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

МОСКОВСКИЙ ОРДИМ ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЭНШО! И1ЙЕШР110-СТР011ТЕЛЫШ11 ИНСТИТУТ ш.В.В.МШША.

!1а правах рукописи

БЛЛЛ2ЕВА Еалантпиа Дорзоешга

ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЕСТЕСТВЕННОГО 0ШШШ1ШЛ ШЦШ ЦЕХОВ О УЧЕТОМ ПРОСТРАНСТВЕННЫ! ХАРАКТЕРИСТИК СВЕТОВОГО ПОЛЯ

05.23.01 - Стролтаяыша ионотругацл, эдшшя п оооруяекся

АВТОЕЗЗЗГДГ

дяооортацпп ва оопскашзэ учоной етвпэяп »шдадата технических наук

Поезда 1Э91

Работе, выполнена в Ыосковскои ордена Трудового Красного Знамени инаенерно-отроительном институте им.В.В.Куйбышева

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущая организация

Защита ооотоитоя

- кандидат технических наук, доцент Кондрат ешеоз Л.Н.

- доктор технических наук, профессор Федосюшн B.C.

- кандидат технических наук Хамидов К. А.

- ЦНИИПромздяний Госотроя СССР

Марщд 1992 г. в KY"

чаоов на заседании специализированного Совета К 053,11.01 ио присуждению учеиой. степени кандидата технических наук в Ыоо-ковоком ордена Трудового Красного Знамени инженерно-отроитель-ном институте ЕМ.В.В.Куйбышева по адрэоу! ПЗП4, г.Ыосква, Шлюзовая наб., 8, ауд. & 4\2

С диооерт8швк tsosiio ознакомиться в библиотеке института.

Просим ¿ао принять участие в зацсто и направить Баш отвыв в двух вкаемплярах по адресу: 129337, г. Москва, Дрославо-иое шооое, д. 26, ШСИ им.В.В.Куйбшева, Ученый Совет.

Автореферат разослан " " ЯНВАРЯ 1992 г.

per. * <04Ь-\12/*2

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

Э.В.Фшшмонов

ОЩАЯ ХЛРЛКТЕРИСПКЛ РЛ10Ш

Актуальность. Создание оптимальной светоадй срода в помещениях предполагает не только обеспечение хороша условий видимоо-ти, но и наиболее полное использование света во всей ого сово-кушюсти, т.О. бИОЛОГИЧвСКИХ, ПСИХОфИЗИЧО СКИХ И ЭСТОТИЧОСКЛХ

свойств, необходим* для яизнедеятелыгостп человека.'

В настоящее врег/я »ложно счдтать доказанным, что естественный свет необходим в здштн и полностью заглотать его искусственным нельзя. Практпка строительства в СССР п зарубсяом бозфо-яарных и бэзокошшх зданий себя не оправдала, т.к. световая срода в тагах зданиях большинством работащих сцоплвпллсь отрицательно.

О&.ви пз путей поашегсяя качества прозктних решений естественного освещения псь'шцоппй является создание такой методики проектирования, которая учитывала би одновременно про^хзссиональ-яую работоспособность человека.от условий оспещешщ его рабочего моста. Решение этой проблемы возмояно путем использования пространственных характеристик свотопого поля, позволяющих более точно выполнять учет реальной видимости объектов наблюдения в помещениях.

В настоящее время существуют пгасонерные методы расчета' проотрапстветшх характеристик светового поля прл проектировании слстсм естсстсонного освещения зданий. Но они позвешшт о той пли Ш!оЛ стопенья точности определить пртлуа составляпцуз осваденностп, отраженная жо часть учитывается традиционным способом, т.е. при помоги коэ^фяциентов и . Для определения этих коэффициентов длительное время использовались результаты экспоршонтлльгшх исслодоианпй нл ыоделях под искусственным .небосводом, что приводило к сорьезпш погрешностям из-за ряда футоров органически присущих методам физического моделирования. .

3 связи с атшл оообуп актуальность.приобретает совершенот-вовшше методов расчета естественного освещения помещений о учетом роальиих значений отрачоипнх световых потоков поступаю-пих на рабочую поверхность от прилогаюцей территория и от внутренних поверхностей помещения.

Пельд лиссеотяплониой габотн является оптимизация парамет-

ров световой среда при проектировании естественного освещения о потом зависимости работоспособности чэловека от условий осво-цония ого рабочего места с попользованном пространственных характеристик светового поля и совершенствования методов расчета, ДЛЯ обеспечения лучшей комфортности внутри помещения с уволиче^ ния производительности труда.

