Краткие теоретические сведения

 

Источник естественного (дневного) освещения – солнечная радиация, т. е. поток лучистой энергии солнца, доходящей до земной поверхности в виде прямого и рассеянного света. Естественное освещение является наиболее гигиеничным и предусматривается, как правило, для помещений, в которых постоянно пребывают люди. Если по условиям зрительной работы оно оказывается недостаточным, то используют совмещенное освещение.

Естественное освещение помещений подразделяется на:

· боковое (через световые проемы в наружных стенах);

· верхнее (через фонари, световые проемы в покрытии, а также через проемы в стенах перепада высот здания);

· комбинированное – сочетание верхнего и бокового освещения.

Систему естественного освещения выбирают с учетом следующих факторов:

· назначения и принятого архитектурно-планировочного, объемно-пространственного и конструктивного решения зданий;

· требований к естественному освещению помещений, вытекающих из особенностей технологической и зрительной работы;

· климатических и светоклиматических особенностей места строительства здания;

· экономичности естественного освещения.

Величина естественного освещения изменяется в зависимости от широты местности, времени года и дня, состояние погоды.

Поэтому основной величиной для расчета и нормирования естественного освещения внутри помещений принят коэффициент естественной освещенности (КЕО) — отношение (в процентах освещенности) в данной точке помещения Е_вн к наблюдаемой одновременно освещенности под открытым небом E_нар

С целью создания наиболее благоприятных условий труда уста­новлены нормы естественной освещенности. В тех случаях, когда естественная освещенность недостаточна, рабочие поверхности должны дополнительно освещаться искусственным светом. Смешан­ное освещение допускается при условии дополнительного освещения только рабочих поверхностей при общем естественном освещении.

Строительными нормами и правилами (СНиП 23-05-95) коэф­фициенты естественной освещенности производственных помещений установлены в зависимости от характера работы по степени точ­ности.

Для поддержания необходимой освещенности помещений норма­ми предусматривается обязательная очистка окон и световых фона­рей от 3 раз в год до 4 раз в месяц. Кроме того, следует система­тически очищать стены, оборудование и окрашивать их в светлые цвета.

В соответствии со СНиП 23 - 05 территория Российской Федерации зонирована на пять групп административных районов по ресурсам светового климата. Перечень административных районов, входящих в группы обеспеченности естественным светом, приведен в таблице 1.

Нормированное значение КЕО в жилых и общественных зданиях определяют по формуле:

где N – номер группы административно-территориального района по обеспеченности естественным светом (приложение, таблица 1);  - нормированное значение коэффициента естественной освещенности первой группы административных районов, выбираемое по СНиП 23-05-95 в зависимости от характеристики зрительных работ в данном помещении и системы естественного освещения (таблица 3 приложения); m _N - коэффициент светового климата при боковом освещении, зависящий от номера группы административных районов и от ориентации светового проема. (приложение, таблице 2).

Применяют различные подходы к решению совмещенного освещения, но по существу они подобны. Помещения делят на три зоны.

Первая зона с естественным освещением (зона I), вторая — с совмещенным освещением (зона II) и третья — с искусственным освещением (зона III). В зоне, от точки, где КЕО равен норме (е₁ = е_N) и до точки, где КЕО равен одной десятой нормы (е₂ = е_N / 10), необходимо создавать совмещенное освещение. За значением освещенности равной e₂, начинается зона с искусственным освещением.

Рассмотрим основные принципы нормирования естественной освещенности. В помещениях общественных и производственных зданий при одностороннем боковом естественном освещении нормативные требования предъявляются к значению КЕО в расчетной точке, расположенной в центре помещения на рабочей поверхности. Высота рабочей поверхности над плоскостью пола принимается обычно равной 0,8 м (поверхность стола).

Исключение составляют помещения детских, учебных и лечебных учреждений, в которых нормируемое значение КЕО должно быть обеспечено в расчетной точке, расположенной на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и условной рабочей поверхности на расстоянии 1 м (в детских и лечебных помещениях) и 1,2 м (в учебных помещениях) от стены, наиболее удаленной от световых проемов. В помещениях детских дошкольных учреждений расчетная точка выбирается на поверхности пола.

