Перевірний розрахунок природного освітлення

Після попереднього розрахунку і визначення орієнтовних розмірів світлопрорізів нормами проектування передбачається перевірний уточнюючий розрахунок природного освітлення за методикою Данилюка, яка ґрунтується на законі проекції тілесного кута й законі світлотехнічної подібності. Для графоаналітичних розрахунків Данилюком створені графіки, один із яких поділяє півсферу у вертикальній площині на 100 променів з однаковим рівнем освітленості, а другий також диференціює півсферу на 100 променів у горизонтальній площині. Обчислюючи кількість променів, які можуть надійти через світлопроріз у розрахункову точку, фактично виявляємо геометричну характеристику освітлення. Порядок уточнюючого розрахунку дещо складніший, і, щоб усвідомити його, необхідно послідовно ознайомитися з методикою.

Залежно від способу природного освітлення приміщення значення коефіцієнта природного освітлення (КПО) необхідно порівнювати:

а) при однобічному освітленні з мінімальним значенням КПО в точці (е_min), що розміщена на відстані 1 м від стіни, найбільш віддаленої від вікон на перетині вертикальної площини в характерному перерізі приміщення з умовною робочою поверхнею, яка обумовлена нормами;

б) при двобічному освітленні теж із мінімальним значенням КПО в точці, що знаходиться по середині приміщення на перетині вертикальної площини у характерному перерізі з умовною робочою поверхнею;

в) при верхньому і комбінованому освітленні зі середнім значенням КПО в точках (е_ср), розташованих на перетині вертикальної характерної площини з умовною робочою поверхнею.

Норми проектування [75] допускають поділ приміщення на зони з бічним і верхнім освітленням та незалежною оцінкою освітленості за одним із вище – зазначених принципів.

Розрахункове значення КПО належить обчислювати:

а) при бічному освітленні за формулою

; (1.38)

б) при верхньому освітленні

; (1.39)

в) при комбінованому освітленні

(1.40)

де е_б – геометричний КПО в розрахунковій точці при бічному освітленні, який обчислюється за графіками Данилюка (І та ІІ), наведеними в нормах [75]; q – коефіцієнт, який ураховує нерівномірну яскравість небосхилу за МКО і визначається за таблицею 35 норм [75]; ε_зд – геометричний КПО у розрахунковій точці при бічному освітленні, який ураховує відбите світло від стін та огороджень протилежних будинків і визначається за графіками Данилюка (І та ІІ); R – коефіцієнт, що враховує відносну яскравість поверхонь огороджень протилежних будинків, який визначається за таблицею 36 норм [75].

τ_0і = f(τ₀), де τ₀ – загальний коефіцієнт світлопропускання, обчислюється за формулою: τ₀ = τ_1, τ_2, τ_3, τ_4, τ₅ із використанням значень τ₁; τ₂; τ₃; τ₄, які наведені у таблицях 28 і 29 норм [75]. У формулах (1.38) та (1.39) загальний коефіцієнт світлопропускання τ_0і відрізняється від указаного в нормах [75], бо цей останній визначено для умов нормального падіння світлових променів на скло. В дійсності світлові промені при надходженні в точку падають на поверхню скла під деяким кутом і.

На основі досліджень [73] для інженерних розрахунків коефіцієнт τ_0і можна обчислювати за формулою

(1.41)

де ctg φ – кутовий коефіцієнт рівняння, одержаний за даними експериментальних досліджень, проведених у 1986 році в лабораторії Полтавського інженерно-будівельного інституту, а також у світлотехнічній лабораторії Полтавського заводу газорозрядних ламп. Для звичайного скла коефіцієнт ctg φ, за нашими даними, дорівнює 0,15 (табл.1.2).

Таблиця 1.2

Кутовий коефіцієнт рівняння (1.41) був одержаний також за табличними даними пропускання радіації, наведеними у деяких літературних джерелах. За С.П. Соловйовим [79], він виявився рівним 0,098, а за Л. Л.Дашкевичем, – 0,096. Обчислюючи загальний коефіцієнт світлопропускання τ_0і за формулою (1.41) при малих кутах падіння, наприклад і ≤ 10⁰, можемо бачити, що він мало відрізняється від τ_0, а от при кутах падіння 30⁰ чи 45⁰ і більше, що може зустрічатися при розрахунках для промислових цехів [28], коефіцієнт τ_0і стає меншим від τ₀ на 10; 15 і більше відсотків і з цим уже не можна миритися.

Тобто у випадках, коли освітленість у точці створюється невеликими за розмірами тілесними кутами, враховувати τ_0і при обчисленнях е_p не обов’язково. При великих же кутах падіння світла “і” об’єктивні розрахунки будуть лише при врахуванні τ_0і.

r₁ – коефіцієнт, що враховує підвищення КПО при бічному освітленні завдяки світловідбиттю від поверхонь приміщення і прилеглої території та встановлюється за таблицею 30 норм. Але при цьому необхідно запобігти помилці, яку допускають, коли не замислюються або навмисно це роблять (автору довелося в судовому порядку доводити помилковість позначень норм), і це може призвести інколи до протилежних результатів. Дійсно, у нормах проектування значення коефіцієнта r₁ визначаються залежно від відношення відстані “l” від розрахункової точки до зовнішньої стіни порівняно з глибиною приміщення В, тобто l/В. При цьому мається на увазі, що відстань “l” вимірюється від розрахункової точки М до внутрішньої поверхні зовнішньої стіни або, як написано в нормах, до зовнішньої стіни приміщення. Водночас при обчисленні коефіцієнта R у формулі (1.38) відстань “l”, що позначена на схемі норм [75], дорівнює відстані від зовнішньої поверхні зовнішньої стіни до точки.

