Исследование светового климата Иордании и разработка метода расчета прямой составляющей естественной освещенности для архитектурных строений

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 Ма1-ЬаЬ.

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 3 000 000 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.