Муравьева Нина Антоновна НАСЫЩЕННОСТЬ ЕСТЕСТВЕННЫМ СВЕТОМ КАК КРИТЕРИЙ КАЧЕСТВА СВЕТОВОЙ СРЕДЫ В НОРМИРОВАНИИ ЕСТЕСТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ ПОМЕЩЕНИЙ

1 На правах рукописи Муравьева Нина Антоновна НАСЫЩЕННОСТЬ ЕСТЕСТВЕННЫМ СВЕТОМ КАК КРИТЕРИЙ КАЧЕСТВА СВЕТОВОЙ СРЕДЫ В НОРМИРОВАНИИ ЕСТЕСТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ ПОМЕЩЕНИЙ Специальность: Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Москва 2017

2 2 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ). Научный руководитель: Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Соловьёв Алексей Кириллович Щепетков Николай Иванович доктор архитектуры, профессор, ФГБОУ ВО «Московский Архитектурный институт (государственная академия)», кафедра «Архитектурная Физика», заведующий кафедрой Земцов Виктор Андреевич кандидат технических наук, старший научный сотрудник, ФГБУ «Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук» (НИИСФ РААСН), лаборатория естественного освещения и инсоляции, заведующий лабораторией Ведущая ООО «Всероссийский научно-исследовательский организация: светотехнический институт (ВНИСИ) им. С.И. Вавилова» Защита состоится 20 декабря 2017 года в 12 час 00 мин, на заседании диссертационного совета Д , созданного на базе ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» по адресу: , г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, ауд. 9 «Открытая сеть». С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет Автореферат разослан 2017г. Ученый секретарь диссертационного совета Гогина Елена Сергеевна

3 3 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы исследования. Одним из обязательных условий создания комфортного микроклимата в помещениях является наличие и качество естественного освещения. В настоящее время в жилых и общественных зданиях основным требованием к естественному освещению является обеспечение необходимых условий для выполнения зрительной работы. Однако, общественных зданиях помимо условий зрительной работы большую роль играет распределение освещенности по всем направлениям линии зрения, в этой связи в нормы по искусственному освещению помещений введен критерий насыщенности светом. В некоторых типах общественных помещений, таких как залы заседаний, вестибюли, фойе, помещения для выставок, в зонах, ориентированных на общение людей, насыщенность светом помещений играет более важную роль, чем условия зрительной работы. В жилых помещениях и помещениях образовательных учреждений качественные показатели естественного освещения, в том числе насыщенность светом, так же важны, как и условия зрительной работы. В то же время существующие нормы естественного освещения для зданий с боковым освещением регламентируют только нормированное значение КЕО на плоскости пола или условной рабочей поверхности и практически не учитывают потребность людей в качественном освещении. Качественные показатели естественного освещения, такие как равномерность, тенеобразование, насыщенность светом помещения зависят от параметров светового поля, которые определяются его пространственными характеристиками и особенностями переноса световой энергии в данном пространстве. Поэтому исследование характеристик светового поля, их приложение к расчету и нормированию качественных показателей, обеспечивающих комфорт естественной световой среды является актуальной научной задачей, имеющей практическое значение. По этим показателям возможна в дальнейшем корректировка норм естественного освещения в гражданских зданиях. Степень разработанности темы. Исследованиями в области совершенствования методов повышения качества световой среды в помещении занимались Гусев Н.М., Киреев Н.Н., Воронов В.В., Скобарева З.А., Стецкий С.В., Земцов В.А., Глаголева Т.А., Белова Л.Т., за рубежом Р.Гопкинсон, П.Нойферт, Дарула С., Киттлер Р. Методы оценки световой среды по показателям светового поля разрабатывали такие ученые как Гершун М.М., Бахарев Д.В., Епанешников

