Послідовність розрахунку природного освітлення

1. Нормування природного освітлення

Природне освітлення створюється прямими сонячними променями та розсіяним світлом небосхилу.

Природне освітлення поділяється на бокове, верхнє та комбіноване.

Оскільки природне освітлення змінюється не лише впродовж дня, а навіть протягом короткого проміжку часу, кількісна оцінка його проводиться за відносним показником – коефіцієнтом природного освітлення (КПО):

де Е_вн – освітленість у даній точці всередині приміщення (безпосереднім чи відбитим), лк;

Е_зовн – освітленість горизонтальної поверхні, що створюється в той самий час ззовні світлом повністю відкритого небосхилу, лк.

На рис. 4.1 схематично зображено внутрішню освітленість (Е_вн) уявної точки М всередині приміщення та зовнішню освітленістю (Е_зовн)

а) б)

Рис. 4.1. Схематичне зображення внутрішньої Е_вн (а) та зовнішньої Е_зовн (б) освітленості.

Нормовані значення КПО визначаються документом «Будівельні норми і правила» (СНиП ІІ-4-79). З метою врахування особливостей світлового клімату в різних географічних пунктах вся територія колишнього СРСР зонована на 5 поясів світлового клімату. Територія України, крім Кримського півострова, належить до ІV поясу світлового клімату (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Карта світлових поясів України.

Нормоване значення КПО (е_н) для будівель, що розміщені в І,ІІ, ІV, V поясах світлового клімату, визначається за формулою:

Де: - значення КПО залежно від зорової роботи, визначається за таблицею 2,3; m - коефіцієнт світлового клімату (табл. 4); С – коефіцієнт сонячності клімату (табл. 4).

Таблиця 1.

Характеристика під розрядів зорових робіт

Підрозряд зорової роботи	Контраст об’єкта розпізнавання	Характеристика фону
а	Малий	Темний
б	Малий Середній
в	Малий Середній Великий	Світлий Середній Темний
г	Середній Великий Великий	Світлий Світлий Середній

Таблиця 2.

Норми штучного для люмінесцентних ламп та природного освітлення виробничих місць

Характеристика зорових робіт	Найменший розмір об’єкта розпізнавання, (мм)	Розряд зорової роботи	Під розряд зорової роботи	Штучне освітлення	Природне освітлення	Суміщене освітлення
Освітленість, лк.	КПО, %
При комбінованому	При загальному освітленні	При верхньому або комбінованому	При боковому освітленні	При верхньому або комбінованому	При боковому освітленні
Найвищої точності	Менше 0,15		а б в г				3,5
Дуже високої точності	0,15-0,3		а б в г				2,5	4,2	1,5
Високої точності	0,3-0,5		а б в г						1,2
Середньої точн.	0,5-1	1Y	а б в г				1,5	2,4	0,9
Малої точності	1-5	Y	а б в г	- -			1,0	1,8	0,6
Груба	Більше 5	Y1		-			0,5	1,2	0,3
Робота з самосвіт-ними мате-ріалами	Більше 0,5	Y11		-				1,8	0,6

Таблиця 3.

Значення коефіцієнту світлового клімату
Пояс світлового клімату	Коефіцієнт світлового клімату
І	1,2
ІІ	1,1
ІV	0,9
V	0,8

При односторонньому природному боковому освітлені нормується мінімальне значення КПО в точці, що розташована на віддалі 1 м від стіни, яка знаходиться найдалі від вікон, на перетині вертикальної площини характерного розрізу приміщення з умовною робочою поверхнею.

Таблиця 4.

Пояс світлового клімату	Коефіцієнт сонячності клімату, С
При світлових отворах, зорієнтованих за сторонами світу (азимут,град.)	При зенітних ліхтарях
У зовнішніх стінах будівель	У прямокутних та трапецевидних ліхтарях	У ліхтарях типу «Швед»
136-225	226-315 46-135	316-45	69-113 249-293	24-68; 204-248 114-158; 294-338	159-203; 339-23	316-45
ІV
а) північніше 500 п.ш.	0,75	0,8	1,0	0,85	0,9	0,95	1,0	0,9
б) 500 п.ш і південніше	0,7	0,75	0,95	0,8	0,85	0,9	0,95	0,85
V
а) північніше 400 п.ш.	0,65	0,7	0,9	0,75	0,8	0,85	0,9	0,75
б) 400 п.ш і південніше	0,6	0,65	0,85	0,7	0,75	0,8	0,85	0,65

Освітленість робочої поверхні всередині приміщення створюється кількома складовими, що можна представити наступним рівнянням:

Де: – освітленість, яка створюється дифузним світлом неба, що потрапляє через світловий отвір безпосередньо на робочу поверхню; – освітленість, яка створюється за рахунок відбиття світла від стелі, стін, підлоги; – освітленість яка створюється за рахунок відбиття світла від будівлі, що стоїть напроти вікна.

