автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.07, диссертация на тему:Исследование светового климата Иордании и разработка метода расчета прямой составляющей естественной освещенности для архитектурных строений

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Обзор методов учета светового климата и методов расчета естественного освещения зданий и сооружений.

1.1. Определения светового климата.

1.2. Характеристики светового климата.

1.2.1. Облачность.

1.2.2. Яркость небосвода.

1.3. Зависимость освещенности от высоты стояния солнца.

1.4. Методы учета ресурсов светового климата.

1.4.1. Коэффициенты светового климата (ТПск).

1.4.2. Коэффициент солнечности климата (С).

1.5. Факторы, определяющие полноту учета характеристик светового Климата.

1.6. Методы расчета естественного освещения в помещении.

1.6.1. Основные параметры, определяющие уровень естественного освещения.

1.6.2. Существующие методы расчёта естественного освещения.

1.7. Принципы и нормы освещения автотранспортных тоннелей.

Выводы.

ГЛАВА 2. Исследование светового климата Иордании.

2.1. Географические характеристики.

2.2. Климатические характеристики.

2.3. Строительные характеристики зданий.

2.4. Программа измерения и исследования параметров естественного освещения для всех районов.

2.5. Система районирования территорий Иордании по параметрам светового климата.

2.6. Расчет коэффициентов светового климата.

Выводы.

ГЛАВА 3. Разработка аналитического метода расчёта прямой составляющей освещенности с применением теории светового поля.

3.1. Расчет прямой составляющей освещенности от модели равно яркого небосвода.

3.2. Расчет прямой составляющей освещенности от модели облачного неба.

3.3. Расчет прямой составляющей освещенности от модели ясного неба.

3.4. Сравнение результатов расчета прямой составляющей освещенности от модели небосвода в программе ОГАЬих.

3.5. Расчет погрешности метода светового вектора для расчета прямой составляющей освещенности.

Выводы.

ГЛАВА 4. Практическое применение системы естественного освещения в зданиях и сооружениях Иордании.

4.1. Измерения горизонтальной освещенности внутри помещений, общественных зданий в течение рабочего дня.

4.2. Расчет стоимости потребляемой электроэнергии в системах освещения общественных зданий.

4.3. Освещение автотранспортных туннелей.

4.4. Современное решение освещения мечети с применением цилиндрического световода.

4.5. Оптимальный выбор солнцезащитных систем зданий с учетом высоты стояний солнца в Иордании.

4.6. Требования к солнцезащите и инсоляции зданий.

Массовое строительство жилых и общественных зданий, а также развитие инженерных сооружений государственного типа требуют повышения энергии, необходимой для их эксплуатации. В Иордании остро стоит вопрос об энергопотреблении, в связи с повышением мировых цен на традиционные энергоресурсы, что привело к большому энергетическому кризису. Сегодня стоимость энергетических ресурсов увеличивались за один год с 300 миллионов до одного миллиарда долларов. В то же время природные, возобновляемые, экологически чистые источники энергии, к которым, в первую очередь, можно отнести солнечную и световую энергию, используются далеко не в полной мере. Это связано с несовершенством в области строительного нормирования в нашей стране.

Для устранения этого недостатка предпринята попытка создания национальных принципов нормирования естественного и искусственного освещения с учетом строительных и климатических особенностей территории Иордании. Также для замены не обоснованных действующих в настоящее время норм британского стандарта, которые характерны для облачного неба, и непригодны для задач проектирования систем естественного освещения при моделях ясного неба характерных для Иордании, что и определяет актуальность рассматриваемой работы.

Иордания расположена в 80 километрах к востоку от восточного побережья Средиземного моря, между (29° 11' - 33° 22' с.ш), (34° 19* - 39° 18' в.д.), является богатой ресурсами солнечной и световой энергий, так как солнечная радиация составляет (5 — 6 кВт. Ч/день). А глобальная наружная освещенность составляет от 20 до 120 тыс.лк.

В данной работе, рассматриваются, вопросы, касающиеся определения ресурсов светового климата путем проведения измерений параметров наружного естественного освещения и разработки методики расчета и проектирования систем естественного освещения зданий всех назначений. А также освещение автотранспортных туннелей с учетом светового климата ясного неба.

