Расчет необходимой площади остекления. Особенности нормирования естественной освещенности. Ориентировочный расчет необходимой площади световых проемов. Характеристика особенностей законов и принципов, положенных в основу уточненных методов расчета.
Аннотация к работе
Основное назначение окон и фонарей - обеспечение возможности работать в помещении без применения искусственного света в светлое время суток, под которым понимают время, когда наружная освещенность горизонтальной плоскости превышает некоторую величину, называемую критической освещенностью. Для обеспечения же достаточной естественной освещенности внутри зданий в течении остальных 10-15% дневного времени суток потребовалось бы чрезмерно большие с экономической точки зрения световые проемы (например, с точки зрения потерь тепла или солнечного перегрева). Однако, если в качестве нормируемой величины естественной освещенности взять величину е=Ев / Ен * 100% (1) где Ев - освещенность, создаваемая в рассматриваемой точке рабочей плоскости (плоскости, на которой лежит объект зрительной работы) внутри помещения естественным светом, прошедшим через светопроемы, лк; Ен - наружная горизонтальная освещенность под полностью открытым небосводом, замеренная в тот же момент времени, что и Ев, лк, то такая величина при сплошной облачности в светлое время суток практически не будет зависеть от времени, а будет определяться площадью, ориентацией, расположением светопроемов, видом и чистотой их заполнения, наличием и характеристиками противостоящих зданий, солнцезащитных устройств, снежного покрова, а также цветовой отделкой интерьера, т. е., параметрами, которыми может управлять архитектор, либо величинами, которые могут быть учтены им в процессе проектирования. В качестве нормативного значения КЕО, принимается значение ен, при котором для Ен=Екр в нормируемой точке рабочей плоскости помещения устанавливается освещенность, равная значению нормативной искусственной освещенности для рассматриваемого зрительного процесса, с учетом особенностей светового климата.В данной работе были раскрыты основные методы расчета необходимой площади остекления, используемые в инженерной практике при проектировании зданий и сооружений.
Введение
Светопроемы являются самыми уязвимыми местами во внешних ограждениях зданий, через которые происходит наиболее интенсивный обмен энергией между внешней и внутренней средой. Поэтому с точки зрения теплообменных процессов желательно иметь окна и фонари минимальной площади. Но с точки зрения обеспечения зрительной работы в помещениях желательны светопроемы большой площади. Согласование этих противоречивых требований осуществляется нормами освещенности. Все параметры, необходимые для расчета площади остекления, регламентированы нормативными документами: СНИП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение», СП 23-102-2003 «Естественное освещение жилых и общественных зданий» и тд. Строгое соблюдение всех требований, изложенных в этих НД, гарантирует максимально комфортный и экономически обоснованный уровень освещенности в зданиях всех типов. остекление освещение световой
1. Расчет необходимой площади остекления
1.1 Критическая освещенность и нормирование естественной освещенности
Основное назначение окон и фонарей - обеспечение возможности работать в помещении без применения искусственного света в светлое время суток, под которым понимают время, когда наружная освещенность горизонтальной плоскости превышает некоторую величину, называемую критической освещенностью. Значение критической освещенности Екр различное в разных странах на разных широтах (см. табл. 1). На Украине, как и в других странах СНГ, Екр = 5000 лк. Значение наружной освещенности будет превышать Екр в течении 85-90 % дневного времени суток, когда значение освещенности в правильно запроектированных помещениях будет более чем достаточно. Для обеспечения же достаточной естественной освещенности внутри зданий в течении остальных 10-15% дневного времени суток потребовалось бы чрезмерно большие с экономической точки зрения световые проемы (например, с точки зрения потерь тепла или солнечного перегрева).
Таблица 1. Значения критической освещенности в некоторых городах мира (по [1])
Город Географическая широта ц, град Критическая освещенность Екр, лк
Лондон 52 5000
Хобарт 43 5500
Мельбурн 38 7000
Сидней 33 8000
Брисбен 27 10000
Дарвин 12 15000
Найроби 1 18000
На протяжении светлого времени суток наружная освещенность постоянно меняется, что связано с изменением положения Солнца на небосводе, наличием облачности и ее типом и т.п. Поэтому нормировать естественную освещенность помещений в абсолютных единицах освещенности - люксах - не рационально. Однако, если в качестве нормируемой величины естественной освещенности взять величину е=Ев / Ен * 100% (1) где Ев - освещенность, создаваемая в рассматриваемой точке рабочей плоскости (плоскости, на которой лежит объект зрительной работы) внутри помещения естественным светом, прошедшим через светопроемы, лк;
Ен - наружная горизонтальная освещенность под полностью открытым небосводом, замеренная в тот же момент времени, что и Ев, лк, то такая величина при сплошной облачности в светлое время суток практически не будет зависеть от времени, а будет определяться площадью, ориентацией, расположением светопроемов, видом и чистотой их заполнения, наличием и характеристиками противостоящих зданий, солнцезащитных устройств, снежного покрова, а также цветовой отделкой интерьера, т. е., параметрами, которыми может управлять архитектор, либо величинами, которые могут быть учтены им в процессе проектирования. Эта величина называется коэффициентом естественной освещенности (КЕО). Она оценивает не значение освещенности, а ту долю света, которая попадает в помещение через светопроемы, от общего количества света, излучаемого небосводом. КЕО применяется для нормирования естественного освещения помещений. В качестве нормативного значения КЕО, принимается значение ен, при котором для Ен=Екр в нормируемой точке рабочей плоскости помещения устанавливается освещенность, равная значению нормативной искусственной освещенности для рассматриваемого зрительного процесса, с учетом особенностей светового климата. Особенности светового климата определяются широтой местности, солнечностью климата и наличием или отсутствием устойчивого снежного покрова. Эти факторы учитываются соответствующими коэффициентами, на которые умножается стандартное значение ен для рассматриваемого типа помещения. Значения ен и корректирующих коэффициентов для территории бывшего СССР приводится в [2].
