автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Принципы проектирования естественного освещения ткацикх цехов с учетом пространственных характеристик светового поля

ДОШШЩ ОРДь'Ш ТРУДОВОГО КРАСНОЮ ЫШ!ВШ ИЛШЕРИ0-СТГ0ИТЫ)ПШ1 ИНСТИТУТ ш.В.ВИШШШШ.

¡1.1 ирпвдх рукописи

БАДХЕЕВА Валонтт Дорлоопка

ПРИНЦИПЫ ДНЖКТИРШШШ ЕСТЕСТВЕННОГО ОСВЗШШ ТКАЦКИХ ЩШШ С УЧЕТОМ ПРОСТРАНСТВЕННЫ! МРАШРПСТЩ

светового паля

06.23.01 - Строптодишо конструкщш, здоння п сооружении

АВТОРЕФЕРАТ

дпосергедян на соимшгаа учоной отвнетх кандидата тохшпеокпх иаув

Цосква 19911

Работ« выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамена ияяенерно-отроительном икотитуте им.В.В.Куйбышева

Научный руководитель - кандидат технических наук,

доцент Кондратенков А.Н.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Федосихин B.C. - кандидат технических наук Хашдов К. А.

Ведущая организация - ЦНИИПромэданий Гооотрод

СССР

Защита ооотоитоя " -5 " 1992 г. в

чаоов на заседании специализированного Совета К 053.II.01 по приоувденшо ученой, степени кандидата технических наук г Моо-ковшсоы ордена Трудового Красного Знамени инженерно-от роит ель-ном институте ш.В.В.КДОышвва по адреоу: ПЗП4, г.Ыосква, Ияюзовая наб., 8, ауд. JS ш

С даосертацией. можно ознакомиться в библиотеке института.

Просим xiao принять участие в защите и направить Ваш отвив а двух экземплярах по адресу: 129337, г, Москва, Ярославо-ков шооое, д. 26, ШСИ им.В.В.Куйбышева, Ученый Совет.

Автореферат разослан _1992 г.

per. & __________

Ученый секретарь специализированного Совета доц., к.т.н.

Э.В.Филимонов

01ДЯЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЕОШ

Актуальность. Создание оптимальной саетошй среда в помещениях предполагает но только обеспечение хороших условий видкиоо-ти, но и наиболее полное использование света во всей его совокупности, т.о. биологических, психо^изичоских и эстотичоских свойств, но обход;ших для ялзнодоятолыгостп человека.'

В настоящее время могло считать докаэшшш, что естественный свет необходим в здании п полиостью замолить ого искусст-веннш яользя. Практика строительства в СССР и зарубатом бозфо-каряь-х и безокошшх зданий собя по оправдала, т.к. световая срода в таких зданиях большинством работаявдх оценивалась отрицательно.

Од|.ям из гутой повшеняя качества проактнюс решений естественного освепония помещонпй является создание такой методики проектирования, которая учитывала бц одновременно прс^юссиопальную работоспособность человека.от условий освещения его рабочего моста. Решение этой пробленц возмояно путем использования пространствзнннх характеристик светового поля, позволяпцих более точно выполють учет роальяоЛ видимости объектов паблпдения а помещениях.

В настоящее врегл существует япжонорние метод» расчета' проотранствспннх характеристик светового поля при проектировании систем естественного освоцония здакиЯ. Но они позволяют о той или иной стопонья точности определить прямуп состпилящую освапенностп, отраженная хе часть учптиваотся траднцноннш спо-собои, т.е. при помозд коэффициентов ^ ц ¡1 , Доя определения этих коэффициентов длительное вреда использовались результаты окспершонтлдьпшх исследований на иоделях под пскусствен-нш .небосводом, что приводило к серьезнш погрешностям из-за ряда йакторов органически присущих мотодзд Эпического моделирования. •

3 связи с этим оообув актуальность.приобретает совершенствование «етодов расчета естественного освещония помещений о учотои рояльных значений отрачонннх световых потоков поступахь пшх яа рабочую поверхность от. прилегшие й территор:ш и от внутренних поверхностей помещения.

