Лабораторна робота №3

ДОСЛІДЖЕННЯ ПРИРОДНОГО ОСВІТЛЕННЯ ПРИМІЩЕНЬ

Метою роботи є експериментальне й аналітичне визначення ступеня достатності природного світла у приміщеннях залежно від їх пропорцій, розмірів світлових отворів та відбиваючих властивостей поверхонь приміщення.

Підготовка до роботи

При підготуванні до роботи необхідно вивчити такі питання курсу " світлотехнічні установки та системи ":

1. Нормування природного освітлення. Необхідний матеріал викладено у [2] с. 17-19; [з] с. 166-170, 457-460.

2. Розрахунок коефіцієнту природної освітленості. Необхідний матеріал викладено у [2] с.34-44.

Для виконання роботи необхідно провести розрахунок розподілу КПО на рівні 0, 8 над підлогою за характерним розподілом приміщення для варіантів наведених у табл. 1.2.

Таблиця 1.2 – варіанти розрахункових завдань.

Висота підвікон 0, 8 м.

Контрольні запитання

1. Що таке коефіцієнт природної освітленості?

2. Які параметри обумовлють значення КПО?

3. Чому для дослідження КПО використовується штучний небозвід 4.

В яких контрольних точках нормується значення КПО?

5. Як визначити зону приміщення з недостатнім освітленням (природним)?

6. Від яких параметрів залежить загальний коефіцієнт світлопропускання світлового отвору?

Схема лабораторної установки

Лабораторна установка складається з штучного небозводу дзеркального типу й моделі приміщення з бічним природним освітленням (рис. 1.1).

Рис. 1.1 – Схема лабораторної установки

Штучний небозвід являє собою камеру у формі паралелепіпеду з дзеркальними бічними стінами 1 і стелею, що світить 2, підсвітка стелі забезпечується чотирма люмінесцентними лампами типу ЛБ-40 (3).

Принцип імітування умов природного освітлення полягає у створенні за всіма напрямками нескінченної множини дзеркальних відображень стелі, що світить. Яскравість кожного наступного відображення зменшується пропорційно коефіцієнту відбиття дзеркала, р_дз. Теоретично розподіл яскравості " небозводу" визначається геометричними пропорціями дзеркальної камери 1 і коефіцієнтом відбиття дзеркал. Вибрані коефіцієнти камери і відбиття дзеркал забезпечують розподіл яскравості, близький до хмарного неба МКО [2].

Модель приміщення 4 відтворює у масштабі 1: 25 приміщення площею 50 м² (клас, аудиторія, робоча кімната) висота якого 3 м, з стрічковим вікном 5 висотою 2м та підвіконням, висотою 0, 8м.

Конструкція моделі приміщення дозволяє змінити коефіцієнти відбиття його внутрішніх поверхонь. Для вимірювання освітленості в моделі приміщення і під " небозводом" встановлені фотоелементи 6 та 7.

Таблиця 1.3 — Варіанти завдань

Методика розрахунку природного освітлення за Данилюком

Попередній розрахунок площі світлових отворів проводиться:

а) при бічному освітленні приміщень за формулою:

(1.5)

б) при верхньому освітленні за формулою:

(1.6)

де S_o — площа світлових отворів (у стіні) при бічному освітленні; — площа підлоги приміщення; — нормоване значенння КПО; — коефіцієнт запасу, що приймається за табл. 3 [5]; — світлова характеристика вікон, визначувана за табл. 1 (додаток Б); — коефіцієнт, що враховує затінювання вікон протистоячими будівлями, визначуваний за табл. 2 (додаток Б); — загальний коефіцієнт світлопропускання, визначуваний за формулою:

(1.7)