Тобто позначення відстаней однакове, а зміст відстаней різний, і це інколи може призвести до помилкового їх трактування.

К_з – коефіцієнт запасу, наведений у таблиці 3 норм.

ε_в – геометричний КПО у розрахунковій точці при верхньому освітленні, який визначається з використанням графіків ІІІ та ІІ норм.

ε_ср – середнє значення геометричного КПО при верхньому освітленні у характерних точках на рівні робочої поверхні, який визначається із співвідношення

(1.42)

де N – кількість розрахункових точок; ε_в1; ε_в2; ε_в3;…; ε_вN – геометричний КПО у розрахункових точках приміщення.

Середнє значення КПО “е_cp” при верхньому і комбінованому освітленні приміщення визначається за формулою

(1.43)

де N – та ж, що і в попередній формулі, кількість точок, у яких визначається КПО; е₁, е₂, е₃, е_N – значення КПО, що визначені за формулами (1.39) і (1.40) при верхньому чи комбінованому освітленні приміщення.

Рис. 1.12. Обчислення променів на поперечному розрізі приміщення

Геометричні КПО ε_б, ε_в, ε_зд визначаються за допомогою графіків І, ІІ і ІІІ, наведених у нормах. Геометричний КПО “ε_б”, який ураховує пряме світло при бічному освітленні, визначається за виразом

ε_б = 0,01×n₁n₂, (1.44)

де n₁ – кількість променів на графіку І норм, які надходять від відкритого неба через вікно (світловий отвір) у розрахункову точку на поперечному перерізі приміщення (рис. 1.12); n₂ – кількість променів на графіку ІІ норм, що надходять від відкритого неба через світловий отвір у розрахункову точку при прикладанні графіка ІІ на плані приміщення (рис. 1.13).

Рис. 1.13. Обчислення променів на плані приміщення

Геометричний КПО “ε_в”, який ураховує пряме світло при верхньому освітленні, визначається за виразом

ε_в = 0,01×n₃n₂, (1.45)

де n₃ – кількість променів на графіку ІІІ норм, які надходять через світловий отвір від неба [75] у розрахункову точку на поперечному перерізі приміщення (рис. 1.14); n₂ – кількість променів на графіку ІІ норм, які надходять від неба в розрахункову точку через світлові отвори при прикладанні графіка ІІ на поздовжній переріз приміщення в характерній площині (рис. 1.15).

Геометричний КПО “ε_зд”, що враховує відбите світло від протилежних затіняючих будинків при бічному освітленні, визначається за виразом

ε_зд = 0,01 n₁^' n₂^', (1.46)

де n₁^' – кількість променів на графіку І норм, які надходять від протилежного будинку через світловий отвір у розрахункову точку на поперечному перерізі приміщення (рис. 1.16); n₂^' – кількість променів на графіку ІІ норм, які надходять від протилежного будинку в розрахункову точку через світловий отвір при прикладанні графіка ІІ на плані приміщення (рис. 1.13).

Рис. 1.15. Визначення кількості променів n₂ на поздовжньому перерізі приміщення

У результаті обчислення і зіставлення:

а) е_н^б ≈ е_р^б _min при бічному освітленні;

б) е_н^в ≈ е_ср^в при верхньому освітленні;

в) е_н^к ≈ е_ср ^к при комбінованому освітленні,

роблять висновки про відповідність чи невідповідність освітлення приміщення вимогам норм. При цьому в п. 2.5 норм [75] допускається змінювати встановлені розрахунком розміри вікон на +5, –10%. Водночас у додатку 5 (на стор. 38) норми допускають відхилення розрахункового значення від нормативного на ±10%. Якщо врахувати, що більшість громадських і житлових приміщень повинна мати 0,2-0,5% КПО, то передбачені відхилення розмірів й округлення КПО до 10% роблять норму не врівноваженою з допуском на можливе відхилення розмірів. Поряд із цими вимогами норми обмежують нерівномірність розподілення природного освітлення в приміщеннях виробничих і громадських будинків із верхнім та комбінованим освітленням й основних приміщень для дітей і підлітків при бічному освітленні. Ця нерівномірність не повинна перевищувати 3:1. Для інших приміщень при бічному освітленні нерівномірність розподілення освітлення не нормується. При роботах VII і VIII розрядів нерівномірність освітлення не нормується також у виробничих приміщеннях при комбінованому та верхньому освітленні.

При роботах І – IV розрядів у приміщеннях промислових будинків, які будуються у III і IV кліматичних районах, норми рекомендують передбачати на вікнах сонцезахисні пристрої. При належному обґрунтуванні їх можна передбачати й в інших кліматичних районах.