Основы светотехники. Естественное освещение

1. Основы светотехники

Естественное освещение
Инсоляция, искусственное
освещение

2. Световая среда

• Световая среда формируется сочетанием
естественного и искусственного освещения.
• Свет – излучение оптической области спектра,
вызывающее зрительные реакции.
• Световое ощущение – психо-физиологическое явление.
• Оптический диапазон длин волны от 400 нм до 750 нм.
• Монохроматическое излучение – однородное
излучение в узкой областью частот или длин волн,
которое определяется одним значением частоты и
воспринимается глазом как свет разного цвета.

3. Световая среда

• Видимое излучение одинаковой мощности
(совокупность монохроматических излучений)
воспринимаются глазом как белый свет.
• Дневной свет – сплошное и равномерное излучение
на всем видимом участке спектра.
• Цвет – особенность зрительного восприятия,
позволяющая наблюдателю распознавать излучения,
различающиеся по спектральному составу.
• Психофизические характеристики цвета:
• Цветовой тон, яркость, насыщенность.
• Цветовой тон + Насыщенность = Цветность

4. Световая среда

Спектры излучения
Сплошной спектр
Линейчатый спектр

5. Световая среда

Основные законы и единицы измерения
• Количество энергии, излучаемой точечным источником
в секунду, называется потоком, F dW
dt
• Единица измерения энергетического потока –
1 Вт = 1 Дж/с
• Плотность потока излучения – количество энергии,
переносимой через единицу поверхности за единицу
времени.
dF
j
• Единица измерения – 1
dS
• Чувствительность глаза не одинакова к различным
длинам волн - вводится понятие светового потока.
Вт/м2

6. Световая среда

Для выражения действия лучистой энергии
на глаз, вводятся световые величины.
• Световые единицы по своей природе
являются физико-психо-физиологическими,
используются только для видимого света
• Световой поток
Ф 683 Ф d
• 1 Вт лучистого потока при длине волны 555
нм соответствует световому ощущению
равному 683 люмена
• Единица светового потока - люмен. (1 лм)

7. Световая среда

• Наибольшая
чувствительность
глаза к желтозеленым лучам ≈500
нм
Ф 683 к Ф d
7
• Кривая относительной
видности –
отношение
зрительного
восприятия при
данной длине волны к
максимальной
чувствительности

8. Светотехнические величины

• Освещенность: 1 люкс – освещенность такой
поверхности, на каждый квадратный метр
которой равномерно падает поток в 1лм.
• Светимость R: за единицу светимости
принимают светимость такой поверхности,
которая излучает с 1м2 световой поток, равный
1лм. Поверхностная плотность излучаемого
потока, лм/м2 (световая характеристика)
• Яркость B: за единицу яркости принята яркость
такой плоской поверхности, которая в
перпендикулярном направлении излучает силу
света 1кд с 1м2. Характеризует светящуюся
повеерхность в заданном направлении, кд/м2
8

9. Сопоставление энергетических и световых единиц:

Световые
Энергетические
Наименование и
обозначение
Единицы
измерения
Наименование и
обозначение
Единицы
измерения
поток излучения
Вт
световой поток
лм
энергетическая
сила света
Вт/ср
сила света
кд
энергетическая
освещенность
Вт/м2
освещенность
лк
энергетическая
светимость
Вт/м2
светимость
Лм/м2
яркость
Кд/м2
энергетическая
яркость
9
Вт/(ср м2)

10. Светотехнические величины

10
10

11. Световая среда

• Поле зрения
человека при
бинокулярном
видении
• Углы зрения в
вертикальной
плоскости.

12. Световая среда

• Поле зрения человека при бинокулярном
видении

13. Светотехнические величины

Световые свойства тел
Ф0 Фот Фпог Фпр
Ф
от
Ф0
Фпp
Ф0
Фпог
Фпр
1
Ф Ф0 e
x
13
13

14. Светотехнические величины

Значения коэффициентов
отражения, поглощения и пропускания
Оконное стекло
= 0,08 = 0,02 = 0,9
Молочное стекло = 0,45 = 0,15 = 0,4
(тонкая бумага)
Зеркало
= 0,85 = 0,15
14
Для поверхностей диффузно отражающих свет,
коэффициент яркости r равен коэффициенту
отражения .
14

15. Индикатрисы светорассеяния

• индикатриса яркости (а) и индикатриса силы света
(б) для идеального диффузора.
• Индикатриса яркости имеет форму половины
окружности с центром в точке падения света О.
• Индикатриса силы света имеет форму окружности,
касающейся поверхности в точке падения света О.
15

16. Светотехнические величины

16
16

17. Ресурсы световой энергии

• Вблизи земной поверхности освещенность
может превосходить 100000 лк. Основными
компонентами дневной освещенности
являются:
• прямой свет от солнца (ЕП);
• рассеянный (диффузный) от неба (ЕН);
• отраженный от земли и окружающих зданий
(ЕЗ) Совокупность перечисленных компонентов
определяет суммарную освещенность ЕС :
Е
с
зависит от характера облачности, рассеивающей
способности атмосферы, поверхности
Ес Eп E н E з
17

18. Нормирование естественного освещения

18

19. Нормирование естественного освещения

• По ресурсам светового
климата территория
делится на группы
административных
районов, каждый из
которых характеризуется
коэффициентом
светового климата.
• Наиболее важной
компонентой светового
климата является
диффузное освещение
от неба (ЕН).
Наружная диффузная
освещенность по месяцам и
времени суток в Москве
19

20.

