Свет в архитектуре
Роль освещения в архитектурном творчестве, использование естественного света в проектировании здания. Глаз и его работа. Основные положения теории светового поля, его физические законы. Использование особенностей светового климата в градостроительстве.
| Рубрика | Строительство и архитектура |
| Вид | курс лекций |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 10.05.2013 |
| Размер файла | 2,0 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Источником излучения при естественном освещении является небосвод. Данилюк представил его в виде полусферы, поверхность которой он разбил на 10000 площадок двумя группами (100 100) плоскостей. Первая группа - плоскости, проходящие через основной диаметр. Вторая группа - плоскости, проходящие параллельно основному вертикалу полусферы, проходящему через ее центр, а также перпендикулярно первой группе плоскостей. Причем, разбивка осуществлялась таким образом, чтобы проекция телесного угла каждой площадки была одинакова. Следовательно, на основе закона проекции телесного угла, каждая площадка создает одинаковую освещенность в центре полусферы и на основе этого можно принять, что из центра каждой площадки исходит по одному световому лучу. Тогда освещенность расчетной точки, находящейся под открытым небосводом, можно считать равной Eн = 10000 лучей (или единиц).
Помещаем эту расчетную точку в помещение, например, с одним светопроемом. Большая часть лучей света не будет доходить до расчетной точки, т.к. ограждения помещения не светопрозрачны. Только лишь некоторое количество лучей будет проходить через проем в данную точку. А именно от прямоугольника АБВГ (рис. 7), являющегося основанием телесного угла светопроема с вершиной в расчетной точке М. Чтобы определить количество лучей, проходящих от участка небосвода АБВГ через проем в помещение, необходимо определить площадь участка АБВГ в лучах, для чего количество лучей по вертикали БВ (n1) умножается на количество лучей по горизонтали АБ(n2).Тогда освещенность в расчетной точке помещения определиться
Ев = n1 n2 лучей (или единиц),
где n1 - количество лучей, проходящих в расчетную точку через проем на разрезе помещения;
n2 - количество лучей, проходящих в расчетную точку через проем (или через проемы) на плане помещения.
Итак, имея освещенность в расчетной точке внутри помещения Ев и освещенность этой же точки под открытым небосводом Ен, можно определить геометрический коэффициент естественной освещенности, используя формулу (8):
, %. (12)
Поскольку Данилюк был архитектором, то он знал, что архитекторы постоянно работают с планами и разрезами. Поэтому разбитая на площадки полусфера была сначала спроецирована
Рис. 10. График І А.М. Данилюка для подсчета количества лучей, проходящих через боковые светопроемы на поперечном разрезе помещения
Рис. 11. График ІІ А.М. Данилюка
Используется для подсчета количества лучей, проходящих через боковые светопроемы на плане помещения и через верхние свето-проемы на продольном разрезе на вертикальную плоскость, где первая группа плоскостей превратилась в радиальные линии (рис. 10), а вторая - в концентрические полуокружности. Таким образом получился график І.
Затем полусфера была спроецирована на горизонтальную плоскость, где радиальные линии остались, а вторая группа плоскостей превратилась в горизонтальные линии. Таким образом получился график ІІ (рис. 11).
Итак, чтобы получить значение геометрического КЕО, необходимо расчетную точку на разрезе помещения совместить с графиком І и подсчитать количество лучей n1, проходящих через светопроем. Затем совместить план помещения с графиком ІІ и подсчитать количество лучей n2, проходящих через проемы. По формуле (12) нетрудно определить величину геометрического КЕО.
Лекция № 4. Основные положения теории светового поля
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 освещения. Это приводит к значительным погрешностям при оценке систем естественного и совмещенного 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 (Е4) - средняя плотность светового потока на поверхности сферы, радиус которой стремится к нулю. Эта величина 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 светового 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 (Е2) - 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 (Ец) - средняя плотность светового потока на боковой поверхности вертикально расположенного цилиндра, диаметр которого и высота стремятся к нулю. Эта величина 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):
Рис. 12. Схема определения параметров светового вектора
, (13)
где х, у, 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 и азимутом 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.
Светотехнические свойства материалов
Если на какое-либо тело падает световой поток F, то в общем случае часть потока F отражается, часть F поглощается и часть F пропускается. На основании закона сохранения энергии имеет место равенство: F = F + F + F. Если правую и левую части этого уравнения разделить на F, то получим равенство в относительных величинах:
1 = = + + , (16)
где - коэффициент отражения световых потоков, численно равный отношению отраженного светового потока к падающему;
- коэффициент поглощения световых потоков, численно равный отношению поглощенного светового потока к падающему;
- коэффициент пропускания световых потоков, численно равный отношению прошедшего светового потока к падающему.
Значения этих коэффициентов для некоторых материалов представлены в таблице 2.
По характеру распределения отраженного или пропущенного световых потоков в пространстве различают направленное, рассеянное (диффузное) и рассеянно-направленное отражение или пропускание (табл. 3).
В случае рассеянного (диффузного) отражения и пропускания плоской поверхности световой поток распространяется в пределах телесного угла, равного 2. Свет распространяется равномерно по всем направлениям в пределах полусферы, в результате чего яркость поверхности во всех направлениях одинакова, т.е.
L = = const,
где I - сила света под углом к нормали к плоскости S; Io - сила света при = 0.
Отсюда I = Io·cos. Это значит, что плоская поверхность, равнояркая во всех направлениях, излучает в окружающее пространство свет по закону косинуса.
Рассеянным, или диффузным, отражением обладают поверхности, размеры неровностей которых значительно больше длины волны падающего излучения (гипс, клеевая краска и др.). к диффузно пропускающим материалам относятся молочные стекла, в составе которых находятся частицы, имеющие показатель преломления, отличный от показателя преломления основной массы стекла. Такие стекла создают объемное рассеяние света.
