Основы светотехники. Естественное освещение

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.

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

Световая среда
Спектры излучения
Сплошной спектр Линейчатый спектр

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

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
1 Вт лучистого потока при длине волны 555 нм соответствует световому ощущению равному 683 люмена
Единица светового потока - люмен. (1 лм)

Световая среда
Наибольшая чувствительность глаза к желто-зеленым лучам ≈500 нм
Кривая относительной видности – отношение зрительного восприятия при данной длине волны к максимальной чувствительности

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

Сопоставление энергетических и световых единиц:

Светотехнические величины

Световая среда
Поле зрения человека при бинокулярном видении
Углы зрения в вертикальной плоскости.

Световая среда
Поле зрения человека при бинокулярном видении

Светотехнические величины
Световые свойства тел

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

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.

Светотехнические величины

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

Нормирование естественного освещения

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

Основная характеристика естественного освещения. Измеряется в %
Естественное освещение

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).

Нормирование естественного освещения
Нормативные значения КЕО следует определять по формуле:
N - номер административного района (по обеспеченности естественным светом)
- нормативное значение КЕО в зависимости от назначения помещения и характера зрительной работы
- коэффициент светового климата

Нормирование естественного освещения

Нормирование естественного освещения
По точности зрительной работы

Нормирование естественного освещения

Закон светотехнического подобия

Проектирование и расчет естественного освещения
Номограммы
для расчета КЕО

Проектирование и расчет естественного освещения
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.

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.).
где е – нормативное значение КЕО

Проектирование и расчет естественного освещения

Проектирование и расчет естественного освещения
- геометрический КЕО

Проектирование и расчет естественного освещения

Проектирование и расчет естественного освещения
При боковом освещении
При верхнем освещении
При комбинированном освещении
е – расчетное значение
КЕО

Проектирование и расчет естественного освещения
Коэффициенты яркости неба q и qс - при наличии и отсутствии снегового покрова,
- угловая высота середины светопроема над рабочей поверхностью

Естественное освещение
Кривые распределения КЕО в помещениях

Естественное освещение

Естественное освещение

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 .

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.

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