СИСТЕМА ЕСТЕСТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ И СПОСОБ ЕЕ ПРИМЕНЕНИЯ
NATURAL LIGHT SYSTEM AND METHOD FOR ITS APPLICATION

Группа изобретений относится к элементам застекленных крыш или куполов и может применяться в составе систем освещения внутреннего пространства зданий и сооружений с использованием естественного освещения, в основном, солнечного.
Из уровня техники известна светособирающая кровля (US 5896712 A, МПК E04D 13/03, F21S 11/00, F24S 23/30, G02B 5/02, опубл. 27.04.1999), представляющая собой вертикальный колодец, содержащий прозрачный усечено-конической прозрачный купол, при этом на внутренней поверхности купола по стенкам образовано множество горизонтальных круговых канавок, направляющих свет в вертикальный колодец, что позволяет распространять естественный свет в помещение через установленный на потолке рассеиватель света.
Способ применения светособирающей кровли включает в себя монтаж прозрачного купола и вертикального колодца на крыше здания таким образом, чтобы обеспечить максимальное проникновение светового потока во внутренние помещения здания через рассеиватель, закрепленный на нижнем торце вертикального колодца.
Недостатком светособирающей кровли и способа ее применения является наличие на внутренней поверхности крышки светопреломляющих канавок, которые при малом их количестве требуют большой толщины и прозрачности стекла, а при большом количестве, являются естественным барьером для света. Кроме того, при эксплуатации системы освещения существует возможность загрязнения канавок, что снизит интенсивность естественного светового потока, распространяемого в помещение.
Наиболее близким техническим решением к заявленной группе изобретений признан, выбранный в качестве прототипа, световой колодец (RU 2727991 C1, МПК E04D 13/03, опубл. 28.07.2020), содержащий зеркальный тубус, выполненный с возможностью установки его на кровле, с закрепленным в его верхней части прозрачным, герметичным куполом, имеющим полусферический свод в его верхней части и открытый экваториальный срез в его нижней части. На своде выполнена наклонная плоская часть поверхности в виде усекающей полусферы с южной стороны с диаметром плоской части поверхности не менее радиуса сферы. Нормаль плоскости усечения упомянутой части поверхности расположена к зениту под углом равному среднему углу солнцестояния, а вокруг нижней открытой части купола на его поверхности выполнены монтажные углубления закругленной формы для фиксации купола на зеркальном тубусе и ориентирования его по сторонам света с радиусным шагом от 15° до 30° в зависимости от диаметра тубуса.
Способ применения светового колодца включает в себя подготовку в кровле помещения и перекрытиях отверстий в соответствии с проектным решением. Далее, в случае если применяется сборный зеркальный тубус, то его предварительно собирают из отдельных сегментов, соединяя их зеркальными муфтами, после чего устанавливают в приготовленном отверстии и фиксируют посредством кровельного узла прохода. После установки тубуса выполняют монтаж утепленного короба и фиксируют его пластиковым фартуком. На верхнюю часть тубуса устанавливают термобарьер, после чего закрепляют на ней прозрачный герметичный купол с экваториальным срезом, ориентируя наклонную плоскую часть его поверхности на южную сторону. В нижней части тубуса закрепляют комбинированный узел рассеивания света.
Недостатком известного светового колодца является его низкая технологичность, связанная с применением в его конструкции купола сложной конструкции, имеющего полусферический свод в его верхней части. Кроме того, конструкция купола не обеспечивает возможности предварительного регулирования интенсивности светового потока, поступающего в зеркальный тубус.
Технической задачей, на решение которой направлена заявленная группа изобретений, является повышение эффективности светопередачи, теплотехнических и механических характеристик системы естественного освещения.
