Светофизика укр.ПособНовое

Ці дані також заносимо до табл.4.22. Оскільки перше значення цього відношення більше за 3,5, то для розрахунку беремо нижню смугу табл.4.9. Для прорізу Б це відношення знахо- диться між 2,5 і 3,5, то беремо передостанню смугу. Обчислюємо відношення віддалі від розра- хункової точки до зовнішньої стіни (врахувавши, що зовнішні стіни мають пилкоподібну кон- фігурацію, цю віддаль беремо до поздовжньої осі світлових прорізів І, ІІ, ІІІ) до глибини при- міщення. Для прорізів А і Б на поперечному розрізі приміщення ці відношення будуть однако- вими. Отже, для першої точки b/B = 2/14 = 0,14, для другої – (2+2,5)/14 = 0,32, для третьої – (2+2,5+2,5)/14 = 0,5 і т. п. Одержані значення заносимо в табл.4.22. Маючи всі необхідні зна- чення для табл.4.9, легко знайти значення коефіцієнта r1. Наприклад, в першій точці (прорізи АІІ і АІІІ) – r1 = 1,17, в другій (ті ж прорізи) – r1 = 1,50, в третій (прорізи БІІ і БІІІ) – r1 = 1,3 і т. п.

Загальний коефіцієнт пропускання світла вікном визначаємо, використовуючи формулу (7), попередньо встановивши з таблиць значення, які входять в цю формулу:

скло віконне листове подвійне – τ1 = 0,8 (табл.4.4); рами металеві спарені – τ2 = 0,85 (табл.4.5); сонцезахисні пристрої відсутні – τ3 = 1.

Тоді τo = τ1 · τ2 · τ3 = 0,8 · 0,85 · 1 = 0,68.

Враховуючи позицію 2б табл.4.1, знаходимо значення коефіцієнта запасу Кзб = 1,2 для вертикального засклення. Відношення μ = τо/Кзб = 0,68/1,2 = 0,57.

Перемноживши значення стовпців 7, 10, 13 і постійного коефіцієнта μ, одержуємо зна- чення КПО від прорізів А і Б у кожній розрахунковій точці. Результати цих обчислень заносимо в стовпець 14 табл.4.22. Далі сумуємо значення КПО від всіх прорізів з лівої сторони ерл і зано- симо їх до 15 стовпця.

Щоб знайти значення КПО від прорізів В і Г, не обов’язково виконувати розрахунки, до- статньо проставити значення, використовуючи симетричне розміщення світлових прорізів, а саме: значення КПО в точці 1 від вікна Г дорівнює значенню КПО в точці 5 від вікна А; від прорізу В в точці 2 дорівнює значенню КПО від прорізу Б в точці 4 і т. д. Це буде ерп і значення його розміщуємо в стовпці 16. Щоб знайти остаточне значення КПО в кожній точці, необхідно підсумувати значення КПО в 15 і 16 стовпцях (стовпець 17, табл.4.22).

Як свідчать результати розрахунку, мінімальне значення КПО в третій точці ерб = 0,58%. Його необхідно порівняти з нормативним значенням енб = 0,595 %, яке було визначене на поча- тку розрахунку. Розраховуємо оціночний показник П:

П = 0,58 − 0,595 100 = −2,5 %, 0,595

який повністю відповідає до нормативної межі ±10 %. Це означає, що ця система природного освітлення задовольняє нормативним вимогам.

За результатами розрахунку будуємо графіки розподілу КПО у площині характерного розрізу (рис.4.24).

Якщо світлові прорізи Б і В були б продовженням прорізів А і Г з однаковою площею, то крива 1 проходила би трохи вище, особливо в першій і другій точках. В третій точці значення КПО практично би не змінилось і загальне значення КПО в цій точці не досягло б нормативно- го значення. Світлові прорізи Б і В у верхній частині зовнішніх стін значно збільшили рівень природної освітленості в глибині приміщення, що підтверджує крива 2. Як результат – вибрана система освітлення забезпечує рівномірне освітлення на значній площі приміщення і за рівнями освітлення задовольняє нормативні вимоги. Це пояснюється тим, що чим вище розміщені світ- лові прорізи, тим у яскравішу ділянку небосхилу потрапляє напрямок: розрахункова точка – се- редина світлового прорізу, – і тим більше значення коефіцієнта q, який враховує нерівномірну яскравість небосхилу. А як відомо, значення КПО прямо пропорційне до значення q.