При розрахунках використовують коефіцієнт К_буд. (табл. 5). Якщо напроти вікна немає будівлі, то Е_буд=0, а К_буд =1. У той же час дерева, будівлі, що знаходяться напроти вікна з південної сторони, можуть його затіняти, зменшуючи тим самим загальну освітленість робочої поверхні, що й відображено в таблиці.

Таблиця 5

Значення К_буд залежно від відстані між сусідніми будівлями D до висоти карнизу протилежного будинку над підвіконником H (рис. 2)

	0,5	1,0	1,5	2,0	3 і більше
Кбуд	1,7	1,4	1,2	1,1	1,0

Розрахунок природного освітлення приміщень полягає у визначенні площі вікон. Сумарну площу вікон при односторонньому боковому освітленні розраховують за формулою:

Де: – сумарна площа вікон, м²; – площа підлоги, м²; е_н – нормоване значення КПО для даного приміщення при боковому освітленні, %; η_в – світлова характеристика вікна (табл. 7); К_буд – коефіцієнт, що враховує затінення вікон будівлями, які розташовані напроти (табл.6); К_з – коефіцієнт запасу (для виробничих приміщень К_з=1,3-1,5; τ_заг – загальний коефіцієнт пропускання світла вікна.

Коефіцієнт пропускання світла вікна τ_заг визначається за формулою:

.

Де: – коефіцієнт світлопропускання скла (табл. 12); – коефіцієнт, що характеризує конструкцію віконних рам (втрати в рамах) (табл. 12); – коефіцієнт втрат у несучих конструкціях, при боковому освітленні =1; – коефіцієнт втрат у сонцезахисних пристроях, визначається за таблицею 8; – коефіцієнт втрат в захисній сітці приймається 0,9, а при її відсутності =1.

Значення коефіцієнта r₁ визначається за табл. 10, залежно від параметрів приміщення (рис. 2) та середнього коефіцієнта відбиття ρ_ср. стелі, стін, підлоги, який визначається за формулою:

Де: , , – відповідні коефіцієнти відбиття; , , відповідні площі поверхонь.

Рис. 4.3. Природне бокове освітлення приміщення:

а – світлова характеристика вікна; б – затінення вікна будівлею.

Таблиця 6.

Значення світлової характеристики вікон (η_в) при боковому освітленні

Відношення довжини приміщення (L) до його глибини (в)	Відношення глибини приміщення (в) до висоти від рівня робочої поверхні до верхнього краю вікна (h)
	1.5					7.5
4 і більше	6,5		7,5					12,5
	7,5		8,5	9,6			12,5
	8,5		9,5	10,5	11,5
1,5	9,5	10,5
							26,5
0,5								–

 

Таблиця 7

Орієнтовні значення коефіцієнтів відбиття стелі (ρ_стелі) та стін (ρ_стін)

Стан стелі	ρстелі,%	Стан стін	ρстін,%
Свіжопобілена	80–65	Свіжопобілені з вікнами,
Побілена в сирих		Закритими білими
приміщеннях	65–40	шторами	75–65
Бетонна чиста	55–45	Свіжопобілені з вікнами
Бетонна брудна	35–25	без штор	55–45
Світла дерев'яна		Бетонні з вікнами	35–25
(полакована)	60–45	Обклеєні світлими
Темна дерев'яна		шпалерами	40–25
(нефарбована)	30–25	Обклеєні темними
Брудна (кузні,		шпалерами	15–5
Склади вугілля)	20–10	Цегляні не штукатурені	15–10

Таблиця 8

Коефіцієнти відбиття ρ поверхонь з різним кольоровим пофарбуванням

Колірпофарбованої	Коеф. відбиття	Колірпофарбованої	Коеф. відбиття
поверхні	ρ, %	поверхні	ρ, %
Біла палітура		Світло-сіра
Біла напівматова		Сіра алюмінієва
Біла слонова кістка		Зелена (колір шавлії)
Кремово-біла		Бежева
Світло-рожева		Коричнева
Світло-жовта		Оливково-зелена
Світло-червона		Темно-коричнева
Блакитна		Темно-зелена
		Темно-синя

 