• • -Им достижения поставленной цели необходимо решить сладухь иво задачу:.

- обосновать критерии оценки и спроделигь оптийалькле значения, пространственных характеристик светового пола для коякротного ■вида зрительно!! работы ;

--разработать методику расчета и проектирования бокового оо-уоственного освещения о учетом отраженных сватовых потоков от прилегающей к зданию территории п внутренних поверхностей пшо-

«Э1ШЯ }

- разработать предложения п определить технико-экономическую объективность.рекомендаций по организации световой среда.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- определены пространственных характеристики свотового поля, позволяющие получить оптимальные значения параметров световой среда для ткацких цехов ;

, ~ предложено математическое описание светового решала помещения, учитывающее свет отраженный. от прилегающей территория п внутренних поверхностей помещения;

. . - .разработана методика учета влияния многократного отражения на величину п распределение пространственных характеристик сшетового поля для проектирования бокового естественного освещения помещений;.

- предаоаены способы обеспечения.комфортной световой среда при проектировании.и.реконструкции ткацких цахов.

Пшктичэскач 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 -Н.тепдопотери.производственных зданий.

Результата исследований внехгоенн при проектировании Кэыл-

Орденского цеха офсетной печати н коробочек, швейной фабрики в г.Североба^капьск.Бурятской АССР, вкличеш в научно-технический отчет ЖСИ км.В.В.Куйбышева по тема "Разработка комплекса мероприятии по улуч!ле1ш:э световой н акустической среды в цехах На- • манганского шелкового комбината авровш: ткллей с учетом экономит энергии и улучшения условий труда" / х/д гё 175 /, по которому предполагается внодренио в ткацком цехе вше названного комбината, а также разработанный програияшй ки.ллокс принят в фонд програш п алгоритмов в Восточно-Сибирском технологическом институте для использования в курсовой п доплоглнга.г проектировании. ....

Аотобаттия работы. Осношше положения работ докладывались И обсуждались на рзспублпканскоЯ научно-технической конференции "Роль ка^кн и техшгкя в решении народно-хозяЯственнпх задач Мангшлакского региона" в г.Шевченко, май 1990 г., па заседаниях секшш "Строительная йнзшса" и кафедры "Архитектура гражданских п про:.'лшсшшх зданий" в .Московском г:':.:снерно-строительнш институте пл.В.З.ГСуПбиаева /шшгь, октябрь 1991 г./.

Публзждгси.По результата.! псслодовшшЯ опубликовало три : статьи, .отрашэдио основное содержание диссертационной работи.

Объем'габстц. Диссертационная работа состоит пз введешш, Четырех глад, основ'шх виводоп, списка попользованной литература и пр:^ат.егггЛ';. Содергщт 144 страниц мдшнописного текста, в то?,? числе: 27 рисунка, 12 таблиц, списка нспользозшшой литературы па II страпнцах из 134 наименований и 9 страниц приложений.

На зптату шюсятсл:

- усовершенствованная методика проведения психофизиологических исатс;;ог-шз;Л по определению оп?;з/ллып:х параметров прост-ранствешшх характеристик светового поля.па рабочпх пестах и патуче;ш1:е результаты ;

- разработан;!!.;:! аяаллтнческгй иетод расчета плоскостных и прострг-нствешшх иарт'етров естественного освещснгл зданий с

у чет о:.; ¡.«.'¡огократних отрат.сний от щниогавдей территории п внутренних поверхностей псмепзнля; •

- рйзг"б0тг.ни?'0 рс::с\-еид:нг?и по организации световой среды при проектирован:;;! я реконструкции ткацких цехов на основе проведенных теоретических и экспарит.'ептллъгшх исследований.

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

СОДЕШШШ РАБОТЫ

Э, ГОРДОЙ ГДард проведен анализ особенностей архитектурно-строительных решений текстильных предприятий, рассмотрены особенности технологического процесса и специфика зрнтельпоП работы и ткацких цехах.

Специфика технологического процесса ткацких цехов предъявляет высокие требования к качеству п количеству освещенности рабочих мест.. Для нпх .характерны - зритачьиие работы П и Ш разрядов, яеобходпгло стабильное-освещение, мпннмашюя освещенность при общс-м. освещении колеблется от 300 до 750 лк.