Рис.4.24. Криві розподілу КПО в площині характерного розрізу конференц- залу на 300 місць: 1 – від вікна А; 2 – від вікна Б; 3 – сумарна крива від вікон А

іБ; 4 – сумарна крива від вікон В і Г; 5 – сумарна крива від усіх вікон

4.4.Розрахунок КПО при верхньому і комбінованому освітленні

Перевірочний (точний) розрахунок КПО для верхнього освітлення виконують за форму-

лою:
ерв =[εв + εср(r2 Kл – 1)] τл / Кзв,	(18)
де εв – геометричний КПО в розрахунковій точці для верхнього освітлення;

εср – середнє арифметичне значення геометричного КПО для верхнього освітлення по всіх то- чках характерного розрізу;

r2 – коефіцієнт, який враховує відбиті світлові потоки від внутрішніх поверхонь приміщення для верхнього освітлення, наведений у табл.4.12;

Кл – коефіцієнт, який враховує тип ліхтаря, береться з табл.4.13; τл – загальний коефіцієнт пропускання світла прозорими огороджувальними конструкціями

системи верхнього освітлення, визначається за формулою (8);
Кзв – коефіцієнт запасу для верхнього освітлення, визначається з табл.4.1.
Геометричний КПО для верхнього освітлення обчислюють за формулою:
εв = 0,01 · n3 · n2, %,	(19)

де n3 – встановлюють, з’єднуючи поперечний розріз приміщення з графіком ІІІ (рис.4.25); n2 – визначають, з’єднуючи повздовжній розріз приміщення з графіком ІІ (рис.4.13).

Методика розрахунку геометричного КПО для верхнього освітлення наступна:

а – розрахункова точка на поперечному розрізі, накресленому на кальці і накладеному на графік ІІІ, повинна збігатись з полюсом графіка, а слід умовної робочої поверхні – з нижньою лінією основи графіка (рис.4.26 а);

б – підраховуємо кількість променів n3 за графіком ІІІ, які проходять крізь поперечний розріз світлового прорізу ліхтаря в задану розрахункову точку;

в – відзначаємо номер півкола графіка ІІІ, який проходить крізь точку С – середину сві- тлового прорізу;

г – поздовжній розріз приміщення, накреслений на кальці, накладаємо на графік ІІ так, щоб вертикальний слід площини характерного розрізу збігався з вертикальною віссю графіка ІІ, яка проходить через його полюс О, а поздовжня вісь прорізів ліхтаря С – С збігалася з горизон- тальною лінією графіка, номер якої відповідає номеру півкола, відзначеному на графіку ІІІ

(рис.4.26 б);

Рис.4.25. Графік ІІІ для підрахунку кількості променів, що проникають через світлові прорізи системи верхнього природно- го освітлення на поперечному розрізі приміщення

Рис.4.26. Визначення кількості променів, які проникають через верхні світлові прорізи: а) n3 і Nо – на поперечному розрізі приміщення за графіком ІІІ; б) n2 – на поздовжньому розрізі приміщення за графіком ІІ

д – підраховуємо кількість променів за графіком ІІ, що проходять від неба через кожний світловий проріз на поздовжньому розрізі приміщення. Зауважимо, що як початкові і кінцеві приймають промені, які проходять через точки перетину торцевих площин ліхтаря з поздовж- ньою віссю прорізів С – С; загальна кількість променів n2 визначається сумою променів від ко- жного світлового прорізу;

е – визначаємо геометричний КПО за формулою (19).

Примітка: масштаб креслень поперечного повздовжнього розрізів приміщення (будинку) може бути будь-яким, однак має бути однаковим як для поперечного, так і для поздовжнього розрізів.