При одностороннем боковом освещении в жилых зданиях нормируемое значение КЕО должно быть обеспечено в расчетной точке, расположенной на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и плоскости пола на расстоянии 1 м от стены, наиболее удаленной от световых проемов: в одной комнате для 1-, 2-, 3-комнатных квартир и в двух комнатах для 4-комнатных и более квартир. В остальных комнатах и в кухне нормируемое значение КЕО должно обеспечиваться в расчетной точке, расположенной в центре помещения на плоскости пола.

В жилых комнатах общежитий и гостиниц нормируемое значение КЕО при одностороннем боковом освещении должно обеспечиваться также в расчетной точке, расположенной в центре помещения на плоскости пола.

В общественных зданиях допускается деление помещений на зоны с достаточным и недостаточным естественным освещением. В этом случае предусматривается совмещенное освещение (естественное и искусственное).

Проектирование естественного освещения зданий должно базироваться на изучении трудовых процессов, выполняемых в помещениях, а также на светоклиматических особенностях места строительства зданий. При этом должны быть определены следующие параметры:

1) характеристика и разряд зрительных работ;

2) группа административного района, в котором предполагается строительство здания;

3) нормированное значение КЕО с учетом характера зрительных работ и светоклиматических особенностей места расположения зданий;

4) требуемая равномерность естественного освещения;

5) продолжительность использования естественного освещения в течение суток для различных месяцев года с учетом назначения помещения, режима работы и светового климата местности;

6) необходимость защиты помещения от слепящего действия солнечного света.

Проектирование естественного освещения здания следует выполнять в следующей последовательности:

1-й этап:

1) определение требований к естественному освещению помещений;

2) выбор систем освещения;

3) выбор типов световых проемов и светопропускающих материалов;

4) выбор средств для ограничения слепящего действия прямого солнечного света;

5) учет ориентации здания и световых проемов по сторонам горизонта.

2-й этап:

1) выполнение предварительного расчета естественного освещения помещений (определение необходимой площади световых проемов);

2) уточнение параметров световых проемов и помещений.

3-й этап:

1) выполнение проверочного расчета естественного освещения помещений;

2) определение помещений, зон и участков, имеющих недостаточное по нормам естественное освещение;

3) определение требований к дополнительному искусственному освещению помещений, зон и участков с недостаточным естественным освещением;

4) определение требований к эксплуатации световых проемов;

4-й этап: внесение необходимых корректив в проект естественного освещения и повторный проверочный расчет (при необходимости).

Расчет естественного освещения может быть предварительным (приближенным) или проверочным (более точным). Первый способ применяется на ранних этапах проектирования и производится по формулам (3) и (4), второй - на стадии детальной разработки – с использованием графоаналитического метода А.М. Данилюка, расчетных формул и справочных таблиц. Метод предлагает использование графиков Данилюка (рис. 7, 8 приложения), которые являются проекцией на плоскость световой среды, состоящих из отдельных световых лучей.

Предварительный расчет естественного освещения заключается в определении площади световых проемов для помещения. Расчет производится по следующим формулам:

при боковом освещении

при верхнем освещении

                                            

где S_o, S_ф - площадь окон и фонарей, м²; S_n - площадь пола помещения, м²; e _н - нормированное значение К.Е.О; К_з - коэффициент запаса; h_o, h_ф - световая характеристики окон, фонаря; τ_о - общий коэффициент светопропускания (учитывает оптические свойства стекла, потери света в переплетах, из-за загрязнения остекленной поверхности, в несущих конструкциях, солнцезащитных устройствах); r₁, r₂ - коэффициенты, учитывающие отражение света при боковом и верхнем освещении;           k_зд - коэффициент, учитывающий затемнение окон противостоящими зданиями; k_ф - коэффициент, учитывающий тип фонаря.

Значения коэффициентов для расчета естественного освещения принимают по таблицам СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03.

