CC BY
122
благоприятная среда жизнедеятельности человека
Расчетно-экспериментальный метод определения общего коэффициента пропускания света оконными блоками
В.А. Земцов, Е.В. Гагарина
Общий коэффициент пропускания света оконного блока зависит от материала и площади све-топрозрачного заполнения, общей площади оконных переплетов и коробки блока. Он определяется экспериментально на лабораторных установках на образцах оконных блоков в натуральную величину. К достоинствам экспериментального метода определения общего коэффициента пропускания света можно отнести его высокую точность, зависящую только от приборов определения.
Однако, экспериментальные исследования сталкиваются со значительными трудностями, связанными с транспортировкой оконных блоков к месту испытания и их монтажом. Сложность представляет также дороговизна эксплуатации лабораторной установки. Кроме того для проведения экспериментальных исследований приходится изготавливать образцы каждого из типов блоков в трех экземплярах, которые в процессе проведения эксперимента теряют товарный вид и становятся непригодными для эксплуатации.
В связи с этим возникает необходимость в поиске альтернативного варианта определения общего коэффициента пропускания света с использованием расчетных методов.
Расчетный метод заключается в определении одного из параметров общего коэффициента пропускания света — коэффициента передачи светового потока ячейками оконного блока т2. Второй параметр — коэффициента пропускания света све-топрозрачным заполнением Т1 определяется экспериментально с помощью приборов или лабораторных установок. Общий коэффициент пропускания света оконного блока вычисляется по формуле [1]:
т = т • т .
о 2 1
(1)
блоках. Размеры фрагментов небольшие, порядка 100 мм х 100 мм х 300 мм х 300 мм, что не является обременительным для производителя оконных блоков.
Наибольшие трудности в расчетном методе определения коэффициента пропускания света связаны с его определением через оконный блок без учета остекления.
Методы определения общего коэффициента светопропускания оконного блока. Впервые аналитический метод определения светопропускания оконного блока был предложен Н.Н. Киреевым [2, 3]. Поскольку точный учет всех факторов, влияющих на прохождение света через оконный блок, затруднителен, Н.Н.Киреев рассматривал прохождение рассеянного света при следующих допущениях:
— падающий световой поток однороден (все направления падения света равноценны);
— все элементы переплета имеют прямоугольное сечение;
— при спаренных и двойных раздельных переплетах элементы, ортогональные проекции которых совпадают, заменяются одним условным элементом, толщина которого равняется суммарной площади двух элементов и воздушной прослойки между ними;
— геометрические размеры светового проема и отражения света от оконных откосов не рассматриваются, так как эти факторы должны учитываться в уравнениях перераспределения света в помещении.
Коэффициент светопередачи через оконный блок определяется из следующих соотношений:
Коэффициент пропускания света стеклами, стек-лопакетами или иным светопрозрачным материалом можно определить с большой точностью на сравнительно небольших экспериментальных лабораторных установках: светомерном шаре, диффу-зометре, транзиметре, фотометре. Для проведения эксперимента достаточно иметь фрагменты све-топрозрачных заполнений, используемых в оконных
Т2 = ф = f [ ( +П )] ,
Фп
(2)
i=1
где Ф1 — световой поток, прошедший через ячейки переплета оконного блока в помещение, Лм;
Ф0 — световой поток, упавший на оконный блок из наружного пространства, Лм;
{(ь) — параметр, учитывающий затенение света в направлении нормали к плоскости оконного блока;
благоприятная среда жизнедеятельности человека
Ю, — параметр, учитывающий удельный вес по площади /-ой ячейки блока;
^ — доля прямого светового потока, упавшего на /-ую ячейку и прошедшего непосредственно в помещение;
п. — доля прямого светового потока, который, упав на внутренние грани -ой ячейки, пройдет после многократных отражений в помещение.
