Презентация "Архитектурная светология" – проект, доклад

Архитектурная светология

Свет, зрение и архитектура

Свет - излучение оптической области спектра, которое вызывает биологические, главным образом зрительные реакции. Цвет – особенность зрительного восприятия, позволяющая наблюдателю распознавать цветовые стимулы (излучения), различающиеся по спектральному составу. Световая среда – совокупность ультрафиолетовых, видимых и инфракрасных излучений, генерируемых источниками естественного и искусственного света. Глаз – не только оптический прибор, позволяющий видеть предметы, но и анализатор, дающий возможность получать впечатления.

Поле зрения человека при бинокулярном видении (а)

Углы зрения в вертикальной плоскости (б)

Основные величины, единицы и законы

Ультрафиолетовое – излучение , длины волн λ монохроматических составляющих которого меньше длин волн видимого излучения и больше 1 нм.

Оптическая часть электромагнитного спектра лучистой энергии включает в себя:

Видимое излучение (свет) непосредственно вызывает зрительные ощущения.

Инфракрасное – излучение, длины волн монохроматических составляющих которого больше длин волн видимого излучения и меньше 1 мм.

Монохроматическое излучение характеризуется очень узкой областью частоты, которая может быть определена одним значением частоты.

Сложное излучение характеризуется совокупностью монохроматических излучений разных частот (дневной свет).

Спектр излучения – это распределение в пространстве сложного излучения в результате его разложения на монохроматические составляющие. Лучистый поток (Р) – величина, характеризующая мощность лучистой энергии, единица измерения ватт [Вт]. Мощность световой энергии характеризуется световым потоком (Ф), единица измерения которого люмен [лм]. Так как применяемые на практике источники света распределяют световой поток в пространстве неравномерно, для оценки светового действия пользуются понятием силы света ( ) , единицей измерения которой является кандела [кд]:

Где – телесный угол, определяемый по формуле:

Где S – площадь, которую телесный угол вырезает на поверхности сферы, описанной из его вершины, м2 ; r – радиус этой сферы, м.

Для оценки условий освещения, создаваемых источником света, пользуются понятием освещенности (Е) – отношение светового потока Ф к площади освещаемой им поверхности S:

Единица измерения Е – люкс [лк]

Критерием оценки переменного естественного освещения служит коэффициент естественной освещенности (КЕО), который представляет собой отношение естественной освещенности Ем создаваемой в точке М на заданной поверхности внутри помещения светом неба, к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности под открытым небом Ен:

На ряду с КЕО в расчетах естественного освещения применяется геометрический КЕО, обозначаемый . Он отличается от КЕО тем, что не учитывает влияние остекления и отделки в помещении, а также неравномерной яркости небосвода (определяется по закону проекции телесного угла).

В основу расчета и моделирования естественного освещения помещений положены 2 закона:

1. Закон проекции телесного угла

«Освещенность Ем в какой-либо точке поверхности помещения, создаваемая равномерно светящейся поверхностью неба, прямо пропорциональна яркости неба L и площади проекции σ телесного угла, в пределах которого из данной точки виден участок неба, на освещаемую рабочую поверхность.» При этом принято 3 допущения: Яркость неба во всех точках одинакова; Не учитывается влияние отраженного света; Не учитывается остекление светопроема.

Графическая модель небосвода. Аксонометрия.

[ лк ]

Графическая модель небосвода. Разрез 1-1

Где L – яркость неба [ кд/м2 ] σ – площадь поверхности телесного угла [ м2]

2. Закон светотехнического подобия

Освещенность в точке М помещения создается через окна, обладающие яркостью L1 и L2 . Различная яркость может создаваться применением различных сортов стекла. Однако при различных размерах окон, но с одинаковым освещением, освещенность в точке М создается одним и тем же телесным углом с вершиной в этой точке. Из закона проекции телесного угла L1 =L2= Ln=const. Следовательно, освещенность в какой-либо точке помещения зависит не от абсолютных, а от относительных размеров помещения.

Модель помещения в масштабе 1:10 на разрезе

Модель помещения в масштабе 1:20 на плане

Классификация освещений

Освещение

Естественное – освещение помещений светом неба (прямым или отраженным), проникающим через световые проемы в наружных ограждающих конструкциях.

Искусственное – освещение помещений при помощи осветительных приборов и искусственных источников света.

Боковое освещение -естественное освещение помещения через световые проемы в наружных стенах.

Верхнее освещение – естественное освещение помещения через фонари, световые проемы в стенах в местах перепада высот здания.

Комбинированное освещение – сочетание верхнего и бокового освещения.

Естественное освещение

Боковое освещение:

одностороннее двустороннее

Верхнее освещение:

Комбинированное освещение:

Влияние на естественное освещение в помещениях размеров светопроема

е1 – КЕО при большем окне. е2 – КЕО при меньшем окне.

Влияние на естественное освещение в помещениях с внутренней отделкой, характеризуемой коэффициентами и характеристиками отражения потолка, стен, пола и их площадями.