Делмо лисевптпгаонкой работы является оптимизация парамет-

р0й сб^тоео!! среди при проектировании естественного освепетш с учетом зависимости работоспособности человека от условий осво Щ0Ш1Я ого рабочего моста с использованном пространстиоппих характеристик светового поля н совореынствоьвтш методой расчета, дта обоспочоная лучшей комт-ортноста инутрл помоцэишг л увеличена« производительности труда.

-Для достижения постлпленной долу нообходимо решить следующий далачц:

- обосновать крптории сценки и определить опттлалыше значения пространственных хпрчкторпстшс свогопого поля для конкретного-вида зрительная работы;

--разработать методику .расчета и проектирования бокового естественного освощетш с у чет о;.*, отрсиешшх световых потоков от прилагающей к здания территории и внутренних поверхностей поме-цошш ;

- разработать ир&длдаешш и определить технпко-окономпчоасуй в^ктивноегь. рекомендаций но организации световой среда,

Научная коензца работа заключается в следующем:

- определены пространственних характернстшш светового поля, позволяющие получить оптимальные значения параметров свотовой среда для ткацких цехов ;

, - предложено математическое описание светового режима помещения, учитывающее свет отраженный от прилегающей территории п внутренних поверхностей помещения ;

. ..-..равработана методика учета влияния многократного отражения ва величину и распределение пространственних характеристик светового поля для проектирования бокового естественного освещения помещений

.- преддоаены способы обеспечения-комфортной световой среда при проектировании-и.реконструкции ткацких цехов.

Практическая ценность работы заключается в том, что предлагаемая методика расчета позволяет улучшить условия труда работающих за счет более корректного учета распределения световых потоков в помещении ; предложены новые схемы естественного освещения ткацких цехов, позволяющие оптимизировать площадь светопроемов.и на основе этого свести к минимуму энергопотребление -и.теплопотери.производственных зданий.

Результаты исследований внедрены при проектировании Кзыл-

Ордлнского цеха схссотноД печати и коробочек, швейной фабрики в г.Североба¿кальск.Бурятской АССР, вюшченц в научно-техшгчвекяй отчет ;::;сп тл.В.В.Кудбшева по тспэ "Разработка комплекса мероприятий по улучиешпэ световой и акустической среды в цохих На-мангаиасого целкового комбината авровюс тканей с учетом ококо-ква эяерпгл и улучшим условий труда" / х/д й Г75 /, по которому предполагается внедрение в ткацком цохо выше названного комбината, а т,и-.;е разработашшй программой ки.зиекс принят в 'Хонд прогрш.з.1 н алгоритмов в Восточно-Сибирском технологическом института да: кспользовахпм в курсовом п дипломном проэктирова-щш.

Дггс,с:гг:-1 рл^от';. Основные подсаспкя рабогц яокладовалнсь к сбсу:.ггл"::сь ¡га республиканской каучяо-техшгчвекой кси^ерепцки "Роль по'ч::! л тохшпд в рэшешпт народио-хозяйствешшх задач Маигшиакского региона" в г.Шввчешсо, май 1990 г., на заседаниях секции "Строительная <1лзлка" и кафедры "Архитектура гражданских п п::о:.'л:г^:с!пгнх зданий" в Московском г^лснерцо-строительном института г.:.В.3.1цу;:б::аева /:шль, октябрь 1991 г./.

Пубдждт-'и.По результатам исследований опубликовало три : статьи, .отра-гултле основное содержание ^ссертационной работы.

Объе?.'"г:^ст;:. ¿"лсссртацпоипая работа состоит пз вводе нот, четырех глаи, ос::оз::ы:с впзодов, списка попользованной литература и пргкаг-'Жй. Сод:.-р'-.-::т 144 страниц машинописного текста, в том число: 27 рисунка, М таблзд, списка использованной литературы на II страницах из 134 наименований к 9 страниц приложений.

На згстту п;шосятся:

- усовершенствованная методика проведения психофизиологических лссле;;0гшз:й по определен:» оптишлышх параметров прост-ранствешшх характеристик светового поля, па рабочих трестах и полученное результату ;

- разработашпгй аналитический метод расчета плоскостных и иространстьэннах параметров естественного освещения зданий с учетом многократных отражений от прнлегащей территории п внутренних поверхностей помещения; •

- рпзг-'.ботг.ннго рекомендации по организации световой среди пр-г про6к?ироа."Л!:м к реконструкции ткацких цехов на основе проведенных теоретических и экспвримситллышх исследований.

