Введение к работе
В России к концу XX в. сложился огромный фонд производственных зданий, которые в настоящее время совсем не используются, используются частично или не по прямому назначению. При соответствующих экономических условиях, когда возникает необходимость в модернизации производства, такие здания реконструируются и перепрофилируются. Новое строительство ведется по качественно новым принципам, исключающим гигантоманию. Здания при этом должны быть экономичными как при строительстве, так и при эксплуатации. В связи с ростом стоимости энергии энергоэкономичность строящихся и реконструируемых зданий становится одним из показателей качества. При этом системы естественного освещения, являясь элементами связи внешней и внутренней среды, играют главную роль в энергетическом балансе здания.
В современных крупных промышленных зданиях системы верхнего естественного освещения являются практически единственным средством обеспечить доступ дневного света с необходимыми количественными и качественными параметрами по всей площади производственных помещений.
Настоящая работа посвящается проектированию систем верхнего естественного освещения производственных зданий и в основном тем аспектам, которые до настоящего времени не получили достаточного осмысления и внедрения в практику. Это учет на современном уровне светового климата при проектировании верхнего естественного освещения, применение теории светового поля к нормированию и проектированию верхнего естественного освещения зданий, оценка энергетической эффективности систем естественного освещения, выбор способа автоматического регулирования совмещенного освещения для оптимизации таких систем, применение новых инновационных технологий естественного освещения. ЦЕЛЬ ДИССЕРТАЦИИ
Разработка методов расчета и проектирования энергоэффективных систем верхнего естественного освещения промышленных зданий на основе теории светового поля, современных способов учета светового климата и совместного использования естественного и искусственного света.
ЗАДАЧИ РАБОТЫ. В соответствии с поставленной целью было необходимо решить следующий комплекс задач:
проанализировать существующие методы расчета естественной освещенности их точность и применимость для проектирования;
разработать метод учета неравномерной яркости неба в расчетах естественного освещения зданий, основанный на среднестатистических условиях облачности, применимый для определения энергетической эффективности систем естественного освещения;
уточнить методику учета отраженного света при верхнем естественном освещении;
- разработать инженерный метод расчета пространственных характеристик
светового поля, применимый для проектирования естественного освещения
зданий;
-разработать принципы отраслевого нормирования освещения по пространственным характеристикам светового поля;
-показать преимущества пространственных характеристик по сравнению с горизонтальной освещенностью, используемой в существующих методиках;
выявить наиболее рациональные системы автоматического регулирования искусственного освещения с точки зрения их применения при проектировании совмещенного освещения зданий;
усовершенствовать методику энергетической оценки систем естественного освещения и приспособить её к учету автоматически регулируемого совмещенного освещения зданий;
-определить параметры систем естественного света, при которых автоматическое регулирование является наиболее эффективным;
- определить область эффективного применения инновационных систем естест
венного освещения с помощью полых трубчатых световодов, разработать мето
дику расчета КЕО для таких систем и показать на примерах эффективность та
ких устройств.
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ заключается в том, что она решает одну из важнейших народнохозяйственных задач - задачу повышения энергетической эффективности промышленных зданий при создании систем освещения, обеспечивающих комфортную внутреннюю среду, условия для повышения производительности труда, экономию энергоресурсов и денежных затрат на устройство и эксплуатацию таких систем. научная новизна работы состоит в следующем:
Разработан точный аналитический метод расчета КЕО, позволяющий использовать для получения исходных данных строительные чертежи.
использована теория светового поля для расчетов естественного освещения зданий;
разработана методика нормирования освещения по пространственным характеристикам светового поля;
- разработан метод проектирования систем естественного освещения зданий с
использованием пространственных характеристик светового поля;
- разработана система нормирования естественного освещения производствен
ных зданий с учётом минимума энергозатрат на освещение;
- предложены новые способы определения параметров систем верхнего естественного освещения при совмещенном и автоматически регулируемом освещении;
предложен метод проектирования естественного освещения зданий с применением световодов, получена оценка таких систем с точки зрения экономии энергозатрат при эксплуатации зданий;
разработан новый метод учета светового климата при расчетах естественного освещения, приближающийся к реальным среднестатистическим условиям.