В соответствии решением Международной комиссией по освещению расчет КЕО проводится при облачности неба 8-10 баллов. При такой облачности яркость неба определяется законом П.Муна и Д.Спенсера
Le=Lz(1=2sinи)/3 (2) где Lz и Lq- соответственно яркости точек небосвода в зените и под углом q к горизонту, кд/м2.
Если поверхность земли имеет высокий коэффициент отражения (например, покрыта снегом), то распределение яркости выражается другой формулой: Lq = Lz (0,6 0,4 sinи) (3)
1.2 Ориентировочный расчет необходимой площади световых проемов
Ориентировочно необходимую площадь световых проемов можно определить в зависимости от рекомендуемых отношений между площадями окон и пола, которые получены в результате анализа и обобщения практики проектирования соответствующих зданий. В табл. 2 приводятся эти отношения для основных типов помещений гражданских зданий в климатических условиях, сходных с условиями Украины, при высоте района строительства над уровнем моря не выше 800 м. При более высоких отметках допускается уменьшать отношения, но в любом случае они должны быть не менее 1/10. Меньшие значения отношений в табл. 2 соответствуют условиям незначительного затенения светопроема противостоящими зданиями, когда вертикальный угол b, под которым видны эти здания из точки, лежащей в центре подоконника, не превышает 35°, средние значения соответствуют b = 45°, а большие - принимаются при b = 60°. Если b> 60°, то этим методом пользоваться нельзя.
Таблица 2. Рекомендуемые отношения между площадями окон и пола для основных помещений гражданских зданий ( по [3])
Помещения Площадь окон/площадь пола
Жилые дома, общежития: Жилые комнаты 1/8 -1-6
Другие помещения (кухни, коридоры и пр.) 1/10 - 1/8
Палаты для взрослых и процедурные кабинеты 1/7 - 1/6
Помещения для детей 1/6 - 1/5
Родильные, операционные, перевязочные, лаборатории 1/5 - 1/4
Другие помещения, кроме подсобных 1/9 - 1/7
Предприятия общественного питания
Обеденные залы и буфеты столовых и ресторанов 1/8 - 1/6
Кухни, раздаточные и заготовочные цеха 1/6 - 1/4
Магазины
Торговые залы 1/8 - 1/6
Помещения главных касс 1/6 - 1/5
Имеются другие методы для предварительного определения необходимой площади светопроемов в зависимости от площади пола освещаемого помещения. Например, обязательный в Украине нормативный документ, который регламентирует порядок и методы расчета естественного и искусственного освещения помещений и территорий [2], предлагает производить предварительный расчет необходимой площади световых проемов по формулам: • при боковом освещении (через окна в наружных стенах зданий): So=(en/100)(КЗЗОКЗД/(жоr1Кф)*Sп (4)
• при верхнем освещении (через фонари, световые проемы в покрытии, а также через проемы в стенах зданий в местах перепада высот): Sф=(en/100)(Кззф)/(жоr2Кф)*Sп (5) где So и Sф - площади световых проемов (в свету), соответственно, при боковом и верхнем освещении, м;
Sп - площадь пола помещения, м;
ен - нормативное значение КЕО, %;
Кз - коэффициент, учитывающий загрязнение и старение в процессе эксплуатации светопрозрачных заполнений в световых проемах;
зо, зф, Кф - коэффициенты, учитывающие световую активность окон и фонарей, которые зависят как от геометрических параметров как самих светопроемов, так и помещения, а при верхнем свете - также и типа фонаря;
жо - общий коэффициент светопропускания заполнений светопроемов, который учитывает тип остекления, вид переплетов, наличие и тип солнцезащитных устройств, а при верхнем свете, кроме того, - потери света при прохождении его через несущие конструкции покрытий и защитную сетку; r1, r2 - коэффициенты, учитывающие повышение КЕО за счет света, отраженного от внутренних поверхностей помещения;
Эти коэффициенты определяются по соответствующим таблицам.