Решая уравнение, Н.Н.Киреев получил следующее выражение коэффициента светопропускания оконного блока с учетом светопрозрачного заполнения при диффузном отражении светового потока стенками ячеек блока (метод 1) [2, 3]:
(3)
где: Б0 — площадь светового проема по наружному измерению в свету, м2;
Т1 — коэффициент пропускания света светоп-розрачного заполнения ячеек переплета;
р — коэффициент диффузного отражения внутренних граней ячейки;
Б, = а, ■ Ь. — площадь /-й ячейки в свету, м2;
а,, Ь. — ширина и высота /-й ячейки в свету, м;
О, = <^(а , + Ь.) — площадь полупериметра торцевых стенок -й ячейки переплета;
суммарная толщина переплета, м.
Опубликованный в 2008 году стандарт СТО 44416204-2008 «Расчетный метод определения общего коэффициента пропускания света оконных и дверных оконных блоков» [4] содержит несколько усложненное выражение формулы (3). Авторы стандарта, увеличив площадь полупериметра вдвое, получили площадь периметра торцевых стенок -ой ячейки переплета. В этом случае выражение (3) приняло вид (метод 2):
(4)
Параметры формулы (4) совпадают с параметрами формулы (3) за исключением О, = 2<(а.+ Ь.) — площадь периметра торцевых стенок -й ячейки переплета, м.
В современном строительстве жилых и общественных зданий часто встречаются проекты с применением круглых, полукруглых и сложных форм
оконных блоков (рис. 1) с целью создания выразительности фасадов зданий и интерьеров помещений. Метод определения общего коэффициента пропускания света, изложенный в [2 - 4], применим только для оконных блоков с прямоугольными ячейками переплетов (рис. 2).
В качестве универсального метода расчета све-топропускания оконного блока, учитывающего различные конфигурации ячеек переплета, предлагается метод, изложенный ниже и основанный на [5, 6]. Общий подход к определению коэффициента светопередачи через оконный блок остается неизменным и описывается соотношением (2). Обозначения величин, которые входят в это соотношение, приняты согласно на [5, 6]:
Т 2 = — У [5/ (| + КП|)] ,
5 0 %
(5)
где Б0 — площадь оконного блока по наружному обмеру, м2;
Б, = а, Ь, - площадь ьй ячейки в свету, м2; а, , Ь, - ширина и высота ьй ячейки в свету, м; Кп - составляющая коэффициента светопередачи, зависящая от геометрических размеров ячейки переплета:
-,2
Кг, = 0,25
Рисунок 1. Оконные блоки (круглые, полукруглые, сложной Формы).
Рисунок 2. Оконные блоки прямоугольной Формы.
2010
473
•5
благоприятная среда жизнедеятельности человека
К — составляющая коэффициента светопередачи, зависящая от отражательных свойств внутренних граней ячеек переплета:
\2
(7)
ßi Pg • (1 - кг)2
Kni 2-pg-[Кг (2 + ßi)-ßJ ■
Рассмотрим два основных варианта оконных блоков, встречающихся в строительной практике:
— оконный блок с прямоугольной формой ячеек переплета;
— оконный блок с круглой формой ячеек переплета.
Общий коэффициент светопропускания будет определяться по следующей формуле (метод 3):
(8)
где Т( — коэффициент пропускания света све-топрозрачного заполнения ячеек переплета;
ßi=2aibi / кл[л(а1+Ь1) — индекс /-Й ячейки переплета прямоугольной формы;
ß(- = r/h — индекс /-й ячейки переплета круглой формы;
рд — коэффициент диффузного отражения внутренних граней ячейки;
a / , b . — ширина и высота /-й ячейки в свету, м; h — толщина ячейки переплета, м; r — радиус ячейки переплета, м. Для сравнительного анализа представленных методов расчета общего коэффициента пропускания света оконными блоками были выполнены исследования одного оконного блока из ПВХ-профи-лей «VEKA» и одного блока со спаренными деревянными переплетами.
Результаты расчета, представленные в таблице 1, показывают хорошую их сходимость по всем трем представленным методам.