Но суцоствущие уровни нормирования освещенности будучи двумерными и привязанными к условной горизонатльной поверхности не могут достаточно полно характеризовать условия освещения на рабочем месте,, т.к. да;;е при равных уровнях горизонтальной освещенности видимость объекта различения будет различно*! в зависимости от направления преобладающего светового потока, глубины собственных и падавдих тоней на объекте. Поэтому дня оценки потенциальных условий видимости на рабочих поверхностях, тлеющих различную ориентацию в пространстве, и для косвенной оценки достаточности свата 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, обеспочи-вают большее соответствие мопеду расчетными данпыми п 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 время определены оптимальные параметры простралствешшх характеристик светового поля для электролампового, метизного, приборостроительного и.швеДиого п^лзиодств. Для ткацкого ;;:о производства таких исследований, не проводилось.

Во второй глг.р? изложены результаты пыпгаЪизиологических исследований по опродолсшю оптимальных значении параметров световой среда при работе на ткацком станке. 1'сследовашш проводились в.ткацком цехе Намаиганского шелкового комбината авровых тканей.

■ - ■ В предыдущих работах, выбор уровня оптимальных параметров освещения производится о использованием критериев Х.Воотона, хотя эффективность использования освещения наиболее полно характеризуется уровнем производительности труда, количеством допущенного брака и общим утогляеипем. В предлагаемой работе сделана попытка определить урошш освещения обеспвчиваэдие дост:пегше наибольшей производительности труда.

Технологический процесс ткачества отличается тем, что он протекает в основном на горизонтальной плоскостя и свет в рабочую зону попадает преимущественно из верхней полусферы. С учетом этого,-для данного объекта регламептируемнмл пространственными характеристлкамя светового поля явллх:ся слодустцие:

средняя полуоТорпческая освещенность - количественная характеристика, оцеягааащая насыщенность оветом в данной т->чке помещения, лк,;

>61 - модуль светового вектора - кох:честЕО!шая характеристика, равная максиг/лльнон освещенности в исследуемой точка ;

£> и 9 - азимут и угловая высота светового вектора -качественные характеристики, оценпвгетре преобладащее направление световых потоков, град.

Исследования выполнялись по методике разработанной на кафедре "Архитектура гражданский и про: оспе иных зданий" !.Ш! им. В.З.^йбкиева и одобренной институтом психологии АН СССР. Она базируется на применена псяхо-Лизиодогнчвсюпс методов шкалирования и постоянных раздрнаителей.

По данный психофизиологического эксперимента били получены математические модели производительности труда зависящие от пространственных харакгетистпк светового поля. Геометрическая пнтерпрн^тацкя полияоминалышх моделой. для производительности труда и соответствующие им уравнения регрессии представлены на рис. I а. На основании анализа полученных поверхностей отклика следует, что гпкегслальная производительность труда набляь

к

0.71 0.61

у =»0,711 + аомх,- 0.051Х<*-а091Х|*0.044х| - 0.009,

У» 0,753+ 0.031х,1().07гх|- 0.047x1 - 0.01бХ;[Х|-а085Х1Хз

х5«м

х3-о

х5-1

в.

р 0*

iv 50 на А»* 1 1 150на >л

«*

1У50

дг

'50ИА

вместо »мера

-1 - нмраьление пиеяия

сы10&ых лучей.

Рис. I. а - геометрическая интерпритация полнноииняльннх модб^>эй и уравяення регрессии ; б - оптимальные угловые параметры и 8 .

дается при следуюних значениях /см.рис. I б/-

£ = 59°/313°/ ; в = 45%6°/ ; 400/380/ ж

/в скобках даны рззультатн для 1У зош наблюдения/. 17о.;ученш:е математические зависимости производительности труда от пространственных характеристик светового поля могут служить для оценки эффективности систем освещения существующие ткацких цехов, а такхе быть использованы при проектировании и реконструкции. Результаты оценки параметров СЕетопой среды хорошо согласуются с исследованиями для швейного производства ввиду того, что пвейное производство имеет также малый контраст между объектом различения и фоном,и технологический процесс в обоих случаях протекает на горизонтальной плоскости. На основании этого начло предполахпгь, что полученные результаты могут быть использованы .для аналогичных производств.

Третья глсва посвящена теоретически?.? исследованиям по разработке метода расчета параметров естественного освещения. Для ткацких цехов характерна большая протяженность и глубина, при этом коэффициент Естественного освещения нормируется в•глубине помещения, где величина.отраженной составляющей меяет в 3...6 раз превосходить пряглую. Для' учета отраженной составляющей в .. настоящее время используются коэффициенты и г2 . Но эти коэффициенты не учитывают, например, наклон прилегающей территории, изменение профиля потолка, коэффициенты отражения земной поверхности принимаются как средневзвешенные и т.д.