Найденные с помощью табл. 2, либо по формулам (4) и (5) значения площади окон могут быть приняты лишь как ориентировочные для предварительного выбора необходимой системы светопроемов. В дальнейшем необходимо произвести уточненный расчет естественной освещенности помещений.
1.3 Законы и принципы, положенные в основу уточненных методов расчета естественной освещенности помещений
В основу большинства методов расчета естественной освещенности положены следующие законы: 1) закон суперпозиции, согласно которому КЕО в какой-либо точке помещения е от нескольких светопроемов сводится к последовательному независимому определению КЕО от каждого светопроема для этой точки и последующему сложению полученных значений по формуле м е = Уеі (6) i=I где еі - значение КЕО в расчетной точке от і-го светопроема, %;
М - количество светопроемов в помещении (рис. 1).
Рис. 1 Схема закону к суперпозиции
2) закон разделенного светового потока, согласно которому КЕО в какой-либо точке помещения еі от і-го светопроема формируется в результате прихода четырех отдельных составляющих: енб - от прямого света небосвода, езд - от света, отраженного от противостоящих зданий, еп - от света, отраженного подстилающей поверхностью земли и ео - от света, отраженного от внутренних поверхностей помещения, и его значение можно вычислить по формуле: еі = енб езд еп ео (7)
Рис. 2 Схема к закону светового потока
3) закон проекции телесного угла, согласно которому освещенность в помещении, создаваемая равномерно ярким небосводом, прямо пропорциональна яркости неба и площади проекции на освещаемую плоскость телесного угла, под которым виден участок неба из данной точки помещения (рис. 3). Математически этот закон записывается формулами: Ев = Le;
е=д/PR2 *100% (8) где L - яркость небосвода;
e - геометрический коэффициент естественной освещенности, %;
d - проекция на рабочую плоскость части небосвода, видимого из расчетной точки;
R - радиус небесной сферы.
Рис. 3 Схема к закону телесного угла
4) закон светотехнического подобия, согласно которому если разные светопроемы имеют один и тот же телесный угол, то освещенность в какой-либо точке помещения не зависит от абсолютных размеров светопроемов, т.е. рассчитывать КЕО помещения можно на моделях любого масштаба (рис. 4).
Рис. 4 Схема к закону светотехнического подобия
Большинство методик расчета КЕО базируются на принципе первоначального определения значений геометрических КЕО (от небосвода - енб, противостоящих зданий - езд и подстилающей поверхности земли - еп) от каждого светопроема с последующим их уточнением при помощи коэффициентов, учитывающих неравномерную яркость неба, яркость противостоящих зданий и подстилающей поверхности, заполнение светопроемов, получая таким образом енб, езд и еп по формулам: енб = (енбq)жо/Кз (9) езд = (ЕЗДR)жо/Кз (10) еп = (еп А)жо/Кз (11) где q - коэффициент, учитывающий неравномерную яркость неба;
R - коэффициент, учитывающий относительную яркость противостоящего здания;
А - альбедо подстилающей поверхности земли;
жо и Кз - то же самое, что и в формулах (4) и (5).
Значение ео получают по формулам: при боковом освещении: ео = (енб езд еп)(r1 - 1), (12) при верхнем освещении: ео = (енб езд)ср(r2Кф - 1), (13) где r1 и r2 - коэффициенты, учитывающие повышение КЕО за счет света, отраженного от внутренних поверхностей помещения;
(ен езд)ср - усредненное по помещению (при расчетах, обычно, по характерному разрезу) значение суммарной составляющей КЕО от неба и противостоящих зданий на рабочей плоскости.
Все коэффициенты, вошедшие в формулы (9) - (13) обычно находятся из таблиц. Например, их можно определить из [2].
Вывод
В данной работе были раскрыты основные методы расчета необходимой площади остекления, используемые в инженерной практике при проектировании зданий и сооружений.
Список литературы
1. Зоколей С.В. Архитектурное проектирование, эксплуатация объектов, их связь с окружающей средой / Пер. с англ. М.В. Никольского; Под ред. В.Г. Бердичевского, Б.Ю. Брандербурга. М.: Стройиздат, 1984. - 670 с.
2. СНИП ІІ-4-79. Естественное и искусственное освещение / Госстрой СССР. - М.: Стройиздат, 1980. - 48 с.
3. Вернеску Д., Эне А. Инсоляция и естественное освещение в архитектуре и градостроительстве / Пер. с рум. А. Бондаренко. - К.: Будівельник, 1983. - 86 с.
4. Дунаев Б.А. Инсоляция жилища. - М.: Стройиздат, 1979. - 104 с.
5. Данилюк А.М. Расчет естественного освещения помещений. - М.: ОНТИ, 1941. - 78 с.