Зеркальное отражение имеет место в случае падения света на идеально гладкую поверхность, размеры неровностей на которой малы по сравнению с длиной световой волны (полированный металл, зеркало и др.). такие поверхности обладают яркостью только в направлении отраженного луча. Во всех остальных направлениях яркость их равна нулю.
В случае зеркального отражения от плоской поверхности величина телесного угла, в пределах которого отражается световой поток, равна величине телесного угла падающего светового потока. Отраженный луч находится в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром к отражающей поверхности в точке падения, а угол падения равен углу отражения.
Таблица 2.Коэффициенты отражения, поглощения и пропускания некоторых материалов
|
№ п/п |
Материал |
Коэффициенты |
|||
|
отражения |
поглощения |
пропускания |
|||
|
1 |
Окись магния |
0,98 |
0,02 |
- |
|
|
2 |
Белая клеевая краска |
0,80 |
0,20 |
- |
|
|
3 |
Белая бумага |
0,75 |
0,25 |
- |
|
|
4 |
Черный бархат |
0,005 |
0,995 |
- |
|
|
5 |
Листовое оконное стекло ( = 2-3 мм) |
0,08 |
0,02 |
0,90 |
|
|
6 |
Узорчатое прокатное стекло ( =3-6 мм) |
0,20 |
0,10 |
0,70 |
|
|
7 |
Молочное стекло ( = 2-3 мм) |
0,45 |
0,15 |
0,40 |
|
|
8 |
Зеркало посеребренное ( = 3-6 мм) |
0,85 |
0,15 |
- |
|
|
9 |
Тонкие мраморные плиты ( = 8-9 мм) |
0,55 |
0,40 |
0,05 |
Характер распределения световых потоков при их взаимодействии с телами
Таблица 3
|
Отражение |
Пропускание |
Материалы |
|
|
Направленное |
Зеркало, поверхность воды, стекло обычное, полированный металл |
||
|
Рассеянное |
Гипс, клеевая краска, молочные стекла с внутренним рассеянием |
||
|
Рассеянно-направленное |
Масляная краска, рифленое стекло, стеклоблоки, стеклопрофилит |
||
При направленном пропускании величина телесного угла, в пределах которого распространяется прошедший световой поток, также остается неизменной. Тела, обладающие направленным пропусканием, называются прозрачными. Через них можно видеть очертания находящихся за ними предметов (прозрачное стекло).
В природе не существует идеальных зеркально или диффузно отражающих или пропускающих свет материалов. Существуют материалы, свойства которых только более или менее приближаются к идеально диффузному или зеркальному отражению или пропусканию. У реальных материалов всегда наблюдается наличие обеих разновидностей, обуславливающих рассеянно-направленное отражение или пропускание.
Для характеристики распределения яркости поверхности в различных направлениях при отражении или пропускании принято пользоваться отношением яркости в данном направлении L к яркости Lo одинаково с ней освещенной поверхности , имеющей коэффициент отражения, равный нулю. Эта величина называется коэффициентом яркости :
= L / Lo.
Заменив Lo на силу света по нормали к поверхности S, получим
L = ·Lo = .
Для диффузно отражающих поверхностей, подчиняющихся закону Ламберта, = , а для диффузно пропускающих = . В этом случае
L = E · / , (17)
или
L = E · / . (18)
Светопропускающие материалы и изделия
Невозможно представить себе современное строительство без применения стекла, этого древнего материала, который за многие века прошел длинный путь превращения от малопрозрачных и порой невзрачных небольших плиток до современного эффективного строительного материала. Огромные изменения произошли и в области физико-механических свойств стекла. Современное стекло обладает большим разнообразием свойств, причем некоторые из них являются столь новыми для строительства, что знание свойств стекла и особенностей его применения является совершенно необходимым для архитектора и строителя.
Современное стекло - это продукт, основанный на достижениях в области физики, химии, материаловедения и чрезвычайно развивающейся технологии. С помощью разнообразных и многочисленных технологических приемов можно получить стекла, свойства которых не только заранее задаются, но и рассчитываются.
Фонари и окна значительно легче других ограждающих конструкций, но их стоимость почти всегда превышает стоимость стен или покрытий. Это объясняется в первую очередь относительной дороговизной светопропускающих материалов. Эксплуатационные расходы на светопрозрачные ограждения также довольно велики. Кроме больших теплопотерь через такие конструкции, они требуют регулярной очистки от пыли и грязи, сравнительно частого ремонта, замене вышедших из строя частей (особенно силикатного стекла) и т.п. Все это требует детального анализа при выборе вида светопропускающего материала.
Светопропускающие элементы беспереплетных конструкций можно изготовлять как из силикатного стекла (стеклопрофилиты, стекложелезобетонные элементы, стеклянные купола, стеклопакеты и др.), так и из светопропускающих полимерных материалов (цельноформованные и клееные панели, пластмассовые купола, сводчатые элементы, призматические, цилиндрические и пространственные оболочки и др.).
Наиболее перспективными полимерными светопропускающими материалами являются: полиметилметакрилаты, полистиролы, стеклопластики на основе ненасыщенных полиэфирных смол и поливинилхлориды.
Полиметилметакрилат (органическое стекло).
Оргстекло - термопластичный материал, получаемый полимеризацией мономера метилметакрилата в присутствии катализатора.
Блочное оргстекло выпускают в виде плоских листов, изготовляемых в формах из листового силикатного стекла, изготовляют так же волнистые и гофрированные листы.
Изделия из огрстекла обычных сортов начинают размягчаться и терять форму при температуре t = 70оС. По мере дальнейшего увеличения температуры их эластичность возрастает. При t = 120-160оС оргстекло достигает такой степени эластичности, при которой из него легко можно формовать изделия.
