CC BY
60
ВЕСТНИК 7/2Q12
УДК 628.9
С.В. Стецкий, Чэнь Гуанлун
ФГБОУ ВПО «МГСУ»
СОЗДАНИЕ КАЧЕСТВЕННОЙ СВЕТОВОЙ СРЕДЫ В ПОМЕЩЕНИЯХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ ДЛЯ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ЮГО-ВОСТОЧНОГО КИТАЯ
Рассмотрены вопросы создания качественной световой среды в рабочих помещениях многоэтажных промышленных зданий для климатических условий юго-восточного Китая на основе применения новой эффективной системы естественного освещения — существующие источники бокового освещения и устройства дополнительного освещения через световые колодцы.
Ключевые слова: световая среда, многоэтажные производственные здания, боковое естественное освещение, световые колодцы, солнцезащитные устройства, коэффициент естественной освещенности, ясное небо, облачное небо, производительность труда, субъективная оценка.
В жарком и солнечном климате южных провинций Китая значительное внимание при проектировании промышленных объектов должно уделяться созданию качественного внутреннего микроклимата, который в рассматриваемых условиях в основном базируется на параметрах теплового, светового и инсоляционного режимов в помещениях [1—3].
в рассматриваемом случае вопросы инсоляции и солнцезащиты помещений рассматриваются в первую очередь с точки зрения избыточных теплопоступлений и лишь потом с точки зрения их воздействия на внутреннюю световую среду вследствие создания дискомфортных контрастов, яркостей и блескостей.
в основном качество световой среды зависит от уровней естественной освещенности в рассматриваемых зданиях, которая в свою очередь зависит от принятой системы естественного освещения и световой эффективности отдельных ее элементов [1, 2, 4—6].
В качестве «экспериментальной площадки» был выбран многоэтажный корпус швейной фабрики в г. Фучжоу, расположенном в юго-восточном регионе Китая, неподалеку от г. Шанхай. Рассматривалась световая среда в рабочих помещениях типового этажа этого здания как в своем первоначальном виде, так и после проведения ряда реконструкторских мероприятий, направленных на ее улучшение. Эти мероприятия были осуществлены на основе рекомендаций по результатам проведенных натурных и теоретических исследований.
Рассматриваемое рабочее помещение располагается на 2-м этаже корпуса фабрики и представляет собой типичный вариант объемно-планировочного решения многоэтажных промзданий: прямоугольные очертания здания в плане, относительно большая его ширина, использование системы бокового естественного освещения и т.д. (рис. 1 и 2).
Существующая система двухстороннего естественного освещения с использованием окон большого размера (2,5*2,5 м) не обеспечивает требуемых уровней естественной освещенности как при расчетах по нормативной методике с диффузным наружном освещении, так и при расчетах по альтернативной методике «ясного неба» с солнечным освещением.
Для рассматриваемых производств с работами средней точности (IV разряд зрительных работ) нормируемый коэффициент естественной освещенности при боковом освещении составляет Ен = 1,5 % [7, 8].
Рис. 1. Схематический план корпуса швейной фабрики в г. Фучжоу
Исследования состояния внутренней микроклиматической среды в рассматриваемом помещении показали ее значительный дискомфорт: инсоляция приводит как к перегреву помещений, так и к значительной неравномерности и контрастности освещения и дискомфортным яркостям. Уровни естественной освещенности в рассматриваемом случае были существенно ниже нормативных — по различным плоскостям поперечных разрезов КЕО составлял 0,6.. .0,66 % при диффузном наружном освещении и 1... 1,15 % при солнечном освещении в наиболее удаленной от окон точке в центре помещения.
Было предложено решить вышеуказанные проблемы путем устройства комбинированной системы естественного света с дополнительным использованием верхнего естественного освещения и применением эффективной солнцезащиты. Верхнее освещение могло быть обеспечено путем устройства световых шахт, световых колодцев или полых трубчатых световодов (табл.).