4 4 М.М., Сидорова Т.Н., Иванченко В.Т., Чикота С.И., Оншина А.С. Использованию пространственных характеристик светового поля при проектировании световой среды посвящены исследования М.М. Гуторова, В.И. Петрова, Е.А. Никитиной, Нуретдинова Х.Н. В НИУ МГСУ образовалось целое научное направление по приложению теории светового поля для проектирования естественного и совмещенного освещения. Заметное влияние на развитие методов приложения ории светового поля к проектированию естественного и совмещенного освещения оказали, помимо перечисленных ранее, исследования Соловьева А.К., Егорченкова В.А., Раджабова У.Н., Завьялова Е.М., К.А. Хамидова, Чань-Динь Бака. Недостатком существующих методов определения пространственных характеристик светового поля как качественных показателей световой среды является их трудоемкость, дефицит измерительных приборов, отсутствие определенной методики измерения и привязки к существующим методам расчета естественного освещения Цель и задачи Целью диссертационной работы является совершенствование методов измерения, расчета и нормирования световой среды помещения в условиях естественного освещения с учетом оценки качественных характеристик световой среды, таких как равномерность, контрастность, тенеобразование и насыщенность светом помещения. Задачи диссертационной работы: 1. Произвести анализ существующих методов проектирования естественного освещения с точки зрения возможности их использования для оценки качества естественной световой среды; 2. Произвести анализ существующих норм по оценке качества естественного и искусственного освещения; 3. Выполнить анализ существующих характеристик естественного освещения с целью определить величину, с помощью которой возможно произвести оценку качества световой среды; определить исследуемый показатель световой среды; 4. Выполнить экспериментальное сравнение предлагаемой величины с существующими нормируемыми характеристиками световой среды; 6. Предложить методику измерения и расчета исследуемого показателя; 7. Предложить методику нормирования исследуемого показателя. Научная новизна работы заключается в следующем 1. На основании анализа проведенных ранее исследований, выполненных в данной работе измерений и результатов психофизического эксперимента методом

5 5 анкетирования предложен критерий, позволяющий оценить качество естественного освещения через насыщенность помещения естественным светом. 2. Разработан метод и создана экспериментальная установка для определения характера распределения значений исследуемых величин в зависимости от геометрических характеристик помещения и отражающих способностей ограждающих поверхностей. 3. Предложена методика измерения коэффициента естественной цилиндрической освещенности через значения вертикальной освещенности. Проведена проверка данного метода в сравнении с показаниями специальных приборов, разработанных и сертифицированных для измерения цилиндрической освещенности; 4. Сформулированы основные положения метода расчета коэффициента естественной цилиндрической освещенности и методика проектирования систем бокового естественного освещения в жилых помещениях, учитывающая насыщенность помещения естественным светом. 5. Предложен новый метод оценки качества естественной освещенности с помощью коэффициента естественной цилиндрической освещенности, взаимоувязанный с существующим методом нормирования КЕО для жилых помещений. Таким образом границами настоящего исследования является применение коэффициента естественной цилиндрической освещенности (КЕЦО) в учебных аудиториях с боковыми световыми проемами как показателя качества естественной световой среды. Теоретическая и практическая значимость работы Теоретическая значимость работы заключается в следующем: - Разработан метод оценки качества естественной освещенности в помещении с помощью коэффициента естественной цилиндрической освещенности (КЕЦО); - Получены зависимости для анализа взаимосвязи характеров распределения коэффициентов естественной горизонтальной и цилиндрической освещенностей в помещениях; - Получены зависимости КЕЦО от геометрических характеристик помещения, размеров светопроемов, а также от коэффициента отражения ограждающих конструкций. Практическую значимость работы определяет следующее: 1. Разработан метод измерения коэффициента естественной цилиндрической освещенности; 2. Разработаны рекомендации и основные положения для создания метода расчета коэффициента естественной цилиндрической освещенности;