Оргстекло устойчиво к воздействиям кислот и щелочей, но растворяется в некоторых органических веществах (ацетон, дихлорэтан и др.).
Бесцветное оргстекло равномерно пропускает свет по всему видимому участку спектра (коэффициент светопропускания = 0,92), суммарные потери на отражение от обеих поверхностей листа не более 0,07.
При изготовлении оргстекло легко окрашивается в массе (цветное и молочное стекло), поверхность его поддается обработке (матированное стекло). Такие стекла пропускают меньше света и величина коэффициента светопропускания их зависит от интенсивности окраски и цвета.
Полиэфирные стеклопластики.
Основные компоненты полиэфирных стеклопластиков - ненасыщенные полиэфирные смолы и различные виды стекловолокнистых наполнителей. Поскольку переход полиэфирной смолы из пластичных соединений в твердое не- обратим, полиэфирные стеклопластики относят к термореактивным материалам.
Формы светопрозрачных конструкций из полиэфирных стеклопластиков, применяемых в строительстве, отличаются многообразием. Наибольшее распространение получили листовые стеклопластики: плоские, волнистые и профилированные. Светопропускающие листовые стеклопластики применяют в сочетании с другими кровельными и стеновыми материалами для заполнения световых проемов в покрытиях и стенах зданий.
Толщина стеклопластика обычно бывает 1,5-2,5 мм, длина может быть любой, а ширина зависит от устройства механизированной установки и обычно составляет 1-1,5 м.
Армирующим стекловолокнистым наполнителем стеклопластиков на установках непрерывного действия, обычно является рубленое из жгутов, беспорядочно расположенное стекловолокно или заранее изготовленные стекломаты. Листовые стеклопластики часто окрашены в различные цвета. В зависимости от окраски полиэфирные стеклопластики пропускают от 32 до 85% световых лучей видимой части спектра.
Основными видами листовых полиэфирных стеклопластиков являются волнистые листы с шагом волны 75 и 36 мм и амплитудой соответственно 20 и 8 мм.
Температурные границы применения полиэфирных стеклопластиков лежат в пределах от 60 до +100оС.
Для лучших зарубежных листовых полиэфирных стеклопластиков = 0,85. В наших лабораториях были получены образцы листовых полиэфирных стеклопластиков = 0,9. Качество отечественных светопропускающих полиэфирных стеклопластиков может быть значительно повышено за счет использования осветленной смолы.
Поливинилхлорид (ПВХ).
При производстве поливинилхлорида используют сополимеры винилхлорида с метилметакрилатом. Прозрачный ПВХ получил большое распространение в США, Японии, Англии, ФРГ, Италии др. странах. ПВХ трудновоспламеняющийся и самозатухающий материал и в этом отношении значительно превосходит оргстекло. Из него можно получать профилированные листы неограниченной длины. Плоские листы ПВХ легко перерабатываются в крупногабаритные объемные светопропускающие элементы. Прозрачный ПВХ пропускает около 80% световых лучей. Высокие значения сохраняются и для материала, окрашенного в светлые тона.
Поливинилхлорид рекомендуют применять при температурах от -20 до +70оС.
Атмосферная стойкость светопропускающего ПВХ значительно меньше, чем у оргстекла и полиэфирных стеклопластиков, т.к. помимо деструкции полимера под воздействием УФ радиации происходит интенсивное старение под влиянием температурных воздействий. Для продления его срока службы в него вводят различные добавки.
Полистирол (ПС).
Полистирол - прозрачный термопластичный материал, продукт полимеризации стирола эмульсионным или суспензионным методами. Благодаря высоким физико-механическим свойствам, возможности легкой переработки в изделия, относительной низкой стоимости и наличию обеспеченной сырьевой базы ПС и его сополимеры получили большое распространение. Коэффициент светопропускания = 0,9. Полистирол стоек к действию кислот (за исключением азотной и уксусной) и щелочей, хорошо растворяется в органических растворителях (ацетоне, дихлорэтане и др.).
Высокие оптические свойства ПС позволяют использовать его для изготовления разного рода светопропускающих технических изделий, в том числе светильников искусственного света. Известно также применение ПС в светопрозрачных ограждающих конструкциях, которые обладают достаточным термическим сопротивлением, прочностью и малым весом. Однако недостаточно высокая теплостойкость, хрупкость, низкая погодостойкость ПС не позволяют широко применять его в качестве светопрозрачных конструкций.
Силикатное стекло.
Силикатное стекло - наиболее распространенный светопропускающий материал. В строительстве применяют следующие виды стекол: листовое оконное, витринное, армированное листовое, узорчатое, волнистое, закаленное, гнутое (молированное), увиолевое, солнцезащитное.
Оконное листовое стекло - наиболее широко используемый вид стекла для заполнения светопроемов, изготовления стеклопакетов и создания различных светопрозрачных ограждений. Оно отличается высоким коэффициентом светопропускания и весьма широким диапазоном значений линейных размеров и толщины листов (табл. 4) [24].
Узорчатое стекло используют в тех случаях, когда требуется исключить видимость через светопроемы или остекленные перегородки.
Узорчатоа окрашенное и бесцветное стекло имеет на поверхности рельефный узор, нанесенный в процессе выработки вытягиванием или прокатом, и обладает частичным или полным рассеиванием света. Светопропускание бесцветного узорчатого стекла колеблется от 40 до 60 %, а светопропускание цветного узорчатого стекла не нормируется. К узорчатому стеклу относятся стекла «мороз» и «метелица». Стекло «мороз» изготовляют из оконного или витринного неполированного стекла путем специальной обработки, в результате которой на поверхности образуется узор, напоминающий заиндевевшее стекло. Выпускают листы толщиной 4 и 5 мм. Максимальный размер 10001800 мм.