Целесообразность и преимущества предлагаемого метода расчета подтверждены технико-экономической оценкой его эффективности.

СОДКЕШШЕ РАБОТЫ

£.,Лерр<Й ГЛа^е проведен анализ особенностей архитектурно-строительных решений текстильных предприятий, рассмотрены особенности технологического процесса и специфика зрительной работы в ткацких цехах.

Споци£ака технологического процесса ткацких цехов предъявляет высокие требования к качеству п количеству освещенности рабочих мест.. Для ипх характерны - зрительные работа П и Ш разрядов, необходимо стабильное освещение, минимальная освещенность при общем, освещении. колеблется от 300 до 750 да;.

Но суцествущие уровни нормирования освещенности будучи двумерныг.щ ц яривязашыми к условной горизопа-гльной поверхности не могут достаточно псиню характеризовать условия освещения на рабочем месте,, т.к. дам при равных уровнях горизонтальной освещенности видимость объекта различения будет'различной в зависимости от направления преобладающего светового потока, глубины собственных и падавднх тоней на объекте. Поэтому доя оценки потенциальных условий видимости на рабочих поверхностях, тлеющих различную ориентацию в пространстве, и для косвенной оценки достаточности света в помещении, в последнее время исследователи стали обращаться к пространствешгш параметрам освещенности. Эти параметры наиболее полно учитывают количественную и качественную сторону распределения света в помещении, обеспечивают большее соответствие кезду расчетными данными и реальным распределением световых потоков. Но широкое распространение пространственных характеристик светового поля сдергивается недостаточной разработкой методов их расчета п критериев, характеризующих условия видимости объектов различения для конкретного вида технологических операций. В настоящее вре;.'я определены оптимальные параметры пространственных характеристик светового поля для электролампового, метизного, приборостроительного и-швейного щпизводств. Дяя ткацкого ;;:с производства таких исследований не проводилось.

Д9. ртороц ууг^Да изложены результаты психофизиологических исследовании по определенна оптимальных значеш:Л параметров световой среда при работе на ткацком станке. Исследования проводились в.ткацком цехе Наманганского шелкового комбината авровых тканой.

- -. В предыдущих ¡заботах, выбор уровня оптимальных параметров освецетгя производится о использованием критериев Х.Всстона, хотя эффективность использования освещения наиболее полно характе-рпзуетсл уровнем производительности труда, количеством допущенного брака и общим утомлением. В предлагаемой работе сделана попытка определить уровни освещения обеспвчивазхдее достижение наибольшей производительности труда.

Технологический процесс ткачества отличается тем, что он протекает в осковног.! на горизонтально!! плоскости и свет в рабочую зону попадает преимущественно из верхней полусферы. С учетом этого, для данного объекта регламентируемыми пространственными харгжтерпстдаамп светового поля являх. ся слодугацю:

Е^ - средняя полусферическая освещенность - колдчествен-ная характеристика, опекотаэдоя насыщенность светом п данной т~>чкв помещения, лк ;

1й| _ модуль светового вектора - количественная характеристика, равная-максимальной освещенности в исследуемой точке ;

(Ь и 9 — аэ:д.!ут и угловая высота светового вектора -качественные характеристики, оаот;ва:хг.:о прооблада:ощое направление световых потоков, град.

Исследования выполнялись по магодака разработанной па кафедре "Лрх;.тш;гура гроздснски!] п про; аалопиих зданий" ШЮИ им. В.З.фЯбыаева и охсбронпо!' институтом психологии АН СССР. Она базируется на применении психофизиологических методов акалиро-ваш'л и постояннкх газдр'.'ллтелел.

По данным психофизиологического эксперимента били получены математические модели производительности труда зависящие от пространственных характеткстик светового поля. Геометрическая интерпретация пояляазшальннх модело* для производительности труда и соответствующие им уравнения регрессия представлены на рис. I а. На основании анализа полученных поверхностей отклика следует, что максимальная производительность труда наблкь

л.