и
000Г
Рис. 2. Характерный разрез I - I корпуса швейной фабрики в г. Фучжоу (фрагмент)
Основные сравнительные характеристики световодов, световых колодцев и шахтных фонарей
Элемент системы освещения
Подтип элемента
Иллюстрация
размеры по длине
размеры поперечного сечения
Свето-пропускание стенки
Возможн. освещен. несколько этажей
ы т х а
ы в о т е в
с
Метры (в пределах конструкций покрытия
метры
Несвето-
пропускание
стенки
Освещается только верхний этаж
1
Окончание табл.
Элемент системы освещения
Подтип элемента
Иллюстрация
Размеры по длине
Размеры поперечного сечения
Свето-пропускание стенки
Возможн. освещен. несколько этажей
g
о к
в о т е в
с
Метры и
десятки
метров (в
пределах
высоты
здания
метры
свето-
пропускание
стенки
Освещаются все этажи
о т е в с е
3
та
г
ю у
р
Н
С глухими стенками
метры и
десятки
метров (в
пределах
высоты
здания
Дециметры, вплоть до 1,5 метров
Несвето-
пропускание
стенки
Освещается любой этаж здания, вплоть до первого
со све-топро-пускающими стенками
метры и
десятки
метров (в
пределах
высоты
здания
дециметры, вплоть до 1,5 метров
свето-
пропускание
стенки
Освещаются все этажи
2
3
4
Анализ этих вариантов показал, что световые фонари шахтного типа нельзя применить в своем оригинальном виде для освещения всех этажей многоэтажных промзданий, а полые трубчатые световоды слишком дороги для бюджета рассматриваемого предприятия. Выбор был сделан в пользу применения световых колодцев, которые, удовлетворяя определенным светотехническим условиям, требовали, однако, проведения определенных реконструкторских мероприятий в корпусе по своему устройству. Эти мероприятия связанны с устройством световых колодцев в «мерных» технологических зонах рассматриваемого производственного помещения, используемых ранее как коммуникационные пространства (рис. 3).
Расчет значений КЕО при созданной комбинированной системе естественного освещения проводился с учетом предположения о том, что световые колодцы, обеспеченные световыми потоками от светоприемников в виде зенитных фонарей на покрытии производственного корпуса, могут быть рассмотрены как источники дополнительного бокового естественного света в центре рассматриваемого помещения, что трансформирует систему комбинированного освещения в систему бокового двухстороннего естественного света (рис. 4).
Освещенность от световых колодцев определяют на основе комбинации методик расчетов внутренней освещенности от зенитных фонарей и полых трубчатых световодов, разработанных в НИИСФ, на кафедре архитектуры МГСУ и рядом других исследователей [1, 2, 4, 5, 9—11].
С
ев) (в:
а
9,000
Расчетное помещение 1 Условная граница помещений
1000
5750
10
1 ,2 3 4
4,500
т ^ г
4
—\—^
17500
Расчетное помещение 2 ^Световые колодцы
54
© ® б
21
|
У.Р.П
Рис. 3. Расчетная схема к определению КЕО при двухстороннем освещении помещения от окон и вертикального остекления световых колодцев: а — фрагмент плана здания; б — фрагмент поперечного разреза
Для расчета бокового КЕО, создаваемого световыми колодцами, используется формула Ламберта, скорректированная с учетом отраженной составляющей внутренней естественной освещенности
б Ьв АсозРсозуг
(1)
5
3
г
Б
где ерК — КЕО при боковом естественном свете, создаваемый вертикальным остеклением светового колодца; Ьв — яркость диффузора световода (светящего участка); А — площадь выходного проема световода (колодца); в, у — координационные углы взаимного расположения расчетной точки и центра световода (колодца); г — расстояние от расчетной точки до центра выходного проема световода (колодца); г0 — коэффициент, учитывающий повышение КЕО при боковом естественном освещении вследствие отражения света от внутренних поверхностей помещения.