6 6 3. Разработаны методы, которые позволяют проводить оценку качества естественной световой среды в существующих помещениях и макетах помещений с боковыми светопроемами и учитывать полученные значения при проектировании естественного освещения в помещениях для обеспечения комфортной световой среды. 4. Разработана натурная модель помещения с боковыми светопроемами в масштабе 1:10 для определения значений относительной освещенности с изменяемыми геометрическими характеристиками светопроемов и отражающей способностью ограждающих конструкций. 5. Разработана методика проведения психофизической оценки качества естественного освещения с привязкой к значениям КЕЦО и КЕО. Методология и методы исследования В диссертационной работе экспериментальные исследования выполнены в помещениях лаборатории Строительной физики НИУ МГСУ и в учебных аудиториях НИУ МГСУ. Определение коэффициента естественной освещенности и цилиндрической освещенности проводилось с помощью люксметра Эколайт 01 и других проверенных люксметров согласно ГОСТ Р , определение значений пространственных характеристик светового поля проводилось с помощью прибора Radiolux111 производства PRC Krochmann, сертифицированный согласно стандарту DIN Расчеты коэффициента естественной освещенности проводились согласно СП В качестве теоретической базы для исследования использованы фундаментальные светотехнические законы (закон проекции телесного угла и закон светотехнического подобия) и научные труды по расчету пространственных характеристик естественного освещения. В исследовании применяются методы сферической геометрии, метод конечных световых элементов, а также современные методы фотометрии. На защиту выносятся следующие положения: 1. Метод измерения естественной цилиндрической освещенности и КЕЦО в помещении с боковыми светопроемами; 2. Результаты натурных исследований распределения КЕЦО в аудиториях с боковыми и верхними светопроемами; 3. Результаты исследований на модели распределения значений КЕЦО по помещению при различных геометрических характеристиках светопроемов и отражающих характеристиках ограждающих конструкций и взаимосвязь значений КЕО и КЕЦО; 4. Результаты эксперимента по субъективной оценке насыщенности помещений естественным светом в аудиториях с боковыми светопроемами и

7 7 взаимосвязь этих результатов с единовременно замеряемыми значениями КЕО и КЕЦО; 5. Метод оценки световой среды с помощью коэффициента естественной цилиндрической освещенности; Степень достоверности результатов и выводов При разработке методов использованы законы строительной светотехники, такие как закон светотехнического подобия и закон проекции телесного угла. Адекватность методов подтверждена сравнением теоретических и экспериментальных данных, полученных при исследованиях распределения естественной горизонтальной и цилиндрической освещенности на модели и в помещениях общественного назначения. Научно-техническая гипотеза диссертации заключается в возможности повышения качества естественной световой среды за счет использования нового критерия освещенности, характеризующего насыщенность помещения светом. Апробация работы Основные положения работы докладывались на научных конференциях: «Строительство основа формирования среды жизнедеятельности» НИУ МГСУ 2013; «Проблемы экологической безопасности и энергосбережения в строительстве и ЖКХ» Кавальский технологический институт, Греция 2014 «Строительство на основе оптимизации энергетического потенциала» Ченстоховский Политехнический Университет, Польша 2014; «Строительная физика. Системы обеспечения микроклимата и энергосбережения в зданиях» НИУ МГСУ 2014; «Строительство основа формирования среды жизнедеятельности» НИУ МГСУ Личный вклад автора диссертации заключается в систематизации методов расчета характеристик естественного освещения, уточнении метода измерения цилиндрической освещенности, структуризации методов расчета пространственных характеристик светового поля. Соискателем самостоятельно получены данные о сравнении характеров распределения коэффициентов КЕО и КЕЦО в помещениях, выполнены и проверены уточнения к существующим расчетным формулам. Теоретические результаты подтверждены экспериментально путем натурных исследований и измерений на модели помещения. Публикации По теме исследования соискателем опубликовано 9 печатных работ, в том числе 3 в рецензируемых журналах из «Перечня рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук» ВАК Министерстве образования и науки РФ.

