ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 64 «Определение геометрического коэффициента естественной освещенности в модели помещения»

Цель работы: Экспериментально определить геометрический коэффициент естественной освещенности (ГКЕО) в модели помещения и сравнить полученное значение с расчетным.

Оборудование: Установка «Искусственный небосвод», модель помещения.

Краткая теория.

Количественным критерием оценки естественного освещения служит коэффициент естественной освещенности (КЕО), который представляет собой отношение естественной освещенности, создаваемой в некоторой точке заданной плоскости внутри помещения светом неба (непосредственно или после отражения) Е, к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности под открытым полностью небосводомЕ_Н (участие прямого солнечного света исключается):

. (2.1)

Значение КЕО зависит от следующих факторов:

а) доли естественного освещения, обусловленной светом неба, прошедшим через световой проем;

б) доли КЕО, обусловленной отражением света наружными поверхностями стен и землей; (при этом исключается участие прямого солнечного света в создании яркости отражающих поверхностей);

в) доли КЕО, обусловленной отражением свет от внутренних поверхностей помещения и при этом участие прямого света в создании яркости внутренних отражающих поверхностей исключается.

Учет доли а) основан на определении так называемого геометрического коэффициента естественной освещенности (ГКЕО),который представляет собой отношение освещенности, создаваемой в некоторой точке заданной плоскости внутри помещения светом, прошедшим через незастекленный световой проем, от равномерно яркого неба Е_М к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности под открытым полностью небосводом Е_Н (участие света отраженного от поверхностей помещения исключается):

. (2.2)

В основу расчета ГКЕО положены два закона.

Первый закон- закон проекции телесного угла. Он устанавливает, что освещенность Е_Мв помещении, создаваемая равномерно светящимся небосводом, прямо пропорциональна яркости неба и площади проекции на освещаемую поверхность телесного угла, под которым из данной точки виден участок неба (рис.2.1).

Рис. 2.1. Пояснение к первому закону светотехники.

То есть значение ГКЕО в любой точке поверхности определяется отношением проекции на освещаемую поверхность участка сферы видимого из данной точки помещения к величине πR² (где R – условный радиус сферы).

Второй закон -закон светотехнического подобия: освещенность в любой точке помещения зависит не от абсолютных, а от относительных размеров светопроемов и помещения.

Для точного расчета ГКЕО в какой-либо точке помещения используются графики Данилюка(рис. 2.3. и рис. 2.4).Данилюк разбил полусферу небосвода 100 меридианами и 100 параллелями на 10000 равномерных по степени световой активности площадок (рис. 2.2), каждая из которых направляет на освещаемый предмет энергию (ввиду малости площадки в виде светового луча). Проецируя световой проем на полусферу, получаем площадь светового проема, выраженную в лучах. Обозначим количество световых лучей, проходящих через световой проем в разрезе через вертикальную плоскость окна, через n₁ , а количество лучей проходящих через световой проем окна в плане, через n₂. Тогда ГКЕО находится по формуле:

. (2.3)

Рис. 2.2. Пояснение к методу Данилюка.

Экспериментальное определение ГКЕО в данной лабораторной работе в модели помещения с зачерненными стенами проводится на установке «Искусственный небосвод», изображенной на рис. 1.1 (смотрите лабораторную работу №62).

Рис. 2.3. График Данилюка для разреза помещения.

Рис. 2.4. График Данилюка для плана помещения.

Порядок выполнения работы:

1) Аккуратно открыть до упора верхнюю полусферу установки «Искусственный небосвод». Расположить съемную горизонтальную площадку датчиком вверх (следить, чтобы не было передавливания провода датчика). Включить люксметр в положение «КЛК». Закрыть полусферу и включить освещение. Записать значение освещенности E_Н.

2) Открыть полусферу, поместить между ограничителями модель помещения так, чтобы датчик находился в наиболее темной половине помещения. По шкале сбоку помещения замерить и записать положение датчика по отношению к окну. Закрыть полусферу, люксметр поставить в положение «ЛК» и измерить освещенность E_М.

3) Открыть полусферу, снять модель помещения, повернуть съемную площадку на 90 градусов и повторить измерения по пунктам 1) и 2).

4) Открыть полусферу, снять модель помещения, повернуть площадку на 90 градусов в другую сторону от первоначального и повторить измерения по пунктам 1) и 2). Выключить люксметр и освещение.

5) Линейкой замерить все размеры модели помещения. Нарисовать разрез помещения в масштабе 1:2 на I графике Данилюка (положение датчика соответствует точке О). Подсчитать количество лучей n₁, проходящих через светопроем. Записать номер окружности, соответствующий середине окна. Нарисовать на II графике Данилюка план помещения, при этом вертикальный луч графика должен проходить через датчик, а светопроем лежать на горизонтальной линии с номером, соответствующим номеру окружности, определенному по первому графику. Подсчитать количество лучей n₂, проходящих через светопроем. По формуле (2.3) рассчитать теоретическое значение ГКЕО.

6) По формуле (2.2) рассчитать экспериментальные значения ГКЕО. По формулам (2.4) и (2.5) рассчитать средние значения ГКЕО и доверительный интервал. Систематическую погрешность измерения считать равной погрешности измерений люксметром по паспорту – 7%. Сравнить полученное значение с теоретическим. Заполнить табл. 2.1.

. (2.4)

. (2.5)

Таблица 2.1

n₁ = _________ , n₂ = __________, ε_теор = __________ .

Контрольные вопросы:

1. Дайте определения коэффициента естественной освещенности (КЕО) точки горизонтальной поверхности в помещении и ГКЕО. От чего зависит КЕО? Что учитывает ГКЕО?

2. Сформулируйте два основных закона светотехники: закон проекции телесного угла и закон светотехнического подобия.

3. Что представляют собой графики Данилюка? Какой смысл лучей этих графиков?

4. Как пользоваться графиками Данилюка для расчета ГКЕО в точке горизонтальной поверхности помещения при одностороннем боковом освещении?