Декоративное стекло «метелица» изготавливается методом формования лента на расплаве металла или металлических солей и может быть бесцветным, цветным или иметь окрашенный электрохимическим способом поверхностный слой в результате ионного обмена и диффузии ионов металла в стекло.
Одна поверхность стекла термически полированная, другая имеет неповторяющийся узор в виде выступающих над поверхностью листа волнистых участков, характер и регулярность которых могут быть заданы при производстве.
Узор из линий и волн различной ширины на поверхности стекла может быть окрашен, кроме того, на одну из поверхностей может быть напылен металлический зеркальный слой.
Стекла с такими покрытиями могут быть с успехом использованы для декоративной отделки интерьеров. Размеры выпускаемых листов стекла «метелицы»: 1900800 мм и 1500800 мм при толщине 6,5 мм. Ассортимент листового оконного стекла, вырабатываемого отечественной стекольной промышленностью
Таблица 4
|
Стекло |
Толщина стекла, мм |
Допуск по толщине, мм |
Ширина и длина листов, мм |
Допуск по линейн. размерам, мм |
Светопропускание, % |
||
|
минимум |
максимум |
||||||
|
Оконное |
2 2,5 3 4 5 6 |
0,2 - - 0,3 0,4 - |
400500 400500 400600 400600 400600 400600 |
7001450 10001600 12001800 15002500 16002500 16002500 |
+2 -3 |
87 87 85 85 84 84 |
|
|
Витринное: неполированное полированное |
6,5 - 8 6,5 - 7 |
0,5 0,4 |
23501950 23501950 |
30004000 44502950 |
5 5 |
84 84 |
|
|
Узорчатое |
3 - 6,5 |
- |
400400 |
12001800 |
3 |
40 - 60 |
|
|
Армированное: Бесцветное цветное |
5,5 6 |
0,7 1 |
300500 300600 |
14001800 8001500 |
3 3 |
60 - |
Сочетая в себе свойства светорассеивания и богатые декоративные качества, узорчатое и декоративное стекла позволяют создавать выразительные интерьеры.
В тех случаях, когда особенно важно предотвратить выпадение осколков при разрушении остекления, применяют армированное стекло.
Армированное листовое стекло получают способом горизонтального проката ленты стекла с запрессовкой внутрь листа металлической сетки из светлоотожженной проволоки диаметром 0,45-0,5 мм. Размеры ячейки сетки 12,512,5 мм и 2525 мм. Такое стекло широко используют в промышленном строительстве для остекления окон и фонарей. Армированное стекло выпускается как бесцветным, так и цветным. Толщина первого 5,5 мм, светопропускание не менее 60 %. Для лучшего светорассеивания зарубежные фирмы выпускают бесцветное армированное стекло с орнаментной поверхностью. Цветное армированное стекло, окрашенное в массе, выпускается толщиной 6 мм с гладкой и узорчатой поверхностью, светопропускание не регламентируется. Бесцветное армированное стекло в основном применяется в остеклении проемов верхнего света, цветное - в ограждениях балконов, для устройства внутренних перегородок.
У армированного стекла по сравнению с другими видами строительного стекла более низкие прочностные и светотехнические показатели. Однако такое стекло огнестойко и является практически безосколочным.
У закаленного стекла за счет термической обработки (закалки) более высокая механическая прочность. При разрушении закаленное стекло образует осколки с нережущими кромками. Стекольной промышленностью освоен выпуск плоского закаленного стекла размером до 3000 1500 мм.
Стекло гнутое (молированное) изготавливается из плоского стекла методом молирования (свободного оседания по форме при разогреве до температуры около 600о С. Такое стекло может быть полированным и закаленным. Гнутое стекло до последнего времени применялось главным образом для остекления витрин.
Солнцезащитное стекло предназначено для снижения инсоляции и уровня солнечной радиации, проникающей в помещение. К солнцезащитным стеклам относят теплопоглощающее, контрастное стекло с аэрозольным покрытием, светорассеивающее и изолирующее.
Теплопоглощающее стекло снижает интенсивность проникающей в помещение солнечной радиации за счет поглощения длинноволновых ИК лучей, обладающих наибольшей энергией, окислами железа. Присутствие 0,5-0,8% окислов железа в стекле придают ему сине-зеленый или сероватый оттенок. Коэффициент светопропускания находится в пределах
0,7 - 0,75; коэффициент поглощения в инфракрасной области спектра ик = 0,75 - 0,65; коэффициент пропускания инфракрасных лучей ин = 0,25 - 0,35.
Аккумулируемая в теплопоглощающем стекле лучистая энергия превращается в тепло, в связи с чем эти стекла сильно нагреваются и подвергаются большим температурным деформациям. С учетом этого необходимо назначить зазоры между переплетом и стеклом. В двойном остеклении теплопоглощающие стекла желательно располагать снаружи.
Стеклу с аэрозольным покрытием солнцезащитные свойства сообщают нанесенные на его поверхность из окислов некоторых металлов (кобальта, олова, железа, титана, хрома и др.) пленки толщиной в десятые доли микрона. Покрытия наносят с одной или обеих сторон стекла. Такое стекло уменьшает теплопоступление от солнечной радиации с оконным стеклом не менее, чем на 50%. Покрытие изменяет избирательное и общее светопропускание стекла, а также повышает коэффициент отражения.
Солнцезащитное стекло широко применяют в США, Японии, Бельгии, Франции и других странах.
Светорассеивающее стекло состоит из герметично соединенных между собой двух листовых стекол, между которыми помещена прокладка толщиной 1-3 мм из стекловолокна. Светорассеивающее стекло поглощает до 95% тепловых лучей, сглаживает резкие контрасты в освещенности, равномерно распределяя свет в ширину и глубину. Вблизи светопроема освещенность при светорассеивающих стеклах примерно в 3-4 раза меньше, на расстоянии 1,7 м она примерно одинакова, а на больших расстояниях больше, чем при обычном стекле.