Естественное освещение
Епом
КЕО
Енаруж
Основная характеристика естественного
освещения. Измеряется в %
20
20

21. Нормирование естественного освещения

• Нормирование КЕО на уровень рабочей поверхности
• Уровень рабочей поверхности выбирается в
зависимости от назначения помещений:
-горизонтальные (уровень пола, рабочего стола)
-вертикальные (музеи, картинные галереи и т.п.).
• Характер зрительной работы подразделяется на восемь
разрядов в зависимости от размеров предмета
различения (в мм).
• Первый разряд предусматривает самые высокие нормы
освещенности, восьмой разряд–самые низкие.
• Точки помещения для нормирования:
- середина помещения (двухстороннее освещение);
- на расстоянии метра от наиболее удаленной от
окна поверхности (одностороннее).
21

22. Нормирование естественного освещения

Нормативные значения КЕО следует определять по формуле:
e N eн m N ,
N - номер административного района (по обеспеченности
естественным светом)
eн - нормативное значение КЕО в зависимости от
назначения помещения и характера зрительной
работы
mN - коэффициент светового климата
22

23. Нормирование естественного освещения

23

24. Нормирование естественного освещения

По точности зрительной работы
24

25. Нормирование естественного освещения

25

26. Закон светотехнического подобия

26

27. Проектирование и расчет естественного освещения

Номограммы
для расчета
КЕО
27

28. Проектирование и расчет естественного освещения

28
Световой комфорт – рациональное освещение.
Качество освещения определяется:
равномерностью освещения (отношение
минимального КЕО в помещении к
максимальному);
направлением световых потоков по отношению к
рабочей поверхности;
устранением слепящего действия света,
вызывающего дискомфорт;
яркостью окружающего пространства для
обеспечения меньшей напряженности и
повышения жизненного тонуса человека.

29. Проектирование и расчет естественного освещения

• метод проектирования естественного освещения
заключается в выборе отношения площади световых
проемов к площади пола (1:6, 1:7, 1:8 и т.д.).
Soк
k з
e
k зд
Sпол
0 r1
где е – нормативное значение КЕО
29

30. Проектирование и расчет естественного освещения

30

31. Проектирование и расчет естественного освещения

б 0,01( n1n2 ),
зд 0,01( n n ),
' '
1 2
- геометрический КЕО
31

32. Проектирование и расчет естественного освещения

32

33. Проектирование и расчет естественного освещения

• При боковом освещении
0
e ( б q зд bф kзд )r1 ;
kз
• При верхнем освещении
0
e вi ср ( r2 kф 1) ;
kз
• При комбинированном
освещении
• е – расчетное значение
КЕО
б
р
в
р
к
в
б
eр eр eр,
33

34. Проектирование и расчет естественного освещения

• Коэффициенты
яркости неба q и
qс - при наличии и
отсутствии
снегового
покрова,
• - угловая высота
середины
светопроема над
рабочей
поверхностью
34

35. Естественное освещение

Eiв
e
100%
EH
Кривые распределения КЕО в помещениях
35

36. Естественное освещение

36

37. Естественное освещение

37

38. Использование световодов для освещения помещений

Использование верхнего
света через зенитные
фонари позволяет создать
равномерное естественное
освещение в помещениях
больших пролетов и на
верхних этажах
многоэтажных зданий.
Для освещения используются
трубчатые световодные
системы .
38

39. Использование световодов для освещения помещений

• Световодные системы естественного освещения
содержат линейные устройства, канализирующие
естественный свет в здание. Они содержат световод с
устройством захвата естественного света с наружной
стороны и устройство перераспределения света внутри
помещения. Вводное устройство на крыше и
внутреннее помещение соединены с помощью
вертикальной трубы, внутренняя поверхность которой
покрыта высоко отражающим материалом.
Современные плёночные отражающие материалы
позволяют эффективно переносить естественный свет
на расстояния, в 20 раз превышающие диаметр
световода.
39

40. Использование световодов для освещения помещений

диаметром 0,25–0,65м изготовлен
из алюминиевого сплава,
покрытого изнутри зеркальной
пленкой VMF-3M, которая
отражает солнечный свет без
искажения его яркости
не пропускает инфракрасные лучи,
не аккумулирует тепловую
энергию
40

41. Использование световодов для освещения помещений

41