Для верхнього і бокового освітлення (комбінованого) розрахункове значення КПО ерк дорівнює сумі значень КПО від верхніх ерв і бокових ерб світлових прорізів:

ерк = ерб + ерв, %.

(20)

4.4.1. Система оцінки

Якщо для бокового освітлення нормативне значення КПО порівнювалось з його мініма- льним значенням, то для системи верхнього або комбінованого (верхнє + бокове) природного освітлення нормативне значення КПО порівнюють з середнім значенням розрахункового КПО,

яке обчислюють за формулою:
еср = (е1 / 2 + е2 + е3 + …. + еN-1 + eN / 2) / (N – 1), %,	(21)
де N – кількість розрахункових точок, в яких визначають КПО;

е1, е2,… еN – значення КПО для верхнього або комбінованого освітлення в точках характерно- го розрізу приміщення, які визначають за формулами (18) і (20).

Розрахункові значення КПО можна округлювати до одного знаку після коми. При проек- туванні системи природного освітлення зазвичай важко досягти рівності розрахункових і нор- мативних значень. Тому допускається певне відхилення розрахункових значень КПО від норма- тивних на ±10 %. Практично це можна здійснити наступним способом.

Визначаємо оціночний показник П для верхнього і комбінованого освітлення за форму-

лою:		− е
	е
П =	ср	нк	100, %,	(22)

енк

де енк – нормативне значення КПО, яке визначається за формулою (4), причому ено і m прийма- ються як для верхнього освітлення;

еср – розрахункове значення КПО для верхнього або комбінованого освітлення, яке визнача- ється за формулою (21).

Система природного освітлення задовольняє нормативним вимогам тоді, коли значення оціночного показника П знаходиться у межах ± 10 %, тобто

−10 ≤ П ≤ + 10 %.

Контрольні питання та завдання.

1.Які графіки і елементи проекту (план, поперечний або поздовжній розрізи) необхідно використовувати при визначенні геометричного КПО для верхнього освітлення?

2.Для чого необхідно відмічати центри світло прорізів ліхтарів на поперечному розрізі приміщення?

3.Як визначається середнє значення геометричного КПО для верхнього освітлення по всіх точках характерного розрізу?

4.Від яких параметрів залежить коефіцієнт, який враховує відбиті світлові потоки від внутрішніх поверхонь приміщення для верхнього освітлення?

5.Значення КПО в якої точці необхідно порівнювати з нормативним значенням для оці- нки системи верхнього або комбінованого природного освітлення?

ПРИКЛАД 8. Розрахунок П-подібних ліхтарів

На підставі виконаного в прикладі І попереднього розрахунку площі світлопрозорих огороджень системи верхнього освітлення було прийнято два П-подібніх ліхтаря по одному в кожному прольоті з висотою засклення 2×1,25 і довжиною по 60 м кожний (рис.4.27). Необхід- но перевірочним розрахунком установити найбільш раціональну систему природного освітлен- ня для цього будинку. Інші параметри для світлотехнічного розрахунку такі: для верхнього освітлення – як в прикладі І; для бокового освітлення (якщо буде у цьому потреба) – як в при- кладі 5.

1. Нормоване значення КПО беремо таке, як в прикладі І для верхнього чи комбіновано- го освітлення (зорові роботи середньої точності – IV розряд як для природного освітлення):

енв = eнo · m = 4 · 0,8 = 3,2 %.

Рис.4.27. Поздовжній і поперечний розрізи інструментального цеху автомобільно- го виробництва з системою комбінованого природного освітлення (до прикладу 8)

2.Визначаємо розрахункову схему для системи верхнього освітлення (рис.4.28). На по- перечному розрізі, як і у попередніх прикладах, у відповідний спосіб розміщуємо розрахункові точки – по п‘ять у кожному прольоті. Для зручності виконання табличного розрахунку кожен світлопроріз позначаємо літерою і відзначаємо їх центри. На поздовжньому розрізі необхідно накреслити фронтальну проекцію розрізу ліхтаря з його поздовжньою віссю С – С та вертика- льний слід площини характерного розрізу. Розрахунок виконуємо за формулами (18) і (20).