Существующие в настоящее время методы расчета и нормирования естественного освещения применительны к облачному небу Англии. Такие нормы оставались из-за того, что Иордания была под оккупацией Англии до 1954 года. Однако в нашей стране существуют обширные географические районы, в которых в течение года преобладает солнечная погода при незначительной облачности (около 300 солнечных дней в году). Проектирование зданий, возводимых в этих районах по существующим методам расчета, как это практиковалось до недавнего времени, приводит к грубым ошибкам. В этих нормах не учитываются реальные свето-климатические характеристики, которые отличаются от характеристик светового климата Англии, следовательно, наблюдаются следующие недостатки в процессе проектирования системы освещения:

- необоснованные размеры световых проемов;

- создание дискомфорта в помещениях;

- дополнительные расходы электроэнергии;

- потери потенциала световой энергии;

- нарушения в системах остекления зданий.

Актуальной задачей при проектировании системы естественного освещения является использование всех возможных ресурсов дневного света, учет его особенностей в разных местах страны, а также предотвращения действии прямого солнечного света.

Световой климат местности в нормах учитывается введением коэффициентов отражающих характеристики светового климата, таких как коэффициент светового климата и коэффициент солнечности климата, поправочных коэффициентов, которые отсутствуют в настоящих нормах нашей страны.

Столь приближенные значения коэффициентов разнообразных территорий нашей страны не были приняты из-за отсутствия данных о световом климате, а также отсутствия методики расчета естественного освещения в нормах.

В области освещения автотранспортных туннелей (АТ) нет ни одного методики практического решения для использования естественного освещения. Известно, что острота освещения АТ в основном происходит в дневное время из-за различных уровней яркости дорожного покрытия в зонах приближения и у пороговой зоны. В результате этого различия происходит явление черной дыры у входа туннеля.

Современное решение этой проблемы во всех нормах заключается в увеличения яркости дорожного покрытия в зоне отверстия туннеля, путем применения огромных светильников с огромными энергетическими затратами, которые себя не оправдают.

Исследования светового климата были проведены во многих странах мира, но большинство этих исследований, в основном, были проведены в СССР, Англии, Чехословакии, Германии. Результаты этих исследований показали закономерность изменения параметров светового климата в этих местах, в зависимости от многих факторов, в результате чего появились различные методики расчета с применением собственных коэффициентов, характерных для этих мест. Также были разработаны свето-климатические карты.

В настоящее время появились новые компьютерные программы для расчета освещенности внутри помещений, такие как программа (Б1аЬих). Но в этих программах не понятен метод расчета, так как эти программы являются закрытыми.

Современные подходы к решению этой задачи видны в работах Кетлера и Мун и Спенсер, которые были принятыми МКО для моделей облачного и ясного небосвода. Из вышесказанного можно утверждать, что методики расчета, существующие в нашей стране, не только создают дискомфорт и вред здоровью людей но приводят к большим энергетическим затратам и нарушению гармоний в строительстве всех видов зданий и сооружений.

Для решения этих вопросов в работе поставлены следующие задачи:

1) провести исследование светового климата Иордании и создать основную базу для разработки новых национальных норм, следующим образом:

- измерить годовую глобальную наружную освещенность во всех районах Иордании;

- исследовать географическую, климатическую и строительную характеристику во всех районах Иордании;

2) разработать систему районирования территории Иордании,

3) разработать методику расчета прямой составляющей освещенности внутри помещения с применением теории светового поля;

4) разработать программу расчета прямой составляющей освещенности в помещении от равнояркого небосвода, от облачного неба и от ясного небосвода,

5) обосновать экономический эффект применения естественного освещения в общественных зданиях, в рабочее время,

6) разработать новые методики освещения автотранспортных туннелей и мечети с применением световодов;

7) разработать новые методики выбора солнцезащитных устройств и инсоляции.

Заключение

1. В первой главе был проведен обзор существующих методов учета и расчета параметров светового климата.

2. Для разнообразной. географической территории страны проводились исследования светового климата в течение трех лет, и были получение следующие результаты:

- Географические, климатические, и строительные характеристики.

- глобальной наружной горизонтальной освещенности.

3. Обосновано и предложено деление территории страны на 4-е зоны, отличающиеся географическими и световыми параметрами.

4. Проведен анализ возможности экономии электроэнергии на искусственное освещение при внутреннем освещении административных зданий в Иордании.

5. Разработан аналитический метод расчета прямой составляющей естественной освещенности с помощью светового вектора в помещениях через светопроемы.

6. Составлены программы в среде МаЛаЬ.

7. Проведена оценка погрешности аналитического метода светового вектора и точного метода для расчета прямой составляющей естественной освещенности.