8 8 Структура диссертации Диссертация состоит из оглавления, введения, основной части, состоящей из 4-х глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 134 страницах машинописного текста, 55 рисунков, 17 таблиц и списка литературы из 72 наименований. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В первой главе обоснована необходимость совершенствования методов нормирования качественных показателей световой среды в помещении. Проведен анализ существующих методов расчета и нормирования естественного освещения в жилых помещениях и помещениях общественного назначения, оценены методы измерения естественного освещения в помещениях, проанализированы и уточнены качественные показатели освещения, проведена оценка характеристик естественного освещения, определяющих качество световой среды. Ранее проведенные исследования показывают, что среди пространственных характеристик светового поля наибольшие перспективы для применения к оценке качества освещения имеют сферическая и цилиндрическая освещенность. Согласно результатам психофизического эксперимента, проведенного учеными Епанешниковым М.М. и Сидоровой Т.Н. для помещений с искусственным освещением, цилиндрическая освещенность может являться характеристикой насыщенности светом помещения, в настоящее время эта величина внесена в нормы для искусственного освещения. По итогам проведенного анализа предложен коэффициент естественной цилиндрической освещенности (КЕЦО) как показатель насыщенности помещения естественным светом. В связи с тем, что цилиндрическая освещенность является пространственной характеристикой светового поля, в данной главе также рассмотрены и проанализированы основные положения теории светового поля и история ее развития, проведено сравнение распределения различных пространственных характеристик светового поля по помещениям с боковыми и верхними светопроемами, описаны и структурированы критерии качества естественной световой среды, которые могут быть оценены с помощью данных характеристик. Во второй главе проанализированы методы измерения пространственных характеристик светового поля, приведена методика измерения относительной цилиндрической освещенности в помещении, проведено экспериментальное исследование распределения коэффициента естественной цилиндрической освещенности: по помещениям с различным расположением и высотой световых проемов. Также проведено экспериментальное сравнение распределения значений коэффициентов естественной горизонтальной освещенности и естественной

9 9 цилиндрической освещенности на модели масштабом 1:10. Исследована зависимость распределения КЕЦО от коэффициента отражения внутренних поверхностей помещения. Рисунок 1 Зона видения горизонтально расположенного элемента и человеческого глаза Анализ проведенных натурных экспериментов в помещениях с различными системами естественного освещения показал, что цилиндрическая освещенность с большей точностью отражает уровень равномерности распределения освещения по помещению, чем сферическая освещенность, так как меньше зависит от величины светового потока, отраженного от потолка и пола, и в то же время более полно учитывает свет, полученный от многочисленных переотражений между ограждающими конструкциями. Сферическая освещенность также характеризует насыщенность светом, но так как эта величина отражает распределение освещенности по бесконечно малой сфере, она учитывает световые потоки, падающие на сферу со всех сторон. Эту характеристику целесообразно использовать для оценки световой среды в помещениях, где первостепенна задача различения объемных объектов, например, в музеях и в производственных помещениях, где идет работа с малыми объектами различения. В данной работе используется новая интерпретация коэффициента естественной цилиндрической освещенности (КЕЦО), предложенная профессором Соловьёвым А.К. Где Е н.г. значение одновременной горизонтальной наружной освещенности, данные о которой имеются в климатических справочниках. (1)

10 10 Ранее предлагаемая величина КЕЦО выражалась через соотношение значений внутренней цилиндрической освещенности к наружной цилиндрической освещенности,и, как следствие, не позволяла вести сравнительные расчеты естественного освещения, так как нигде нет статистических данных о наружной цилиндрической освещенности. Сложность внедрения в нормы естественного освещения цилиндрической освещенности, как пространственной характеристики светового поля, обуславливается ограниченностью рынка измерительных приборов. Эта величина является интегральной и метод её расчета для естественного освещения на данный момент существует только в рекомендациях и заведомо достаточно трудоемкий. Одним из приборов для измерения пространственных характеристик светового поля является прибор Radiolux 111 производства фирмы PRC Krochmann, сертифицированный для измерения пространственных характеристик светового поля и отвечающий стандарту DIN (рисунок 2). Прибор имеет съемные насадки для определения сферической, полусферической, цилиндрической и полуцилиндрической освещенности. С помощью данного прибора были собраны данные об особенностях характера распределения значений КЕЦО при различных системах естественного освещения и различных конфигурациях светопроемов (высота, ширина, высота подоконника, ширина простенка и т.п.). Для решения задачи по определению зависимостей характера распределения КЕЦО от геометрических характеристик помещения и отражающих способностей внутренних поверхностей была разработана модель помещения с двумя боковыми светопроемами и одним верхним светопроемом с возможностью изменения их геометрических характеристик (рисунок 3). Масштаб модели был принят 1:10 на основании анализа данных проведенных ранее измерений искусственной и естественной освещенности с использованием моделей. Такой масштаб соответствует принципам светотехнического моделирования, так как он больше, чем 1:20, что позволяет избежать интерференции лучей, в то же время размеры модели позволяют оценить световую среду внутри неё и сохраняют возможность транспортировки. Размеры модели выбраны на основе измерений, проводимых в рамках данного исследования в учебных аудиториях института. Прототипом стала учебная аудитория для практических занятий с размерами в плане 6 х 5,4 м. Рассмотрены 3 варианта светопроемов: а) от пола до потолка, б) высота подоконника 1 м, высота окна 1,5 м, в) высота подоконника 1,5 м, высота окна 1м (рисунок 4), модель выполнена без остекления, влияние коффициента