3.З’єднуємо точку 1 поперечного розрізу з полюсом графіка ІІІ, а лінію умовної робочої поверхні з лінією основи графіка. Підраховуємо кількість променів, які проходять через кожний проріз, беручи до уваги, що в дану точку пряме світло поступає тільки через прорізи Б і Г. На- приклад, для прорізу Б – n3 = 2,5, для прорізу Г – n3 = 0,8. У цьому положенні графіка ІІІ відзна- чаємо номери півкіл, які проходять через центри прорізів: проріз Б – Nо = 18,5, Г – Nо = 34,2. Переносимо полюс графіка в точку 2 і виконуємо ті самі операції, потім в точку 3 і т.д. Резуль- тати вписуємо у стовпці 3 і 4 табл.4.23.

4.Лінію характерного розрізу на поздовжньому розрізі приміщення з’єднуємо з вертика- льною віссю графіка ІІ, а поздовжня вісь прорізу ліхтаря С – С повинна збігатись з горизонта- льною лінією графіка, номер якої відповідає номеру півкола, який визначений за графіком ІІІ. Оскільки у нашому прикладі лінія характерного розрізу збігається з віссю симетрії, то достат- ньо підрахувати кількість променів, які проходять від середини прорізу до точки перетину його поздовжньої осі С – С з площиною торця ліхтаря, а результат подвоїти.

Так, для прорізу Б (точка 1) з’єднуємо поздовжню вісь прорізу з горизонтальною лінією під номером 18,5. Кількість променів від половини прорізу дорівнює 47,4. Подвоєний результат

–n2 = 94,8 променів. Для прорізу Г (точка 1) поздовжню вісь з’єднуємо з лінією Nо = 34,2, тоді n2 = 40,5 · 2 = 81,0 і т.п.

Рис.4.28. Схема розрахунку (накреслена на кальці) системи комбінованого природного освітлення інструментального цеху автомобільного виробниц- тва (до прикладу 8)

5.Використовуючи формулу (19), підраховуємо геометричний КПО від кожного прорізу

ізаносимо результати в стовпець 6 табл.4.23. Зауважимо, що у точку 3, як і у точку 8, пряме світло потрапляє з трьох прорізів.

6.Визначаємо суму геометричних КПО від усіх прорізів у кожну розрахункову точку.

Так, для точки 1 підсумовуємо геометричні КПО від прорізів Б і Г: εв1 = εвБ + εвГ = 2,37 + 0,65 = 3,02 %;

для точки 2 – також від прорізів Б і Г: εв2 = εвБ + εвГ = 2,89 + 0,76 = 3,65 %;

для точки З – від прорізів А, Б і Г: εв3 =εвА + εвБ + εвГ = 0,97 + 0,97 + 1,15 = 3,09 % і т.п.

Результати вписуємо в стовпець 7 табл.4.23.

7. Знаходимо середнє значення геометричного КПО для всіх точок:

εср = (3,02 + 3,65 + 3,09 + 4,26 + 4,44 + 4,44 + 4,26 + 3,09 + 3,65 + 3,02) / 10 = 3,69 %.

8.Визначаємо коефіцієнт, який враховує світлові потоки, відбиті від внутрішніх повер- хонь приміщення, використовуючи дані прикладу 1 і рис.4.27 – r2 = 1,24.

9.Значення коефіцієнта, який враховує тип ліхтаря, беремо з табл.4.13 – Кл = 1,2.

10.Визначаємо загальний коефіцієнт пропускання світла ліхтарів за формулою (8), ви- користовуючи дані табл.4.4, 4.5, 4.7 з урахуванням даних прикладу 1:

τл = τ1 · τ2 · τ3 · τ4 · τ5 = 0,9 · 0,75 · 1 · 0,9 · 0,9 = 0,547.

11.З табл.4.1 беремо коефіцієнт запасу для вертикального засклення (поз.1в) – Кзв = 1,3. Відношення μ = τл / Кзв = 0,547 / 1,3 = 0,42. Значення εср, r2, Kл і μ не обов’язково заносити в таблицю, оскільки вони однакові для всіх точок.