де — коефіцієнт світлопропускання матеріалу, визначаємий по табл. 3 (додаток Б); — коефіцієнт, що враховує втрати світла в палітурках світлового отвору, визначаємий по табл. 3 (додаток Б); — коефіцієнт, що враховує втрати світла у несучих конструкціях, визначаємий по табл. 3 (додаток Б) (при бічному освітленні ); – коефіцієнт, що враховує втрати світла в сонцезахисних пристроях, визначуваний відповідно до табл. 4 (додаток Б); — коефіцієнт, що враховує втрати світла в захисній сітці, встановлюваній під ліхтарями, що приймається рівним 0, 9; — коефіцієнт, що враховує підвищення КПО при бічному освітленні завдяки світлу, відбитому від поверхонь приміщення і підстилаючого шару, прилеглого до будівлі, що приймається за табл. 5 (додаток Б); — площа світлових отворів (у стіні) при верхньому освітленні; — світлова характеристика ліхтаря або світлового отвору в площині покриття, визначувана за табл. 6 і 7 (додаток Б); — коефіцієнт, що враховує підвищення КПО при верхньому освітленні, завдяки світлу, відбитому від поверхонь приміщення, що приймається за табл. 6 (додаток Б); — коефіцієнт, що враховує тип ліхтаря, визначуваний по табл. 7 (додаток Б).

Розрахунок коефіцієнта природної освітленості КПО слід проводити:

а) при бічному освітленні за формулою

; (1.8)

б) при верхньому освітленні за формулою

; (1.9)

в) при верхньому і бічному освітленні за формулою

(1.10)

де e_б — геометричний КПО в розрахунковій точці при бічному освітленні, що враховує пряме світло неба, визначуване по графіках I і II

(додаток Б); q — коефіцієнт, що враховує нерівномірну яскравість хмарного неба МКО, визначуваний по табл. 10 (додаток Б); e _зд — геометричний КПО в розрахунковій точці при бічному освітленні, що враховує світло, відбите від протистоячих будівель, визначуваний за графіками І і II; R — коефіцієнт, що враховує відносну яскравість протистоячої будівлі, приймається за табл. 11 (додаток Б); e_в — геометричний КПО в розрахунковій точці при верхньому освітленні, визначуваний за графіками III і II (рис. 4 і 3): e_ср – геометричного КПО при верхньому освітленні на лінії перетину умовної робочої поверхні і площини характерного вертикального розрізу приміщення, визначуваної із співвідношення

, (1.12)

де N — кількість розрахункових точок;

e_{в 1, :} e_{в 2, :} e_{в 3};....._.; e_{в N} — геометричний КПО в розрахункових точках.

Середнє значення КПО e_ср при верхньому або верхньому і бічному освітленні визначається за формулою:

, (1.13)

де N — кількість точок, в яких визначається КПО; е₁, е₂, е₃, …., е_N — значення КПО при верхньому або при верхньому і бічному освітленні в точках характерного розрізу приміщення, що визначаються з формул (1.3.5) і (1.3.6).

Розрахункові значення КПО е_р, одержані з формул (1.8), (1.9), (1.10), (1.12), слід округляти до десятих часток. Допускається відхилення розрахункового значення КПО е_р від нормованого КПО на ±10 %.

Геометричний коефіцієнт природної освітленості визначається за допомогою графіків I, II і III (додаток Б).

Геометричний коефіцієнт природної освітленості, що враховує пряме світло неба, в якій-небудь точці приміщення при бічному освітленні визначається за формулою

, (1.14)

де — кількість проміння за графіком I, що проходять від неба через світлові отвори в розрахункову точку на поперечному розрізі приміщення (додаток Б); — кількість проміння за графіком II, що проходять від неба через світлові отвори в розрахункову точку на плані приміщення (додаток Б).

Геометричний коефіцієнт природної освітленості, що враховує світло, відбите від протистоячої будівлі при бічному освітленні, визначається за формулою

, (1.15)

де — кількість проміння за графіком I, що проходять від протистоячої будівлі через світловий отвір в розрахункову точку на поперечному розрізі приміщення (рис. 7– додаток Б); — кількість променів за графіком II, що проходять від протистоячої будівлі через світловий отвір в розрахункову точку на плані приміщення (рис. 6– додаток Б).

Підрахунок кількості променів за графіками I і II робиться в наступному порядку:

а) графік I накладається на креслення поперечного розрізу приміщення, центр графіка 0 поєднується з розрахунковою точкою А, а нижня лінія графіка — із слідом робочої поверхні (рис. 5– додаток Б);

б) підраховується кількість променів , що проходять через світлові отвори;

в) наголошується номер півкола на графіку I, яка проходить через точку — середину світлового отвору (рис. 5– додаток Б);

г) графік II накладається на план приміщення так, щоб його вертикальна вісь і горизонталь, номер якої відповідає номеру півкола за графіком I, проходили через точку С (рис. 6– додаток Б);

д) підраховується кількість променів за графіком II, що проходять через світлові отвори;

е) визначається геометричний коефіцієнт природної освітленості за формулою (3.10).

