A14 Транспортировка света. Современные системы естественного освещения

Оселедец Е.Ю., Кузнецов А.Л., Центр экологических инициатив, г. Москва

Скачать доклад в .pdf | Читать комментарии и вопросы

Естественный свет необходим для людей, его воздействие имеет значительный психологический эффект, ассоциирующийся не только с качеством зрения, но также и с визуальным комфортом: чувством простора и свежего воздуха, естественным цветом предметов, регулированием биологических ритмов,  самочувствием, работоспособностью и производительностью труда человека. Именно поэтому СНиП 23-05-95* «Естественное и искусственное освещение» требует нормативного количества естественного света в помещениях с постоянным пребыванием людей.

Новое звучание проблема приобрела с открытием в 2000 г. неизвестного до сих пор пигмента в организме человека - меланопсина. О третьем типе датчиков - клетках, содержащих фотохромный пигмент меланопсин,  знают только узкие специалисты. Эти клетки не участвуют в формировании и передаче в мозг изображения, а оценивают интенсивность попадающего на сетчатку света и, в соответствии с этим, подстраивают циркадианные (суточные) биологические часы организма, регулируют диаметр зрачка, синтез мелатонина и физическую активность. Посредством этих сигналов организм синхронизирует свои суточные ритмы в соответствии с восходом и заходом солнца. Вот почему передача естественного света внутрь помещений приобретает в настоящее время особенную актуальность.

При боковом освещении через стандартные светопроемы используется только рассеянная составляющая света неба (прямое солнечное излучение наряду с высоким благотворным влиянием приводит к слепящему действию и неравномерности освещения, повышенному нагреву помещений). При этом наблюдается экспоненциальный спад освещенности при удалении от боковых светопроемов, что в широких зданиях (зданиях «глубокого заложения») требует наличия постоянно включенного искусственного освещения в отдаленных от окон местах.

Для бокового освещения в условиях города большую отрицательную роль играет экранирование светопроемов окружающими зданиями и сооружениями. Применение систем верхнего освещения (зенитные фонари, шедовые покрытия) может быть эффективным лишь в одноэтажных зданиях, однако и в этих случаях прямое солнечное излучение используется нерационально, а теплопередача через светопроемы слишком велика и требует, как и в предыдущих случаях, высоких затрат на обогрев освещаемых помещений зимой и охлаждение летом.

Учет всех этих обстоятельств требует комплексного решения инженерных систем освещения, кондиционирования воздуха и обогрева помещений для снижения затрат на сооружение и эксплуатацию зданий.

Как же доставить естественный свет, в том числе прямое солнечное излучение, в центральные части зданий, в зоны, удаленные от боковых светопроемов, в заглубленные помещения, в термоконстантные цеха без нарушения теплового режима?

Необходимо использовать новую технологию естественного освещения с помощью полых трубчатых световодов (см. рис. 1-4). Осветительные системы с полыми трубчатыми световодами впервые были применены в начале 90-х годов ХХ века в Австралии, а затем - в США, Канаде и Европе. Наиболее интенсивно новая технология применяется в последние годы. Объемы производства ежегодно удваиваются, расширяется дистрибьюторская сеть по всему миру. Общее количество установленных световодов в мире приближается к полутора миллионам.

Области применения новой технологии разнообразны. Полые световоды  устанавливаются в частном жилом секторе, в складских, торговых, спортивных комплексах, в сборочных цехах предприятий, госпиталях, музеях, аэропортах и подземных стоянках, а также в детских дошкольных, общеобразовательных и высших учебных учреждениях, библиотеках и офисах.   

Технический комитет ТС3.38 «Трубчатые световодные системы» Международной комиссии по освещению подготовил официальный отчет CIE 173-2006 по этим системам, где обобщен мировой опыт, анализируется практика и эффективность применения этой новейшей технологии.

Цель настоящего сообщения - предоставление нашей уважаемой аудитории информации о свойствах продукции ведущего европейского производителя полых трубчатых световодов - итальянской компании Solar Project s.r.l., объединенной под общей торговой маркой Solarspot® и поставляемой в 47 стран мира (эксклюзивный дистрибьютор в Российской Федерации - Региональная общественная организация экологов «Центр экологических инициатив», адрес сайта: www.ceieco.ru).

Международное лидерство систем Solarspot® подтверждено Золотой медалью строительной выставки в Париже Batimat Salon International de la Construction в 2003 г., международным сертификатом CSTB № 6/06-1672, выданным французским Научным и Техническим Центром исследований и сертификации строительных материалов и технологий в 2006 году, а также специальным международным призом Batiweb Awards в 2008 г. в категории “Produits pour le développement durable” - «Продукция для устойчивого развития».

