Тема № 7. Естественное освещение помещений
Обеспечение оптимального светового режима или светового комфорта имеет значение и для создания нормальных условий труда и быта людей, и для психофизиологического состояния человека. Ведущую роль в этом играет естественное освещение. На его организацию влияют световой климат местности и назначение помещения. Оно реализуется через световые проемы, которые также являются одними из основных элементов здания и интерьера.
Световой климат определяется коэффициентами светового климата m и солнечного климата С, которые рассчитаны для всех районов Российской Федерации. Они влияют на коэффициент естественной освещенности (КЕО)
, %,
где е – значение коэффициента естественной освещенности, определяемое с учетом характера зрительной работы, %.
Значения коэффициентов и нормы организации естественного освещения представлены в СНиП II-8-72.
Задание 7.1. Определить минимальное значение коэффициента естественной освещенности производственного помещения длиной 100 м, высотой 4,8 м и шириной 24 м в городе Сыктывкаре (район с преобладающим снеговым покровом), освещаемого боковыми ленточными светопроемами в стенах, ориентированными на запад и восток (рисунок 7.1). Переплеты металлические, остекление – двойное, высота окна равна 3 м. Солнцезащитные устройства и противостоящие постройки отсутствуют. Работа в помещении относится ко второму разряду зрительной работы.
Рисунок 7.1 – Поперечный разрез помещения
Решение. При двухстороннем боковом освещении минимальное значение коэффициента еmin естественной освещенности находится на уровне рабочей поверхности, параллельной световым проемам, в центре помещения (рисунок 7.1). Данное значение коэффициента будет определяться по формуле
,
где εб – геометрический КЕО в расчетной точке при боковом освещении, учитывающий прямой свет неба;
q – коэффициент, учитывающий неравномерную яркость облачного неба;
εзд – геометрический КЕО в расчетной точке при боковом освещении, учитывающий свет, отраженный от фасада противостоящего здания;
R – коэффициент, учитывающий относительную яркость фасада противостоящего здания;
τо – общий коэффициент светопропускания;
r1 – коэффициент, учитывающий повышение КЕО при боковом освещении благодаря свету, отраженному от поверхностей помещения и подстилающего слоя, прилегающего к зданию.
Найдем перечисленные коэффициенты.
Общий коэффициент τо светопропускания определяется по формуле
,
где τ1=0,8 – коэффициент светопропускания материала (приложение А, таблица А.1);
τ2=0,6 – коэффициент, учитывающий потери света в переплетах светопроема (приложение А, таблица А.1);
τ3=0,8 – коэффициент, учитывающий потери света в слое загрязнения остекления;
τ4=1 – коэффициент, учитывающий затенение несущими конструкциями, при боковом освещении;
τ5=1 – коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащитных устройствах.
Величина εб определяется по графику I А.М.Данилюка (приложение Б). На график накладывается разрез помещения (рисунок 7.1) так, чтобы центр графика находился в расчетной точке, а линия, соединяющая эту точку и окно, была параллельна полу и совмещена с основанием графика. После этого подсчитывается общее количество лучей, проходящих через световой проем. С помощью графика находим, что в один проем укладывается 1,8 лучей, значит, в сумме 3,6 (двустороннее расположение окон).
График II А.М.Данилюка (приложение В) не применяется, так как половина длины помещения больше учетверенного расстояния от исследуемой точки до стены с проемами: 12.4=48<50.
В этом случае геометрический КЕО εб будет равен 3,6.
Далее по рисунку 7.1 определяем угол, соответствующий середине окна, β=10о и по графику зависимости на рисунке 7.2 – значение коэффициента q=0,76.
Так как противостоящих сооружений нет, то коэффициенты R=0 и εзд=0.
Для определения коэффициента r1 необходимо рассчитать значение коэффициента ρср отражения внутренних поверхностей интерьера по формуле
,
где ρст=0,5, ρпт=0,65, ρп=0,3 – коэффициент отражения стен, потолка и пола соответственно (таблица А.2);
Sст=590 м2, Sпт=2400 м2, Sп=2400 м2 – площади стен, потолка и пола соответственно (при определении площади Sст стен из нее вычитают площадь световых проемом).
Рисунок 7.2 – График для определения значений
коэффициента q
После расчета ρср=0,5 находим r1=2,65 (приложение А, таблица А.3).
Минимальное значение коэффициента естественной освещенности получится равным 2,76 %.
Согласно СНиП II-8-72 (приложение А, таблица А.4) второму разряду зрительной работы соответствует значение КЕО 2,5 %, коэффициент светового климата – m=1,1, коэффициент солнечности климата – С=1, тогда нормируемое значение КЕО
%.
Расчетное значение КЕО превышает нормируемое, значит, выбранные конструкции и размеры светового проема удовлетворяют нормам по естественному освещению помещения.
Таблица 7.1 – Задание 7.1 по вариантам
| № варианта | Длина помещения, м | Высота помещения, м | Ширина помещения, м | Высота окна, м |
Задание 7.2. Построить график зависимости КЕО в жилом помещении от расстояния по горизонтали световой проем – расчетная точка. Естественное освещение осуществляется одним боковым световым проемом, расположенным вертикально. Солнцезащитные устройства и противостоящие постройки отсутствуют. Уровень рабочей поверхности – пол, нормированное значение КЕО равно единице. Отделочные материалы и остекление проема выбирается самостоятельно.
