CC BY
87
благоприятная среда жизнедеятельности человека
Учет распределения яркости безоблачного неба в расчетах естественного освещения зданий
А.К. Соловьев
в_
Для учета распределения яркости безоблачного неба в расчетах естественного освещения Международная комиссия по освещению (МКО) приняла в качестве стандарта расчетную формулу относительной яркости ясного неба, предложенную Р.Киттлером [1 ]. Этому вопросу посвящены также работы Н.П.Никольской [2] Н.Н. Киреева [5, 6] Н.В. Оболенского [7, 8], Х.Н. Нуретдинова [3] и Р.А. Кучкарова [9].
Формула Р.Киттлера имеет следующий вид:
_ (l - е"°'32 sec z )(0,91 + 10 • е"3у + 0,45 cos2 у) Lz 0,274 (о,91 + 10- е"3z®+ 0,45 cos2 z) ,
(1)
где в — отношение яркости в данной точке неба (L) к яркости неба в зените Lz; е = 2,718282; z — зенитное расстояние данной точки, град. z® — зенитное расстояние Солнца, град. у — азимутальный угол точки от вертикала Солнца, град.
Формула является достаточно сложной для практических расчетов и при подстановке в формулу освещенности дает сложное выражение, которое проинтегрировать практически невозможно, хотя приближенное решение численным методом, основанным на применении кубатурной формулы Симпсона, было сделано в НИИСФ [10].
Следует отметить, что для практических расчетов КЕО использование формулы Р.Киттлера вообще смысла не имеет. Расчеты, должны производиться при каком-либо одном, заданном для данной ориентации светопроема, положении Солнца. Т.е. при заданных значениях азимута (А®) и угловой высоты Солнца (9®), при которых в помещении имеют место наихудшие или другие расчетные условия освещенности.
Методика определения расчетных положений Солнца на небосводе описана автором в [4]. Вкратце она сводится к следующему:
За расчетное принято такое положение Солнца, при котором для данной ориентации светопро-ема значение КЕО при ясном небе будет минимальным, а значение наружной освещенности будет приближаться к критическому. Следует отметить, что понятие КЕО применительно к условиям ясного неба является условным. Если при пасмурном небе с распределением яркости по небосводу согласно допущению МКО для данного помещения в данной точке эта величина является постоянной, то при яс-
ном небе с распределением яркости по Р.Киттлеру она зависит от положения Солнца по отношению к светопроему. Определение расчетного положения Солнца позволяет производить сравнительные расчеты КЕО и при ясном небе, учитывая при этом через отраженные составляющие также и прямой солнечный свет.
Для того, чтобы выбрать расчетное положение Солнца, нами были выбраны значения критической освещенности Ек = Е"орм • 100/ е , где Е"орм — нормируемая искусственная освещенность, е — нормируемое значение среднего КЕО при верхнем естественном освещении. Уровни Ек были выбраны равными 10000 лк, 7500 лк, 5000 лк и 2500 лк, т.е. такими же, как в [11], которые покрывают весь диапазон критических освещенностей. Были рассчитаны значения световой эффективности секторов небосвода с угловыми размерами по широте 15° и по меридиану 70° (от 10° до 80°) для высоты Солнца 0°, 10° и 20°. Эти значения представляют собой суммы элементарных освещенностей по секторам небосвода ДЕн0,. Расчетная схема представлена на рис.1.
AEHa_ Lz в
AS cos 9
9 •■
R 2
AS _
2nR 2nR sin 9
4 • 9
24
_ 0.046R2 sin 9
Рисунок 1. Расчетная схема к определению световой эффективности участков небосвода.
благоприятная среда жизнедеятельности человека
АБна= Lz ре- 0/0,46 cos 9 sin 9 .
Сумма элементарных освещенностей от сектора небосвода рассчитывалась по формуле:
9=80°
АБна= 0,046LZ Y Ре' cos 9 sin 9 . (2)
9=10°
Значения освещенностей от секторов небосвода при расположении их на различных углах от солнечного вертикала а приведены в таблице 1 для прозрачности атмосферы Р = 0,7 и в таблице 2 при Р = 0,6.