Рисунок 1. Принципиальная схема ввода естественного света в здание с помощью полых трубчатых световодов Solarspot®

Системы полых трубчатых световодов Solarspot® состоят из трех основных узлов: светопринимающего, транспортирующего свет и светораспределяющего (светорассеива-ющего). Светоприемное устройство в виде прозрачного акрилового купола располагается вне здания, на крыше или фасаде, в его конструкцию входит специальный оптический элемент (RIR® - Rifrazione Interattiva Riflessa), принимающий прямой поток от солнца и диффузный свет небесной полусферы и перенаправляющий их внутрь световода, работая одновременно рефрактором для северного бокового света и рефлектором для южного прямого света.

Купол устанавливается на крыше с помощью специального устройства в виде «стакана», интегрирующего купол в компоненты кровли и предотвращающего попадание влаги. Транспортирующий свет узел - набор стыкуемых алюминиевых труб прямолинейной или коленчатой формы, покрытых изнутри многослойной полимерной микропризматической пленкой «Vegalux®» с коэффициентом отражения более 0,99, позволяет передавать естественный свет на многие метры внутрь зданий. Свет от светоприемного устройства проходит вдоль световода на основе многократных отражений и поступает в освещаемое помещение через светорассеивающий узел - диффузор.

Запатентованная фирмой Solar Project s.r.l. многослойная микропризматическая пленка Vegalux® обладает поистине уникальными свойствами: максимальная гладкость и зеркальная отражаемость поверхности в видимом диапазоне (400-700 мм), близкая к идеальному пику, без хроматических искажений цветопередачи. Vegalux® не отражает длинных инфракрасных волн и поэтому имеет настолько незначительный нагрев от солнечных лучей, что им можно просто пренебречь. В отличие от других биламинатов, в материале Vegalux®  не используется серебряная пленка и он не подвержен агрессивному воздействию конденсата, риску расслоения или коррозии отражающего слоя.

Рисунок 2. Схема жилого коттеджа, в котором для освещения помещений естественным светом используются полые трубчатые световоды Solarspot®

Диаметры труб световодов Solarspot® составляют 250-375-530-650-900 мм. Колена обеспечивают поворот от 0 до 30°, от 0 до 60° и от 0 до 90°. Диффузор может быть различного размера, формы (круглый и квадратный) и выполняться из различного материала, но, как правило, имеет светорассеивающую поверхность и неслепящую яркость.

Световоды Solarspot® могут быть укомплектованы дополнительными устройствами:

  •               лампой вечернего/ночного освещения;
  •               вытяжным вентилятором;
  •               устройством плавного ограничения светового потока с дистанционным управлением.

Рисунок 3. Оптовый склад готовой одежды, Италия. Установлено 580 световодов Solarspot® диаметром 650 мм, длиной 1200 мм в сочетании с системой автоматического переключения на энергосберегающие лампы после захода солнца. Годовая экономия электроэнергии составляет 605.000 кВт/часов

Преобладающая часть территории Центральной России на протяжении годового цикла имеет большой уровень наружной естественной освещенности. Летом, при солнце, он достигает 100 клк. На широте Москвы освещенность более 500 лк на поверхности земли составляет более 4500 ч/год, причем 60% этого времени - более 12,5 клк, а 40 % времени - более 24,5 клк. В таких условиях полые трубчатые световоды могут обеспечивать достаточную естественную освещенность на требуемых площадях помещений.

Результаты исследований показали, что даже одного световода вполне достаточно для многих вспомогательных помещений и помещений с временным пребыванием людей. При использовании группы световодов большого диаметра (650 мм) можно получить достаточно высокие уровни общего естественного освещения.

Необходимо отметить, что благодаря герметичности внутренней полости световодов и незначительному конвекционному теплообмену в этой полости коэффициент теплопередачи световодов весьма невелик (для световода диаметром 250 мм - 0,2 Вт/К). Для условий ясного небосвода (100 клк) через световод теряется приблизительно в 3 раза меньше тепла, чем через светопроем (при том же уровне светового потока). Даже в условиях облачности (25 клк) через световод теряется в 1,5 раза меньше тепла, чем через светопроем.

Причина различий в эффективности работы светопроема и световода кроется в том, что световод может собрать как прямой свет солнца, так и рассеянный свет неба. Светопроем, как правило, пропускает только последнюю составляющую, если он специально не ориентирован на юг. В этом случае возникают проблемы слепящего воздействия и чрезмерной инсоляции, окна тонируют или устанавливают жалюзи, снижая тем самым светопропускающие возможности.