е1 и е2 - КЕО соответственно при светлой и темной отделке

Влияние на естественное освещение в помещениях формы светопроема (прямоугольный – горизонтальный или вертикальный, круглый, треугольный и т.д.) и его обрамления (стены – толстые и тонкие, со скосами и без них). е1 – е4 – кривые равных значений КЕО на уровне подоконника

План помещения с ленточным остеклением

План помещения с высокими узкими окнами

Расчет коэффициента естественного освещения

а) при боковом освещении

Где L – число участков небосвода, видимых через световой проем из расчетной точки; - геометрический КЕО в расчетной точке при боковом освещении, учитывающий прямой свет i-го участка неба; где - число лучей - коэффициент, учитывающий неравномерную яркость i-го участка облачного неба МКО; М – число участков фасадов зданий противостоящей застройке, видимых через световой проем из расчетной точки; Т – число световых проемов в покрытии. - геометрический КЕО в расчетной точке при боковом освещении, учитывающий прямой свет i-го участка фасадов зданий противостоящей застройки: - средняя относительная яркость j-го участка противостоящего здания, расположенного параллельно исследуемому зданию; r0 - коэффициент, учитывающий повышение КЕО при боковом освещении благодаря свету, отраженному от поверхностей помещения и подстилающего слоя, прилегающего к зданию; Kз - коэффициент запаса;

б) при верхнем освещении

Где - геометрический КЕО в расчетной точке при верхнем освещении от i-го проема; - среднее значение геометрического КЕО при верхнем освещении на линии пересечения условной рабочей поверхности и плоскости характерного вертикального разреза помещения: где N – число расчетных точек. - общий коэффициент пропускания света, определяемый по формуле: Где - коэффициент светопропускания материала - коэффициент, учитывающий потери света в переплетах светопроема - коэффициент, учитывающий потери света в несущих конструкциях - коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащитных устройствах - коэффициент, учитывающий потери света в защитной сетке, устанавливаемой под фонарями

в) при комбинированном освещении

Алгоритм расчета естественного освещения помещения

1. Определить нормированное значение КЕО

ен берется из СНиП 23-05-95* Приложение И

Где ен – значение КЕО в процентах при рассеянном свете небосвода mN - коэффициент светового климата (таб.4 СНиП 23-05-95*) N – номер группы обеспеченности естественным светом (таб.4 СНиП 23-05-95*)

2. Определить расчетное значение КЕО

При боковом освещении:

При верхнем освещении:

При комбинированном освещении:

Для определения значений КЕО на рабочей плоскости по глубине помещения следует выполнить проверочный расчет по методу А.М.Данилюка.

Здание считается находящимся под полусферой небосвода. Рассматриваемая точка, освещенность которой определяют, располагается в центре полусферы. Полусфера небосвода условно разбивается 100 меридианами и 100 параллелями. Если точки пересечения полученной таким образом сетки соединить радиусами с центром полусферы, то получим 10000 световых пучков. Для определения числа световых пучков А.М.Данилюк провел из центров тяжести всех площадок радиусы к центру полусферы. Полученную систему радиусов он спроектировал на 2 плоскости – вертикальную и горизонтальную и получил 2 графика: Каждый радиус на графиках соответствует одному световому пучку, и для определения освещенности достаточно совместить графики 1 и 2 с разрезом и планом помещения, подсчитать, сколько радиусов проходит через проемы к рассматриваемой точке.

Проекция радиусов на вертикальную плоскость

Проекция радиусов на горизонтальную плоскость

qi – коэффициент, учитывающий неравномерную яркость i – го участка облачного неба МКО, определяемый по таблице Б.1 (СП 23-102-2003) в зависимости от угловой высоты середины светопроема над рабочей поверхностью (Ѳ в ̊̊);

L – количество участков небосвода, видимых через световой проем из расчетной точки; Т – количество световых проемов в покрытии; - геометрический КЕО в расчетной точке при боковом освещении, учитывающий прямой свет от i – го участка небосвода, определяется с помощью графиков 1 и 2 из соотношения

Где n1 - количество «лучей» по графику 1, проходящих от неба через световые проемы в расчетную точку на поперечном разрезе помещения (полюс О совмещается с расчетной точкой, а нижняя линия с условной рабочей поверхностью). n2 - количество «лучей» по графику 2, проходящих от небосвода через световые проемы в расчетную точку на плане помещения

Коэффициент запаса Кз определяется по таблице 3* (СНиП 23-05-95*)

Коэффициент светопропускания оконного проема определяется по формуле на основании таблицы Б.7 (СП 23-102-2003)

Для определения коэффициента r0 используют таблицы Б.4 (для условной рабочей поверхности) и Б.5 (на уровне пола). (СП 23-102-2003)

εзд - геометрический КЕО в расчетной точке при боковом освещении, учитывающий свет, отраженный от j –го участка фасадов, определяемый с помощью графиков 1 и 2 из соотношения n’1 и n’2 определяются по графикам 1 и 2 аналогично n1 и n2

3. Сравнить расчетное значение КЕО ер с нормированным еN :

1. ер > еN

Необходимо уменьшение размеров светопроемов и дальнейший расчет может проводиться для сравнения вариантов систем естественного освещения с различными размерами светопроемов.

2. eр > 0.8 еN

Необходимо увеличение размеров светопроемов и дальнейший расчет может проводиться для сравнения вариантов систем естественного освещения с различными размерами светопроемов.

3. eр < 0.8 еN

Необходимо увеличение размеров светопроемов и дальнейший расчет может проводиться для сравнения вариантов систем естественного освещения с увеличенными размерами светопроемов с вариантом системы совмещенного освещения без увеличения размеров светопроемов.