Расчет верхнего естественного освещения

3.1. Для устройства верхнего естественного освещения помещений производственных зданий следует применять, как правило, светоаэрационные или зенитные фонари, номенклатура которых приведена в таблице 3.1. При проектировании целесообразно использовать типовые конструкции фонарей.

Кривая распределения естественной освещенности показана на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Кривые распределения естественной освещенности:

а – приверхнем освещении; б – при комбинированном освещении;

1 – уровень рабочей поверхности; 2 – кривая, характеризующая изменение освещенности в плоскости разреза помещения; 3 – уровень среднего значения КЕО е_СР при верхнем и комбинированном освещении

3.2. Схема обозначения размеров здания для расчета верхнего освещения представлена на рисунке 3.2.

3.3. При выборе светопропускающих материалов для световых проемов следует руководствоваться таблицей 3.2.

Прямоугольные светоаэрационные фонари шириной 6 или 12 м с одним или двумя ярусами остекления следует применять, как правило, в производственных зданиях со значительными (свыше 23 Вт/м³) избытками явного тепла. В зданиях с избытками явного тепла до 23 Вт/м³ прямоугольные светоаэрационные фонари допускается применять при соответствующем технико-экономическом обосновании.

Для обеспечения требуемого воздухообмена рекомендуется применять следующие светоаэрационные фонари:

а) в помещениях с пролетами шириной 18 м и избытками явного тепла до 50 Вт/м³ – одноярусные прямоугольные шириной 6 м;

б) в помещениях с пролетами шириной 24, 30 и 36 м и избытками явного тепла до 50 Вт/м³ – одноярусные прямоугольные шириной 12 м.

Примечание: Применение двухъярусных светоаэрационных фонарей для обеспечения требуемого воздухообмена в помещениях допускается при соответствующем технико-экономическом обосновании.

В производствах, характеризующихся избытками явного тепла свыше 50 Вт/м³, следует применять аэрационные шахты или аэрационные фонари.

Рисунок 3.2 – Схема обозначения размеров здания для расчета верхнего освещения:

а_Ф – ширина фонаря; b_Ф – длина фонаря; L_ПР – ширина пролета; h ₁ – высота от уровня условной рабочей поверхности до нижней грани остекления фонаря; h ₂ – высота от уровня пола до условной рабочей поверхности (0,8 м); 1 м – расстояние от поверхности стены или от осей колонн до расчетной точки (РТ)

При размещении прямоугольных светоаэрационных фонарей в покрытиях зданий расстояние между торцами фонарей и между торцом фонаря и наружной стеной должно быть равным или кратным шагу строительных конструкций. Длина фонаря не должна превышать 84 м.

Зенитные фонари следует применять, как правило, в производственных зданиях с сухим или нормальным влажностным режимом и незначительными до 23 Вт/м³ избытками явного тепла, с учетом требований пожарной безопасности.

Таблица 3.1 – Светоаэрационные и зенитные фонари

Профиль фонаря	Размер светового проема, мм	Вид заполнения светового проема фонаря	Тип покрытия	Номер типовой серии
материал	переплет
а) Фонари прямоугольные светоаэрационные
П-образный одноярусный	6´84 (макс.) 12´84 (макс.)	Листовое стекло, одинарное	Открывающийся	ЖБ и ПН	1.464-11
П-образный двухъярусный	12´84 (макс.)	Листовое стекло, одинарное	Открывающийся	ЖБ и ПН	1.464-13
б) Фонари зенитные
Криволинейный	1,2´1,4 1,4´6,0	Двухслойный элемент из органического стекла	Глухой	ЖБ и ПН	1.464-1
Криволинейный	1,1´1,1 1,5´1,7 2,6´2,6 1,5´6,0	Двухслойный элемент из органического стекла	Глухой открывающийся	ЖБ и ПН	1.464-15
Односкатный Двухскатный Односкатный	1,0´1,5 3,0´3,0 1,5´1,5 1,5´3,0 1,5´6,0	Стеклопакет двухслойный Профильное стекло швеллерное, двухслойное	Открывающийся Глухой Глухой	ПН	1.464-10
Односкатный	1,5´1,7	Стеклопакет двухслойный	Открывающийся	ЖБ и ПН	1.464.2-14, вып. 1
Двухскатный	2,7´2,7	Стеклопакет двухслойный	Глухой	ЖБ	1.464.2-17, вып. 1
Двухскатный	2,9´5,9	Стеклопакет двухслойный	Глухой	ЖБ и ПН	1.464.2-18, вып. 1
Односкатный	1,5´1,7	Стеклопакет трехслойный	Глухой	ЖБ и ПН	1.464.2-21
Примечание: ЖБ – железобетонное покрытие; ПН – профилированный настил

