Эффективное проектирование зданий связано с использованием мансардного пространства. Наличие естественного освещения помещений под крышей – одно из основных требований к жилому мансардному пространству. В таких помещениях при недостаточности естественного освещения вертикальными окнами часто используются фонари в плоскости кровли (ФПК). Последние, как части зданий, в основном популярны в жилых, торговых и промышленных сооружениях. Преимущества их очевидны. Они не требуют сложных изменений и дополнительных конструкций в несущих элементах кровли и мало меняют архитектурный облик зданий, что особенно важно при реконструкции и реставрации зданий исторических.
Для зрительного комфорта помещений очень важна достаточность внутренней освещенности и равномерность её распределения, как в жилье, так и на рабочих местах. Равномерность естественного освещения важна для зрения. Неравномерное освещение вызывает зрительный дискомфорт. Равномерность освещения зависит от расположения окон и ФПК, от прозрачности, площади и угла наклона их остекления к полу освещаемого помещения. Согласно рис. 1, коэффициент использования естественного света (КИЕС) вертикальных окон (наклон 90°) составляет лишь 39%, а КИЕС ФПК с горизонтальным остеклением достигает почти 100%.
Рис. 1. Зависимость коэффициента использования естественного света светопроёма (η) от угла его наклона
Естественное освещение помещений фонарями в плоскости кровли и вертикальными окнами
Проведено сравнение вариантов естественного освещения расчётного мансардного помещении с помощью ФПК или вертикальными окнами. Размеры расчетного помещения – 3,2х4,0 м. Высота нижнего края окна и ФПК от пола помещения – 900 мм. ФПК установлены в двухскатной крыше с углом наклона кровли 40°.
Сравнивались следующие 4 варианта естественного освещения:
• вариант А: помещение с ФПК с размерами 1140 х 1400 мм;
• вариант Б: помещение с вертикальным окном на фасаде, с размерами окна 1140х1400 мм;
• вариант В: помещение с двумя ФПК с размерами 940х1400 мм;
• вариант Г: помещение с двумя вертикальными окнами с размерами 940х1400 мм.
Во всех вариантах рассчитывался коэффициент естественной освещенности (КЕО) на рабочей поверхности, в 850 мм над полом расчетного помещения. Моделирование естественного освещения производилось с помощью специальной компьютерной программы. Алгоритм программы основан на использовании метода радиосити в приближении пасмурного неба МКО (градация яркости неба 1:3) и светоклиматического района «Центральная Европа».
Компьютерное моделирование про водилось при следующих входных данных:
• коэффициент отражения потолка – 0,70;
• коэффициент отражения стен – 0,55;
• коэффициент отражения пола – 0,30;
• коэффициент отражения обвязки оконной коробки – 0,60;
• коэффициент отражения окружающей территории – 0,1;
• коэффициент пропускания оконного остекления (однокамерный стеклопакет) – 0,72;
• коэффициент потерь света вследствие загрязнений внутренней и наружной поверхностей остекления – 0,9 и 0,8 соответственно.
Максимальные, минимальные и средние значения КЕО, показатели равномерности естественного освещения и графическое представление распределения изолиний (кривых, соединяющих места с одинаковыми КЕО) на рабочей поверхности, в 850 мм над полом, представлены в табл. 1 для вариантов А и Б и в табл. 2 – для вариантов В и Г.
Таблица 1.
Сравнение результатов моделирования естественного освещения расчётного помещения фонарём в плоскости кровли (ФПК) или вертикальным окном
Таблица 2.
Сравнение результатов моделирования естественного освещения расчётного помещения двумя фонарями в плоскости кровли (ФПК) или двумя вертикальными окнами
Естественная освещенность от ФПК выше чем от вертикального окна. Но вертикальное окно дает лучшую равномерность естественного освещения. Максимальные значения КЕО на горизонтальной поверхности в случае ФПК вчетверо выше, чем в случае окна.
Представленные результаты компьютерного моделирования сравнивались с данными натурных световых измерений. Измерялась (6 января 2008 г.) освещённость в помещении с двумя ФПК – как в варианте В. Для этого использовался люксметр T-10 (фирма Konica Minolta) с двумя фотоприёмниками (основным и дополнительным). Один использовался для измерений внутренней освещенности на рабочей поверхности в точках 1-9 (рис. 2), в 850 мм над полом, а второй – наружной освещенности на горизонтальной открытой площадке. Измерения внутренней и наружной освещенностей повторялись по три раза. КЕО в точках 1-9 рассчитывались по измеренным средним освещенностям. Сравнение экспериментальных и расчётных (по компьютерной модели) КЕО приведено в табл. 3.