Рис. 4. Расчетная схема к определению геометрического КЕО («е») при использования световых колодцев: Ф — входящий световой поток; Ф — выходящий световой поток; па — сила света в заданном направлении (под углом а к горизонтали); £ — входной проем; £ — выходной проем; Нок — высота остекления колодца
Общие уровни естественной освещенности в рассматриваемом помещении определяются путем сложения значений КЕО от светового колодца, определяемых по формуле (1), и значений КЕО от боковых светопроемов, определяемых по формуле расчета КЕО при боковом естественном освещении, рекомендуемой нормами. В данном случае используется в упрощенном виде вследствие отсутствия противостоящей застройки: [1, 2, 7, 8].
к 8с (2)
e
КЗ
где еБ — геометрический КЕО в расчетной точке; q — коэффициент, учитывающий неравномерную яркость небосвода; т0 — общий коэффициент светопропускания проемов; Кз — коэффициент запаса.
В ходе эксперимента решались и вопросы солнцезащиты рассматриваемого рабочего помещения. После устройства световых колодцев время инсоляции этих помещений значительно увеличилась, что привело к усилению температурного и светового дискомфорта в интерьере. Было признано целесообразным использование регулируемых СЗУ в виде штор из солнцезащитной металлизированной пленки. Такое решение являлось как экономичным, так и функционально-эффективным, так как применяемая пленка обладает высокими солнцезащитными свойствами при относительно хорошем светопропускании (т0 = 4). Солнцезащитная пленка использовалась на остеклении окон и световых колодцев, ориентированных на южную четверть горизонта.
Проведенный эксперимент показал значительное повышение качества внутренней среды в рассматриваемом производственном помещении после устройства системы световых колодцев и применения солнцезащиты. Положительные изменения коснулись как внутреннего температурного режима (уменьшение температуры воздуха), так и светового режима (увеличение уровней КЕО, повышение равномерности освещения, снижение контрастов и яркостей).
Теоретические результаты исследований были подтверждены практической стадией эксперимента — натурными замерами освещенности и субъективной оценкой внутренней среды (рис. 5).
е, % 13 12 11 10 9 8 7 6
е, % 13
1000 2000 2000 2000 ¡1000 1500 1000 2000 1 2000 1 2000 11000
8000 1500 8000
Рис. 5. Сводный график КЕО при двухстороннем освещении обследуемого помещения после его реконструкции
Например, КЕО в центрах вновь образованных рабочих участков рассматриваемого помещения (между окнами и остеклением световых колодцев) достиг при диффузном наружном освещении 1,47 %, а при солнечном наружном освещении, в зависимости от ориентации основных боковых светопроемов, — от 1,6 до 1,39 %, что существенно выше существовавших до устройства световых колодцев уровней КЕО, особенно в случае диффузного наружного освещения.
В результате осуществленных мероприятий по повышению качества внутренней среды в рассматриваемом помещении были получены определенные конкретные результаты по увеличению производительности труда на данном производстве и снижению затрат на цели искусственного освещения на экспериментальном участке. В частности, при увеличении значений КЕО примерно в 2,5 раза с первоначальных
Архитектура и градостроительство. Реконструкция и реставрация ВЕСТНИК
_МГСУ
значений в 0,6 % до максимально отмеченных в 1,47 %. Также при новой системе естественного освещения экономия электроэнергии на цели искусственного освещения составила около 25000 кВт-ч за год, что для рассматриваемого корпуса в реальном денежном выражении составляет около 4000 долл. США в год.
Выводы. 1. Показана необходимость и актуальность повышения роли научно-обоснованных проектных решений производственных зданий в климатических условиях юго-восточного Китая в целях создания качественного светового солнцезащитного и теплового микроклиматических режимов в их рабочих помещениях. Режимы должны рассматриваться и оцениваться комплексно.
2. Используемая система дополнительного освещения производственного помещения через световые колодцы показала свою эффективность в процессе создания как качественной внутренней среды в целом, так и световой среды в частности, что позволило достичь улучшенных показателей производительности труда экономии электроэнергии на цели искусственного освещения.
