем, что не учитывает влия­

ние остекления и внутренней отделки помещения, а также не­ равномерной яркости небосвода.

Практическое значение этого закона заключается в том, что на его основе можно определить относительную световую ак­ тивность различных светопроемов или одного светопроема, но различно расположенного относительно рабочей поверхности (РП) (рис. 3.4).

216

Рис. 3.4. Определение относительной световой активности светопроемов с помощью закона проекции телесного угла при расположении точки на горизонтальной (а) и вертикальной (б) плоскостях

На основе закона проекции телесного угла разработан гра­ фический метод расчета естественного освещения с помощью

рой проведем телесный угол таким образом, чтобы его гранич­ ные стороны проходили через края оконных проемов (в плане) двух зданий. Проведем через точку М секущую плоскость 1-1 и изобразим разрез 1-1 (рис. 3:5).

Рис. 3.5. Схемы к закону светотехнического подобия: я, б - модели по­ мещения в масштабе 1:10 и 1:20 на разрезе 1-1 и плане; N - условный небосвод

217

Освещенность в точке М двух помещений создается через оконные проемы, обладающие яркостью Ц и Ь2, за счет приме­ нения различных видов стекла.

На разрезе 1-1 видно, что при различных размерах светопроемов (1 и II) освещенность в точке М создается одним и тем же телесным углом, вершина которого находится в точке М. Таким образом, на основании закона проекции телесного уг­ ла, освещенность в точке М остается постоянной при условии, если Ly = L, = Lu = const и не зависит от размеров световых проемов.

Практическое значение этого закона заключается в том, что освещенность внутри помещений можно оценивать на моделях, выполненных в масштабе не менее чем 1/20, при соблюдении всех геометрических и светотехнических (отделка) параметров интерьера. Эти работы выполняются на специальных установках, называемых искусственным небосводом.

3.3. П роектирование естественного освещ ения

Проектирование естественного освещения должно базиро­ ваться на изучении трудовых процессов, выполняемых в поме­ щениях, а также на светоклиматических особенностях района строительства. Кроме этого необходимо определить:

-характеристику и разряд зрительных работ;

-группу административного района строительства здания;

-нормированное значение КЕО с учетом характера зри­ тельных работ и светоклиматических особенностей места распо­ ложения зданий;

-требуемую равномерность естественного освещения по­ мещений;

-продолжительность использования естественного освеще­ ния в течение суток для различных месяцев года с учетом функ­ ционального назначения помещения, режима работы и светового климата местности;

-степень защиты помещения от слепящего действия сол­ нечного света.

Проектирование естественного освещения помещений вы­ полняется поэтапно в следующей последовательности:

218

-на первом этапе устанавливаются требования к естествен­ ному освещению помещений, осуществляется выбор систем ос­ вещения, производится выбор световых проемов и сверопропускающих материалов, учитывается ориентация здания и световых проемов по сторонам горизонта и при необходимости определя­ ются средства для ограничения слепящего действия прямого солнечного света;

-на втором этапе осуществляется предварительный расчет естественного освещения помещений с определением необходи­ мой площади световых проемов и уточнение их параметров;

-на третьем этапе проводится проверочный расчет естест­ венного освещения помещений, установление зон и участков, имеющих недостаточное по нормам естественное освещение; при необходимости решается вопрос дополнительного искусст­ венного освещения помещений, зон и участков с недостаточным естественным освещением;

-на четвертом этапе вносятся соответствующие коррективы

впроект естественного освещения и при необходимости осуще­ ствляется повторный проверочный расчет.

3.3.1. Н ормативные значения естественного освещения помещений

Необходимое количество и качество естественного освеще­ ния в помещениях определяется их функциональным назначени­ ем, характером зрительной работы и системой освещения.

В качестве нормируемых показателей естественного осве­ щения в помещениях являются КЕО и неравномерность естест­ венного освещения.

Для помещений промышленных предприятий нормируемую освещенность выбирают в зависимости от характеристики зри­ тельной работы, которая классифицируется по величине объекта

с объектами размером более 5 мм или требующей общего на­ блюдения за ходом производственного процесса. Нормируемые значения КЕО для производственных предприятий приведены в табл. 1 СНиП 23-05-95*.

Для жилых, общественных и административно-бытовых зданий нормированные значения КЕО в зависимости от разряда

219