При расчетах освещенности в помещениях условно можно считать, что основное влияние на освещенность оказывает та четверть небосвода, на которую ориентирован светопроем (см. рис. 2). Поэтому в таблицах 1 и 2 приведены также суммы освещенностей от секторов, равных четверти небосвода в зависимости от расположения центрального меридиана этих секторов относительно солнечного вертикала.
Как видно из таблиц 1 и 2, зона наиболее неблагоприятной ориентации светопроема по отношению к солнечному вертикалу находится между углами а = 105° и 255°. Наглядно это представлено на рис. 3.
Средние значения в для секторов в этой зоне, а также максимальные расхождения в от средних значений представлены в таблице 3. Как видно из табл. 3, максимальные расхождения превышают точность измерений естественного света — 15% — только при низких высотах точки над горизонтом — 20° и 10°. Для систем верхнего естественного освещения эти высоты практически значения не имеют.
Для окончательного определения расчетных значений в по ориентациям светопроемов нами были рассмотрены каждая из ориентации в отдельности. Прежде всего были определены высоты Солнца, при которых имеют место выбранные значения критической освещенности.
Из многочисленных исследований, проводившихся в области определения наружной освещенности, наиболее достоверными считаются измерения Хро-чицкого, Зекера и Литтлфейра, а также П.Треген-зы [12], которые подтверждаются друг другом. В результате этих исследований для определения суммарной освещенности П.Трегенза предлагает следующие эмпирические формулы:
EQ = 10,5 (9 + 5)25; (при - 5° < 9 < 2,5°) (3)
Eq = 73700 sin122 9; (при - 2,5° < 9 < 60°) (4)
Для горизонтальной диффузной освещенности П.Трегенза предлагает формулы:
^SSSf/
Рисунок 2. Зона основного влияния небосвода на освещенность в помещении
270300330360
наиболее угол между осью сектора
неблагоприятная небосвода раскрытием 90° и
ориентация секторов неба солнечным вертикалом
h=20° h„=10°
h =0°
120150180210240
наиболее
Р70300330360
угол между осью сектора
неблагоприятная небосвода раскрытием 90° и ориентация секторов неба солнечным вертикалом
Рисунок 3
благоприятная среда жизнедеятельности человека
а £а / ¿7 при Лф ¿¡>,25 / при Лф
0° 10° 20° 0° 10° 20°
0 0,630 0,773 0,926 3,109 3,592 3,838
15 0,528 0,630 0,667 3,051 3,518 3,759
30 0,404 0,448 0,460 2,860 3,281 3,500
45 0,308 0,330 0,328 2,529 2,839 2,462
60 0,249 0,256 0,249 2,090 2,246 2,241
75 0,213 0,212 0,201 1,761 1,796 1,735
90 0,196 0,188 0,171 1,565 1,536 1,438
105 0,192 0,180 0,164 1,478 1,402 1,278
120 0,199 0,181 0,161 1,457 1,350 1,202
135 0,208 0,188 0,162 1,477 1,343 1,175
150 0,220 0,196 0,169 1,513 1,358 1,178
165 0,229 0,204 0,173 1,536 1,375 1,183
180 0,232 0,206 0,174 1,545 1,382 1,184
195 0,229 0,204 0,173 1,536 1,375 1,183
210 0,220 0,196 0,169 1,513 1,358 1,178
225 0,208 0,188 0,162 1,477 1,343 1,175
240 0,199 0,181 0,161 1,457 1,350 1,202