. . Существующие аналитические методы расчета, разработанные Х.Н.Нуретдиновым, А.К.Соловьевым, А.Н.Кондратенковым, Е.М.За-вяловым, К.А.Хамидовым, О.Д.Савельевым и другими, тлеют некоторые надостатки, а именно, ограничена область применения, отлаженная составляющая учитывается.традиционным способом, т.е. при помощи коэффициентов г,, и Zг .

Предлагаемый метод позволяет производить количественную опенку светового реяима помещений с боковым естественным освещением на основе более полного учета многократных отражений световых потоков от прилегающей территории и внутренних поверхностей интесьера и яркостной картины наружного пространства при различных режимах облачности снимает большинство существовав-тих ранее ограничений и позволяет ренпть практически весь комплекс задач по расчету бокового естестпенного освещения.

Зная величину проекций светового вектора и пространственной освещенности можно определить, используя известныв соотношения, пространственные и плоскостные характеристики освещенности. Например, для,пола рассматриваемого помещения:

¿Х-0-,

е Лч Г -_ь +

* 1-е («rt'*«1 1 и»

1 в

f*l лл lH4^-y)t98]H r ■;___ +

J,« «ÎA-^H4 1

где ЧтОО".^^.- яркость потолка, E„(ijV- освещенность потолка, Б - глубина здания,. Ь - половши ширины здания, IJ - растояние до.расчетной точки, растояние до освещающей точки, у« к 6 - длина и утол наклонного участка потолка, Н0 - высота помещения. Н- нв-(Чц-у^'Цв-

Горизонтальная освещенность Е определится как:

.ъ- & + W

где Ем - величина горизонтальной освещенности при поступлении света от небосвода на пол, Еп - величина отроенной составляющей от потолка, К= I... H - количество строений.

Величшш средних сферической и полусферической освещенности: «

Ea-O.asCEÎV^Îr); " •

« к /3/

Eyt- e^,-»- 0.25 E

где E* - пространственная освещенность при поступлении свота от небосвода на поЛ, Ев°вт - отраженная пространственная освещен-

ность от потолка.

Параметры освещения под открытым небом составят: е-^ЯЦ^Л + г);

и 0.25 ЗПд (J.+ 1); 1 /4/

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

Решение интегралов приводит к слояным математическим выражениям,., для. которых невозможно получить точное аналитическое росение.. Поэтому на языке ФОРТРАН была написана програша "OTP" которая позволяет избежать громозких, повторяющихся вычислений и выполнить численное интегрирование.

- . . Для подтверждения достоверности полученных характеристик освещенности был выполнен расчет параметров освещения для ленточных и 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.

Дяя этого использовались известные принципы "от технологии" и "от конструкции". 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, для естественного освещения. В диссертационной работе приведены рекомендуемые варианты расположения рабочих мест, которые позволяют кроме получения необходимых параметров освещения

*ЕПО,Ь 6

— НАКЛОННЫЙ *

■ потолок; .

—• МТСЛОК БЕ5 НАКЛОНА.

2.

. кш,*

^ЧАСТОМ ТГ>Ж-

ШШШ» ш-ШК»; ,

— ШШ«Ы*

ПОТОАОК.

(■ШЦЬ

3.

—— ТЕМГПЙМ ИА^ЛОША',

— тшоыя г.

1Е) ЮМЕ-МШ. о

я 6 «О

З1 к а ^ 1Г» • ее •с. н § £ <т> ь

1 _____________

ё ь Л «л 2

В

8 м' ьЯ и* (Л --■' 2 2 §

ИВД.У. г с, — ИСШШОЬА-НИ СПИ 4 — т Ш СП»—. е. § ' . 8 «к с

1 ■ 3 ШУ 5» *»[ 1-1 V к-*) ! 6

* Мм 54м 5 4н \ Т.4М „ К« 1 '

—-' .....: <8 И ■

Рио. 2, Коэффициент полусферической освещенности при разлз'.чя видах естественного освещения.

умоиывпть сбиео утешение ткячп, т.к. При пассивном »толадеиии, в потто зрения работающего не будут попадать огютопю щюог.-и.