На константиновском заводе «Автостекло» (Донецкая обл.) выпускают светорассеивающее стекло (стевит), сочетающее высокое светопропускание с хорошими тепло - и звукоизоляционными свойствами.
Стеклопакеты.
Стеклопакет представляет собой изделие, выполненное из двух или более стекол, соединенных между собой так, что между ними образуются замкнутые воздушные прослойки.
Применение пакетного остекления уменьшает расход материалов на изготовление переплета до 40%. Герметически замкнутая воздушная прослойка предохраняет внутренние поверхности стекол от загрязнения и образования конденсата, что улучшает светотехнические показатели остекления, а также снижает расходы на их эксплуатацию.
При пакетном остеклении звукоизоляционные показатели окна по сравнению с остеклением в двойных переплетах увеличиваются в 1,5 раза и теплоизоляционные показатели - на 10-15%, повышается несущая способность стекла примерно в 1,4 раза, уменьшается также бой стекла.
По способу изготовления стеклопакеты подразделяют на клееные, паяные и сварные.
Трехслойные стеклопакеты «супертривер» (Франция) состоят из трех стекол с двумя тонкими воздушными прослойками толщиной 1,5-2 мм. В отечественных образцах стекло приклеивается к рамке из алюминиевого швеллера, толщина воздушной прослойки 15-20 мм.
Профильное стекло
Профильное стекло (стеклопрофилит), полученное методом непрерывного проката, представляет собой крупногабаритные строительные элементы с замкнутым или не замкнутыми по всей длине изделия профилем сечения. Для строительства наибольшее применение имеют стеклопрофилиты коробчатых и швеллерных сечений (высота сечения 50 и 35 мм; ширина - 244, 294 и 594 мм; толщина стекла - 5,5 мм).
С применением профильного стекла разработаны светопрозрачные конструкции, вполне заменяющие двойное или одинарное остекление.
Для придания профильному стеклу защитных от солнечной радиации свойств их покрывают аэрозолями.
Профильное стекло может быть изготовлено бесцветным или окрашенным в массе в различные цвета и оттенки.
Стеклянные блоки
Стеклянные блоки представляют собой изделия с герметически закрытой полостью, образованной в результате сварки двух отпрессованных коробок (полублоков) с последующим отжимом в специальных печах (лерах).
Классификация блоков:
по форме - квадратные, прямоугольные, угловые и круглые;
по светотехническим свойствам - светорассеивающие, светопропускащие, светонаправляющие;
по конструктивному решению - однокамерные и двухкамерные. Размеры блоков: 244 244 98; 294 294 98; 194 94 98; 194 194 98; 194 194 60. Классификация различных видов стекла и изделий из него представлена в таблице 5.
Некоторые светопрозрачные материалы пропуская световой поток, способны изменить его направление, т.е. преломить. Такими материалами могут быть специальные рифленые призматические стекла и пустотелые стеклянные блоки. Это имеет большое практическое значение. Так, например, при освещении подвала через приямок при обычном остеклении достаточный уровень освещенности наблюдается только в приоконной области помещения. Применение призматического стекла позволяет значительно расширить зону достаточной освещенности, что подтверждается схемами на рис. 13 и 14. Другой пример, применение стеклоблоков с призматическим рифлением позволяет увеличить освещенность на потолке помещения. Поскольку поверхность потолка обладает высоким коэффициентом отражения, то общая освещенность в помещении будет значительно выше (рис. 15 и 16).
Таблица 5. Классификация архитектурно-строительного стекла
|
№ п/п |
Стекла и изделия из них |
Ассортимент |
Область применения |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
1 |
Листовое строительное и декоративное |
Оконное и витринное наполированное |
Остекление окон, дверей, витрин, фонарей верхнего света |
|
|
Витринное полированное |
Остекление витрин, окон, дверей, изготовление зеркал, мебели |
|||
|
Узорчатое цветное и бесцветное, «мороз» и «метелица» |
Остекление световых проемов в стенах и покрытиях, устройство внутренних перегородок, полупрозрачных экранов и светопрозрачных ограждений |
|||
|
Армированное цветное и бесцветное |
Остекление проемов стен и фонарей верхнего света, устройство внутренних перегородок и ограждений балконов |
|||
|
2 |
Листовое со специальными свойствами |
Пропускающее ультрафиолетовые лучи (увиолевое) |
Остекление оконных проемов школ, детских и лечебных учреждений, спортивных и оздоровительных зданий |
|
|
Поглощающее ультрафиолетовые лучи |
Остекление книгохранилищ, архивов, музеев, выставочных залов, библиотек и т.п. |
|||
|
С полупрозрачными зеркальными покрытиями |
Остекление, исключающее односторонний просмотр помещений, остекление внутренних перегородок |
|||
|
Теплопоглощающее, теплоотражающее |
Остекление проемов зданий, требующих солнцезащиты |
|||
|
Теплозащитное |
Снижение теплопотерь через остекление в зимнее время |
|||
|
Токопроводящее |
Остекление помещений, не допускающих запотевания или образования конденсата на поверхности стекла, устройство элетрообогреваемого остекления зданий в северных районах страны и зданий с повышенными гигиеническими требованиями |
|||
|
Упрочненное закаливанием или электрохимической обработкой |
Остекление учебно-воспитатель-ных, спортивных зрелищных, торговых зданий, устройство внутренних перегородок, стеклянные навесные ограждения различных зданий |
|||
|
3 |
Цветное художественное стекло |
Витражное, окрашенное в массе или накладное, окрашенное электрохимическим способом. Цветное стекло «мороз», «метелица» |