0.63, 3.53 0.1}

Ой

0* ОМ н /

/ Г А

Г

<ш он

У"0.711 ♦ (М4Х, - 0.05 1х(-а091х|+0.044х| - 0.009,

да

Ц'0.7»*а031Х1

0.07^X1- 0.0Н7У| - 0.016Х,Х<"0.085Х1Хд

Хь«+1

х3«о

х5-1

А- Л

в.

р о'

IV 50 НА 150НА

/зи'^з СЬИЕПОадмМ

ГЧЮ-^/Т

е

и*

»Ума

4Г

'МИД

(•МЕСТО ЗАМЕРА

- НМРАЬЛЕННЕ ШЕИМЯ СМ10»ЫХ ЛУЧЕЙ.

Рис. I. а - геометрическая интерпретация полпноминялышх моде^эй и уравнения регрессии ; б - оптималыше угловые параметры р и б .

дается при следующих значениях /ct:.pre I б/-

р = 59°/313°/ ; 6 = 45°/6С°/ ; ¿^ 400/380/ лк

/в скобках даны результаты для ГУ зоны наблюдения/. По.;/ченш:о тематические зависимости производительности труда от пространственных характеристик светового поля могут служить дчя оценки эмТ-ехтишюсти систем освещения существующих ткацких цехов, а такяс быть использованы при проектировании и реконструкции. Результаты оценки параметров световой среда хорошо согласуется с исследованиями для швейного производства ввиду того, что идейное производство имеет такяе малки контраст мевду объектом различения и фоном,и технологический процесс в обоих случаях протекает на горизонтальной плоскости. На основании этого мотано предположить, что полученные результаты могут быть использованы дач пнплогпчннх производств.

Третья глава посвящена теоретическим исследованиям по разработке метода расчета параметров естественного освещения. Для ткацких цехов характерна большая протяженность и глубина, при этом коэд.йяшент естественного освещения нормируется В'глубине помещения, где величина.отраженной составляющей пакет в 3. ..6 раз превосходить прямую. Дт учета отратенной составляющей в .. настоящее время используются коэффициенты гл и г2 . Но эти коэффициенты не учитывают, например, наклон прилегающей территории, изменение праЪиля потолка, коэффициенты отракения земной поверхности принимаются как средневзвешенные и т.д.

. . Существующие аналитические метода расчета, разработанные Х.Н.Нуретдяновым, А.К.Соловьевым, А.Н.Кондратенковшл, Е.М.За-вяловым, К.А.Хамидовш, О.Д.Савельевым и другими, тлеют некоторые недостатки, а именно, ограничена область применения, отраженная составляющая учитывается.традиционным способом, т.е. при помощи коэффициентов zi и Ьг .

Предлагаемый метод позволяет производить количественную оценку светового реяима помещений с боковым естественным освещением на основе более полного учета многократных отражений световых потоков от прилегающей территории и внутренних поверхностей интеоьера и яркостной картины наружного пространства при различных ре-кимах облачности снимает большинство существовавших ранее ограничений и позволяет реялть практически весь комплекс задач по расчету бокового естественного освещения.

Зная веллчшгу проекци'1. светового вектора и пространственной освещенности мокно онрсдзлить, используя известные соотношения, пространственные и плоскостные характеристики освещенности. Например, для пола рассматриваемого помещения:

6и - Г1 иЛ) г Ь

* ¿.о 4 Ч-и^и» 1 в1чУл-ч)1*н1

где ЦтСЧ^"^?^ - яркость потолка, Еп(уУ- освещенность потолка. Т) - глубина здания, Ь - половина ширины здания, Ц - растоянпе до расчетной точки, ул-т.рястояние до освещающей точки, Ун и 9 - длина и угол наклонного участка потолка, Н0- высота помещения, Н» Н0-(Уц-у)1д8.

Горнэонтачьная освещенность Е определится как:

Е - Б" - | Е^ , /2/

где Еи - величина горизонтальной освещенности при поступлении света от небосвода на пол, Е^ - величина отраженной составляющей от потолка, к - I... Н - количество отражений.