11 11 светопропускания не рассматривалось в данной работе и нуждается в отдельном исследовании. Рисунок 2 - Прибор Radiolux 111 с фотометрическими насадками Рисунок 1 - Модель для проведения измерений Измерения КЕО и КЕЦО проводились согласно ГОСТ Р по 5 точкам на расстоянии 10 см (что в масштабе соответствует 1 м). Измерения КЕЦО проводились с помощью прибора Radiolux111 с цилиндрической насадкой на высоте 15 см от уровня пола, что в масштабе соответствует 1,5 м или высоте линии зрения среднестатистического человека), измерения КЕО и горизонтальной наружной освещенности проводились с помощью люксметра Эколайт-01, который имеет 2 фотометрические головки с возможностью автономного режима работы, на уровне условной рабочей поверхности 80 см. а) б) в) Рисунок 4 - Графики распределения освещенности при различной высоте светопроема

12 12 Измерения производились на передвижной платформе. При проведении измерений установка последовательно передвигалась от ближайшей к подоконнику точки вглубь помещения с шагом по 10 см (1 м в масштабе). Были произведены замеры внутренней горизонтальной освещенности, наружной горизонтальной освещенности и внутренней цилиндрической освещенности (лк). Чтобы минимизировать влияние непостоянства яркости небосвода подобные эксперименты, как правило, проводятся под искусственным небосводом. В связи с отсутствием последнего в настоящей работе эксперименты проводились в дни с 10-ти балльной облачностью на кровле учебно-лабораторного корпуса НИУ МГСУ, чтобы максимально уменьшить влияние света, отраженного от фасадов здания и подстилающей поверхности. На рисунке 4 показана зависимость распределения КЕЦО и КЕО от расстояния до светопроема в помещении с максимальным значением коэффициента отражения внутренних поверхностей(ρ=0,7). Результаты измерений при различной высоте и площади окон показали, что при уменьшении высоты светопроема характеры распределения значений Ец и Ен и кардинально изменяются относительно друг друга. Причем при высоте светопроема в 1 метр, а подоконника 1,5 метра в центре помещения линии распределения исследуемых величин имеют одну точку пересечения и расположены очень близко друг к другу (Рисунок 4, б). Эксперимент по измерению доли отраженной составляющей в суммарной освещенности проводился в 4 этапа: определялись значения КЕО и КЕЦО в модели с белыми ограждающими конструкциями с максимальным коэффициентом отражения (ρ=0,7) - ; далее измерения проводились в модели, где стены оборудованы вставками из натурального черного бархата (ρ 0,05) для определения света, отраженного от потолка ( ; в модели с черным потолком для определения света, отраженного от стен ( и в полностью черной модели (. Значения отраженной составляющей КЕО и КЕЦО в каждой точке характерного разреза определялись по формуле: (2) Доли отраженной составляющей от стен, пола и потолка и от перераспределения световых потоков и вторичных отражений между стенами и потолком определялась исходя из следующей формулы: (3)

13 Где и 13 Рисунок 3 - Доля отраженной составляющей от стен Рисунок 2 - Сравнение результатов натурного эксперимента и расчета по "Универсальной формуле" КЕО, % На рисунке 5 представлено сравнение графиков распределения отраженной составляющей КЕО и КЕЦО от стен, которое демонстрирует, что для КЕЦО доля отраженного света от стен имеет более важное значение, чем для КЕО. На рисунке 6 приведены графические результаты проверочного расчета прямой составляющей КЕО для модели помещения с внутренними поверхностями с минимальным коэффициентом отражения (с вставками из черного бархата). В третьей главе выполнен анализ методов расчета КЕО, методов определения пространственных характеристик светового поля, а также методов расчета цилиндрической освещенности от различных источников света с целью определить приемлемый метод расчета коэффициента естественной цилиндрической освещенности. Проанализированы полученные из опытов, проведенных во второй главе, зависимости от площади и расположения светопроема, времени проведения исследования (сезон, время дня), коэффициента отражения поверхностей и коэффициента естественной освещенности. Первая формула для определения цилиндрической освещенности естественного освещения была предложена профессором М.М. Епанешниковым, исходя из ее физического смысла: средняя плотность светового потока на боковой поверхности цилиндра с вертикальной осью, высота и диаметр которого бесконечно малы по сравнению с размером освещаемого пространства. (4)