Таблица 3.2 – С ветопропускающие материалы

Светопропускающий материал	Область использования по условиям	Область, где использование не допускается или ограничивается
конструкции и расположения светового проема	климата места строительства	внутренней среды помещения
Стекло листовое	Для остекления окон, балконных дверей, фонарей и перегородок	Во всех климатических зонах	В производственных и вспомогательных зданиях промышленных и сельскохозяйственных предприятий	В помещениях с агрессивной средой, вызывающей коррозию стекла, и с повышенной влажностью воздуха
Стеклопакеты	Для остекления окон и зенитных фонарей	Во всех климатических зонах	В производственных и вспомогательных зданиях промышленных и сельскохозяйственных предприятий	В помещениях с агрессивной средой, вызывающей коррозию стекла, и с повышенной влажностью воздуха
Стекло листовое армированное	Для остекления окон и дверей с целью обеспечения механической прочности заполнения	Во всех климатических зонах	В производственных и вспомогательных зданиях промышленных и сельскохозяйственных предприятий, а также общественных зданий	В помещениях с агрессивной средой, вызывающей коррозию стекла, и с повышенной влажностью воздуха
Стекло теплозащитное	Для остекления окон и фонарей	В III и IV строительно-климатических районах	В производственных и общественных зданиях с кондиционированным режимом или повышенными требованиями постоянства температурно-влажностного режима, с постоянным пребыванием людей	В помещениях с агрессивной средой, вызывающей коррозию стекла, и с повышенной влажностью воздуха
Стекло узорчатое	Для остекления окон, перегородок дверей	Во всех климатических районах	В помещениях с уменьшенным слепящим действием прямого солнечного света	В производственных помещениях с умеренным и значительным выделениями пыли и копоти

Светопропускающий материал	Область использования по условиям	Область, где использование не допускается или ограничивается
конструкции и расположения светового проема	климата места строительства	внутренней среды помещения
Органическое стекло	Для заполнения проемов зенитных фонарей	Во всех климатических районах (в III и IV строительно-климатических районах должны быть предусмотрены солнцезащитные устройства)	В производственных зданиях со средой, вызывающей коррозию силикатного стекла; в производственных зданиях с кранами тяжелого и весьма тяжелого режимов работы	В производственных помещениях с умеренным и значительным загрязнением стекла пылью и копотью. В производственных помещениях с повышенной пожароопасностью
Стекло матовое	Для заполнения световых проемов при верхнем освещении	В зданиях, расположенных в III и IV строительно-климатических районах	В производственных помещениях с постоянным пребыванием людей, в которых предъявляются повышенные требования к защите от слепящего действия прямого солнечного света	В тех частях световых проемов, которые должны обеспечивать зрительную связь с наружным пространством
Профильное стекло	Для заполнения глухих участков световых проемов в стенах и покрытиях	Во всех климатических районах	В производственных и вспомогательных зданиях промышленных и сельскохозяйственных предприятий, предприятий транспорта и связи, складов, общественных зданий	В производственных зданиях с кранами тяжелого и весьма тяжелого режимов работы, а также во взрывоопасных помещениях и перегородках, ограждающих пути эвакуации
Пустотелые стеклянные блоки	Для заполнения световых проемов в стенах, а также для устройства внутренних перегородок зданий	В зданиях, расположенных в I и II строительно-климатических районах, а также в южных районах	В производственных помещениях с сухим и нормальным режимом внутреннего воздуха; с повышенными требованиями к защите от слепящего действия прямого	Во взрывоопасных производственных помещениях