12.Використовуючи формулу (18), обчислюємо остаточні значення КПО від ліхтарів і заносимо їх в стовпець 8 табл.4.23. Будуємо графік розподілу КПО від верхнього освітлення

(крива 1, рис.4.29 а).

13.За формулою (21) підраховуємо середнє значення КПО для розрахункових точок для системи верхнього освітлення:

есрв = (2,03 / 2 + 2,29 + 2,06 + 2,55 + 2,63 + 2,63 + 2,55 + 2,06 + 2,29 + 2,03 / 2) / (10 – 1) = 2,34 %

іпорівнюємо одержаний результат з нормативним значенням КПО:

П = 2,34 − 3,2100 = −27 , %, 3,2

що явно виходить за межі ±10%. Отже, розглянута система природного освітлення не задоволь- няє нормативні вимоги.

Таблиця 4.23. Розрахунок КПО для системи верхнього (з прорізами А, Б, В, Г) і комбінованого природного освітлення інструментального цеху (до прикладу 8)

	№	№	n	3	Nо	n	2	в	в	ерв, %	ерб %	ерк,
	точки	прорізу						ε i, %	ε , %		,	%
	1	2	3		4	5		6	7	8	9	10
		А	0,0		-	-		-
	1	Б	2,5		18,5	94,8		2,37	3,02	2,03	13,20	15,23
		В	0,0		-	-		-
		Г	0,8		34,2	81,0		0,65
		А	0,0		-	-		-
	2	Б	3,0		16,0	96,4		2,89	3,65	2,29	5,46	7,75
		В	0,0		-	-		-
		Г	0,9		30,5	84,8		0,76
		А	1,0		14,5	97,2		0,97
	3	Б	1,0		14,5	97,2		0,97	3,0,9	2,06	2,39	4,45
		В	0,0		-	-		-
		Г	1,3		26,5	88,6		1,15
		А	3,0		16,0	96,4		2,89
	4	Б	0,0		-	-		-	4,26	2,55	1,27	3,82
		В	0,0		-	-		-
		Г	1,5		23,1	91,6		1,37
		А	2,5		18,5	94,8		2,37
	5	Б	0,0		-	-		-	4,44	2,63	0,87	3,50
		В	0,0		-	-		-
		Г	2,2		20,0	94,0		2,07
		А	2,2		20,0	94,0		2,07
	6	Б	0,0		-	-		-	4,44	2,63	0,77	3,40
		В	0,0		-	-		-
		Г	2,5		18,5	94,8		2,37
		А	1,5		23,1	91,6		1,37
	7	Б	0,0		-	-		-	4,26	2,55	0,60	3,15
		В	0,0		-	-		-
		Г	3,0		16,0	96,4		2,89
		А	1,3		26,5	88,6		1,15
	8	Б	0,0		-	-		-	3,09	2,06	0,52	2,58
		В	1,0		14,5	97,2		0,97
		Г	1,0		14,5	97,2		0,97
		А	0,9		30,5	84,8		0,76
	9	Б	0,0		-	-		-	3,65	2,29	0,45	2,74
		В	3,0		16,0	96,4		2,89
		Г	0,0		-	-		-
		А	0,8		34,2	81,0		0,65
	10	Б	0,0		-	-		-	3,02	2,03	0,43	2,46
		В	2,5		18,5	94,8		2,37
		Г	0,0		-	-		-
						Середні значення			3,69	2,34		4,47

Рис.4.29. Криві розподілу КПО від проміжного (а) і остаточного (б) варіантів систем освітлення: 1 – від верхніх прорізів А, Б, В, Г; 2 – від верхніх А, Б, В, Г і бокових прорізів; 3 – нормативне значення КПО; 4 – від верхніх прорізів В і Г; 5 – від верхніх В, Г і бокових прорізів; 6 – середнє значення КПО від системи комбінованого природного освітлення (до прикладу 8 )

14.Проаналізовану систему природного освітлення замінюємо на систему комбіновано- го освітлення, застосувавши бокові прорізи, розраховані в прикладі 5. Тоді із останнього стовп- ця табл.4.20 переносимо значення КПО від бокових прорізів відповідних точок у стовпець 9

табл.4.23.