Таблиця 9

Значення коефіцієнта r₁

B/h	l/B	Значення r1 при боковому освітленні	Значення r1 при боковому двосторонньому освітленні
Середній коефіцієнт відбиття ρср стелі, стін і підлоги
0.5	0,4	0,3	0,5	0,4	0.3
Відношення довжини приміщення L до його глибини В
0,5		2 і біль-­ ше	0,5		2 і біль-­ ше	0.5		2 і біль-­ ше	0,5		2 і біль-­ ше	0.5		2 і біль-­ ше	0.5		2 і біль-­ ше
Від 1 до 1,5	0,1 0,5 1,0	1.05 1.4 2,1	1,05 1,3 1,9	1,05 1.2 1,5	1.05 1.2 1,8	1,05 1,15 1.6	1.1 1,3	1,05 1.2 1,4	1.1 1,3	1,1 1.2	1,05 1,35 1,6	1,05 1,25 1.4	1,05 1.15 1,25	1,05 1,15 1,45	1.05 1.1 1.3	1,1 1,15	1.05 1.1 1.25	1.1 1.15	1.1 1.1
Більше 1.5 до 2.5	0,1 0,3 0:5 0,7 1,0	1.05 1.3 1,85 2,25 3.8	1,05 1,2 1.6 3,3	1,05 1,1 1,3 1.7 2,4	1.05 1,2 1.5 1.7 2.8	1,05 1,15 1,35 1.6 2,4	1,05 1,1 1,2 1.3 1,8	1,05 1,15. 1.3 1,55	1,1 1.2 1,35 1,8	1,05 1,1 1.2 1.5	1,05 1.3 1,8 2,1 2,35	1,05 1,2 1,45 1,75	1,05 1,1 1,25 1,5 1.6	1,05 1,2 1,4 1.75 1,9	1.05 1,15 1,25 1.45 1.6	1.05 1,1 1,15 1,2 1.5	1,05 1,15 1,25 1,3 1,5	1,1 1,15 1,25 1,35	1,05 1,1 1,2 1,2
Більше 2.5 до 3,5	0,1 0,3 0,5 0,7 0,9 1,0	1.1 1.2 1.6 2.6 5,3 7.2	1,05 1.15 1.45 2,2 4,2 5,4	1,05 1,1 1,3 1.7 4.3	1.05 1.15 1,35 1.9 2,9 3,6	1,1 1.25 1,7 2,45 3,1	1.1 1.2 1,4 1,9 2,4	1.1 1.25 1.6 2,2 2.6	1.1 1,15 1.5 1,85 2,2	1,05 1.1 1,3 1.5 1.7	1.1 1,2 1.5 2,25 3,65 4.45	1,05 1,15 1,4 1,9 2.9 3,35	1.05 1.1 1.25 1.45 2,6 2,65	1,05 і. 15 1.3 1.7 2,2 2.4	1.1 1.2 1.5 1.9 2,1	1.1 1.15 1.25 1.5 1.6	1.1 1.2 1.5 1.8	1,1 1.1 1.4 1,6 1.7	1,05 1.1 1,2 1.3 і.4
Більше 3,5	0.1 0,2 0,3 0,4 0.5 0,6 0,7 0.8 0,9 1,0	1,2 1.4 1.75 2.4 3,4 4,6 7,4	1,15 1.3 1.5 2,1 2.9 3.8 4,7 5,8 7.1 7,3	1.1 1.2 1.3 1.8 2,5 3,1 3.7 4.7 5,6 5,7	1.1 1.2 1.4 1,6 2,4 2,9 3.4 4,3	1.1 1,15 1,3 1.4 1,8 2.1 2.6 2.9 3.6 4,1	1,05 1.1 1.2 1.3 1.5 1.8 2.1 2.4 3,5	1,05 1.1 1.25 1.4 1.7 2,3 2,6 3,5	1,05 1,05 1.2 1.3 1.5 1,8 2.3 2,6	1,05 1.1 1.2 1,3 1.5 1.7 1.9 2.1 2,5	1.2 1.4 1,75 2.35 3,25 4.2 5.1 5,8 6,2 6,3	1,15 1,3 1.5 2,8 3,5 4,5 4,9	1.1 1.2 1.3 1.75 2.4 2,85 3,2 3,6 3,9	1,1 1.2 1.4 1,6 1.9 2.25 2,55 2,8 3,4 3,5	1.1 1.15 1.3 1.4 1.7 2.3 2.4 2,8 2,9	1,05 1,1 1,2 1,3 1,45 1.7 1,85 1,95 2.3 2,4	1.05 1.1 1.25 1,35 1.65 1,95 2.1 2,25 2.45 2,6	1,05 1,05 1,2 1,25 1,5 1,7 1.8 2.1 2,25	1,05 1,1 1,15 1,3 1,4 1.5 1.-6 1.7 1.9

Примітка: В – глибина приміщення; h – висота від рівня умовної робочої поверхні до верхнього краю вікна; l – відстань розрахункової точки до зовнішньої стіни.