3. Показано, что предложенный метод расчета естественной освещенности от световых колодцев может быть целиком применен на основе имеющихся методов освещенности от системы световых шахт и системы полых трубчатых световодов, разработанных ранее в НИИСФ и МГСУ
4. Предложенная в исследованиях модификация системы верхнего естественного освещения в виде световых колодцев в системах бокового естественного освещения положительно отражается на качестве внутренней световой среды в рассматриваемых производственных помещениях. Световые колодцы, располагаемые обычно в центре этажей многоэтажных промзданий, фактически делят внутреннее пространство на два помещения с двухсторонним естественным освещением. При этом уменьшается глубина производственных участков рассматриваемых помещений и добавляется второй источник бокового естественного света. Все это приводит к реальному увеличению значений КЕО, достигающих величин, соизмеримых с нормированными.
Библиографический список
1. СНиП 23.05.95*. Естественное и искусственное освещение. М. : Госстрой России, 2004.
2. СП 52.13330.2011. Естественное и искусственное освещение. Актуализированная редакция СНиП 23-05—95*. М. : Минрегион РФ, 2010.
3. Соловьев А.К. Физика среды. М. : Изд-во АСВ, 2011.
4. Соловьев А.К. Эффективность верхнего естественного освещения производственных зданий : автореф. дисс. ... д-ра техн. наук. М., 2010.
5. Земцов В.А. Вопросы проектирования и расчета естественного освещения помещений через зенитные фонари шахтного типа // Светотехника. 1990. № 10.
6. Скать Д.Д. Комплексный метод расчета зенитного освещения зданий : автореф. дисс. ... канд. техн. наук. Полтава, 1999.
7. Гусев Н.М. Основы строительной физики. М. : Стройиздат, 1975.
8. Соловьев А.К. Полые трубчатые световоды и их применение для естественного освещения зданий // Промышленное и гражданское строительство. 2007. № 2.
9. Стецкий С.В., Чэнь Гуанлун. Светоклиматическое районирование территории Китая на основе советских и российских нормативных документов // Вестник МГСУ 2011. № 2.
10. Хокошка С., Бодман Г. Субъективная оценка условий освещения в рабочем помещении // Лихттехник. 1977. № 3 (нем.).
11. Стецкий С.В., Сало М.А. Учет влияния солнцезащитных устройств при расчетах естественного освещения в условиях южных регионов с преобладанием ясного неба // СМОТ XXI век. 2008. № 12.
Поступила в редакцию в мае 2012 г.
Об авторах: Стецкий Сергей Вячеславович — кандидат технических наук, доцент, профессор кафедры архитектуры, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный
ВЕСТНИК 7/2Q12
университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, agpz@ mgsu.ru;
Чэнь Гуанлун — аспирант кафедры архитектуры, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г Москва, Ярославское шоссе, д. 26, cglong1981@gmail.com.
Для цитирования: Стецкий С.В., Чэнь Гуанлун. Создание качественной световой среды в помещениях производственных зданий для климатических условий Юго-Восточного Китая // Вестник МГСУ. 2012. № 7. С. 16—25.
S.V. Stetskiy, Chen Guanglong
DEVELOPMENT OF A HIGH-QUALITY ILLUMINATION ENVIRONMENT IN THE PREMISES OF INDUSTRIAL BUILDINGS IN THE CLIMATIC CONDITIONS OF SOUTHEAST CHINA
The problem of high-quality illumination of the premises of multistory industrial buildings in the climatic conditions of southeast China is considered in the article, and a new effective system of natural illumination is implemented. The proposed illumination system is based on the existing sources of lateral illumination with addition of supplementary natural illumination incoming through the so-called «illumination wells».
Whenever industrial facilities are designed in the hot and sunny climate of southern provinces of China, particular attention should be driven to the high-quality internal microclimate, which is, to a substantial extent, based on the temperature, light and solar exposure rates inside buildings.
In the case under consideration, the solar exposure and protection of the premises from excessive sunlight are addressed as a top priority in terms of excessive heat input, thereafter, the above phenomena are considered in terms of their impact on the internal light environment generated by uncomfortable contrasts, brightness and glare.