8. Проведено сравнение результатов расчета с помощью светового вектора с расчетами по программам Б1АЬих и др.

9. Сформулированы предложения для освещения зданий и автотранспортных туннелей с целью экономии электроэнергии, безопасности движения для автомобилей и архитектурного дизайна.

10. Предложенные методы реализованы на ряде зданий и туннелей в Иордании, а также приняты в качестве новых норм Министерством строительства Иордании.

11. Экономическая эффективность применение системы естественного освещения в общественных зданиях и автотранспортных туннелях, составляет около 3000000 Американских долларов в год.

12. Площади светопроемов зданий в солнечных районах нашей страны может быть сокращены не менее чем на 25% при значительном запасе освещенности в расчетный период года (с ноябрь по февраль). Расчеты показывают, что если по всей стране сократить площадь остекления строящихся зданий можно снижать затраты на строительство на 10% с учетом затрат на солнцезащиту и эксплуатацию зданий

13. Из вышесказанных выводов можно сказать что, нужно рассматривать действующие нормы и разработать новые нормы с учетом реальных параметров светового климата страны, которые были полученные в данной работе, и они являются основой информационной базы для разработки новых норм.

1. Кнышева Н.В., Костин С. И., Струнников Э.А. Климатология. JL Гидро метеоиздат, 1980.

2. Н.В. Оболенский, «Архитектурная физика» Москва, Стройиздат, 1997.

3. В.В. Мешков и 3. Смелянский. Гигиена освещения, Биомедгиз. Москва. 1934.

4. Справочник по климату СССР. Солнечная радиация. Радиационный баланс и солнечное сияние. JI. Гидрометеоиздат, 1968.

5. Дарбинян А.Т, Никольская Н.П. световой климат Донбасса и учет его при нормировании естественное освещения зданий. Сборник трудов НииСФ. М. 1989.

6. Фейгельсон Е.М. Радиационные свойства облаков. Известия АН ССР, сер.: география и геофизика, № 4, 1951.

7. Глаголева Т. М. естественное освещение промышленных зданий. М. , 1961, 88 с.

8. СНиП. П-А-8-72. Естественное освещение. М.,1973. 22 с.

9. Киреев H.H. Основы проектирования совмещенного освещения. Дисс. На соиск. Уч. Степ. Д.Т.Н, М. ,1983.

10. Moon P. and Spenser D.E. Trans alum. Engr. Sol new-york, 1942, 37.

11. Stanislav Darula, Richard Kittler, CIE GENERAL SKY STANDARD DEFIN ING LUMINANCE DISTRIBUTIONS, Institute of Construction and Architecture, Slovak Academy of Sciences, CIE, +ISES member2002.

12. Фейгельсон Е.М. Радиационные свойства облаков. Известия АН ССР, сер. география и геофизика, № 4, 1951.

13. Киреев H.H. Нормирование естественного освещения зданий с учетом сол нечности климата. Труды НИИСФ: строительная светотехника, вып. 13. М. 1975, с.33-41.

14. Никольская Н.П., Евневич Т.В. , рекомендации по учету светового климата при проектировании естественного освещения,- трудов НииСФ: строительная светотехника. М. , вып. 5, 1972.

15. Гусев Н.М. , Никольская Н.П. О светоклиматическом районировании территории союза. Естественное освещение и инсоляция здании/ под ред. Проф. Гусева H. М. стройиздат, 1968, с. 5-11.

16. Биркая К.А. К вопросу строительное климатическое зонирования террито рииСССР. М. , 1974, 48 с.

17. Никольская Н.П., Евневич Т.В. , рекомендации по учету светового климата при проектировании естественного освещения.- трудов НииСФ: строительная светотехника. М. , вып. 5, 1972.

18. Biesele R.L. Arner W.J., conover E.W. A lumen method of daylighting design.-illuminating engineering, 1953, vol. 48, № 1, p. 39-43. new york.

19. Kojic B. Graphical method for the determinatin of interior daylighting under clear sky conditions. Belgrad, 1964.

20. Kimball H.H. , Hand J.F. Daylight illumination on horizontal, vertical and sloping surfaces- Monthly weather review, 1922, vol. 50, № 12, p. 615-623.

21. Kimball H.H. , Hand J.F. Sky brightness and daylight illumination measurement- Monthly weather review, 1921, vol. 48, № 9, p. 481-492

22. Оболенский H.B. Расчет естественного освещения учебных помещений в условиях ясного небо. Научные труды НииСФ: строительная светотехника. М. , 1969, вып. 3, с. 19-31.