Проверочный расчет коэффициента естественной освещенности производят по следующим формулам:

а) при боковом освещении по формуле

;

б) при верхнем освещении по формуле

;

в) при верхнем и боковом (комбинированном) освещении по формуле

,

где  - геометрический КЕО в расчетной точке при боковом освещении, учитывающий прямой свет неба; q – коэффициент, учитывающий неравномерную яркость облачного неба;  - геометрический КЕО в расчетной точке при боковом освещении, учитывающий свет, отраженный от фасадов противостоящих зданий; R – коэффициент, учитывающий относительную яркость фасада противостоящего здания;  - геометрический КЕО в расчетной точке при верхнем освещении; - среднее значение геометрического КЕО при верхнем освещении на линии пересечения условной рабочей поверхности и плоскости характерного вертикального разреза помещения, определяемое из соотношения

,

где N – число расчетных точек;  - геометрический КЕО в расчетных точках.

Для расчета естественной освещенности необходимо подготовить схемы разреза и плана помещений на прозрачной основе – кальке, папиросной бумаге, в масштабе 1:50 (масштаб 1:100 используется для больших пролетных помещений общественных и промышленных зданиях). Расчет естественной освещенности следует производить в пяти расчетных точках.

3.2 Исходные данные для выполнения расчетного задания №2

Рассчитать естественное освещение производственного помещения. Схема производственного помещения с условными обозначениями приведена ниже (рис. 1).

Рис.1. Схема производственного помещения

 

Выбор варианта исходных данных расчетного задания №1 производится по таблице 7. Исходные данные для расчета естественного освещения приведены в таблице 8.

Таблица 7. Варианты исходных данных расчетного задания №2

Номер варианта	Номера исходных данных
1	1	4	9	13	16	18	21	23	26	28	31	36	38
2	2	5	10	14	16	18	22	24	27	29	31	37	39
3	3	6	11	15	17	19	20	25	34	30	32	36	38
4	1	7	12	13	16	19	21	24	26	29	31	37	39
5	1	8	9	14	16	18	22	23	27	28	31	37	38
6	2	4	10	13	17	18	21	23	26	28	31	36	39
7	3	5	11	15	17	19	20	25	35	30	33	37	38
8	1	6	12	14	17	18	22	24	27	29	31	36	39
9	1	7	11	13	16	18	21	24	26	29	31	36	38
0	1	8	10	14	16	18	22	23	27	28	31	37	39

Таблица 8. Исходные данные к расчетному заданию №2

Номера исходных данных	Значения
	Система освещения:
1	- боковое одностороннее;
2	- боковое двухстороннее;
3	- верхнее с двусторонним остеклением.
	Местонахождение предприятия:
4	- Москва
5	- Магадан
6	- Воронеж
7	- Новгород
8	- Ростов-на -Дону
	Наименьший размер объекта различения
9	- 0,2 мм
10	- 0,4 мм
11	- 0,9 мм
12	- 4,0 мм
	Характеристика помещения по степени загрязнения воздушной среды:
13	- гальванический участок;
14	- планово-экономический отдел;
15	- механо-сборочный цех
	Светопропускающий материал:
16	- стеклооконное одинарное;
17	- стеклооконное двойное
	Конструкция переплетов:
18	- переплеты деревянные спаренные вертикально расположенные;
19	- переплеты стальные одинарные наклонно расположенные
	Геометрические размеры помещения
	Длина помещения:
20	- 40 м;
21	- 20 м;
22	- 10 м
	Глубина помещения:
23	- 6 м;
24	- 12 м;
25	- 18 м
	Высота от рабочей поверхности до верха окна:
26	- 3 м;
27	- 4 м
	Расстояние от наружной стены до расчетной точки А:
28	- 5 м;
29	- 6 м;
30	- 9 м
	Высота помещения:
31	- 5 м;
32	- 8 м;
33	- 12 м
	Высота от рабочей поверхности до нижней грани остекления:
34	- 9 м;
35	-11 м
	Коэффициенты отражения потолка, стен, пола:
36	- 50 %, 30%,10%
37	- 70 %, 50%,30%
	Размеры противостоящего здания (L зд, Нзд):
38	- 50 м; 10 м
39	- 30 м; 30 м

3.3 Пример выполнения расчетного задания №2

 

    Задание 1. Спроектировать боковое, одностороннее естественное освещение гальванического участка производственного предприятия в г.Москва. Наименьший размер объекта различения – 0.9 мм. Схема производственного помещения с условными обозначениями приведена на рисунке 1. Светопропускающий материал - стекло оконное одинарное, переплеты деревянные спаренные вертикально расположенные. Длина помещения – 20 м. Глубина помещения – В=12 м. Высота от рабочей поверхности до верха окна – 3 м. Расстояние от наружной стены до расчетной точки А – 6 м. Высота помещения – 5 м. Коэффициенты отражения потолка – 70%, стен – 50%, пола – 30%. Размеры противостоящего здания – L_зд. = 30 м; H_зд=30м.