Расчет общего коэффициента пропускания света оконного блока со стеклопакетом.
По заданию ООО «ФРАМ ВИНДОУЗ-ДСК-1» были выполнены исследования по определению общего коэффициента пропускания света оконного блока со стеклопакетом 3К-14,5Аг-К3 из двух стекол с твердым энергосберегающим покрытием, заполненным аргоном и одного простого форматного листового стекла 3М1. Необходимость исследований вызвана отсутствием светотехнических параметров в нормативной и справочной литературе необходимых при выполнении расчета естественного освещения помещений гражданского назначения.
Для исследований заказчиком ООО «ФРАМ ВИНДОУЗ-ДСК-1» были предоставлены следующие исходные данные и фрагменты изделий:
— чертежи общего вида оконного блока ОПОС-ПО15-12Ф со спецификацией;
— сечение по коробке и створкам блока;
— фрагменты стекол и стеклопакета, а также фрагменты створок из ПВХ.
Согласно данным заказчика простое стекло толщиной 3 мм смонтировано на выносе от однокамерного стеклопакета на расстоянии 18 мм без дополнительного переплета (т.е. приклеено к раме блока). В связи с этим расчетная толщина ячеек блока принята равной сумме толщин штапика, стеклопакета, уплотнительной ленты и уплотнителя стек-лопакета.
Исследования коэффициента пропускания света стеклами и стеклопакетом выполнены на фотометре отражения ФО-1 абсолютным методом. Согласно результатам исследований суммарный коэффициент пропускания света, Т1, стеклопакетом из стекол с твердым энергосберегающим покрытием и простого форматного листового стекла 3М1 равен 0,73.
Тип оконного блока т, по табл. Б7 [1], отн. ед. т2 по формулам (3), (4), (8), отн. ед. Общий коэффициент пропускания света оконного блока, отн. ед.
Деревянные со спаренными переплетами 0,80 (3), (4) - 0,59 (8) - 0,60 (3), (4) - 0,47 (8) - 0,48
Из ПВХ-профилей «УЕКА» с двухкамерным стеклопакетом 0,75 (3), (4) - 0,52 (8) - 0,53 (3), (4) - 0,39 (8) - 0,40
Таблица 1. Сравнение методов расчета
общего коэффициента пропускания света оконного блока
благоприятная среда жизнедеятельности человека
Коэффициент Т2, учитывающий потери света в переплетах светового проема (в оконном блоке), определен аналитически с помощью формул (3),(4), (8). Результаты расчета показывают, что коэффициент Т2 = 0,53. Таким образом, общий коэффициент пропускания света оконным блоком 0П0СП015-12Ф со стеклопакетом 3К-14,5Аг-К3 из двух стекол с твердым энергосберегающим покрытием, заполненным аргоном, и одного простого форматного листового стекла 3М1 равен:
т = т2 • т, = 0,39.
Из формул (3),(4), (8) видно, что коэффициент, учитывающий потери света в оконном блоке, зависит от двух основных параметров:
— от параметра, учитывающего затенение света в направлении нормали к плоскости оконного блока;
— от параметра, определяющего пропускание света ячейками переплета, учитывающего многократные отражения на внутренних гранях ячеек переплетов.
Как видно из формул, чем меньше суммарная площадь переплетов и чем тоньше их внутренние грани в оконном блоке, тем выше его общий коэффициент светопропускания. Эти факторы необходимо учитывать при разработке конструкций оконных блоков.
Анализ значений коэффициентов Т2, представленных в таблице Б.7 [1], позволяет отметить следующие неточности этой таблицы:
— значения коэффициента Т2 учитывают потери света в переплетах без учета потери света в коробке оконного блока;
— значения коэффициента Т2 являются некоторыми усредненными величинами определенного вида оконных блоков и не зависят от площади переплетов, от количества световых ячеек переплетов, от суммарной толщины переплетов определенного вида.