15.Використовуючи формулу (20), додаємо значення КПО від бокового освітлення к значенню КПО від верхнього освітлення. Результат заносимо в стовпець 10 і знову будуємо криву розподілу КПО у площині характерного розрізу приміщення (крива 2, рис.4.29 а). Обчис- люємо середнє значення КПО від системи комбінованого освітлення:

есрк = (15,23/2 + 7,75 + 4,45 + 3,82 + 3,50 + 3,40 + 3,15 + 2,58 + 2,74 + 2,46/2) / (10-1) = 4,47 %

іоцінюємо одержаний результат:

П = 4,47 − 3,2100 = 40 %, 3,2

що набагато перевищує нормативну межу (±10%). Отже, необхідно зменшити площу засклення світлових прорізів. Попередні розрахунки переконують, що без бокового освітлення нам не обі- йтись, спробуємо зменшити верхнє освітлення. Заберемо ліхтар зі світловими прорізами А і Б

(рис.4.29 а).

16.Із стовпця 6 табл.4.23 вибираємо значення геометричного КПО від світлових прорізів

Ві Г ліхтаря і перенесемо їх у стовпець 3 табл.4.24.

17.Підсумовуємо значення геометричного КПО від всіх прорізів. Варто зазначити, що з першої по сьому точки «працює» тільки проріз Г, у восьму точку промені потрапляють з двох прорізів – В і Г, в 9 і 10 точки – тільки з прорізу В.

18.Підраховуємо середнє значення геометричного КПО:

εср = (0,65 + 0,76 + 1,15 + 1,37 + 2,07 + 2,37 + 2,89 + 1,94 + 2,89 + 2,37) / 10 = 1,846 %.

19.Оскільки інші параметри формули (18) залишились незмінними, підраховуємо оста- точне значення КПО в точках від прорізів В і Г. Результати заносимо в стовпець 5 і будуємо графік розподілу КПО (крива 4, рис.4.29 б).

20.До одержаних значень додаємо значення КПО від бокових прорізів (стовпець 6) і су- му заносимо у стовпець 7. За отриманими результатами будуємо криву розподілу КПО (крива 5,

рис.4.29 б).

Таблиця 4.24. Розрахунок КПО для системи верхнього (з прорізами В і Г) і ком- бінованого природного освітлення інструментального цеху (до прикладу 8)

	№	№	ε		, %	εв , %	ерв , %	ерб , %	ерк , %
	точки	прорізу		ві
	1	2		3		4	5	6	7
	1	В			-	0,65	0,65	13,20	13,85
		Г	0,65
	2	В			-	0,76	0,70	5,46	6,16
		Г	0,76
	3	В			-	1,15	0,86	2,39	3,25
		Г	1,15
	4	В			-	1,37	0,95	1,27	2,22
		Г	1,37
	5	В			-	2,07	1,25	0,87	2,12
		Г	2,07
	6	В			-	2,37	1,37	0,77	2,14
		Г	2,37
	7	В			-	2,89	1,59	0,60	2,19
		Г	2,89
	8	В	0,97			1,94	1,19	0,52	1,71
		Г	0,97
	9	В	2,89			2,89	1,59	0,45	2,04
		Г			-
	10	В	2,37			2,37	1,37	0,43	1,80
		Г			-
		Середні значення				1,846	1,17		3,295

21. Підраховуємо середнє значення КПО по всім розрахунковим точкам характерного розрізу для комбінованого природного освітлення:

есрк = (13,85/2 + 6,16 + 3,25 + 2,22 + 2,12 + 2,14 + 2,19 + 1,71 + 2,04 + 1,80/2) / (10 – 1) = 3,295 %

іпорівнюємо результат з нормативним значенням КПО:

П= 3,295 − 3,2100 = 3 %, 3,2

що задовольняє нормативним вимогам.