Величины средних сферической и полусферической освещенности: „ Е«*0.25(Е^

Ел- 0.25Е

где Е" - пространственная освещенность при поступлении света от небосвода /ш пол, БД, - отрп'-елндя пространственная освещен-

яость or потолка.

Параметры освещения под открытым небом составят:

° 0.i5STLa (Л-+1); /А/

istL^a + US).

Используя выражения /2...4/ можно вычислить коэргциенты /КЕО, КЕПО, КЕСО/ для оценки световой среды в относительных единицах.

Решение интегралов приводит к сложным математическим выражениям, .дои.которых невозможно получить точное аналитическое решение.. Погтому на языке ФОРТРАН была написана программа "OTP" которая лозйоляет избежать громозких, повторяющихся вычислений и выпол!шть численное интегрирование.

. . . Для подтверждения достоверности полученных характеристик освещенности был выполнен расчет параметров освещения для ленточных я отдельных светопроемов. Сопоставление результатов,полученных по предлагаемому методу с экспериментальными, показало их хорошую сходимость.

В четвертой главе рассмотрены различные проектные предложения по организации систем бокового естественного освещения с учетом оптимальных значений параметров световой среды.

Для этого использовались известные принципы "от технологии" и "от конструкций". Согласно превому принципу поставленная задача решается изменением расстановки рабочих мест по отношению к существующим системам'освещения. По принципу "от конструкций"-сохраняется схема расстановки оборудования, но производится изменение расположения светопроемов и осветительных устройств таким образом, чтобы на рабочих местах получить требуемые угловые параметры и уровни освещенности.

Существующие схемы расстановки ткацких станков обеспечивают только нормальное протекание технологического процесса, без учета влияния освещения на выполняемые операции. При ' этом линия зрения параллельна направлению падающего светового пото-. ка, доя естественного освещения. В диссертационной работе приведены рекомендуемые варианты расположения рабочих мест, которые позволяют кроме получения необходатмнх параметров освещения

Рис. 2, Коэффициент полусферической освещенности при различи ь видах естественного освещения.

уилньтть УТ'ЛТЧШП m,m, г.К. Ч-Ц .¡асоимм-м П'^МГ-н,II,

3 ПОЛО Эр*НИЛ рчЛ0ТП*а«Г0 110 будут oi-oron»" [{{'<!"' 'Ц .

!ío рпсиродолкнио йетостпсниого ci!"';"i К пом.-.......... « бачоп.ч-

мл ci!ríTonfoofV!í.-.t Hopamiovnpfto и непостоянно no с-г/пнн, т.о. при Заполнении ¡V,-"¡OT П r.7/(í:i;tO тхмкдппя ого нмдоо.тлточио It птот нодостатон »"-»я:писк)уится искуссячч'шиа! пптп-чти. И по-попу niwnc-tmx паргиштоп "от к(шг,тр-;п'с:Г иоао 'оно условие О ЛООТОКхШШ МаКСНКШГЫЮЙ ХЩМИН П01Ш ЛОСГПТО'ШО 0С70«Т1'0ШС0Г0 ОСПСГ.ОНИЯ, ЧТО ОИОСОбСТПуОТ сокряпони» прпь'пгш НОНОЛЬЗОПЛНИЛ искусственного освещения.

Используя разработгшнует nporparwy расчета лпрчмотров оспе-щения и экеппрпмонтллышо исатччопанкя по ощюл^лпнио оптимальных значений регламентируемых величин / , jb и 0 / било выполнено вариантное лрооктидовянно. При отсм варьируемыми параметрами били: длина наклонного участка потолка ; г-осторасполо-яенло участка территории параллельного наклонной пасти потолка; профиль прилпткцоК территории и наклон овотоиорорасирпдоляк-тх. устройств /СНУ/ шириной I м, расположенных с наруяноД сторож» стены. Результаты представлены на рис. 2.

При анализе этих результатов мо:шо отметить, что наиболее перспективными вариантами, о точки прения уволичения ширины зоны с достаточным естественным освещением, являются вариант!.' ? л 4. В этом случае пирина зоны с достаточной естественной освещенностью достигает 13 м, для сравнения рассчитаннпя по CÜuli П-4-79 - 7 м.

