Основные положения теории светового поля

Лекция № 4

Прогрессивным моментом при проектировании световой среды помещений является переход к оценке световой среды по пространственным характеристикам светового поля. Это прежде всего связано с тем, что существующий критерий оценки – коэффициент естественной освещенности (КЕО) – плоскостная характеристика, которая может оценивать освещение объектов, находящихся в плоскости. Однако он не может в достаточной степени оценить условия распределения световых потоков по объемным объектам с рельефной поверхностью.

Использование КЕО в качестве нормируемого параметра приводит к раздельному нормированию бокового и верхнего естественного освещения, естественного и искусственного ос-

вещения. Это приводит к значительным погрешностям при оценке систем естественного и сов-

мещенного освещения и, как результат, к неоправданным энергетическим и экономическим затратам. Данное положение подтверждается некоторыми работами по приложению теории светового поля к проектированию систем естественного освещения зданий. Многие исследователи утверждают то, что оценка световой среды должна осуществляться при помощи комплекса количественных и качественных параметров светового поля.

Световое поле – это область пространства, из одной точки которого в другую осуществляется перенос световой энергии.

Эффективную оценку условий освещения можно осуществлять следующими основными пространственными характеристиками светового поля [15].

Количественные характеристики:

Средняя сферическая освещенность (Е_4p) – средняя плотность светового потока на поверхности сферы, радиус которой стремится к нулю. Этавеличина является функцией точки, т.е. как сферу ни поворачивай вокруг своего центра, значение освещенности будет оставаться одним и тем же. Если при плоскостной характеристике, например, горизонтальной освещенности, боковые светопроемы имеют малую освещенность поскольку угол падения свето-

вого потока на плоскость мал, а верхние – имеют большую освещенность в связи с большим углом падения, то средняя сферическая освещенность однозначно оценивает как боковые, так и верхние проемы. В этом заключается преимущество средней сферической освещенности. Эту характеристику лучше всего использовать при оценке условий освещения объемных объектов наблюдения, расположенных над плоскостью, что наблюдается в большинстве промышленных предприятий.

Средняя полусферическая освещенность (Е_2p) – средняя плотность светового потока на поверхности полусферы, радиус которой стремится к нулю. Эта величина является функцией точки и направления, т.е. при вращении полусферы значение освещенности будет меняться. Среднюю полусферическую освещенность лучше всего использовать при оценке условий освещения объемных объектов наблюдения с рельефной поверхностью, расположенных на плоскости.

Средняя цилиндрическая освещенность (Е_ц) – средняя плотность светового потока на боковой поверхности вертикально расположенного цилиндра, диаметр которого и высота стремятся к нулю. Этавеличина также является функцией точки и направления, т.к. при отклонении оси цилиндра от вертикального ее положения значение освещенности будет меняться. Среднюю цилиндрическую освещенность лучше всего использовать в тех помещениях, где зрительные операции осуществляются при горизонтальной линии зрения, а объекты наблюдения располагаются на вертикальной плоскости (выставочные павильоны, музеи, картинные галереи и т.п.). Следует отметить то, что средняя цилиндрическая освещенность для некоторых помещений нормируется в действующем в настоящее время СНиП ІІ-4-79.

Световой вектор определяет в любой точке поля модуль и направление вектора переноса световой энергии в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной направлению переноса.

Световой вектор характеризуется, прежде всего, модулем, который определяется следующим образом (рис. 12):

, (13)

где e_х, e_у, e_z – составляющие светового вектора, соответственно, по осям X, У, Z, которые определяются разностью освещенностей противоположных сторон площадок, перпендикулярных данным осям.

Модуль светового вектора это количественная характеристика.

Качественной характеристикой является направление светового вектора, которое определяет преобладающее направление световых потоков в помещении.

Направление светового вектора лучше всего определять двумя параметрами: угловой высотой Q и азимутом b от какой-либо оси (например, оси У). Из тригонометрических функций нетрудно определить:

; (от оси У). (14)

Контрастность освещения - качественная характеристика, оценивающая тенеобразующие свойства светового поля, в результате которых выявляется форма объекта и структура его поверхности. Контрастность освещения определяется отношением величины модуля светового вектора к средней сферической освещенности

. (15)

Контрастность может принимать значения от 0 до 4. Первое значение может иметь место, например, в сферическом помещении, внутренняя поверхность которого равномерно излучает свет во всех направлениях. В этом случае модуль светового вектора равен нулю. Второе значение имеет место, например, темной ночью на улице при одиноком фонаре. При этой ситуации тени черные и резкие, а величина средней сферической освещенности приобретает минимальное значение.

Из всех перечисленных характеристик наиболее универсальными, особенно при оценке условий естественного освещения впромышленных зданиях, являются следующие: средняя сферическая освещенность, модуль светового вектора, его угловая высота и азимут, а также контрастность освещения. Оценка при помощи этого комплекса характеристик, как показали многие исследования, позволяют запроектировать наиболее эффективную систему естественного освещения для данного технологического процесса.

Дата добавления: 2014-01-20