Но распределения естественного спета в помотпшш о бокот-ия сватопроемоми норпвиомэрно п непостоянно по промоин, т.о. при пополнении работ п глубине поглощения ого недостаточно и этот недостаток компенсируется искусстяепним освоением. В основу предлагаемых варлантоп "от конструкции" пола-лоно условие о достижения максимальной вяршш зоны достаточно остосттпного освещения, что способствует сохранению времени использования искусственного освещония.

, ¡Гспользуя разработанную программу расчета параметров освещения л оксперимонталышэ исследования по опрололттп огггт.тяль-ппх значений рогламонтируемнх величин / Е-д , и 0 / било выполнено вариантное проектирование. При этом варьируемыми параметрами били: длина наклонного участка потолка ; месторасположение участка территории параллельного наклонной части потолка; профиле прмагап^ой территории и наклон светоперорпспредедлгаи'х устройств /СПУ/ шириной I п, расположенных о пару.чноЛ сторошг стони. Результаты прэдетааченн па рис. 2.

При анализе этих результатов мсото отметить, что наиболее порспективпнми вариантами, Ь то'Ш! зрения увеличения вшршш пони с достаточным естостгоннпн освещением, являются варианты 3 п 4. В этом случао ширина зоии о достаточно!! естественной освещенность» достигает 13 м, для сравнения рассчитанная по СНиИ П-4-79 - 7 м.

Таким образом, использование предяояешшх систем оргнни:*')-цяп световой среда позволят снизить эксплуатационные расход» на систему искусственного освещения. Экономический а^рект от этого составит 3.92 руб/м^год. Кроме этого организация световой среда по простраствешшх характеристикам светового поля о учетом обеспечения их рациональных значений способствует достижению социальцо-экономичоегсого эффекта, которнй внрлжаетол в улучшении условий труда я соответствующем росте его производительности.

ОСНОВНЫЕ ВЯВДИ .

I. На основе анализа технологического процесса и споци'-«-кя Зрительной работы в ткацких цехах установлено, что щюст-ранственннв характеристики светового поля наиболее полно *п~

ракторизуот условия видимости объекта различения.

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

3. Получены оптимальные параметры световой среды на рабочем месте ткача:

■ С»» 300 /400/ лк ; 60° /315°/; 8-45° /65°/,

Установлено, что на производительность труда нз меньшее вдияшга чеы абсолютные уровни освещения, оказывает направление светового вектора. Обеспечение оптимальных уровней светового вектора обеопечивает снижение уровня освещенности.

4. Разработан аналитический метод определения пространст-ввкных 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 с существующими методами расчета данный метод обладает большей точностью и является более предпочтительным даже по трудоешости, в следствии пр^онония ЗИЛ. Контрольные расчеты по предлагаемому методу, по программе "ОПТ, показали хорошев соответствие подученных результатов с экспериментальными данными, провыцпние сост:>.гляот в среднем

что укладывается в пределы точности рчечетов естественного освещения. Ддя сравнения, результаты.нодучекнне по методу СНиЛ П-М9, отличаются от экспериментальных дшшнх в среднем на 22%. .

6. По результатам экспериментальных и теоретических иссле дований разработан комплекс мероприятий по создашго коиТюртной световой среда за счет изменения расстановки оборудования, лак лона потолка, профиля прилегащей террито]Ши и использования светоперераспредолявдих^устройств. Установлено, что изменение профиля прилогаодей территории и использование ОТ позволяют получить максимальную величину зоны о достаточным естествен-

пым освещением.

7. Годовой экономический эфгтхэкт от пов1пиощ1я эффоктивнос-тп использования естественного освещения, за счет перохода к нормированию по пространственным характеристикам светового поля, и соответствующего сюкония эксплуатациошшх расходов на содержание искусственного освещения, вычисленный дая ткацкого цеха Наманганского шелкового комбината авровых тканей, соста- . вил 3.92 рубД^'год.

Основные положения диссертационной работы излслоны в сло-душдах печатных работах:

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

2. Разработка комплекса мероприятий по. улучшения световой и акустической среды в цехах Наманганского шелкового комбината авровых тканей с учетом экономии энергии и улучшения условий труда: Отчет НИР/ГШ» им.В.В.Куйбкшева ; Руководитель А.Н.Конд-ратенков. Отв.иси. А.Н.Кондратенков. - Л 01288.006347. -М.,-1988. ..

3. Кондратенков А.Н., Балхеева В.Д. Нормирование Световой среда предприятий легкой промышленности по пространственным характеристикам светового 1к.т//Светотехника. - 1990. - № 10.

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

Ротапринт МИСИ им. В.В. Куйбышева