Изготовление художественных витражей, полупрозрачных экранов, декорирование стен, потолков, перегородок. Декоративное остекление проемов, перегородок, экранов, изготовление художественных витражей |
|
|
Стеклянная мозаика, смальты |
Наружная и внутренняя отделка зданий, изготовление художественных панно и картин |
|||
|
4 |
Облицовочное стекло |
Марблит |
Облицовка фасадов и поверхностей интерьеров |
|
|
Прессованные облицовочные плитки, окрашенные в массе |
То же |
|||
|
Эмалированное стекло (стемалит) |
Облицовка фасадов, внутренняя облицовка некоторых видов помещений |
|||
|
Коврово-мозаичные плитки |
Наружная и внутренняя облицовка |
|||
|
Триплекс цветной |
Наружная и внутренняя облицовка зданий |
|||
|
Стекломрамор |
Внутренняя облицовка стен |
|||
|
Шлакоситалловые листы и плиты |
Наружная и внутренняя облицовка стен, устройство полов |
|||
|
5 |
Строительные изделия из стекла |
Стеклянные пустотелые блоки |
Заполнение светопроемов в стенах, перегородках, покрытиях. Крупноразмерные стекложелезобетонные панели для стен и покрытий |
|
|
Призмы, линзы, плитки |
Стекложелезобетонные панели стен, покрытий и перекрытий |
|||
|
Профильное стекло цветное и бесцветное, армированное и неармированное: коробчатого, швеллерного и ребристого сечения |
Устройство стен неотапливаемых зданий, заполнение оконных проемов, устройство внутренних перегородок, фонарей верхнего света, козырьков навесов, ограждений балконов, лоджий и т.п. |
|||
|
Стеклопакеты: из обычного стекла и стекол со специальными стеклами |
Заполнение светопроемов стен и покрытий |
|||
|
Стеклянные закаленные дверные полотна |
Оборудование входов и интерьеров общественных зданий |
Рис. 13. Применение призматического стекла для освещения подвала
Рис. 15. Применение стеклоблоков для увеличения освещенности на потолке помещения
Рис.14. Схема преломления лучей призматическим стеклом
Рис. 16. Схема преломления лучей стеклоблоками с призматическим рифлением
Лекция № 5. Световой климат
Световым климатом называется совокупность данных о природных ресурсах световой энергии в том или ином районе строительства за период не менее десяти лет.
Почему же различные регионы имеют различный световой климат? Что бы ответить на этот вопрос рассмотрим сначала гипотетическую модель Земли, на которую параллельным потоком падают световые лучи. На экваторе, если брать, к примеру, полуденные часы, солнечные лучи падают перпендикулярно к поверхности земли и освещенность при этом максимальна, т.к. она прямопропорциональна косинусу угла между лучом и нормалью к поверхности (см. формулу 5 и рис. 6). При перемещении к полюсам земного шара этот угол увеличивается и освещенность становится все меньше. Следовательно, определенной широте местности соответствует свой уровень освещенности.
На экваторе солнечный луч проходит минимальное расстояние в атмосфере и, соответственно, будет минимальное поглощение. К полюсам расстояние прохождения через атмосферу увеличивается и к поверхности световой поток доходит сильно ослабленным. Поэтому наряду с
углом падения действует фактор ослабления света атмосферой в зависимости от широты местности. Это факторы общего плана.Также оказывают влияние орография (холмы, впадины, склоны различной ориентации, горы), соотношение водных поверхностей и суши, оказывающее влияние на облачность, которая сильно сказывается на освещенности, и другие факторы.
Основные характеристики светового климата
Как видим, в результате воздействия многочисленных факторов каждый регион имеет свои природные световые ресурсы, как по количественным, так и по качественным характеристикам.
Световой климат включает следующие характеристики:
- интенсивность природной световой энергии;
- соотношения между прямой, рассеянной и отраженной составляющими;
- яркость небосвода; распределение яркости при разной погоде;
- динамика освещения.
Солнечное излучение, падающее на землю, претерпевает изменения вследствие его отражения, рассеяния и поглощения атмосферой и подстилающим слоем земной поверхности.
Поэтому основными составляющими дневной освещенности под открытым небосводом являются:
- прямой солнечный свет Ес;
- рассеянный (диффузный) свет неба Ен;
- отраженный свет от земли и наземных объектов Ез.
Таким образом, общая освещенность в ясный день на открытом месте Ео составляет:
Ео = Ес + Ен + Ез. (19)
Прямой солнечный свет представляет собой световой поток, идущий непосредственно от Солнца, принадлежащего к числу желтых звезд-карликов, и удаленного в среднем от Земли на 149,6 ·106 км. Это расстояние принимается за единицу (астрономическая единица). Радиус солнечного шара составляет 696000 км, что в 109,1 раза больше среднего радиуса Земли. Несмотря на такие колоссальные размеры, солнечный диск на небосводе невелик и его видимый угловой диаметр составляет в среднем 0о, а телесный угол равен 1,6989·10-5 стерадиан. Основными характеристиками, которые определяют излучательную способность Солнца, служат солнечные постоянные - световая и тепловая. Световая солнечная постоянная представляет собой освещенность площадки, расположенной перпендикулярно солнечным лучам и удаленной от Солнца на расстояние, равное астрономической единице (т.е. площадка расположена на внешней границе атмосферы Земли). Приближенное значение световой солнечной постоянной на внешней границе атмосферы составляет 135000 - 137000 лк. Соответствующая этой освещенности средняя яркость Солнца, как уже отмечалось, Lс = 2 ·109 кд/м2.