255 0,192 0,180 0,164 1,478 1,402 1,278
270 0,196 0,188 0,171 1,565 1,536 1,438
285 0,213 0,212 0,201 1,761 1,796 1,735
300 0,249 0,256 0,249 2,090 2,246 2,241
315 0,308 0,330 0,328 2,529 2,839 2,462
330 0,404 0,448 0,460 2,860 3,281 3,500
345 0,528 0,630 0,667 3,051 3,518 3,759
Таблица 1
а £а / ¿2 при Лф ¿¡>,25 / при Лф
0° 10° 20° 0° 10° 20°
0 0,171 0,909 1,136 3,609 4,161 4,432
15 0,640 0,762 0,792 3,508 4,059 4,331
30 0,450 0,507 0,514 3,261 3,752 4,005
45 0,326 0,357 0,342 2,801 3,462 3,370
60 0,225 0,255 0,241 2,195 2,413 2,375
75 0,203 0,200 0,188 1,725 1,807 1,718
90 0,180 0,172 0,157 1,450 1,458 1,337
105 0,171 0,160 0,141 1,305 1,263 1,130
120 0,170 0,156 0,135 1,267 1,174 1,026
135 0,175 0,158 0,133 1,253 1,141 0,975
150 0,181 0,162 0,135 1,260 1,135 0,956
165 0,187 0,166 0,137 1,270 1,137 0,950
180 0,189 0,167 0,138 1,275 0,948 0,948
195 0,187 0,166 0,137 1,270 1,137 0,950
210 0,181 0,162 0,135 1,260 1,135 0,956
225 0,175 0,158 0,133 1,253 1,141 0,975
240 0,170 0,156 0,135 1,267 1,174 1,026
Таблица 2
благоприятная среда жизнедеятельности человека
р he Высота точки над горизонтом, °
90 80 70 60 50 40 30 20 10
0,7 0 1 0,99 1,04 1,14 1,29 1,54 1,92 2,53 3,60
10 1 0,96 0,97 1,03 1,16 1,38 1,72 2,28 3,26
20 1 0,92 0,90 0,92 1,02 1,18 1,46 1,94 2,79
0,6 0 1 0,97 1,00 1,04 1,19 1,41 1,74 2,26 3,18
10 1 0,94 0,93 0,96 1,08 1,26 1,55 2,02 2,85
20 1 0,89 0,85 0,84 0,92 1,05 1,28 1,66 2,35
0,7 0 Максимальные отклонения % от средних значений
0 1,5 -0,5 1,9 -1,0 2,6 -3,6 6,5 -5,7 8,8 -10 11 -14 13 -16 13 -19
10 0 3,0 -2,1 3 -1 1 -1 4,1 -2,6 6,1 -5,3 9,5 -8,8 11,9 -12,8 12,8 -16
20 0 5 -3,5 5,1 -4,6 6,1 -2,2 3,8 -2 3,3 -2,6 7 -5 9,7 -8,9 12 -12,9
0,6 0 0 8,9 -8,6 9,9 -10,4
10 0 7,8 -5,6 8,6 -8,8
20 0 5,7 -4,4 8,6 -5,8
Таблица 3. Значение в, среднее в пределах секторов в зоне неблагоприятной ориентации
Ed = 10,5 (9 + 5)25; (при - 5° < 9 < 5°) Ed = 48800 sin1105 9; (при 5° < 9 < 60°)
(5)
(6)
Эти выражения имеют существенно более высокую точность при низких угловых высотах Солнца и даже учитывают рассветную освещенность при нахождении Солнца ниже линии горизонта.
С использованием выражений (5) и (6) получены угловые высоты Солнца при значениях критической освещенности 2500 лк, 5000 лк, 7500 лк и 10000 лк, которые приведены в табл. 4.
Часы наступления критической освещенности в различных широтах для каждого дня года можно определить по высоте Солнца с помощью формулы, известной из астрономии [13].
sin 9 = sin£ sin9 + cos£ cos9 + cost
(7)
е
2500 4
5000 7,5
7500 10,6
10000 13,8
Таблица 4
t = (360 / 24) • (п — 12), где п = (0 — 24) — время суток, час. Склонение для каждого дня года определяется по формуле:
£ = 23,45 sin [0,986 (284 + n)],
(8)
Здесь 9 — угловая высота Солнца; — склонение (0 ± 23,5°); ф — широта местности, для южного полушария со знаком «-»; t — часовой угол (15° — для каждого часа после полудня, утренние часы со знаком «-»).