Таблиця 11

Значення коефіцієнтів τ₁, τ₂,

Вид світлопропускаючого матеріалу	Зна-	Вид віконної	Зна-	Сонцезахисні	Зна-
чення τ1	рами	чення τ2	пристрої	чення τ4
Скло віконне листове:		Віконні рами для		Регульовані жалюзі
одинарне	0,9	промислових		та штори (внутрішні,
подвійне	0,8	будівель:		зовнішні)
потрійне	0,75	а) дерев'яні:		Стаціонарні жалюзі
Склолистове:		одинарні	0,75	та екрани з
армоване	0,6	спарені	0,7	захисним кутом не
з візерунком	0,65	подвійніокремі	0,6	більше 45°:
сонцезахисне	0,65	б) металеві:		– горизонтальні	0,65
контрасне	0,75	одинарні		– вертикальні	0,75
Органічнескло:		(відкриваються)	0,75	Горизонтальні
прозоре	0,9	одинарні (глухі)	0,9	козирки:
молочне	0.6	подвійні		– з захисним кутом
Пустотіліскляні блоки:		(відкриваються)	0,6	не більше 30°	0,8
світлорозсіюючі	0,5	подвійні (глухі)	0,8	– з захисним кутом
прозорі	0,55			від 15 до 45°
Склопакети	0,8			(багатоступеневі)	0,6-0,9

Примітка: розрахункові розміри вікон допускається змінювати від +5% до -10%.

 

Приклад. Розрахувати бокове одностороннє природне освітлення для однієї сторони будівлі з розмірами: довжина-ширина L Х B=50 Х 10м, висота h=3,5м. Висота робочої поверхні в будівлі h_р=0,8м, на цій же висоті знаходиться підвіконня. Будівля знаходиться в м.Вінниці, вікна зорієнтовані на захід. Напроти вікон відсутні затіняючі об’єкти. Вікна мають подвійні дерев’яні рами з листовим склом. У будівлі виконуються зорові роботи високої точності.

Розв’язок: Формула для розрахунку загальної площі вікон:

1. Нормоване значення КПО (е_н), скориставшись табл. 1-5, становить:

()

2. Приймаємо коефіцієнт запасу К₃ =1,4.

3. Значення світлової характеристики вікон η_в визначається ; (рис. 2). За табл. 6, додаток знаходимо η_в =10.

4. Площа підлоги будівлі становить S_п=100мХ8м=800м². (S_п=50Х10=500м²) Оскільки вікна виготовлені з подвійних дерев’яних рам, в які встановлено віконне листове скло, то за табл. 9 загальний коефіцієнт світлопропускання вікон .

5. Визначаємо середній коефіцієнт відбиття ρ_ср стелі, стін, підлоги за формулою:

Отже

 

6. За табл. 7 визначимо коефіцієнт r_1, знаючи значення параметрів, що характеризують приміщення: В/h = 10/2,3=4,3; ℓ/В = 8,5/10=0,85; L/В = 50/10=5.

Знайденні значення підставляємо у формулу (1) і розраховуємо сумарну площу вікон.

Вибираємо стандартні вікна (табл. 11, додаток) з розміром 1,5 х 1,8 м, тоді площа одного вікна буде становити S_вік = 1,5 х 1,8 = 2,7 м²

Визначимо необхідну кількість вікон n= ∑S_вік /S_вік = 117,4:2,7= 43,4. Приймаємо 43 вікна.

 

Завдання. Розрахувати бокове одностороннє освітлення для будівлі, напроти вікон якої немає об’єктів, що затіняють. Вікна розміщені з однієї сторони будівлі. Схематично зобразити розташування вікон. Зробити висновок. Вихідні дані наведені в табл. 12.

Таблиця 12.

Вихідні дані до завдання

№ варіанту	Місто, в якому знаходиться будівля	Орієнтація вікон в будівлі	Характеристика зорової роботи за ступенем точності, що виконується в будівлі	Розміри будівлі, (м)	Висота робочої поверхні, hр, (м)
Довжина, L	Ширина, В	Висота, h
	Київ	Схід	Високої		8,0	3,0	0,8
	Львів	Захід	Середньої		7,0	3,1	0,8
	Херсон	Південь	Високої		7,5	3,0	0,7
	Вінниця	Схід	Малої		8,0	3,0	0,7
	Кіровоград	Південь	Малої		8,0	3,1	0,8
	Харків	Схід	Середньої		9,0	3,2	0,75
	Полтава	Захід	Малої		8,0	3,2	0,75
	Одеса	Південь	Середньої		7,0	3,0	0,7
	Суми	Схід	Високої		7,0	3,1	0,75
	Рівне	Захід	Високої		8,0	3,1	0,8

Питання для контролю та самоконтролю

1. Як освітлення виробничих приміщень впливає на працівника?

2. Навести основні вимоги до природного освітлення.

3. Що таке коефіцієнт природної освітленості (КПО)?

4. Як визначається нормоване значення КПО (е_н)?

5. Як визначаються коефіцієнти світлового клімату та сонячності клімату?

6. Написати і пояснити формулу для розрахунку бокового освітлення за коефіцієнтом природної освітленості (КПО).

 

Практична робота № 5