Указанная задача решена тем, что система естественного освещения, содержит световую шахту, выполненную с возможностью ее установки в наружную ограждающую конструкцию сооружения, состоящую из зеркальных тубусов, соединенных между собой зеркальными муфтами, при этом последний из них снабжен узлом рассеивания света, выполненным из прозрачного в оптическом диапазоне материала. Первый тубус световой шахты выполнен наклонным по отношению к вертикали, на его верхнем торце закреплен скошенный светоприемный узел, выполненный в виде многослойной конструкции, последний слой которой представляет собой линзу из прозрачного в оптическом диапазоне материала, при этом угол наклона ∠B первого тубуса к вертикали составляет от ∠В=0° до ∠B=90°, а угол скоса светоприемного узла ∠A составляет:
где ∠C - угол между горизонтом и плоскостью скоса светоприемного узла.
Дополнительно внутри световой шахты, в зависимости от климатического исполнения, может быть закреплен термобарьер, а снаружи установлен тепловой короб, угол наклона которого соответствует углу наклона В первого тубуса световой шахты к вертикали. Для увеличения теплосопротивления теплового короба между наружной поверхностью световой шахты и внутренней поверхностью теплового короба может быть создана герметичная воздушная прослойка или упомянутое пространство может быть заполнено теплоизоляционным материалом.
T
Способ применения системы естественного освещения включает в себя подготовку в наружной ограждающей конструкции сооружения отверстий, установку в них световой шахты и ее фиксацию. При этом перед установкой световой шахты выбирают угол наклона В первого тубуса шахты из диапазона от В=0° до B=90°, вычисляют угол скоса ∠A скошенного светоприемного узла на основании зависимости (1) и изготавливают его с площадью S на основе зависимости:
1
где D - диаметр световой шахты.
Далее на верхнем торце первого тубуса световой шахты закрепляют скошенный светоприемный узел. Затем внутри световой шахты закрепляют термобарьер, а с его наружной части устанавливают тепловой короб, при необходимости формируя между наружной поверхностью первого тубуса световой шахты и внутренней поверхностью упомянутого короба герметичную воздушную прослойку или заполняя упомянутое пространство теплоизоляционным материалом.
Положительным техническим результатом, обеспечиваемым раскрытой выше совокупностью признаков системы естественного освещения и способа ее применения, является повышение эффективности освещения помещений зданий прямым и рассеянным солнечным излучением вследствие того, что прямые солнечные лучи попадая в световую шахту через скошенный светоприемный узел имеет большую площадь в проекции в зависимости от азимута высоты солнцестояния. Кроме того за счет упрощения конструкции скошенного светоприемного узла достигается повышение технологичности системы, а применение термобарьера и теплового короба позволяет дополнительно обеспечить эффективную тепловую защиту здания.
Группа изобретений поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана система естественного освещения, последний тубус которой установлен вертикально, первый тубус выполнен наклонным по отношению к вертикали на величину ∠B=25°, угол скоса светоприемного узла составляет ∠A=10°, а угол наклона светоприемного узла к горизонту составляет ∠C=35°; на фиг. 2 показана система естественного освещения, все тубусы которой выполнены вертикально ∠B=0°, а угол скоса светоприемного узла равен его углу наклона к горизонту и составляет ∠A=∠C=35°; на фиг. 3 показана система естественного освещения, все тубусы которой выполнены горизонтально ∠B=90°, при этом угол скоса светоприемного узла равен его углу наклона к горизонту и составляет ∠A=∠C=35°; на фиг. 4 представлена модель системы естественного освещения в изометрии.
Система естественного освещения имеет следующую конструкцию.
Система состоит из световой шахты 1, состоящей из зеркальных тубусов, соединенных между собой зеркальными муфтами 2, при этом световая шахта может быть выполнена с угловыми отводами, а последний тубус снабжен узлом рассеивания света 3. Первый тубус 4 световой шахты 1 выполнен наклонным по отношению к вертикали, на его верхнем торце закреплен скошенный светоприемный узел 5, при этом угол наклона ∠В первого тубуса 4 шахты 1 составляет от ∠B=0° до ∠B=90°, а угол скоса ∠A скошенного светоприемного узла определен, как функция (1) от угла наклона первого тубуса 4 и угла между горизонтом и плоскостью скоса светоприемного узла.