Светопропускающий материал	Область использования по условиям	Область, где использование не допускается или ограничивается
конструкции и расположения светового проема	климата места строительства	внутренней среды помещения
			солнечного света; в производственных помещениях и общественных зданиях с повышенными гигиеническими требованиями (н-р, спортивных сооружениях); в помещениях с повышенными требованиями по пожарной безопасности (н-р, складах горючих материалов и т.п.)
Примечание. В наклонных и горизонтальных световых проемах для верхнего освещения под стеклами необходимо устраивать металлические сетки

При проектировании естественного или совмещенного освещения выбор зенитных фонарей следует производить с учетом площади светового проема, руководствуясь данными таблицы 3.3.

При устройстве естественного освещения с помощью зенитных фонарей в помещениях производственных зданий с незначительными избытками явного тепла при разности расчетных температур внутреннего воздуха и средней температуры наиболее холодной пятидневки до –25 °С следует применять однослойное, от –25 до –49 °С – двухслойное, а свыше –49°С – трехслойное остекление.

Таблица 3.3 – Область применения зенитных фонарей

Площадь светового проема фонаря, м²	Пояс светового климата
I-III	IV, V
Высота помещений до низа несущих конструкций, м
6 и менее	от 6 до 10,8	свыше 10,8	6 и менее	от 6 до 10,8	свыше 10,8
2,2–3,0	+	–	–	+	–	–
8,0–9,0	+	+	+	–	+	+
16,0–18,0	–	+	+	–	+	+
свыше 18,0	–	–	+	–	–	+
Примечание. Знаки «+» и «–» - соответственно рекомендуемые и не рекомендуемые области применения фонарей.

С целью уменьшения теплопоступлений в помещения от солнечной радиации плоскость остекления фонарей следует ориентировать:

- в зданиях с прямоугольными и трапециевидными фонарями, расположенными в III и IV поясах светового климата – на С и Ю;

- в зданиях с фонарями типа шед (зубчатые), располагаемыми в IV и V поясах светового климата – на северную четверть горизонта (ССЗ-ССВ).

3.4. Для предварительного расчета площадей световых проемов при верхнем освещении следует применять графики для следующих фонарей: зенитных – рис. 3.3, с вертикальным двусторонним остеклением (прямоугольных) – рис. 3.4, с наклонным двусторонним остеклением (трапециевидным) – рис. 3.5, с вертикальным односторонним остеклением (шед) – рис. 3.6, с наклонным односторонним остеклением (шед) – рис. 3.7.

1) Площадь световых проемов фонарей S _Ф, % от площади пола помещения S _П определяется по рис. 3.3–3.7 в такой последовательности:

а) в зависимости от разряда зрительной работы или назначения помещения и номера группы административного района по ресурсам светового климата по табл. 1.1–1.3 и формуле 1.2 определяется нормированное значение КЕОдля рассматриваемого помещения;

б) на ординате графика определяют точку, соответствующую нормированному значению КЕО, через найденную точку проводят горизонталь до пересечения с соответствующей кривой (рис. 3.3–3.7), по абсциссе точки пересечения определяют значение S _Ф/ S _П;

в) разделив значение S _Ф/ S _П на 100 и умножив на площадь пола, находят площадь световых проемов в м².

2) При наличии строительных чертежей предварительный расчет значений КЕО в помещениях с верхним освещением можно производить также по рисункам 3.3–3.7 в такой последовательности:

а) по строительным чертежам находят суммарную площадь световых проемов в свету (фонарей) S _Ф, освещаемую площадь пола помещений S _п и определяют значение S _Ф/ S _П;

б) с учетом типа светового проема и количества пролетов в помещении выбирают соответствующий рисунок и прямую на нем;

в) по значениям S _Ф/ S _П на выбранной прямой находят точку e_СР. Значения КЕО определяются по рисункам 3.3–3.7.