14 14 Вывод расчетной формулы был выполнен в МГСУ-МИСИ аспирантом Чан- Динь-Баком. (5) Однако, в данной формуле цилиндрическая освещенность определяется через эллиптический интеграл 2-го рода. Практически его значение могут быть определены по таблицам в математических справочниках в зависимости от соответствующих значений α и β. Поэтому расчет по данной формуле пока представляется очень трудоемким. В связи с вышесказанным в работе был произведен поиск более доступных методов расчета величины Ец и КЕЦО. В работе было проведено экспериментальное сравнение значений КЕЦО, измеренных прибором Radiolux111 и определенных по методике ГОСТ Р для цилиндрической освещенности для искусственного освещения в учебной аудитории с боковыми светопроемами. Эксперимент показал, что оба метода дают сходные результаты, погрешность практически во всех точках не превышает 3%. Однако наиболее перспективным способом учета цилиндрической освещенности является нахождение зависимости между значениями КЕО и КЕЦО для бокового освещения. При анализе многочисленных графиков сравнения линий распределения КЕО и КЕЦО на модели было установлено, что в помещениях со стандартным боковым светопроемом (высота подоконника 1-1,5м, высота окна 1,5 м) в зоне между 2 и 3-ей точками характерного разреза по помещению имеется пересечение линий распределения КЕО и КЕЦО, то есть КЕО/КЕЦО=1). В то же время в помещении с черными поверхностями и в помещении со светопроемами от пола до потолка линии распределения КЕО и КЕЦО практически повторяют характер друг друга и не имеют точек пересечения. В абсолютно черном помещении, где практически отсутствует отраженная составляющая, значение цилиндрической освещенности может быть условно приравнено к значению средней вертикальной освещенности по 4-м сторонам на плоскости, проходящей через искомую точку и ориентированной на светопроем. В таком случае, пересечение графиков распределения КЕЦО и КЕО означает, что в точке их пересечения обеспечиваются такая угловая высота светового вектора при практически нулевом средневзвешенном коэффициенте отражения, при которых значения вертикальной и горизонтальной относительных освещенностей равны.

15 15 Далее для того, чтобы наметить направление поиска методов расчета КЕЦО был проанализирован существующий метод расчета освещенности, включая аналитический и графический методы. До недавнего времени расчеты геометрического КЕО основывались на допущении о пасмурном небосводе. В настоящее время сделаны попытки использовать эти методы при условии допущения о ясном небе, которое в некоторых районах является более распространенным, а также при допущении о «среднем небе». В проектировании используются более удобные графические методы, такие как графики Данилюка. Однако графические методы зависят от человеческого фактора, то есть от точности выполнения чертежей и снятия информации. Аналитические методы расчета базируются на классическом выражении освещенности в точке от сферического четырехугольника: Где горизонтальный угол раскрытия светопроема, - вертикальный угол раскрытия светопроема. В существующих методах расчета отраженная составляющая естественного освещения от внутренних поверхностей помещения и от соседних зданий учитывается как коэффициент, прибавляемый к прямой составляющей (e о ), поэтому первостепенной задачей является анализ и структуризация расчетов прямой составляющей естественного освещения. (6) Рисунок 4 - Иллюстрация к расчету по графику Данилюка