Basically, the quality of the illumination environment depends on the natural illumination inside the buildings in question, which, in its turn, depends on the system of transmission of natural lighting and luminosity of its individual elements.
Key words: illumination environment, multistory industrial buildings, natural lateral illumination, lighting wells, daytime illumination factor, clear sky, clouded sky, labour productivity.
References
1. SNiP 23.05.95*. Estestvennoe i iskusstvennoe osveshchenie [Building Norms and Rules 23.05.95*. Natural and Artificial Lighting]. Moscow, State Construction Committee of Russia, 2004.
2. SP 52.13330.2011. Estestvennoe i iskusstvennoe osveshchenie. Aktualizirovannaya redaktsiya SNiP 23-05—95* [Building Rules 52.13330.2011. Natural and Artificial Illumination. Revised version of SNIP 23. 05.95*]. Moscow, Ministry of Regional Development, 2010.
3. Solov'ev A.K. Fizika sredy [Environmental Physics]. Moscow, ASV Publ., 2011.
4. Solov'ev A.K. Effektivnost' verkhnego estestvennogo osveshcheniya proizvodstvennykh zdaniy [Efficiency of Natural Overhead Lighting in Industrial Buildings]. Moscow, 2010.
5. Zemtsov V.A. Voprosy proektirovaniya i rascheta estestvennogo osveshcheniya pomeshcheniy cherez zenitnye fonari shakhtnogo tipa [Problems of Natural Lighting Design and Analysis in Premises through Zenith Skylights of the Shaft Type]. Svetotechnika Publ., Moscow, 1990, no. 10.
6. Skat' D.D. Kompleksnyy metod rascheta zenitnogo osveshcheniya zdaniy [Multi-component Method of Analysis of Zenith Lighting in Buildings]. Poltava, 1999.
7. Gusev N.M. Osnovy stroitel'noy fiziki [Fundamentals of Building Physics]. Stroyizdat Publ., Moscow, 1975.
8. Solov'ev A.K. Polye trubchatye svetovody i ikh primenenie dlya estestvennogo osveshcheniya zdaniy [Hollow Tubular Light Conductors and Their Application for Natural Lighting of Buildings]. Promy-shlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo [Industrial and Civil Engineering]. Moscow, 2007, no. 2.
9. Stetskiy S.V., Chen Guanglong. Svetoklimaticheskoe rayonirovanie territorii Kitaya na osnove sovetskikh i Rossiyskikh normativnykh dokumentov [Lighting Climate Regionalization in China on the basis of Soviet and Russian Regulatory Documents]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2011, no. 2.
10. Hokoshka S., Bodman G. Sub»ektivnaya otsenka usloviy osveshcheniya v rabochem pomesh-chenii [Subjective Assessment of Lighting Conditions in Workrooms]. Lihttehnik Publ., 1977, no. 3 (in German).
11. Stetskiy S.V., Salo M.A. Uchet vliyaniya solntsezashchitnykh ustroystvpriraschetakh estestvennogo osveshcheniya v usloviyakh yuzhnykh regionov s preobladaniem yasnogo neba [The Influence of
Shading Devices in the Calculation of Natural Lighting in the Southern Regions Dominated by the Clear Sky]. SMOT XXI Century Publ., Moscow, 2008, no. 12.
About the authors: Stetskiy Sergey Vyacheslavovich — Candidate of Technical Sciences, Professor, Department of Architecture of Civil and Industrial Buildings, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation, agpz@mgsu.ru;
Chen Guanglong — postgraduate student, Department of Architecture of Civil and Industrial Buildings, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation, cglong1981@gmail.com.
For citation: Stetskiy S.V., Chen Guanglong. Sozdanie kachestvennoy svetovoy sredy v pomesh-cheniyakh proizvodstvennykh zdaniy dlya klimaticheskikh usloviy Yugo-Vostochnogo Kitaya [Development of a High-quality Illumination Environment in the Premises of Industrial Buildings in the Climatic Conditions of Southeast China]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2012, no. 7, pp. 16—25.