Рис. 2. Распределение точек измерения внутренней освещенности на рабочей поверхности
Влияние расположения фонарей в плоскости кровли на естественное освещение мансардных помещений
Оценивалась зависимость освещения мансардного помещения с двумя ФПК от их расположения. Расчетная жилая комната с размерами 4х5 м освещалась двумя ФПК с размерами 1140х1400 мм. Фонари рассчитаны на установку в крыше со скатами с углом наклона 40°. Были рассмотрены три варианта проекта:
• вариант 1: нижнее расположение ФПК, ближе к карнизу кровли (высота нижнего края ФПК от пола – 900 мм);
• вариант 2: среднее расположение ФПК (высота нижнего края ФПК от пола – 1800 мм);
• вариант 3: верхнее расположение фонарей, ближе к коньку крыши (высота нижнего края ФПК от пола – 2700 мм).
Моделирование естественного освещения указанного помещения выполнялось с помощью той же программы, что и в предыдущем разделе. КЕО определялись в выбранных точках 1-12 на рабочей поверхности, в 850 мм от пола (рис. 3).
Рис. 3. Схема расчетного помещения с фонарями в плоскости кровли (согласно вариантам 1, 2 и 3)
Расчеты КЕО проводились при следующих входных данных:
• коэффициент отражения потолка – 0,70;
• коэффициент отражения стен – 0,55;
• коэффициент отражения пола – 0,30;
• коэффициент отражения обвязки оконной коробки – 0,60;
• коэффициент отражения окружающей территории – 0,10;
• коэффициет пропускания оконного остекления (однокамерный стеклопакет) – 0,72;
• коэффициент потерь света вследствие загрязнений внутренней и наружной поверхностей остекления – 0,9 и 0,8 соответственно.
Результаты расчетов для вариантов 1, 2 и 3 приведены в табл. 4 и 5 и на рис. 4.
Таблица 4.
Результаты оценки значений коэффициента естественной освещённости (КЕО) в мансардном помещении
Примечание. ФПК не затенялись никакими предметами, что означает нулевую внешнюю отраженную составляющая КЕО
Рис. 4. Распределение значений коэффициента естественной освещённости (КЕО) в расчётном помещении: а – изолинии КЕО на рабочей поверхности; б – 3D представление распределения КЕО в помещении
Представленные результаты компьютерного моделирования были также сопоставлены с результатами натурных измерений. Освещённость измерялась в помещении с двумя ФПК тех же размеров и расположения, что и в варианте 2. Для измерений (7 января 2008 г.) использовался люксметр T-10 (фирма Konica Minolta) с двумя фотоприёмниками (основным и дополнительным). Один использовался для измерений внутренней освещенности на рабочей поверхности в точках 1-12 (рис. 3), в 850 мм над полом, а второй – наружную освещенность на горизонтальной открытой площадке. Измерения внутренней и наружной освещенностей повторялись по три раза. КЕО в точках 1-12 рассчитывались по измеренным средним освещенностям. Сравнение экспериментальных и расчётных (по компьютерной модели) КЕО приведено в табл. 6.
Следующие оценки касаются сравнения расчётных показателей двух вариантов естественного освещения мансардного помещения четырьмя ФПК:
• вариант 4: комбинация ФПК по вариантам 1 и 3;
• вариант 5: комбинация ФПК по вариантам 2 и 3.
Результаты этого сравнения приведены в табл. 7 и на рис. 4.
Таблица 7.
Оценки значений коэффициента естественной освещённости (КЕО) и равномерности его распределения в мансардном помещении в вариантах 4 и 5
Заключение
Оценки естественного освещения расчетного помещения и компьютерное моделирование проектных вариантов дали следующее. Очевидно, что ФПК создают большую освещенность, чем вертикальные окна с той же площадью остекления и со сравнимым расстоянием от пола, ибо они обычно ничем не экранируются.
Повышенная внутренняя освещенность определяется и градацией яркости неба. Влияние этого эффекта видно из рис. 4 – повышенные значения КЕО в варианте 2 (ФПК расположены над серединой пола помещения) по сравнению с КЕО в помещении с нижним расположением фонарей – в варианте 1. Эффект градации яркости неба следовало бы учитывать в проектировании ФПК для мансардных помещений с повышенными требованиями к внутреннему освещению и зрительному комфорту.
Достаточная площадь остекления ФПК и их надлежащая расстановка над освещаемым помещением может создавать оптимальные условия для зрительного комфорта в мансардных помещениях. Для лучшего зрительного контакта с окружающей средой рекомендуется проектировать ФПК с пониженным расстоянием от пола или дополнять их вертикальными оконными элементами.
Вопрос равномерности естественного освещения должен учитываться в проектировании интерьеров зданий. Внутренние поверхности, мебель и оборудование играют важную роль в проектировании естественного освещения – белые, светлые и полированные поверхности отражают свет, темные его поглощают, а шероховатые рассеивают.
Работа выполнена в рамках проекта KONTAK CZ – 102 SK-CZ-11006 MSMT CR «Исследование реального годового режима освещенности для эффективного использования световодов в светоклиматических условиях Словацкой и Чешской республик».
.gif)
.gif)
.gif)
.gif)
.gif)
.gif)
.gif)
.gif)
.gif)
.gif)
.gif)