Решение:

Определяем нормированное значение коэффициента естественной освещенности для района расположения:

е_N= e_Н* m_N, (1)

где N - номер группы обеспеченности естественным светом; e_Н - значение КЕО;

m_N - коэффициент светового климата, определяемый по приложению, (таблица 2) согласно расположению предприятия в группе административного района по ресурсам светового климата.

По таблице 3 приложения находим КЕО: e_Н = 1.

Для г. Москва при ориентации окон на север- е_N= 1,5*1=1,5

Коэффициент запаса по приложению 2 -К_з =1,6.

Находим световую характеристику световых проемов по таблице 1 при L_п/В = 20/12 = 1,7; В/ h₁ = 12/3 = 4;

По таблице 5 приложения определяем световую характеристику окна:

 Ƞо =11,5.

Определяем общий коэффициент светопропускания:

τ₀= τ₁ * τ₂ * τ₃ * τ₄,

где τ₁ - коэффициент светопропускания материала (таблица 6, приложения); τ₁ = 0,8

τ₂ -коэффициент, учитывающий потери света в переплетах светопроема (таблица 7, приложения); τ₂=0,7

τ₃ – коэффициент, учитывающий потери света в несущих конструкциях (таблица 10, приложения); τ₃= 1(при боковом освещении)

τ₄ -коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащитных устройствах (таблица 10, приложения) τ₄= 1.

τ₀ = 0,9 * 0,7 * 0,9 * 1 = 0,567

Определяем коэффициент r₁ - для бокового освещения (таблица 8, приложения).

Для этого определяем:

1) отношение глубины помещения к высоте от уровня условной рабочей поверхности до верха окна - В/ h₁=12/3 = 4;

2) отношение расстояния между расчетной точкой и наружной стеной к глубине помещения - L/В = 6/12 = 0,5;

отношение длины помещения к его глубине - Ln/B = 20/12 = 1,7;

3) величину средневзвешенного коэффициента отражения ρ_ср потолка, стен и пола, при площади потолка S₁ = 20*12 = 240 м²; площади стен S₂=2*(12*5+20*5) = 320 м²; площади пола S₃ = 20*12 = 240 м²:

ρ_ср= ,

где ρ_1, ρ_2, ρ₃ - коэффициенты отражения потолка, стен и пола соответственно; S₁, S₂, S₃ - площадь поверхности потолка, стен и пола соответственно.

ρ_ср=  = 0,5=50%

Из таблицы 8 (приложения) r₁ = 2,5.

Находим коэффициент К_зд, учитывающий затенение противостоящим зданием по таблице 9 (приложение) при отношении L_зд/_Нзд = 30/30 = 1 и ρ_ср = 50 % - Кзд =1,4.

 

 

Определяем площадь световых проемов по формуле:

S₀ =  * K_зд

где S_n - площадь пола помещения; e_n - нормированное значение КЕО для зданий, расположенных в различных районах; К_з - коэффициент запаса; Ƞо - световая характеристика окна; τ₀ -общий коэффициент светопропускания; r₁ - коэффициент, учитывающий повышение КЕО при боковом освещении, благодаря свету, отраженному от поверхностей помещения и подстилающего слоя.

S₀ =  * 1,4 = 65,42 м²

Относительная площадь световых проемов:

σ_{б =} *100%

σ_б =  * 100 %= 27,26 %

Ответ: нормированное значение коэффициента естественной освещенности е_N= 1,5; площадь световых проемов S₀ = 65,42 м²; относительная площадь световых проемов σ=27,26 %.