где n — номер нужного дня, считая от 1 января.
Для определения азимута Солнца использовалась формула:
cosa = (cos9 sin£ - cos£ sin9 cost) / cos9 . (9)
Анализ расчетных положений Солнца проводился для каждой из ориентации отдельно.
На рис.4 показаны секторы небосвода, при нахождении в которых Солнца имеют место наиболее неблагоприятные условия распределения яркости по небосводу. Время дня и азимут Солнца при этом для широт 70° с.ш., 55° с.ш. и 40° с.ш. приведены в таблице 5. Там же приведены значения углов между ориентацией светопроема и солнечным вертикалом a®.
Как видно из таблицы 5, расчетные положения Солнца для всех ориентации и уровней критической освещенности расположены в пределах наиболее неблагоприятных углов L® = 105° — 225°. Это значит, что значения ß, приведенные в таблице 2, будут справедливы для всех случаев расчета естественного освещения при ясном небе. Окончательные
благоприятная среда жизнедеятельности человека
Ориентация Ек р (ЛК) в® (град,) (р = 70° с.ш. (р = 55° с.ш. ф = 40° с.ш.
Дата Время (час.) а Дата Время (час.) а ^ ® Дата Время (час.) а
В (90°) 2500 3,95 22.03 17,2 259 169 22,03 17,5 264 174 22.03 17,7 267 177
5000 7,5 16,5 249 159 17,2 259 169 17,3 264 174
7500 10,6 15,8 239 149 16,8 254 164 17,1 261 171
10000 13,8 15,0 228 138 16,6 249 159 16,8 258 168
3 (270°) 2500 3,95 6,8 101 169 6,5 96 174 6,3 93 177
5000 7,5 7,5 111 159 6,8 101 169 6,7 96 174
7500 10,6 8,2 121 149 7,3 106 183 6,9 99 171
10000 13,8 9,0 132 138 7,7 111 159 7,2 102 168
СВ (45°) 2500 3,95 17,2 259 214 17,5 264 219 17,7 267 122
5000 7,5 16,5 249 204 17,2 259 214 17,3 264 219
7500 10,6 15,8 239 194 16,8 254 209 17,1 261 216
10000 13,8 15,0 228 183 16,6 249 204 16,8 258 213
СЗ (315°) 2500 3,95 6,8 101 214 6,5 96 219 6,3 93 222
5000 7,5 7,5 111 204 6,8 101 214 6,7 96 219
7500 10,6 8,2 121 194 7,3 106 209 6,9 99 216
10000 13,8 9,0 132 183 7,7 111 204 7,2 102 213
С (0°) 2500 3,95 15.10 15,4 230 230 22.12 14,8 218 218 22.12 16,2 235 235
5000 7,5 9,7 146 146 14,0 208 208 15,8 230 230
7500 10,6 11,4 168 168 11,0 167 167 15,4 227 227
10000 13,8 1.10 9,6 144 144 15.11 14,5 213 213 15,0 222 222
ю (180°) 2500 3,95 22.06 23,2 348 168 22.06 20,0 307 127 22.06 19,0 298 118
5000 7,5 21,5 325 145 19,5 301 121 18,7 294 114
7500 10,6 20,5 312 132 19,0 296 116 18,5 292 112
10000 13,8 19,7 301 121 18,6 291 111 18,1 289 109
ЮВ (135°) 2500 3,95 23,2 348 213 20,0 307 172 19,0 298 163
5000 7,5 21,5 325 190 19,5 301 166 18,7 294 159
7500 10,6 20,5 312 177 19,0 296 161 18,5 292 157
10000 13,8 19,7 301 166 18,6 291 156 18,1 289 154
ЮЗ (225°) 2500 3,95 22.03 6,8 101 124 22.03 6,5 96 129 22.03 6,3 93 132
5000 7,5 9,8 107 118 6,9 101 124 6,6 96 129
7500 10,6 8,2 121 104 7,3 106 119 6,9 99 126
10000 13,8 15.04 7,0 104 121 1.03 6,8 82 143 7,2 102 123
Таблица 5
значения коэффициентов относительной яркости небосвода для рассматриваемых уровней критической освещенности рассчитаны по интерполяции и приведены в таблице 7. Там же приведены значения коэффициентов неравномерной яркости небосвода (щ) для соответствующих уровней критической освещенности.
