CC BY
42
благоприятная среда жизнедеятельности человека
Особенности расчета естественного освещения помещений через мансардные окна Уе!их при ясном небе МКО
Х.М. Гукетлов, Л.Т. Карданов
Для освещения помещений, расположенных на мансардных этажах, большое распространение получили мансардные окна типа Уе!их. Особенностью этих окон является то, что они устанавливаются в плоскости наклонных скатов крыш, угол наклона которых может составлять 10 и более градусов (рис.1).
Точное воспроизведение картины прохождения световых потоков при ясном небе МКО представляет сложную задачу, так как зависит от многих трудноучитываемых факторов. Поэтому в первом приближении математическая модель может быть разработана при следующих упрощающих допущениях:
— внутренние поверхности солнцезащитных устройств (СЗУ) отражают свет по закону Ламберта;
— при отсутствии прямого солнечного света на проеме СЗУ убраны, при попадании прямого солнечного света на проем СЗУ полностью экранируют окно от прямых солнечных лучей.
На основе проведенных теоретических исследований было получено аналитическое выражение освещенности в точке М мансардного помещения при ясном небе МКО Е^ , которое имеет следующий вид:
(1)
Здесь EH — суммарная освещенность на на-
клонной плоскости крыши
EH _ Еян. + Eв
Ссум _ СН.П. + СН.П.
(2)
Ев п — прямая освещенность от Солнца на на-
клонной поверхности крыши
E
н.п.
% pM cos 0
А
(3)
0 — угол, образуемый нормалью освещаемой плоскости с направлением на Солнце
0 _ arccos[cos z cos z в + sin z sin z в cos (A — Ae)] (4)
Е^^' — рассеянная освещенность на наклонной поверхности крыши при ясном небе
(5)
где то, Тс — общий коэффициент светопропус-кания заполнения светового проема без учета потерь света в СЗУ и коэффициент, учитывающий потери света в СЗУ; г0 — коэффициент, учитывающий повышение освещенности благодаря отражению света от поверхностей помещения; К3 — коэффициент запаса; а2, 0^ 02— угловые размеры проема, видимого из расчетной точки; — функция распределения яркости ясного неба МКО; а)
— функция распределения яркости ясного неба МКО; С0 — световая солнечная постоянная; в — угол наклона ската крыши; Р — прозрачность атмосферы; А — расстояние от Земли до Солнца для рассматриваемого года в астрономических едини-
Рисунок 1. Схема прохождения световых потоков при ясном небе через мансардные окна Уе1их.
благоприятная среда жизнедеятельности человека
10
хЮ4
Рисунок 2. Схема к определению угловых значений пределов интегрирования.
10
хЮ4
а)
и
0
1
г
<а
0) а
и
О
V СЕЕ ЕР
/ / ЧУ * \ \ \ \ ч
/ / / III * * V ' \ \ \
/ / г / < / / У -п 4 < N \ ч \ \ . >
' / У / / I ч ^ \
3 2,5
и
* 1 2 2 с;
о 1 5 о 1,3
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Время суток, час
б)
хЮ
г
г «
э
<и
л
и
о
1
0,5 0
СЕЕ ЕР
А ....и
Д Ч-- д У\ 1 //
Д „ V /IV // // /
и-» _ ^
- ^ N Г Ч||| ~ — - -
484
. 6
и
0
1 4
г
ш т
и
о 2
VI У^ /V //■. .— О 1— »ч V Х\ \\ ВОСТОК
/ // // / ' / N N Ч Л \ -V-\ \ :
/! // / / / / Г \\Viv \:
' ' / / ■ / ! У / / / ✓ : * \ N N \ \ N Лп Ч \ \\ V ч \ч\ \ \> \ \ \ \
/ / / * — / \
а)
10
и
X
16
I 4 0)
ш
ш
о о
о 2
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Время суток, час
хЮ4
б)
VI ч ВО стс ж
н 1 / / / --ч III V
' 1 1 1/ \ ч N ч \
/ N N _ Ч\у ч4«4 \\ ' ч\ чЧ IV чД \\
ч 1
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Время суток, час
Рисунок 3. Кривыю среднего за месяц суточного хода наружной суммарной освещенности на наклонной поверхности ориентированной на Север для г.Нальчика в (!,!!,!!!,!У,У,У!) месяцы года:
а — угол наклона поверхности 10°; б — угол наклона поверхности 70°.