Таким образом, использование продлотешшх систем opramm -цял световой среда позволят снизить эксплуатационные расходы на систему искусственного освещения. Экономический эффект от этого составит 3.92 руб/м^год. Кроме этого организация световой среда по простраственных характеристикам светового ноля о учетом обеспечения их рациональных значений способствует достижению социально-экономического эффекта, который внрлжаотся в улучшении условий труда л соответствующем росте его производительности.

осшвнне вывода.

I. На основе анализа технологического процесса и спецп'1"-ки зрительной работы в ткацких цехах установлено, что пространственные характеристики светового поля няибалве полно *п-

ракторнзуют условия видимости объекта различения.

2. Разработана методика определения оптимальных значений пространственных характеристик светового поля. Получены соответствующие уравнения регрессии и ностроонн поверхности откликов, которые позволят1 оперативно назначить параметры освещения в зависимости от производительности труда и.наоборот.

3. Получены оптимальные параметра сватопой среда ни рабочем месте ткача:

380 /400/ ж ; « 60° /315°/ ; 6-45° /65°/. Установлено, что на производительность труда но меньшее влияние чей абсолютные уровни освещения, оказывает направление светового вектора. Обеспечение оптимальных уровне!! светового вектора обеспечивает снижение уровня освещенности.

4. Разработан аналитический метод определения пространственных характеристик светового поля с учетом многократного отражения от прилегающий территории и внутренних поверхностей помещения, яркостной. картины наружного пространства при различных режимах облачности, что снимает большинство существовавших ранее ограничений и позволяет решить практически весь комплекс задач по расчету бокового естественного освещения.

5. По сравнению о существующем методами расчета дашшй метод обладает большей точностью и я&тяется болоо предпочтительным датсе по трудоемкости, в следствии применения ЭВМ. Контрольные расчеты по предлагаемо.',гу методу, по программе "ОПТ, показали хорошее соответствие полученных результатов с экспериментальными данными, превышение составляет в сиднем 51?, что укладывается в пределы точности ртсчетов естественного освещения. Для сравнения, результаты иодучешшо по методу СНнЛ П-4---79, отличаются от экспериментальных данных в среднем на 22%. .

6. По результатам вкоперименталмшх и теоретических исследований разработан номплоко мероприятий по создаю!» комфортной оветовой. среды за счет изменения расстановки оборудовашш, нак лона потолка, профиля прилегающей -территории и использования светоперераспредоляицих^устройств. Уотаиовлоно, что изменение профиля прилегающей территории и использование пАУ позволяют получить максимальную величину зоны о достаточным естеством-

ним освещением.

7. Годовой экономический э<Т*Тхэкт от повышения эффективности использования естественного освещения, за счет перехода к нормированию по пространственным характеристикам светового поля, и соответствующего сипения эксплуатационных расходов на содержание искусственного освещения, вычисленный для ткацкого цеха Наманганского шелкового комбината пврових тканей, составил 3.92 руб/м^год.

Основные положения диссертационной работы излоленн в сле-дугащхх печатных работах:

1. Балхеева В.Д. Математическая модель распределения света в помещениях с боковым естественным освещением/Лезисн докладов на республиканской научно-техн. конференция. - Шевченко, 1990.

2. Разработка комплекса мероприятий по улучшению световой п акустической среда в цехах Наманганского шелкового комбината авровнх тканей с учетом экономии энергии и улучшения условий труда: Отчет НИР/МИСИ им.В.В.Куйбышева ; Руководитель А.Н.Конд-ратенков. Отв.исп. Л.Н.Кондратенков. -Л 01288.006347, - М., 1988. ..

3. Кондратенков А.Н., Балхеева В.Д. Нормирование световой среда предприятий легкой промнпшенности по пространственным характеристикам светового псля//Светотехнина. - 1990. - й 10.

Подписано в печать 6.12.91 Формат 60x84 1/16 Печать офсетная И-390 Объем I уч.-изд. л. Т. 100 Заказ /'./¿""Бесплатно

Ротапринт МИСИ им. В.В. Куйбышева