Оспанова Д.К.

Казахский агротехнический университет им. С. Сейфуллина, Казахстан

Энергосбережение в офисных помещениях с использованием естественных световых потоков.

В настоящее время в Казахстане традиционно используется преимущественно боковое освещение офисных помещений солнечным светом через стандартные виды световых проемов, в качестве которых в основном используются обычные вертикальные окна, а также мало распространенные фонари верхнего света и атриумы. Эти технологии естественного освещения имеют целый ряд недостатков.

Основной недостаток боковых окон вызван неравномерностью создаваемой освещенности. В достаточно широких и больших по площади помещениях офисных зданий и сооружений, при удалении от окон наблюдается экспоненциальный спад освещенности, вынуждающий использовать для освещения отдаленных от окон зон искусственные источники света.

Вертикальные окна могут обеспечивать нормальное дневное освещение на расстояниях приблизительно 5-6 м от окна. Поскольку уровень дневного освещения уменьшается с увеличением расстояния от окна, необходимо увеличивать количество солнечного света, поступающего через окно, которое расположено в передней части комнаты. Эта задача решается увеличением площади оконного проема. При этом происходит некоторое увеличение освещенности удаленной от окна части помещения. Подобное технологическое решение приводит к сбережению электрической энергии, расходуемой на нужды электрического освещения. Но в этом случае возникают другие проблемы. Эти проблемы вызваны тем, что увеличение светового проема вызывает увеличение теплопоступлений через окно в летнее время и размера теплопотерь в зимнее время, что компенсирует полученную экономию электрической энергии, расходуемой на освещение, дополнительными затратами тепловой и электрической энергии. В этом случае, увеличение теплопоступлений в помещение в летний период компенсируется применением кондиционеров с дополнительным расходом электрической энергии, а увеличение теплопотерь в зимний период компенсируется дополнительным расходом тепловой энергии на отопление.

Еще один недостаток вызван тем, что при дефиците в помещении естественного солнечного света, излишнее применение искусственного освещения может вызвать серьезный дисбаланс в потреблении электроэнергии, вызванный необходимостью охлаждать служебные и бытовые помещения, перегруженные тепловой энергией, излучаемой традиционными лампами. Можно также заметить, что в городских условиях значительное влияние на естественную освещенность оказывает затенение другими зданиями, или северная ориентация плоскости фасада здания.

В связи с вышеперечисленными обстоятельствами, необходимо отметить энергетический и экономический статус естественного освещения. Солнечная энергия отнесена к возобновляемым источникам энергии.

В большинстве случаев, на стенах и крыше здания имеются достаточно хорошо освещаемые солнцем участки. Поэтому задача увеличения естественной освещенности помещений может быть решена посредством сбора и транспорта световой энергии из достаточно освещенных наружных мест здания в недостаточно освещенные части помещений. Каким образом это можно осуществить? Имеющиеся технологии передачи солнечного света через стены и кровлю здания позволяют решить эту задачу.

При этом могут применяться высокотехнологичные собирающие свет устройства, горизонтальные и вертикальные транспортные системы, устройства распределения света и его излучения в нужных местах. Такие системы используют большое число инновационных технологий, включая передовые нанотехнологии, которые обеспечивают высокую степень концентрации световой энергии для ее передачи по полым световодам, низкий уровень потерь световой энергии при транспортировке, и эффективное ее использование в нужных местах.

Рассмотрим ситуационный план размещения офисного здания на местности (Рис. 1):

0251673600251672576251670528251668480251667456251666432251665408251664384251660288251658240251659264251663360251661312251662336251669504

Рис. 1 Ситуационный план размещения офисного здания на местности

Здание расположено на городской улице с ориентацией главного фасада на восток вдоль улицы. Стены здания, имеющие окна, обращены с одной стороны на восток и с другой стороны на запад. В городской обстановке фасады здания затенены деревьями и другими зданиями от прямого солнечного света. Правая по плану стена здания, не имеющая окон, обращена на юг и в достаточной степени освещается солнцем. Помещения здания имеют пониженную естественную освещенность, которая снижается по мере удаления от окон в глубину помещения. Зоны с убывающей естественной освещенностью показаны на плане затемненными участками.

В случае применения технологии передачи солнечного света через стены, на южной стене здания, которая находится в зоне повышенной освещенности 1, размещается светоприемное и концентрирующее свет устройство 2. По световоду 3 световая энергия поступает в светорассеивающий узел 4, который размещается в верхней части освещаемого помещения. Осветительная система формирует в помещении зону повышенной естественной освещенности 5, в удаленном от окон месте.

В данном случае показаны общие технические решения для применения горизонтальной транспортной системы солнечного освещения. Для использования вертикальных систем транспорта солнечной энергии света, необходимо рассмотреть вертикальную структуру здания.

Рассмотрим вертикальный разрез офисного здания по линии А-А.

На Рис. 2 показан вертикальный план здания в разрезе вдоль зоны наименьшей естественной освещенности, удаленной от окон здания.

0251682816251680768251679744251672576251675648251673600251674624251678720251676672251677696

Рис. 2 Вертикальный разрез офисного здания

В случае применения технологии вертикальной передачи солнечного света через плоскую кровлю, на крыше здания, которая находится в зоне повышенной освещенности 1, размещаются светоприемные устройства 2. По вертикальным световодам 3, световая энергия поступает в светорассеивающие узлы 4, которые размещаются в верхней части освещаемых помещений первого и второго этажа. Осветительная система формирует в помещениях зоны повышенной естественной освещенности 5, в удаленных от окон местах, где существует необходимость в повышении интенсивности естественной освещенности.

Значительные возможности для снижения общей стоимости системы естественного освещения предоставляет использование комбинаций вертикальных и горизонтальных систем солнечного освещения. Можно предположить с высокой долей вероятности, что стоимость комбинированной системы будет определяться суммарной длиной световодов. Другими словами, свет должен доставляться к месту использования по кратчайшему расстоянию от освещенной наружной зоны. Для каждой конкретной ситуации решение может быть разным.

Рассмотрим вертикальный разрез офисного здания по линии А-А. На Рис. 3 показан вертикальный план здания в разрезе вдоль зоны наименьшей естественной освещенности, удаленной от окон здания.

0251683840251682816251681792251680768251672576251675648251673600251674624251678720251676672251677696251684864251685888

Рис. 3 Вертикальный разрез офисного здания

В случае применения комбинаций технологий горизонтальной и вертикальной передачи солнечного света через стены и кровлю, на стенах и крыше здания, в местах повышенной освещенности 1, размещаются светоприемные устройства 2. По горизонтальным и вертикальным световодам 3, световая энергия поступает в светорассеивающие узлы 4, которые размещаются в верхней части освещаемых помещений первого и второго этажа. Осветительная система формирует в помещениях зоны повышенной естественной освещенности 5, в удаленных от окон местах, где существует необходимость в повышении интенсивности естественной освещенности.

Благодаря своим техническим свойствам система существенно снижает энергетические затраты на освещение, отопление и кондиционирование зданий, в которых они установлены.

Литература:

1. Жилинский Ю. М. Кулин В. Д. Электрическое освещение и облучение -М.: Колос, 1982.-321с.

2. Кнорринг Г.М. Справочная книга для проектирования электрического освещения.- Л.: Энергия, 1976. – 384с.

3. СНиП РК 2.04.05.-2002. Естественное и искусственное освещение. Астана: Казгор,2002- 90с.

4. Правила устройства электроустановок РК. – Министерство энергетики и минеральных ресурсов, 2003. – 588 с.