Рис. 3.3. График для определения среднего значения КЕО в производственных помещениях с зенитными фонарями с глубиной проема до 0,7 м и размерами в плане, м:	Рис. 3.4. График для определения среднего значения КЕО в производственных помещениях с прямоугольными фонарями: 1 – три пролета и более; 2 – два пролета;
1 – 2,9×5,9; 2 – 2,7×2,7; 2,9×2,9; 1,5×5,9; 3 – 1,5×1,7	3 – один пролет


Рис. 3.5. График для определения среднего значения КЕО в производственных помещениях с трапециевидными фонарями: 1 – три пролета и более; 2 – два пролета;	Рис. 3.6. График для определения среднего значения КЕО в производственных помещениях с фонарями шед, имеющими вертикальное остекление: 1 – три пролета и более; 2 – два пролета;
3 – один пролет	3 – один пролет

Рис. 3.7. График для определения среднего значения КЕО в производственных помещениях с фонарями шед, имеющими наклонное остекление:

1 – три пролета и более; 2 – два пролета; 3 – один пролет

Графики (рис. 3.3–3.7) разработаны применительно к наиболее часто встречающимся в практике проектирования габаритным схемам производственных зданий и типовому решению светопрозрачных конструкций: зенитных фонарей (рис. 3.3) – стеклопакетами в металлических одинарных глухих переплетах; прямоугольных, трапециевидных и фонарей шед (рис. 3.4–3.7) – одним слоем оконного стекла в металлических одинарных открывающихся переплетах.

Таблица 3.4 – Значение коэффициента K ₁, зависящего от типа заполнения светопроема

Тип заполнения	Значение коэффициента K ₁ для рисунков
№ 3.3	№ 3.4–3.7
Один слой оконного стекла в стальных одинарных глухих переплетах	1,10	1,20
То же, в открывающихся переплетах	0,94	1,00
Один слой оконного стекла в деревянных одинарных открывающихся переплетах	-	-
Три слоя оконного стекла в раздельно-спаренных металлических открывающихся переплетах	0,73	-
То же, в деревянных переплетах	-	-

Тип заполнения	Значение коэффициента K ₁ для рисунков
№ 3.3	№ 3.4–3.7
Два слоя оконного стекла в стальных двойных открывающихся переплетах	0,67	0,72
То же, в глухих переплетах		1,05
Стеклопакеты (два слоя остекления) в стальных одинарных открывающихся переплетах	0,83	0,88
То же, в глухих переплетах	1,00	1,06
Стеклопакеты (три слоя остекления) в стальных глухих спаренных переплетах	0,89	-
Пустотелые стеклянные блоки	-	-

Если в проекте здания приняты другие типы заполнений световых проемов то найденные по рис. 3.3–3.7 значения относительной площади световых проемов следует делить, а значение КЕО умножать на значение коэффициента K ₁, зависящего от типа заполнения светопроема согласно таблице 3.4.

В случаях когда при верхнем освещении длина помещения меньше 72 м или высота свыше 10 м, найденное по рис. 3.3–3.7 значение относительной площади световых проемов следует делить, а значение КЕО умножать на значение коэффициента К ₂ – поправочный коэффициент, зависящий от размеров помещения: при устройстве фонарей прямоугольных, трапециевидных и шед согласно табл. 3.5 и зенитных – согласно табл. 3.6.