Решение. Расчетный коэффициент естественного освещения определяется по формуле
,
где εб – геометрический КЕО в расчетной точке при боковом освещении, учитывающий прямой свет неба;
q – коэффициент, учитывающий неравномерную яркость облачного неба;
εзд – геометрический КЕО в расчетной точке при боковом освещении, учитывающий свет, отраженный от фасада противостоящего здания;
R – коэффициент, учитывающий относительную яркость фасада противостоящего здания;
К3=1,2 – коэффициент запаса для вертикального расположения светового проема, учитывающий загрязнение в процессе эксплуатации;
τ0 – общий коэффициент светопропускания;
r1 – коэффициент, учитывающий повышение КЕО при боковом освещении благодаря свету, отраженному от поверхностей помещения и подстилающего слоя, прилегающего к зданию.
Перед расчетами необходимо начертить разрез и план помещения в одном масштабе (рисунок 7.3). Внутренняя отделка и остекление светового проема выбираются самостоятельно.
Значение коэффициента q находится по графику на рисунке 7.2.
Общий коэффициент светопропускания τ0 определяется по формуле
,
где τ1 – коэффициент светопропускания материала стекол (приложение А, таблица А.1);
τ2 – коэффициент, учитывающий потери света в переплетах светопроема (приложение А, таблица А.1);
τ3 – коэффициент, учитывающий потери света в слое загрязнения остекления (принимается равным 0,8);
τ4 – коэффициент, учитывающий затенение несущими конструкциями, при боковом освещении равен 1;
τ5 – коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащитных устройствах, так же принимается равным 1.
Для определения коэффициента r1 по таблице А.3 (приложение А) необходимо рассчитать значение коэффициента ρср отражения внутренних поверхностей интерьера по формуле
,
где ρст, ρпт, ρп – коэффициент отражения стен, потолка и пола соответственно (приложение А, таблица А.2);
Sст, Sпт, S п – площади стен, потолка и пола соответственно. При определении площади стен Sст из нее вычитают площадь светового проема.
Так как противостоящих сооружений нет, то коэффициенты R=0 и εзд=0.
Для расчета геометрического КЕО εб необходимо определить количество лучей, проходящих в световой проем, по графикам А.М.Данилюка.
На график I (приложение Б) накладывается разрез помещения (рисунок 7.3, а) так, чтобы центр графика находился в расчетной точке, а линия, соединяющая эту точку и окно, была параллельна полу и совмещена с основанием графика. После этого подсчитывается общее количество n1 лучей, проходящих через световой проем, и находится номер окружности Nокр, которая проходит через центр окна.
Далее рассчитывается число лучей n2. Для этого используется график II (приложение В) и план помещения (рисунок 7.3, б). Нужно наложить план помещения на график так, что бы вертикаль в центре графика совпала с линией на плане, проходящей через ограждающую конструкцию со световыми проемами и расчетную точку. Номер горизонтали на графике II, которая должна проходить через световые проемы, соответствует номеру окружности Nокр. Подсчитывается количество лучей, укладывающихся в проем окна по плану.
а) вертикальный разрез по центральной линии помещения; б) план
Рисунок 7.3 – Чертежи помещения
Полученные значения количества лучей подставляют в формулу
.
По полученным значениям коэффициентов рассчитывается значение КЕО. Расчетное значение коэффициента е естественной освещенности округляется до десятых долей и заносится в таблицу 7.2.
Расчет КЕО проводится четыре раза: расчетные точки по глубине l помещения берутся на расстоянии в один метр от светового проема х=1, один метр от противоположной стены х=l-1, одна треть глубины помещения х= 
и две трети глубины помещения х= 
(рабочая зона находится между линиями в один метр от светового проема и от противоположной стены). После заполнения таблицы 7.2 строится график зависимости КЕО е от расстояния х световой проем – расчетная точка (рисунок 7.4).
Таблица 7.2 – Расчетные значения коэффициента
| № | х, м | е, % |
|
| ||
|
| ||
| l-1 |
Рисунок 7.4 – График зависимости КЕО от расстояния
световой проем – расчетная точка
На графике (рисунок 7.4) проводится линия, соответствующая нормированному значению КЕО ен=1, и определяется область с недостаточной освещенностью – е<ен.
Таблица 7.3 – Задание 7.2 по вариантам
| № варианта | Глубина помещения, м | Высота помещения, м | Ширина помещения, м | Высота/ширина окна, м |
| 1,7/2,5 | ||||
| 1,7/3 | ||||
| 3,5 | 1,9/3 | |||
| 1,7/2,2 | ||||
| 1,5/2,3 | ||||
| 3,5 | 1,9/2,7 | |||
| 3,5 | 1,8/3 | |||
| 2,1/4,2 | ||||
| 3,5 | 2,1/3,2 | |||
| 3,5 | 2,9/3,2 |