При заданном коэффициенте пропускания света атмосферой а, который зависит от высоты стояния Солнца и прозрачности воздуха p, прямая освещенность на горизонтальной поверхности Ес определяется по формуле
Ес = , (20)
где - прямая освещенность на плоскость, перпендикулярную направлению солнечных лучей, лк;
hо - угловая высота стояния Солнца над горизонтом, град.
= , (21)
где 2 - расстояние от Солнца в заданный момент в астрономических единицах; определяется по астрономическим таблицам (для инженерных расчетов 1);
р - прозрачность воздуха (для крупных городов с загрязненной атмосферой р = 0,6; для сельских районов р = 0,7; для горных областей р = 0,8);
М - воздушная масса, которую необходимо преодолеть солнечным лучам при прохождении через атмосферу. Значения М в зависимости от угловой высоты солнцестояния ho представлены в таблице Бемпорада (табл. 6, рис. 17).
Значения воздушной массы в зависимости от угловой высоты солнцестояния
Таблица 6
|
ho, град |
0 |
5 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
|
|
М |
26,96 |
10,4 |
5,6 |
3,2 |
2,0 |
1,6 |
1,3 |
1,2 |
1,1 |
1,015 |
1,00 |
Рис. 17. Схема к определению воздушной массы
Таким образом, прямая освещенность окончательно определяется таким образом
Ес = sinho. (22)
При прохождении через атмосферу прямые лучи Солнца рассеиваются и доходят до поверхности земли в виде диффузного света неба. Рассеивание в атмосфере бывает двух видов. Молекулярное - рассеивание частицами, размеры которых значительно меньше длины волны падающего света. Это рассеивание происходит в коротковолновой части спектра ( = 475 - 490 нм), что соответствует синему цвету. Аэрозольное - рассеивание частицами, размеры которых больше длины волны падающего света. Спектральный состав этого рассеивания смещается в длинноволновую часть и имеет в основном нейтральные цвета (облака, дымка).
Рассеянная наружная освещенность от диффузного неба зависит в основном от высоты стояния Солнца и характера облачности. Существенное влияние на освещенность оказывают также прозрачность воздуха и состояние земного покрова.
Чтобы определить горизонтальную рассеянную освещенность от диффузного неба можно воспользоваться зависимостями из закона проекции телесного угла
Ен = Lср·, (23)
где Lср - средняя яркость диффузного неба.
Дошедший до поверхности земли прямой свет от солнца и диффузный свет от неба отражается от нее и попадает на поверхность потолка помещения, имеющей высокий коэффициент отражения. Затем, отражаясь от потолка, поступает на рабочую поверхность, создавая при этом дополнительный световой поток. Влияние отраженного света в облачную погоду проявляется в большей степени, чем в ясную, так как происходит многократное отражение от земли и облаков, увеличивая, таким образом, общую величину светового потока.
Главным фактором, определяющем величину отраженного света, является коэффициент отражения подстилающей поверхности земли з . Некоторые значения коэффициентов отражения от естественных поверхностей представлены ниже:
- снег тающий - 0,8;
- снег свежевыпавший - 0,9;
- море - 0,035;
- луг зеленый сочный - 0,064;
- песок обыкновенный - 0,24;
- слой облаков - 0,8.
Для определения отраженной составляющей Ез необходимо значение суммарной освещенности (прямая + диффузная) умножить на коэффициент отражения земной поверхности з :
Ез = (sinho + Lср·)·з. (24)
Итак, общая освещенность определится по следующей формуле:
Ео = Ес + Ен + Ез = (sinho + Lср·) + (sinho + Lср·)·з ;
Ео = (sinho + Lср·)·(1 + з). (25)
Светоклиматическое районирование
Учет световых ресурсов государства является важной составляющей при нормировании естественного освещения в зданиях и способствует повышению качества световой среды в помещениях и сокращению энергозатрат.
На основе результатов расчетов наружной освещенности по формуле (25) или, что лучше, на основе климатических данных гидрометцентра можно построить карту светового климата того или иного государства. С этой целью для наиболее крупных городов и промышленных районов определяется критерий светоклиматического районирования, который представляет собой среднее за год количество наружного диффузного освещения (средняя освещенность) на горизонтальной поверхности в течение одного часа за период использования в помещении естественного света. Этот критерий определяется по следующей формуле:
, (26)
где Еср - средняя освещенность - критерий светоклиматического районирования, лк/ч;
Е - наружная освещенность горизонтальной поверхности в данный момент времени, лк;
Екр - критическая наружная освещенность - это та освещенность, ниже которой невозможно работать без дополнительного искусственного освещения, лк;
Т - продолжительность использования естественного освещения, определяемая разностью времени наступления критической освещенности утром и вечером, ч.
Критическая наружная освещенность зависит от разряда зрительных работ и может определяться по формуле
Екр = Еи / ен ,
uде Еи - нормируемая освещенность при искусственном освещении;
ен - нормируемое значение КЕО для данного разряда зрительных работ.
Однако, как правило, значением критической освещенности задаются в соответствии с разрядом зрительных работ: 2500; 5000; 7500; 10000 лк.
Продолжительность использования естественного освещения определяется следующим образом. На кривые наружной освещенности, построенные для каждого месяца, наносится горизонталь, соответствующая значению критической освещенности (например, 5000 лк). По точкам пересечения этой горизонтали с кривыми в утренние и вечерние часы можно определить для каждого месяца года продолжительность использования естественного освещения.
Это очень важная величина, так как она значительно влияет на энергетический баланс здания. При рациональном выборе размеров светопроемов и увеличении использования естественного света на один час в течение суток государство экономит 3 млн кВт/ч электроэнергии в год только в промышленных зданиях [1, стр. 10].