Внутри световой шахты закреплен термобарьер 6, а снаружи установлен тепловой короб 7. В примере компоновки световой шахты, приведенном на фиг. 1 термобарьер установлен внутри первого тубуса, тепловой короб 7, установлен на его внешней поверхности. Короб зафиксирован на основании 8, закрепленном на внешней поверхности наружной ограждающей конструкции сооружения 9, при этом пространство между наружной поверхностью первого тубуса световой шахты и внутренней поверхностью упомянутого короба заполнено теплоизоляционным материалом 10.
Скошенный светоприемный узел 5 и узел рассеивания света 3 целесообразно выполнить из материала, стойкого к ультрафиолетовому излучению, при этом узел 5 может быть выполнен как плоским, так и выпуклым. Зеркальные тубусы могут быть выполнены с соединительными вальцованными канавками по их радиусу, усиливающими жесткость тубуса. На термобарьере 6 и узле рассеивания света 3 целесообразно закрепить электрохромную прозрачную пленку, либо лепестковый светорегулятор для управления световым потоком (на фигурах условно не показана), при этом термобарьер 6 может быть закреплен, например, на торце первого тубуса 4 световой шахты и представлять собой прозрачный диск с площадкой для установки уплотнителя по периферии диска или многослойную конструкцию из прозрачных дисков. В световой шахте может быть врезано дополнительное боковое окно 11, снабженное встроенным светорассеивателем с переотражающей линзой. В качестве материала для изготовления узлов 3, 5, 6 можно использовать, например, светотехнический пластик, просветленное стекло или полиметиалметакрилат.
Способ применения системы естественного освещения рассмотрим на примере конфигурации световой шахты, приведенной на фиг. 2.
Первоначально осуществляют подготовку к монтажу системы, осуществляя подготовку в наружной ограждающей конструкции сооружения и перекрытиях отверстий, для установки в них световой шахты и ее фиксации посредством кровельного узла прохода в соответствии с проектным решением, либо технологической картой производителя или другими строительными нормами.
Далее на основании зависимости (1) вычисляют угол скоса ∠A, а на основании зависимости (2) площадь торца светоприемного узла (площадь линзы).
T
1
Угол ∠C для условий средней полосы России целесообразно принять равным ∠C=35°. Отсюда, учитывая, что угол наклона первого тубуса шахты к вертикали составляет ∠В=0°, угол скоса светоприемного узла составит ∠A=35°. При этом площадь торца скошенного светоприемного узла S, с учетом того, что диаметр зеркальных тубусов световой шахты равен D=530 мм, составит:
T
На основе известного значения площади S изготавливают скошенный светоприемный узел. Далее узел 5 закрепляют на верхнем торце первого тубуса 4 световой шахты, внутри упомянутого тубуса закрепляют термобарьер 6, а с его наружной части устанавливают тепловой короб 7, заполняя пространство между наружной поверхностью первого тубуса световой шахты и внутренней поверхностью упомянутого короба теплоизоляционным материалом 10. Световую шахту устанавливают в наружную ограждающую конструкцию сооружения вертикально (фиг. 2), или горизонтально (фиг. 3), при этом в световую шахту дополнительно могут быть установлены лепестковый светорегулятор, огнезадерживающий клапан и узел защиты от проникновения.
Таким образом, рассмотренная в настоящей заявке система естественного освещения, при уменьшении видимой части сферы небосвода, обеспечивает фактическое увеличение площади светового устья шахты, представляющего собой скошенный светоприемный узел, по сравнению с устьем световода, расположенного горизонтально, за счет чего в створ системы естественного освещения попадает до 91% солнечного света, по сравнению с 84%, попадающими в горизонтальный световод.