16 16 С учетом вышесказанного в работе был проанализирован графический метод определения прямой составляющей относительной освещенности в помещении в приложении к определению КЕЦО (иллюстрация представлена на Рисунке 7). Значения, полученные при расчете прямой составляющей КЕЦО по графикам Данилюка при геометрических характеристиках помещения, соответствующих описанной ранее модели, во всех точках повторили характер распределения КЕЦО в модели с вставками из черного бархата. В четвертой главе приведены предложения по оценке качества световой среды с помощью коэффициента естественной освещенности. Проведен анализ существующих российских и зарубежных норм для естественного освещения на предмет учета в них цилиндрической освещенности и качества освещения в целом. Проведен анализ качества световой среды при различных значениях КЕО и КЕцО, приведены рекомендации по расположению контрольной точки для измерений в помещении. (Надо бы указать, где она). В данной главе были проанализированы известные опыты по анализу наблюдателями качества световой среды с привязкой полученных оценок к значениям различных скалярных и пространственных характеристик световой среды. Анализ показал, что для условий «нормальной насыщенности светом помещения» А.С.Оншина, С.И.Чикота рекомендуют значение, этого же мнения придерживаются ученые Епанешников М.М. и Сидорова Т.Н., для условий беспрепятственной визуальной коммуникации в нормах EN :2011 приводится значение При этом в СП нормальной насыщенности светом помещения соответствует значение, что существенно ниже, чем во всех выше перечисленных рекомендациях. Так как все ранее проводимые исследования достаточного уровня цилиндрической освещенности были посвящены искусственному освещению. Автор самостоятельно провела эксперимент, имеющий сходные цели, но для естественного освещения. Эксперимент проводился методом анкетирования в помещениях административного здания с боковыми светопроемами по одной стене. Параллельно в центре помещения в плоскости характерного разреза замерялись значения КЕО и КЕЦО. В опросе участвовали 20 наблюдателей в возрасте от 20 до 50 лет. Достоверность выбранного количества была определена по формуле Г.Ф. Лакина. Эксперимент предусматривал исследование следующих зависимостей: 1.Зависимость субъективной оценки качества световой среды от значения КЕЦО; 2.Зависимость субъективной оценки качества световой среды от значения КЕО;

17 17 3.Зависимость субъективной оценки качества от ориентации респондента относительно светопроема; 4.Зависимость субъективной оценки качества от возраста респондента. Из полученных данных следует, что качество освещения рабочего места и помещения в целом высоко оценивается наблюдателем в случае, если соотношение КЕЦО/КЕО в центре помещения находится в промежутке 1-1,3. В результате были получены следующие рекомендации по значениям КЕЦО в центре помещения при достаточном уровне насыщенности естественным светом: КЕЦО=2%, Ец=120лк. Однако в настоящее время нет точного определения для высокого и нормального уровня насыщенности, как и нет определения самого термина. В данной работе предложено следующее определение: Насыщенность это ощущение равномерности и достаточности заполнения светом пространства вокруг наблюдателя. Для естественного освещения предлагается установить границу удовлетворительная/неудовлетворительная насыщенность светом помещения и за нормируемую величину принять соотношение КЕЦО/КЕО. В перспективе целесообразно рассмотреть замену КЕЦО на среднюю вертикальную освещенность по 4-м сторонам с ориентацией одной плоскости параллельно светопроему. Итоги выполненного исследования: ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1. По итогам анализа существующих критериев оценки естественной световой среды было выявлено, что использование двумерных величин не позволяет на требуемом уровне оценить качество освещения, так как линия зрения наблюдателя характеризуется непостоянством и двумерная величина не отражает зрительного восприятия человеком внутреннего пространства. 2. Проанализированы пространственные характеристики светового поля в части их применимости в роли показателя качества естественной световой среды для помещений с боковыми светопроемами. Было выявлено, что для данной цели наиболее подходит цилиндрическая освещенность. Параллельно с данным анализом были рассмотрены известные качественные показатели освещения, подходящие для решения поставленной задачи, и в результате для данной