Значения щ рассчитаны по формуле:
E
q =■
н.равн
E
H.q
(10)
где Ен. равн — освещенность горизонтальной площад-
н. равн
ки под открытым небом при равномерной яркости небосвода, равной L ; Е — освещенность гори-
в
благоприятная среда жизнедеятельности человека
зонтальной площадки под открытым небом при распределении яркости по небосводу, соответствующем данной высоте Солнца, при которой имеет место данный уровень критической освещенности.
Значение Е = L • п.
н.равн z
Значение Ен определяется по формуле:
.
345
345
^ Третье слагаемое представляет собой освещен-
ия ~ ^ а + 0/024^ + 0/001^^ в2.5,а . (11) ность от кольца у горизонта, угловой высотой 5° и 0 0 с центральной линией, расположенной на высоте
Здесь первое слагаемое есть сумма значений ос- 2.5° над горизонтом. вещенностей в центре полусферы от секторов неба, рассмотренных выше. Оно определялось при высотах Солнца 3,95°, 7,5°, 10,6°, 13,8°, соответствующих данным уровням критической освещенности.
Второе слагаемое вычисляется как освещенность от круга в зените с радиусом
345
345
z X
R =
2nR 4 • 9 • 2
= 0,087R (см. рис.1). Она равна:
AS • cos(90° - 2,5°) • sin(90° - 2,5°)
X
р 0© Ек (лк) 345 ^н.а 0 0,024 Lz 345 0,001Lz£pai2,5 0
0,7 3,95 2500 6,835 0,024 Lz 0,192 Lz 7,069 Lz
7,5 5000 6,942 0,024 Lz 0,194 Lz 7,160 Lz
10,6 7500 6,999 0,024 Lz 0,193 Lz 7,216 Lz
13,8 10000 6,969 0,024 Lz 0,173 Lz 7,116 Lz
0,6 3,95 2500 6,941 0,024 Lz 0,229 Lz 7,194 Lz
7,5 5000 7,084 0,024 Lz 0,235 Lz 7,343 Lz
10,6 7500 7,180 0,024 Lz 0,233 Lz 7,437 Lz
13,8 10000 7,154 0,024 Lz 0,204 Lz 7,382 Lz
Таблица 6
3 2010 467
благоприятная среда жизнедеятельности человека
9 ®- 3,95; 0 ®~ 7,5; 9 ® — 10,6; 0 © — 13,8;
р е ^кр 2500 ^к р 5000 ^кр 7500 ^к р 10000
р Я р Я р Я р Я
10 3,47 1,54 3,35 1,47 3,23 1,41 3,08 1,35
20 2,43 1,08 2,34 1,03 2,26 0,98 2,15 0,94
30 1,84 0,82 1,77 0,78 1,70 0,74 1,62 0,67
40 1,48 0,66 1,42 0,62 1,37 0,60 1,30 0,57
0,7 50 1,24 0,55 1,19 0,52 1,15 0,50 1,11 0,48
60 1,10 0,49 1,06 0,46 1,02 0,44 0,99 0,43
70 1,03 0,46 0,99 0,43 0,97 0,42 0,94 0,41
80 0,98 0,44 0,97 0,43 0,96 0,42 0,94 0,41
90 1 0,44 1 0,44 1 0,44 1 0,44
10 3,05 1,33 2,93 1,25 2,82 1,19 2,66 1,13
20 2,16 0,94 2,08 0,89 2,00 0,84 1,88 0,80
30 1,66 0,72 1,60 0,68 1,53 0,65 1,45 0,62
40 1,35 0,60 1,30 0,56 1,25 0,53 1,18 0,50
0,6 50 1,15 0,50 1,11 0,47 1,07 0,45 1,02 0,43
60 1,01 0,44 0,98 0,42 0,95 0,40 0,91 0,39
70 0,97 0,42 0,95 0,41 0,92 0,39 0,90 0,38
80 0,96 0,42 0,95 0,41 0,94 0,40 0,92 0,39
90 1 0,44 1 0,43 1 0,42 1 0,43
Таблица 7
«
и о
а
о т н
О
2 3
\ Р=( ,7
са « 4
ю ш
о
X
и
и О X
а