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Время суток, час
Рисунок 4. Кривыю среднего за месяц суточного хода наружной суммарной освещенности на наклонной поверхности ориентированной на Восток для г.Нальчика в (!,!!,!!!,!У,У,У!) месяцы года:
а — угол наклона поверхности 10°; б — угол наклона поверхности 70°.
цах; М — оптическая масса атмосферы; 83, 84 — угловые значения пределов интегрирования (рис. 2); 2,2в, А, А0 — зенитное расстояние и азимуты соответственно нормали и Солнца к поверхности светового проема (рис. 2.).
Решение двойных интегралов в приведенных выше формулах осуществляется с использованием кубатурной формулы Симпсона.
На основе уравнений (1-5) были составлены алгоритм и программа расчета суммарной наружной освещенности.
Для получения графической зависимости освещенности на наклонной плоскости от времени суток была произведена полимиальная аппроксимация расчетных данных с помощью процедуры «ро!уЛ1 (х,у,п)» системы МаНАВ. Где п — порядок аппрок-
2010
3
благоприятная среда жизнедеятельности человека
12
10
2 8 с
5 6
о
14
V
О 2
х104
ЮГ
VI \ \\\
A //. ft/ //> ' / / Л -III ч s 4 > \
// /// ÙJ r / / t / / NI У s ч ч Vs \ Ч Л \ \
'/ ' ' / / r у / t Ч \ \ > 4 ^ \\ ч \
! / ' / r ч 4 N 4 \
а)
10
х104
и
0
1 I
ш 0)
ЮГ в^ч
/1 // А // V Л \\ V * V III
IV, à m у/ % /fa ¥ V VI N
i II \ \\ V \
/ff/ ч\\ чу
б)
6 7 8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Время суток, час Время суток, час
Рисунок 5. Кривые среднего за месяц суточного хода наружной суммарной освещенности на наклонной поверхности ориентированной на Юг для г.Нальчика в (!,!!,!!!,!У,У,У!) месяцы года: а — угол наклона поверхности 10°; б — угол наклона поверхности 70°.
симирующего полинома. Для порядка аппроксими-рущего полинома n = 4 зависимость аппроксимируется параболой четвертой степени.
E(t) = a4t4 + a3t3 + a2t2 + aj + a0
На основании этой зависимости были построены графики, показывающие изменение освещенности на различно ориентированных наклонных поверхностях в течение суток.
Характер изменения кривых четко показывает, что освещенности для различно ориентированных поверхностей незначительно отличаются при малых углах наклона и существенно отличаются при больших углах наклона.
Литература
1. Гукетлов Х.М. Метод расчета естественного освещения помещений с фонарями верхнего света в условиях ясного неба МКО. — Науч. тр. НИИСФ, 1986. Совершенствование световой среды помещений, с.38-34.
2. Киреев H.H., Гукетлов Х.М. Расчет на ЭВМ естественного освещения помещения от ясного неба МКО. — Науч. тр. НИИСФ, 1983. Исследования по строительной светотехнике, с. 29-33.
Особенности расчета естественного освещения помещений через мансардные окна Уе!их при ясном небе МКО
Изложен метод расчета естественной освещенности в помещении с оконными проемами типа Уе!их, расположенных в плоскости наклонных скатов крыш при ясном небе МКО. Получена
функциональная зависимость освещенности на наклонной плоскости от времени суток, которая показывает, что освещенности для различно ориентированных поверхностей незначительно отличаются при малых углах наклона и существенно отличаются при больших углах наклона.
Предлагаемый метод расчета позволит более полно использовать природные световые ресурсы при проектировании естественного освещения помещения через окна типа Уе!их.
Peculiarities of calculation of daylight illumination of rooms through the mansards of Velux in the clear sky of ICL
by H. Guketlov, L. Kardanov
A new method of calculation of daylight illumination in rooms with window openings of Velux type placed in the plan of clined slopes of roofs in the clear sky ICL is stated. There obtained the functional dependence of daylight illumination on the clined plane on the time of twenty-four hours which shows that degree of illumination for differently oriented surfaces slightly differ in small angles of slope and essentially differ in big angles of slope. The offered method of calculation will permit to user more fully daylight illumination resources in designing of daylight illumination of room through the windows of Velux type.
Ключевые слова: мансардный этаж, ясное небо МКО, окно типа VELUX, солнечная постоянная, зенитное расстояние.
Key words: mansard floor, the clear sky of ICL, the window of Velux type, sunny constant, zenithal distance.