Підрахунок променів, відбитих від протистоячої будівлі і , що проходять через світловий отвір, робиться за графіками I і II аналогічно (рис. 7– додаток Б).

Геометричний коефіцієнт природної освітленості в якій-небудь точці приміщення при верхньому освітленні визначається за формулою

, (1.16)

де — кількість променів за графіком III, що проходять від неба в розрахункову точку через світлові отвори на поперечному розрізі приміщення; — кількість променів за графіком II, що проходять від неба в розрахункову точку через світлові отвори на поздовжньому розрізі приміщення [у разі декількох світлових отворів і визначаються окремо для кожного отвору, а потім добутки підсумовуються].

Підрахунок кількості проміння за графіками III і II робиться в такому порядку:

а) графік III накладається на креслення поперечного розрізу приміщення, центр графіка 0 поєднується з розрахунковою точкою б, а нижня лінія графіка III — із слідом робочої поверхні;

б) підраховується кількість променів, що проходять від неба в розрахункову точку б через світлові отвори (рис. 8– додаток Б);

в) наголошується номер півкола графіка III, яка проходить через точку — середину світлового отвору;

г) графік II накладається на креслення поздовжнього розрізу приміщення так, щоб його вертикальна вісь і горизонталь, номер якої відповідає номеру півкола за графіком III, проходили через точку (рис. 9– додаток Б);

д) підраховується кількість променів за графіком II, що проходять від неба через світлові отвори;

е) визначається геометричний коефіцієнт природної освітленості за формулою (1.16).

2. Методика світлотехнічних розрахунків при виконанні розрахункового завдання

Розрахунок КПО при бічному освітленні й при відсутності будівель, що затемнюють, виконується за формулою:

, (1.17)

де Е_б – геометричний КПО в розрахунковій точці при бічному освітленні, з урахуванням прямого світла неба, визначається за графіками І та II А.М.Данилюка [2];

r₁ – коефіцієнт, що враховує підвищення КПО при бічному освітленні, завдяки світлу, відбитому від поверхонь приміщення та підстилаючого шару землі, що прилягає до будівлі;

К₃ – коефіцієнт запасу, береться для приміщень, які досліджуються у роботі (кабінети, лабораторії, класи, читальні зали) 1, 2;

t₀ – коефіцієнт світлопропускання, що визначається за формулою (1.7);

g – коефіцієнт, що враховує нерівність яскравості небозводу.

Методика експериментів

Кількісною мірою достатності природного освітлення у приміщенні є коефіцієнт природної освітленості е (КПО), який визначається у процентах відношенням освітленості Е_{в н}, що створюється у певній точці приміщення світлом неба (прямим і після відбиття) до одночасової зовнішньої горизонтальної освітленості Е_зов під відкритим небозводом при стандартному розподілі яскравості хмарного неба [4]:

. (1.18)

Визначення КПО за формулою (1.18) робиться за даними вимірів освітленості Е_вн та Е_зов у контрольних точках.

Вимірювання освітленості проводять за 5-7 хвилин після вмикання у мережу всіх ЛЛ установки. Звернути особливу увагу на межі вимірів вимірювального приладу.

Вимірювання освітленості Е_вн в моделі приміщення виконують на умовній горизонтальній площі, співпадаючій з рівнем підвіконня (0, 8м від підлоги).

Встановлення вимірювальної голівки фотоелемента в моделі приміщення і під " небозводом" робити строго в контрольних точках.

Вимірювання Е_зов під " небозводом" повторювати після кожного циклу вимірювань освітленості Е_вн у моделі приміщення.

Контрольні запитання

1. Як зміниться коефіцієнт r₁ зі збільшенням глибини приміщення?

2. Як змінюється значення КПО у глибині приміщення при рівномірному за яскравістю " небозводі" та хмарному небі МКО?

3. Як визначити час дії ОУ?

4. Які заходи можна запропонувати для збільшення КПО, не змінюючи площі вікна?

5. Які вихідні дані необхідно мати для визначення КПО?

6. Що таке коефіцієнт світлового клімату?

7. Методика розрахунку КПО за Данилюком.

8. Види природного освітлення у приміщеннях. Який вид природного освітлення в лабораторній роботі.