10 X л с а) н £ и О
1
1 \ Р=( ,6
к
■——
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 „ ,„ „„ ,„ „„ „„
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Угловая высота точки над горизонтом, ° Угловая высота точки над горизонтом, °
1 - 2500 лк (Ио = 3,85°); 2 - 5000 лк (Ио = 7,5°); 3 - 7500 лк (Ио = 10,6°); 4 - 10000 лк (Ио = 13,8°)
Рисунок 5. Графики распределения относительной яркости ясного неба для критической освещенности
Значения слагаемых для соответствующих высот Солнца, а также их суммы, равные значениям Ен , приведены в таблице 6.
Графики распределения относительной яркости небосвода для случаев Р = 0,7 и Р = 0,6 приведены на рис.5. Как видно из рис.5, расхождения значений в при различных высотах Солнца очень невелики. Максимальное расхождение между значениями в при при 9® = 3,95° и 9® = 13,8° составляют для обоих случаев прозрачности атмосферы около 12%.
благоприятная среда жизнедеятельности человека
р Коэфф. Угловая высота точки над горизонтом, °
10 20 30 40 50 60 70 80 90
0,7 Р 3,28 2,30 1,73 1,39 1,17 1,04 0,98 0,96 1
q 1,44 1,01 0,75 0,61 0,52 0,46 0,43 0,43 0,44
0,6 Р 2,87 2,03 1,56 1,27 1,09 0,96 0,94 0,94 1
q 1,15 0,87 0,67 0,55 0,46 0,41 0,40 0,40 0,43
Таблица 8. Стандартные значения относительной яркости ясного неба
и соответствующие значения коэффициентов, учитывающих в неравномерную яркость ясного неба я
а)
б)
са
го VO ш i
0
1 и к
и
0 sé а.
к о; ID
1 л С 0) 1-X
и
0
1
ох
I-
и о
SÉ
а.
к >х
0
1
а ш i
0
1 ш ID О.
а) i
О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Угловая высота точки над горизонтом,
1,5
¥ 0,5
>*
II
1) X
? П -8-8-о
5С
\ V
А
4
"з
Поэтому целесообразно предложить стандартное расчетное распределение яркости по ясному небу для всех ориентации и для всех расчетных высот Солнца, т.е. для всех значений критической освещенности, представляющее собой средние значения коэффициентов в для Р = 0,7 и Р = 0,6 отдельно. Они представлены в таблице 8. В этой же таблице приведены соответствующие стандартные значения щ.
Стандартные графики распределения относительной яркости ясного неба для прозрачности атмосферы Р = 0,7 и Р = 0,6 и соответствующие графики щ приведены на рис. 6. Там же приведены для сравнения соответствующие стандартные графики в и щ при пасмурном небе при устойчивом снеговом покрове и без него по нормам СНиП. Из рисунка видно, что графики для пасмурного и ясного неба практически противоположны друг другу.
Для расчетов естественного освещения с помощью ЭВМ удобно было бы апроксимировать распределение относительной яркости ясного неба формулой конхоиды [90], [74].