После подсчета критерия светоклиматического районирования для различных населенных пунктов выбирается базовый пункт, относительно которого определяется коэффициент светового климата m (для территории бывшего СССР в качестве базового пункта является Москва)
...Подобные документы
Развитие направления хай-тек в архитектуре в рамках мирового архитектурно-исторического процесса. Материалы и их роль в архитектурном направлении хай-тек. Творчество Нормана Фостера как одного из пионеров и лидеров направления хай-тек в архитектуре.
дипломная работа [107,9 K], добавлен 27.06.2013Корни минимализма в традиционной японской архитектуре и в творчестве нидерландского бюро De Stijl. Верность японцев простоте национального жилища. Игра света и тени в пространстве. Основные признаки минимализма в архитектуре. Минимализм в дизайне.
реферат [1,7 M], добавлен 29.03.2013Процессы глобализации в градостроительстве. Новые подходы в изменении облика "глобальных городов". Концепция регионализма в современном мире, особенности их проявления в архитектуре и урбанизме. Новая парадигма в архитектуре, стратегии формообразования.
реферат [4,8 M], добавлен 16.04.2014Проектирование естественного и искусственного освещения в жилом помещении. Схема второго этажа. Выбор подвесного светильника с лампами накаливания, обеспечивающего равномерное распределение света в помещении. Сравнение пластиковых и деревянных окон.
контрольная работа [345,1 K], добавлен 20.09.2011Бионика – наука, исследующая использование свойств и функций природных объектов для создания технических устройств и механических систем. Применение биоформ в архитектурном дизайне. Возникновение архитектурной бионики в России как творческого метода.
курсовая работа [7,5 M], добавлен 28.02.2016Внешние воздействия на здание, расчетные параметры производственной среды. Роза ветров по повторяемости. Конструктивное решение и противопожарные мероприятия в ПЗ. Физико-технические расчеты ограждающих конструкций. Расчет естественного освещения здания.
курсовая работа [180,7 K], добавлен 17.11.2010Основные особенности расчета естественного освещения в помещении ремонта двигателей. Характеристика методики расчета вентиляции производственного помещения. Рассмотрение конструктивных особенностей естественной и механической вытяжной вентиляции.
контрольная работа [167,9 K], добавлен 14.11.2012Коммуникативная значимость объекта в городской среде. Основные группы качеств архитектурных доминант, внутренние физические и художественные качества объекта, его взаимодействие с окружением. Классификация архитектурных доминант по типу доминирования.
реферат [1,3 M], добавлен 26.04.2016Краткое описание здания, особенности технологического процесса. Обоснование и характеристики принятого объёмно-планировочного, конструктивного решения. Теплотехнический расчёт ограждения. Расчёт естественного освещения производственного здания.
курсовая работа [84,1 K], добавлен 23.01.2011Архитектурно-конструктивное и объемно-планировочное решение здания, решение фасада здания и план озеленения территории. Дизайн оформления "Ледового дворца", наружная и внутренняя отделка, проектирование помещений, санитарно-технологического оборудования.
курсовая работа [40,9 K], добавлен 14.08.2010Проектирование сложных систем электрического освещения за счет автоматизации этого процесса. Расчет в программном пакете DIALux. Проектирование внутренней системы освещения квартиры. Выбор источников света для рабочего освещения в виде светильников.
курсовая работа [8,0 M], добавлен 20.02.2015Проектирование и строительство зданий, сооружений и их комплексов. Роль эффективности использования земли в градостроительстве. Проектирование жилого дома в г. Муром. Перечень основных помещений. Конструктивная схема здания. Объемно-планировочное решение.
курсовая работа [64,3 K], добавлен 24.07.2011Характеристика осевой и центральной симметрии, понятие симметричной фигуры. Особенности расположения частей здания и его деталей в вертикальной и горизонтальной плоскости. Использование зеркальной симметрии в сооружениях древней и современной архитектуры.
презентация [1,2 M], добавлен 13.03.2013Расчётная зимняя температура наружного воздуха. Расчёт сопротивления теплопередаче и паропроницанию ограждающих конструкций, относительной влажности воздуха, теплоустойчивости помещения; сопротивления воздухопроницания заполнения светового проёма.
курсовая работа [935,0 K], добавлен 25.12.2013Понятие искусственного освещения на улицах, методика расположения и значение в архитектуре города. Правила и нормы искусственного освещения, порядок проектирования специальных установок. Некоторые особенности освещения городских улиц, сооружения опор.
курсовая работа [308,3 K], добавлен 14.05.2009Характеристика особенностей использования стекла в архитектуре и дизайне. Виды стекла и основные способы его обработки: фьюзинг, шелкография, изготовление стемалита, гнутье или моллирование. Модные "стеклянные" решения в дизайне. Зонирование помещения.
реферат [591,1 K], добавлен 11.01.2012Город как природно-техногенная система. Зонирование территории городов - природные аналогии. Физические факторы в городах. Оценка воздействия физических факторов в городской среде. Архитектурная бионика, использование природных аналогий в архитектуре.
реферат [702,1 K], добавлен 15.10.2014Понятие и характерные особенности естественного и искусственного освещения помещений, расчет по обеспечению требуемого освещения. Порядок определения надежности конструкций. Оптимизация геометрических параметров детали по затратам на ее изготовление.
контрольная работа [17,9 K], добавлен 28.03.2011История ландшафтной архитектуры. Японский стиль ландшафта. Рододендрон японский в ландшафтной архитектуре усадеб. Живая изгородь, декоративные пруды, дорожки, цветники, садовая мебель. Роль освещения в ландшафтной архитектуре. Альпийская горка и рокарии.
реферат [42,8 K], добавлен 09.05.2012Общие положения, принятые при проектировании. Схема планировочной организации земельного участка. Подъемно-транспортное оборудование. Объемно-планировочное и конструктивное решение здания ремонтно-механического цеха. Отделка помещений и фасада.
курсовая работа [33,4 K], добавлен 12.07.2011