23. Киреев Н.Н. Сорокин. В.М. зависимость светопропускания зенитных фонарей от распределения яркости облачного неба МКО. Сборник трудов НииСФ: исследования по строительной светотехнике. М., 1983.

24. Никольская Н.П., Евневич Т.В. , рекомендации по учету световогоклимата при проектировании естественного освещения.- трудов НииСФ:строительная светотехника. М. , вып. 5, 1972.

25. Оборосова JI.A. Расчет времени использования искусственного освещения в системах совмещенного освещения.- Труды НииСФ: строительная светотехника, вып. 22, М., 1980 , с. 85-90.

26. Национальный комитет по нормам строительство, Нормы естественного освещения, Иордания 1992.

27. СНиП . 23-05-95. Естественное и искусственное освещение. М., 1999. 31 с.

28. Иванченко В.Т. Определение освещенности помещений естественным све том. Краснодар, КУБГТУ, 2000 г. 80 с.

29. Каган: В.К. Новый метод расчета естественного освещения зданий Сборник "Научные работы ИОТ, ВЦСПС" ./М.: Профиздат, 1966.29. www.lightscape.rn.

30. Свод правел по проектированию и строительству. Естественное освещение жилых и общественных зданий, официальное изд. ГКРФ по. Ст. и ЖКК, Госстрой. М 2002.

31. МГСН 2-06-99 «Естественное, и искусственное освещение».

32. Гершун А.А. Избранные труды по фотометрии и светотехнике. М.: ГИМФЛ. 1956.

33. Schreuder D.A. The lighting of vehicular traffic tunnels. Philips Technical library, 1964.

34. International recommendations for tunnel lighting. CIE, publ. № 26,1973.

35. Hargroves R. A., Lamb P. J. new recommendations for tunnel lighting. Lighting journal, 1989, № 6, c.89-100.

36. Narisada K., Yoshimura Y. Adaptation luminance of the drivers eyes of the en trance of tunnel, an objective method. Proceedings of CIE int. Symposium on Measure of road lighting Effectiveness. Karlsruhe, 56,1977.

37. Royal Geographic center, Geographical information. Амман 2003.

38. Metrological Dep. Of Jordan, Annual Climate information, 2003.39. www.Google.Earth.com.

39. Ministry of public works & housing, Building studies Dept. Archive of projects. Jordan-Amman. 1980-2004.

40. Нейман Э. Даны измерения естественного освещения, станция Бет-даган министерства инфраструктуры и энергетических ресурсов Израиль, Программа МКО И ММО. 2003.

41. Аль-Хусбан Ясин, Аспирант Кафедры светотехники, МЭИ, (ТУ), Руководитель д.т.н, проф Атаев А.Е, Исследование светового климата Иордании МЭИ (ТУ), ТДНТС-МСР, Тез.докл. интер- свет. М. 2004, с.25.

42. Гершун А.А. Теория светового поля/В кн.: Избранные труды по светотех нике и фотометрии. М.: ГИМФЛ. 1956 - С. 221-400.

43. МГСН 2-06-99 «Естественное и искусственное освещение».

44. Moon P. Spencer D.E. Illumination from a nonuniform sky. Ilium Eng., 10, 1942. pp. 707-726.46. daylight: international recommendations for the calculation of natural daylight, CIE № 16 (E-3.2) 1970.

45. Standardization of luminance distribution on clear skies, CIE № 22 (TC-4.2) 1973.

46. Игорь Ануфриев. Самоучитель Matlab. 5.3/6.x; СП, БХВ-Петербург 2002.49. www.DiaIux.ru.

47. Al- husban Yaseen. Seminar of day lighting climate in Jordan, Ministry of public works and housing. Jordan 2005.

48. Зобов В. П. Освещение автотранспортных туннелей, Выпуск 3-4(31), Дом света, Москва 2001г.

49. Mere of Amman, Projects Archives, 2003, in Arabic.

50. А. Литманович, И. Нейман, И. Шилони. Использование дневного света для освещения въездной зоны автотранспортного тоннеля. Светотехника 5.2004, с 30-34.

51. Shaher Rubhe Elian, Engineering optics. Optical serials.(l) Dar Al Maseerah Pub. Amman-2000/ in Arabic.т55. www.3M.com/lightpipe.

52. Рго^Ег^.СЬпБЙап ВаЛепЬасЬ. Новые системы для дневного освещения и интегрированного искусственного освещения. Оконное Обозрение №9, с. 14, 2003г.