в = А + В sin9,
(12)
) 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Угловая высота середины светопроема над рабочей поверхностью,"
где В = 1—А. Этой модели точно соответствует распределение пасмурного неба МКО. Однако при апроксимации кривых 1 и 2 на рис. 7 а) формулой (12) возникают значительные погрешности. Более целесообразной в этом случае является кусочная апроксимация, которая легко может быть учтена в
Рисунок 6. Стандартные графики распределения относительной яркости ясного неба при Р = 0,7 (1) и Р = 0,6 (2) и графики распределения коэффициентов я при тех же значениях прозрачности атмосферы. Для сравнения приведены значения в и я при пасмурном небе (кривые 3) и значения я при пасмурном небе и устойчивом снеговом покрове (4).
благоприятная среда жизнедеятельности человека
01-02 В Максимальная
(град.) погрешность, %
10 - 30 4,107 - 4,750 + 7,9
0,7 40 - 60 2,400 - 1,570 + 2,3
70 - 90 0,666 0,333 + 3,0
10 - 30 3,569 - 4,018 + 8,1
0,6 40 - 60 2,164 - 1,390 + 0,8
70 - 90 0 1 + 4,8
Таблица 9
программе расчета на ЭВМ . Значения А и В в формуле (12), а также углы, в пределах которых эти значения справедливы, приведены в таблице 9.
Рассмотрим справедливость применения стандартных графиков распределения яркости ясного неба в расчетах, связанных с определением энергозатрат на освещение. В этих расчетах, в отличие от сравнительных расчетов естественного освещения, большое значение имеет как можно более точный в статистическом смысле учет действительных условий облачности и, соответственно, действительного среднестатистического распределения яркости по небосводу.
Для того, чтобы проанализировать факторы, которые влияют на выбор расчетного распределения относительной яркости по небосводу, рассмотрим, как она изменяется в течение дня, например, при ясном небе.
На рис. 7 представлены графики распределения относительной яркости в плоскости вертикала ориентации светопроема в течение дня. Рассмотрены два примера ориентации светопроема — юг и запад. Место строительства — г. Москва (55 с.ш.). Для южной ориентации картина является симметричной в первой и второй половине дня. С ростом освещенности при увеличении угловой высоты Солнца значения в уменьшаются. И только когда Солнце приближается к вертикалу ориентации светоп-роема, наблюдается рост значений р.
Для западной ориентации картина несимметрична. Так же, как и в первом случае, с ростом освещенности значения Р уменьшаются. И только, когда Солнце приближается к вертикалу ориентации светопроема во второй половине дня, несмотря на уменьшение его угловой высоты происходит резкое возрастание коэффициентов р.
На рисунках 9 и 10 показано изменение горизонтальной диффузной и суммарной освещенности в течение дня для различных месяцев года в г.Москве. Для расчетов энергозатрат основным в светотехническом расчете является расчет времени использования естественного света. В любой из дней оно равно времени между наступлением критической освещенности, а по сути, оно равно периоду, в течение которого Солнце имеет угловую
со.
"> Л хо 4 а>
X
и
о
о. 2
5 1
<0
ю . а> 4
X
о
и О
* 3
и О X
а
10 20 30 40 50 60 70 80 90 Угловая высота точки над горизонтом, °
Н =40°
юе » «
тение яркости
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Угловая высота точки над горизонтом, °
Рисунок 7. Графики изменения относительной яркости ясного неба
высоту больше расчетной. Таким образом, время использования естественного света определяется именно этими моментами, а следовательно и светотехнические расчеты следует производить, принимая в расчет те условия на небосводе, которые имеют место в эти моменты времени. Т.е. можно считать, что все кривые распределения относитель-
благоприятная среда жизнедеятельности человека
ной яркости ясного неба, приведенные на рис. 7 при расчетах энергозатрат на освещение нас практически не интересуют, кроме тех, которые соответствуют расчетным высотам Солнца, т.е. приближаются к стандартной кривой распределения яркости ясного неба. Критическая освещенность определяется по формуле:
_ = Еиорм . 100
ЕК р .