18 18 работы в качестве исследуемого показателя была выбрана насыщенность светом помещения. 3. В связи с тем, что критерием естественного освещения может являться только относительная освещенность, были сформированы базовые принципы измерения коэффициента естественной цилиндрической освещенности (КЕЦО) и был оценен метод его измерения распространенными в РФ и адаптированными для естественного освещения приборами; 4. Для выявления зависимостей распределения относительной цилиндрической освещенности по помещению автором была спроектирована и и реализована модель помещения в масштабе 1:10 с возможностью изменения характеристик помещения, влияющих на распределение уровней освещенности. Измерения, проведенные на данной модели, позволили накопить базу данных об относительной цилиндрической освещенности, достаточной для анализа искомых зависимостей. 5. Выявлены и рассмотрены сложности, возникающие при измерении и расчете КЕЦО, в связи с чем проведен поиск более доступного метода определения искомой величины. В качестве аналога предложена средняя вертикальная естественная освещенность по 4-м сторонам с расположением одной из вертикальных плоскостей, перпендикулярных окну. 6. Эксперименты, проведенные в данной работе, подтвердили возможность проведения упрощенной оценки насыщенности естественным светом помещения с помощью относительной средней вертикальной освещенности по 4-м сторонам. В рамках анализа перспектив подобной замены были проанализированы возможные методы нормирования и проведен проверочный эксперимент по субъективной оценке насыщенности помещений естественным светом. В результате предлагаются следующие рекомендации по оценке качества освещения по значению КЕЦО в центре помещения при достаточном уровне насыщенности естественным светом: КЕЦО=2%, Ец=120лк, КЕЦО/КЕО=1-1,3. Из проведенных исследований вытекают следующие рекомендации по использованию результатов диссертации: Использовать понятие коэффициента естественной цилиндрической освещенности для определения качества естественного освещения; Применять разработанную методику измерения КЕЦО при анализе качественных показателей световой среды существующих помещений;

19 19 Внести критерий насыщенности светом в нормы для естественного освещений помещений с боковым освещением, в том числе для офисных помещений и учебных аудиторий. Перспективы дальнейшей разработки темы. В дальнейшем результаты проведенного исследования можно использовать для совершенствования методов нормирования качества естественного освещения, методов контроля качества световой среды помещения уже на стадии проектирования, для повышения качества совмещенного освещения путем учета при его проектировании значений КЕЦО и цилиндрической освещенности, для разработки методов оценки качества естественного освещения других типов помещений СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРОМ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в рецензируемых журналах из «Перечня рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук» ВАК Министерстве образования и науки РФ. 1. Муравьева Н.А., Соловьев А.К. Исследования характера распределения естественной цилиндрической освещенности в помещениях с боковым естественным освещением // Светотехника С Муравьева Н.А., Соловьев А.К. О перспективах и методах измерения цилиндрической освещенности как характеристики естественной световой среды помещения // Научное обозрение С Муравьева Н.А., Соловьев А.К. Система определения требуемых параметров естественной световой среды в помещениях по критерию насыщенности естественным светом // Научное обозрение С Публикации в других изданиях и сборниках конференций. 4. Муравьева Н.А. Экспериментальное исследование характера распределения естественной цилиндрической освещенности // Сборник трудов Восемнадцатой Международной межвузовской научно-практической конференции студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых «Строительство формирование среды жизнедеятельности». М.: МГСУ С Муравьева Н.А. История развития теории светового поля и перспективы ее использования для проектирования // Сборник трудов Шестнадцатой Международной межвузовской научно-практической конференции

20 20 студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых «Строительство основа формирования среды жизнедеятельности». М.: МГСУ С Муравьева Н.А., Соловьев А.К. Система определения требуемых параметров естественной световой среды в помещениях по критерию насыщенности естественным светом // Сборник трудов конференции «Строительство на основе оптимизации энергетического потенциала». Польша: Ченстоховский Политехнический Университет С Муравьева Н.А. О перспективах и методах измерения цилиндрической освещенности как характеристики естественной световой среды помещения // Сборник трудов Международной конференции «Строительная физика. Системы обеспечения микроклимата и энергосбережения в зданиях».мгсу? С Муравьева Н.А., Соловьев А.К. Цилиндрическая освещенность как характеристика естественной световой среды помещения // Сборник трудов конференции «Проблемы экологической безопасности и энергосбережения в строительстве и ЖКХ». Греция: Кавальский технологический институт С Муравьева Н.А., Соловьев А.К. Перспективы проектирования комфортной световой среды в помещениях с помощью цилиндрической освещенности // Сборник трудов конференции «Проблемы экологической безопасности и энергосбережения в строительстве и ЖКХ». Греция: Кавальский технологический институт С