Таблица 3.5 – Значение коэффициента K ₂ при устройстве фонарей прямоугольных, трапециевидных и шед

Высота, м, от расчетной плоскости до низа остекления фонаря	Значение К ₂, при длине помещения L_П, м
72 и более
	1,00	0,95	0,90	0,80	0,70
	0,85	0,83	0,80	0,70	0,55
	0,65	0,60	0,55	0,45	0,32
	0,55	0,48	0,45	0,32	0,18
	0,50	0,43	0,45	0,23	0,12
	0,47	0,40	0,32	0,20	0,10

Таблица 3.6 – Значение коэффициента K ₂ при устройстве зенитных фонарей

Высота, м, от расчетной плоскости до низа остекления
Значение К ₂	0,95	0,91	0,87	0,84	0,77	0,73	0,68	0,64	0,60

3.5. Проверочный расчет КЕО от одного зенитного фонаря в точке характерного разреза помещения следует выполнять в соответствии с формулой 3.1

где е_СР ^/ – значение КЕО от одного зенитного фонаря под центром светового проема, %;

S_Ф – найденная (по рис. 3.3–3.7) площадь остекления светового фонаря, м²;

t ₀ – общий коэффициент светопропускания зенитного фонаря, определяемый по формуле 3.2

где t ₁ – коэффициент светопропускания материала (табл. 1.6);

t ₂ – коэффициент, учитывающий потери света в переплетах световых проемов (табл. 1.7);

t ₃ – коэффициент, учитывающий потери света в несущих конструкциях (табл. 3.7);

t ₄ – коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащитных устройствах (табл. 1.8);

t ₅ – коэффициент, учитывающий потери света в защитной сетке, устанавливаемой под фонарями, принимается равным 0,9.

Защитную горизонтальную металлическую сетку шириной 0,7 м при вертикальном расположении фонарей с использованием оконного стекла устанавливают в зданиях, оборудованных мостовыми электрическими кранами с весьма тяжелым режимом работы, а также кранами с жестким подвесом траверсы. При наклонном и горизонтальном остеклении ширина металлической сетки должна быть равна горизонтальной проекции переплета. В случае заполнения переплетов армированным стеклом сетки предусматривать не рекомендуется.

Вид несущих конструкций	τ ₃
Стальные фермы	0,9
Железобетонные и деревянные фермы и арки	0,8
Балки и рамы сплошные при высоте сечения, см: 50 и более менее 50	0,8 0,9

r ₂ – коэффициент, учитывающий увеличение КЕО при верхнем освещении за счет света, отраженного от поверхностей помещения, принимается по табл. 3.8.

При определении коэффициента r ₂ необходимо вычислить средневзвешенный коэффициент отражения света от стен, потолка и пола ρ_СР по формуле 1.6, табл. 1.9, 1.10.

Отношение расстояния от условной рабочей поверхности до нижней грани остекления фонаря к ширине пролета	Значение r ₂при средневзвешенном коэффициенте отражения потолка, стен и пола ρ_СР
0,5	0,4	0,3
Число пролетов
		≥3			≥3			≥3
0,75 0,5 0,25	1,7 1,5 1,45 1,4 1,35	1,5 1,4 1,35 1,3 1,25	1,15 1,15 1,15 1,15 1,15	1,6 1,4 1,35 1,3 1,25	1,4 1,3 1,25 1,2 1,15	1,1 1,1 1,1 1,1 1,1	1,4 1,3 1,25 1,2 1,15	1,1 1,1 1,1 1,1 1,1	1,05 1,05 1,05 1,05 1,05

m – коэффициент, корректирующий погрешность расчета КЕО при замене реального проема точечным источником света, определяемый по рис. 3.8.

Рис. 3.8. График для определения коэффициента μ, учитывающего погрешность расчета КЕО при замене реального проема точечным источником света в зависимости от h ₁/ а_К: 1 – а_Ф/b_Ф= 1; 2 – а_Ф/b_Ф= 2; 3 – а_Ф/b_Ф= 4

а_К – сторона квадрата, равновеликого световому проему

, м;

h ₁ – высота от уровня условной рабочей поверхности до нижней грани остекления фонаря, м;

К₃ – коэффициент запаса, учитывающий снижение КЕО в процессе эксплуатации вследствие загрязнения и старения светопрозрачных заполнений в световых проемах, а также снижение отражающих свойств поверхностей помещения, определяется по таблице 3.9

Таблица 3.9 – Значение коэффициент запаса К_З