е
Здесь — нормируемая искусственная ос-
вещенность, она является величиной постоянной для данного вида зрительной работы; е — величина КЕО — зависит от условий распределения яркости по небосводу. Т.к. при ясном небе эта величина не является постоянной, поскольку распределение яркости меняется с изменением положения Солнца по отношению к светопроему, то ее следует определять в момент наступления критической освещенности, т.е. при стандартном распределении яркости по ясному небу согласно рис. 6. Только в этом случае понятие КЕО при ясном небе будет иметь смысл.
Литература
1. Справочная книга по светотехнике. Под общей редакцией Ю.Б.Айзенберга. Соловьев А.К. Раздел XVII. Естественное освещение зданий. Издание 3-е, переработанное. «Знак». М.2006.
2. Никольская Н.П. О стандартизации распределения относительной яркости безоблачного неба. Сб. «Естественное освещение и инсоляция зданий». НИИСФ. 1968.
3. Нуретдинов Х.Н. Уточненный инженерный метод расчета естественного освещения помещений с учетом неравномерной яркости небосвода. Гелиотехника №3. Ташкент. 1976.
4. Соловьев А.К. Оценка световой среды производственных помещений в условиях ясного неба. Светотехника №7. 1987.
5. Киреев Н.Н. Расчет естественного свещения помещений при ясном небе. Светотехника №7. М.1968.
6. Киреев Н.Н. Расчет естественного освещения производственных зданий с учетом солнечности климата. Промышленное строительство. №1. М.1970.
7. Оболенский Н.В. Расчет естественного освещения учебных помещений в условиях ясного неба. В кн.: Научные труды / НИИ Строительной физики Госстроя СССР. Вып.3 (XI). М.1969.
8. Оболенский Н.В. Учет прямого солнечного света при проектировании зданий в южных районах. Промышленное строительство. №1. М.1965.
9. Кучкаров Р.А. Оптимизация размеров светоп-роемов в условиях ясного неба. — Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук. М.1984.
10. Гусев Н.М., Никольская Н.П. Стандартное распределение яркости неба. В кн. Научные труды./ Нии Строительной физики Госстроя СССР. Вып. 1. М.1971.
11. Гусев Н.М., Киреев Н.Н. Освещение промышленных зданий. М. Стройиздат. 1968, с. 160.
12. P.R.Tregenza. Measured and calculated frequency distributions of daylight illuminance. Lighting Research & Technology. Vol.18. N2. 1986.
13. С.В.Зоколей. Архитектурное проектирование, эксплуатация объектов, их связь с окружающей средой. Стройиздат. М.1984.
Учет распределения яркости безоблачного неба в расчетах естественного освещения зданий
Дается описание методики учета распределения яркости ясного неба в расчетах КЕО в помещениях. Указывается, что при ясном небе понятие КЕО является правомерным только в том случае если при этом указываются высота солнца над горизонтом и азимут его потношению к азимуту вертикала светопроема. Приводятся расчетные графики распределения коэффициентов учета неравномерной яркости неба для расчетных положений солнца на небосводе.
The account of brightness distribution of a clear sky in calculations of natural illumination of buildings
by A.K. Solovyev The description of method how to account the brightness distribution of clear sky in calculations of daylight factor is given. We specify that the clear sky concept of daylight factor is lawful only in case when the height of the sun above the horizon and the azimuth of the Aperture is indicated. The calculated graphs of the distribution of the coefficients of the uneven sky brightness for the calculated sun position on the sky is given.
Ключевые слова: Коэффициент естественного освещения, КЕО, ясное небо, распределение яркости неба, расчетные положения солнца, расчеты КЕО, учет неравномерной яркости, светопроемы.
Key words: Daylight factor, clear sky, the sky brightness distribution, calculated sun position, the calculations daylight factor, account of uneven brightness, apertures.