- даны предложения по учёту верхнерасположенных коммуникаций и загрязне
ния светопроемов при проектировании систем верхнего естественного освеще
ния зданий.
использование пространственных характеристик светового поля при проектировании естественного освещения зданий дает возможность повысить качество естественного освещения и повысить энергетическую эффективность систем естественного света;
методы расчета и проектирования систем верхнего естественного освещения, новые и усовершенствованные в результате настоящей работы, доведены до возможности использования в инженерной практике;
результаты диссертации позволяют усовершенствовать нормирование верхнее го естественного освещения зданий, которое приведет к экономии энергии на освещение при обеспечении комфорта внутренней среды;
полученные в диссертации оптимальные соотношения между величинами искусственной освещенности и КЕО позволяют выбрать энергоэффективные системы верхнего естественного света при автоматически регулируемом совмещенном освещении;
методика расчета КЕО при использовании полых трубчатых световодов и методика определения их энергетической эффективности позволяют прогнозировать применение этих инновационных систем естественного освещения;
новый метод учёта неравномерной яркости небосвода с учетом статистических условий облачности дает возможность повысить точность расчета энергетических затрат на освещение и в некоторых регионах значительно упрощает расчеты и обеспечивает переход к территориальному нормированию естественного освещения зданий.
ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ: Исследования проводились в течение последних 40 лет, в том числе в рамках государственных программ, действовавших в период до 1990 г. Результаты работы внедрены в системах совмещенного освещения метизных цехов Череповецкого и Магнитогорского сталепрокатных заводов, в отделении спирализации Майли-Сайского электролампового завода, в цехах Московской обувной фабрики «Парижская комунна», а также в рабочих помещениях Проектного института «Кавказкурортпроект г.Пятигорск. Основные положения диссертационной работы использованы при создании Строительных норм и правил СНИП П-4-79 / М - 83 (Изменения и дополнения для условий МНР), при написании учебника «Физика среды» (Гриф УМО) и при написании монографии «Справочная книга по светотехнике», раздел «Естественное освещение зданий».
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на:
- международных научно-технических конференциях «Строительство с опти
мизированным энергетическим потенциалом», г.Ченстохов. Польша, 2003 и
2004 г.г.
1-м международном симпозиуме Греческого национального комитета по освещению, г.Афины. Греция, 2004 г.
семинаре ГОУ ВПО МГСУ в КВЦ Сокольники, г.Москва, 2007 г.
- международной конференции «Энергосбережение в городской среде». Па
риж, ноябрь 2008г.
научно-технических конференциях ГОУ ВПО МГСУ.
заседаниях кафедры Архитектуры гражданских и промышленных зданий и кафедры Отопления и вентиляции ГОУ ВПО МГСУ.
По теме диссертации опубликовано более 100 работ, в том числе 21 публикация в журналах, рекомендуемых ВАК, а также 15 публикаций в зарубежных журналах и сборниках научных трудов.
В работа использован мировой опыт в области строительной светотехники, и в первую очередь труды таких крупных отечественных специалистов, как А.А.Гершун, Н.М.Гусев, В.В.Мешков, М.М.Епанешников, М.М.Гуторов, Д.Н.Лазарев, В.И.Петров, А.Е. Атаев, В.П.Будак, Н.Н.Киреев, Н.В.Оболенский, В.С.Федосихин, Х.Н.Нуретдинов, А.Н.Кондратенков, А.В.Спиридонов, В.А.Земцов, Д.В.Бахарев, а также таких крупных зарубежных ученых, как П.Мун, Д.Е.Спенсер, Р.Г.Гопкинсон, Дж.Лонгмор, Е.Нееман, Ю.Крохманн и др.
Автор с особой признательностью хранит память о своих учителях, покойных проф.В.М.Предтеченском, проф. Н.М.Гусеве и проф. Ю.Крохманне (ФРГ), имевших основные заслуги в становлении автора как научного работника. СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка используемой литературы, включающего 175 источников. Основной текст работы изложен на 263 страницах, включая 88 рисунков и 43 таблицы.