Наконец, как уже отмечалось, на вертикальный светопроем падает свет из меньшей области небосвода, чем на вводное устройство световода (если нет дополнительных препятствий). В зависимости от параметров световодов (длины, диаметра, числа колен), времени года и состояния неба коэффициент естественного освещения при работе световодов может составить от 0,7 до 2,5.

Рисунок 4. Световод Solarspot® диаметром 530 мм, длиной 3.200 мм, установленный в помещении ОАО «Центр международной торговли» в Москве в 2008 г.

Улучшение условий естественного освещения и самочувствия людей с помощью систем полых трубчатых световодов не требует больших инвестиций (существенно меньше 1 % от стоимости строительства). Представляется крайне важным широкое использование систем с полыми световодами как в новых, так и реконструируемых зданиях для улучшения условий жизнедеятельности людей и экономии расхода электроэнергии.

Тематика:

Комментариев: 2


» Проскурин Олег (об авторе) { Июнь 9, 2009 - 03:06:27 }

Спасибо за интересный доклад! Вопросы к докладу:
Было сказанно, что у световодов имеется возможность дистанционного управления и включения собственных источников света. Можно подробнее, имеют ли световоды собственную систему управления, каковы ее возможности? Возможно ли включение в общую систему управления зданием?
Можно ли получить информацию на конкретном примере, какую освещенность в помещении способен обеспечить световод?
Один световод позволяет освещать только одно помещение, или имеется возможность разделения потока?
Возможна ли установка подобного оборудования в уже построенных зданиях на этапе эксплуатации?

» Кузнецов Александр Львович (об авторе) { Июнь 10, 2009 - 01:06:57 }

Спасибо за вдумчивые вопросы.
Постараемся ответить коротко.
1. Да, в системе может быть заложена возможность регулирования светового потока с помощью т.н. диммера - устройства, представляющего собой тонкий алюминиевый диск, зеркализованный с обеих сторон посредством применения микропризматической пленки Vegalux. Диск встраивается в трубу световода на двух поворотных штырях и, будучи соеданенным с шаговым микроэлектродвигателем, может вращаться на своей оси. Когда диск диимера находится в вертикальном положении, его влияние на световой поток ничтожно мало и система работает в стандартном “открытом” режиме, но изменяя угол наклона диска с помощью регулятора, соединенного с мотором проводом и устанавливаемого в удобном месте на стене, можно частично или полностью перекрыть световой поток. Обычно такие устройства применимы в помещениях, где по каким-либо причинам необходимо в дневное время получить временное затемнение, например: учебные уадитории, переговорные комнаты в офисах, жилые помещения, палаты в госпиталях и т.п. Представляется вполне возможным включения такого устройства в общую систему управления зданием, однако, целесообразность такого включения будет зависеть во многом от назначения освещаемого помещения.
2. Вопрос освещенности не так однозначен. Ведь световод доставляет свет небесной сферы, а стало быть, освещенность в помещении всегда будет зависеть от внешних условий: время дня, облачность, время года, наличие затеняющих купол световода объектов; кроме того эффективноть зависит от состояния самого помещения: высота потолка, цвет стен, положение диффузора световода на плоскости потолка, а также от характеристик системы: прежде всего, это диаметр труб, длина световода, количество угловых адаптеров… Светотехнический отдел РООЭ “Центр экологических инициатив” производит расчеты освещенности для всех проектов с учетом перечисленных факторов. Для упрощенного понимания можно сказать, что одной установки Solarspot диаметром 250 мм достаточно для освещения затемненной зоны до 15 кв.м. Диаметр 375 мм позволяет осветить площадь в 25 кв.м. Оба случая рассчитаны для средней высоты потолка в 3 метра и длины световода 1,8 м. Для бóльших площадей понадобится бóльшее количество световодов. При установке световодов диаметрами 530, 650 и 900 мм расчеты производятся индивидуально.
Конкретный пример - в новостном разделе на нашем сайте http://www.ceieco.ru - там Вы можете найти информацию о световоде, установленном в помещении ОАО “Центр международной торговли” в Москве.
3. Один световод в состоянии осветить только одно помещение. Все попытки “разветвления” приводили к большим потерям. Кроме того, это технически непросто и дорого.
4. Абсолютно! В Западной Европе большое количество световодов устанавливается в уже существующих, иногда даже исторических (церкви, станинные особняки), зданиях.

Возможность добавлять комментарии отключена в связи с окончанием конференции.

 

Российская светотехническая интернет-конференция, 2009 г.
© Межрегиональное светотехническое общество
© Коллектив авторов
26 queries. 0.174 seconds.