|
Как уже отмечалось, основной функцией светопрозрачных конструкций является освещение помещений естественным светом.
Оптическим излучением или светом называют электромагнитные волны (электромагнитное излучение), длины которых в вакууме лежат в диапазоне от 10 нм до 1мм. К оптическому излучению относятся видимое, инфракрасное и ультрафиолетовое излучения.
Инфракрасным излучением (ИК) (тепловое излучение) называется электромагнитное излучение, испускаемое нагретыми телами, длины волн которого в вакууме лежат в пределах от 1 мм до 770 нм (1нм=10-9 м).
Видимым излучением или видимым светом называется электромагнитное излучение с длинами волн в вакууме от 770 до 380 нм, которое способно непосредственно вызывать зрительное ощущение в человеческом глазе.
Ультрафиолетовым излучением (УФ) называется электромагнитное излучение с длинами волн в вакууме от 380 до 10 нм. В области от 10 до 200 нм УФ излучение сильно поглощается.
От всего солнечного излучения интенсивность УФ составляет порядка 9%. При этом в ультрафиолетовом спектре можно условно выделить три области, оказывающие позитивное влияние на деятельность человека.
1. В области 200 - 280 нм УФ излучение применяется для стерилизации помещений.
При этом уничтожаются болезнетворные для человека микробы.
2. В области 280-315 нм ультрафиолет оказывает тонизирующее действие и способствует развитию фосфорно-кальциевого обмена. УФ излучение в этом спектре применяют для лечения больных рахитом.
3. В области 315 -400 нм УФ находит разнообразное техническое применение.
Следует, однако, помнить о специфическом биологическом действии УФ, выражающемся в химических изменениях в поглощающих его молекулах живых клеток, что приводит к разрушению ДНК, нарушению деления и гибели клеток. Поэтому благотворное действие на человека и животных УФ оказывает лишь в малых дозах. Кроме того, избыточное ультрафиолетовое излучение приводит к обесцвечиванию мебели, ковровых покрытий, картин и др.
Основной физической характеристикой строительного остекления, определяющей его светотехнические качества в области видимого спектра и УФ, является коэффициент светопропускания - τ.
Коэффициент светопропускания τ применяется для расчета так называемого коэффициента естественной освещенности е (к.е.о), являющегося величиной, нормируемой санитарно-гигиеническими требованиями для помещений различного назначения в соответствии со СНиП 11-4-79 «Естественное и искусственное освещение». При этом, помимо коэффициента светопропускания, учитываются такие факторы, как геометрические размеры помещения, количество, размеры и площадь светопроемов, затенение противостоящими зданиями, отражение света от внутренних поверхностей помещения и прилегающей территории и др. В целом методика расчета к.е.о является достаточно сложной. Однако, в большинстве случаев при проектировании светопрозрачных конструкций, общая площадь которых составляет не менее 1/6 - 1/8 от площади пола помещения, не возникает необходимости прибегать к сложным и трудоемким расчетам. Очевидным при этом остается только желание получить максимально возможное τ остекления без нанесения видимого ущерба его тепло- и звукоизоляционным качествам.
Коэффициент светопропускания стеклопакета, состоящего из n слоев стекла, определяется по формуле: τ = τ1 * τ 2 * … τn, где τ1, τ2, …. τn - коэффициенты пропускания для каждого слоя стекла
При проектировании светотехнических характеристик остекления необходимо рассматривать его работу в различных участках спектра.
В естественном природном теплообмене каждое тело излучает тепловую энергию. При этом длина волны излучения зависит от температуры тела. Стекло, установленное в ограждающей конструкции здания, прежде всего подвергается воздействию теплового излучения, идущего от Солнца и Земли.
Температура поверхности Солнца составляет около 6000 К. Его тепловое излучение приходится на диапазон длин волн от 300 до 2500 нм. Сосредоточенная в этом диапазоне тепловая энергия может быть распределена по длинам волн в соответствии с таблицей.
Распределение тепловой энергии Солнца по спектру излучения
Температура поверхности внутри здания близка к абсолютной температуре поверхности Земли (для данного климатического района) и составляет в среднем 293К (20°С). При этом максимум теплового излучения находится в диапазоне от 1600 до 2000 нм. Спектры теплового излучения Солнца и внутренних поверхностей помещения (условно - Земли) показаны на рисунке 1.
Рис. 1. Спектры теплового излучения Солнца и Земли - внутренних поверхностей помещения
В области комнатных температур в зимнее время часть тепловой энергии, падающей на стекло от внутренних поверхностей помещения, проникает сквозь него, часть тепловой энергии отражается от поверхности стекла, и часть поглощается стеклом. Часть тепловой энергии, поглощенная стеклом, переносится путем конвекции наружу и внутрь помещения, как показано на рисунке 2.
Рис. 2. Теплопередача излучением через стеклопакет
Способность стекла отражать направленное на него длинноволновое ИК излучение (в области комнатных температур), характеризуется его излучательной способностью ε . Чем меньше ε , тем больше тепловой энергии отразится от стекла обратно в помещение. Под излучательной способностью ε понимают отношение мощности излучения поверхности к мощности излучения так называемой абсолютно черной поверхности (или абсолютно черного тела — АЧТ).
* - ε - излучательно-поглощательная способность тела, называемая также степенью черноты, определяется как отношение энергий излучения серого (Е) и абсолютно черного тел (Е0 ) - ε =Е/Ео<1. Под абсолютно черным телом (АЧТ) понимается такое условное тело, которое полностью поглощает все падающее на него излучение. Для АЧТ ε =1, т.е. энергия излучения, АЧТ составляет 100% по отношению ко всем другим телам, являющимся менее мощными излучателями и называемым иначе серыми телами. Все строительные материалы, в том числе и стекла, относятся к серым телам.
В связи со сложностью процессов теплообмена через прозрачные материалы нельзя говорить о прямой зависимости коэффициента теплопередачи от излучательной способности стекла. Так, для обычного оконного стекла с излучательной способностью ε, приблизительно равной 0.84, и стекла с низкоэмиссионным покрытием (см. раздел 2.1), имеющего ε порядка 0.1, значение коэффициента теплопередачи отличается почти в два раза.
В зависимости от типа покрытия излучательная способность составляет: ε = 0.16 -0.2 для стекол с покрытием типа On-line и ε =0.04 - 0.12 для стекол с покрытиями типа Off-line. Внешний вид таких стекол практически не отличается от обычных, хотя величина коэффициента светопропускания низкомиссионных стекол несколько ниже по сравнению с обычными.
Тепловые и оптические характеристики стекол.
На рис. 3 показана спектральная характеристика обычного оконного стекла и стекла с низкоэмиссионным покрытием. Низкоэмиссионное стекло достаточно хорошо пропускает видимый свет и почти полностью отражает тепловую энергию в ИК диапазоне с длиной волны более 760 нм.
* - Способность стекол пропускать излучение на различных участках спектра характеризуется их интегральными коэффициентами поглощения - α , пропускания - τ и отражения - ρ. Критерием классификации солнцезащитных стекол является коэффициент селективности S.
S = α/ρ
При S > 1 стекло считается теплопоглощающим, при S < 1 - теплоотражающим.
Рис. 3. Спектральная характеристика пропускания различных стекол: 1 - обычное оконное стекло, 2 - стекло с низкоэмиссионным покрытием
|