В отличие от оконных блоков с деревянными спаренными переплетами, оконные блоки из ПВХ не имеют отдельной коробки, их переплеты составляют единую целую конструкцию. Поэтому при расчете коэффициента Т2 в блоках из ПВХ учитывается затенение не только переплетами, а суммарное затенение переплетом и оконной коробкой.
Данные обстоятельства необходимо учитывать при расчете естественного освещения помещений в зданиях гражданского назначения.
Выводы.
1. Разработан и представлен для использования метод определения общего коэффициента пропускания света оконными блоками, учитывающий различные их формы и формы ячеек переплета.
2. Для обеспечения однозначного подхода при учете коэффициентов Т2 для различных видов переплетов, представленных в таблице Б.7 [1] и в других справочных источниках, а также для современных оконных блоков из ПВХ целесообразно выполнить корректировку табличных значений Т2 , с целью учета площади оконной коробки и количества световых ячеек в оконном блоке. До проведения корректировки табличных данных расчет общего коэффициента пропускания света следует определять по универсальной методике с учетом конкретного решения оконного блока и эти расчетные значения использовать при расчете коэффициента естественной освещенности помещений гражданских зданий.
3. При расчете естественного освещения помещений, в которых оконные проемы заполнены блоками из ПВХ марки 0П0СП015-12Ф со стеклопакетом 3К-14,5Аг-К3 из двух стекол с твердым энергосберегающим покрытием, заполненных аргоном, и одного простого форматного листового стекла 3М1, общий коэффициент пропускания света Т0 следует принимать равным 0,39.
Литература
1. Естественное освещение жилых и общественных зданий. СП 23-102-2003. М. 2005. 82 с.
2. Киреев H.H. Аналитический метод определения светопропускания оконного блока. / / Светотехника. 1983. №7, с. 3-4.
3. Киреев H.H. Основы проектирования совмещенного освещения. Дисс. докт. техн. наук. М. НИИСФ, 1984.
4. СТО 44416204-2008 «Расчетный метод определения общего коэффициента пропускания света оконных и дверных оконных блоков».
5. Земцов В.А. Естественное освещение помещений через зенитные фонари шахтного типа. Дисс. канд. техн. наук. М. НИИСФ, 1980.
6. Земцов В.А. Вопросы проектирования и расчета естественного освещения помещений через зенитные фонари шахтного типа. / / Светотехника. 1990. №10, с. 25-26.
2010
475
3
благоприятная среда жизнедеятельности человека
Расчетно-экспериментальный метод определения общего коэффициента пропускания света оконными блоками
Рассмотрены достоинства и недостатки экспериментального определения общего коэффициента пропускания света оконного блока, Т. Разработан расчетно-экспериментальный метод определения этого коэффициента. Методы расчета коэффициента светопередачи через оконный блок Т2 дают близкие результаты. Разработанный рас-четно-экспериментальный метод определения Т0 учитывает различные формы оконного блока и формы ячеек переплета. Проведен расчет зна-
Calculation-experimental method determination of the general coefficient light transmission window blocks
Zemtsov V.A., Gagarina E.V. Merits and demerits of experimental determination of the general coefficient light transmission of the window block ? are considered. The calculation-experimental method of determination of this coefficient is developed. Methods of calculation of coefficient light transfer through the window block T2 yield close results. The developed calculation-experimental method of determination T0 considers various forms of the window block and the form of чений t оконного блока из ПВХ со стеклопаке- cells of binder. Calculation T0 of the window block
том 3К-14,5Аг-К3. Получено Т0=0,39, что в дальнейшем может использоваться при расчете естественной освещенности помещений.
from PVC with a double pane unit 3K-14,5Ar-K3 is lead. Is received, that T0=0,39, that in the further can be used at calculation of day light exposure of rooms.
Ключевые слова: общий коэффициент пропускания света, коэффициент светопередачи, переплет, стеклопакет, световой поток, световой проем.
Key words: general coefficient light transmission, coefficient light transfer, binder, pane unit, the light flux, the light opening
