Сколько нужно света в зданиях?
«Подходы к оценке и нормированию естественного освещения жилых и общественных зданий в России и за рубежом»
В статье T.C. Вознесенской и Н.И. Дмитриенко из Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университет (СПбГАСУ) сопоставлены подходы к оценке и нормированию естественного освещения жилых и общественных зданий в России и за рубежом.
Как отмечают авторы, действующие отечественные нормы при одностороннем боковом освещении на широте Санкт-Петербурга приводят к низким уровням внутренней естественной освещённости (ЕО), при которых зрительный комфорт недостижим. Разработка стратегии энергосбережения при проектировании естественного освещения в северных широтах требует более детального рассмотрения всех факторов, влияющих на уровень ЕО. И, конечно, использование единственного критерия КЕО недостаточно.
В работе рассмотрены рекомендации по проектированию естественного освещения, принятые в США, Великобритании, Германии, Франции, Польше и Финляндии, а также требования европейского стандарта к естественному освещению. В статье отмечено, что сравнение отечественного опыта с зарубежным в части экологического проектирования и энергоэффективности зданий позволяет выявить соответствующие задачи для совершенствования нормативных требований к естественному освещению в России.
Солнечные фильтры для «умных» окон
«Динамический контроль естественного освещения с помощью смарт-окна с решёточным оптическим фильтром»
В работа авторов Р.С. Закируллина и И.А. Оденбах из Оренбургского государственного университета предложено смарт-окно с решёточным оптическим фильтром нового типа, обеспечивающим динамическое суточное и годовое регулирование светопропускания окна без использования жалюзи и тому подобных устройств.
Фильтр ослабляет прямую солнечную радиацию, пропуская рассеянную и отражённую, создавая этим в помещениях более комфортные условия естественного освещения, инсоляции и солнцезащиты. Модифицирована методика расчёта решёточного фильтра и проведено численное моделирование для демонстрации возможностей нового способа динамического регулирования светопропускания.
Определены оптимальные геометрические параметры фильтра для смарт-окна с одинарным остеклением при заданном азимуте ориентации окна. Рассчитаны ежечасные значения коэффициента светопропускания фильтра и построены теоретические и скорректированные с учётом отражения и поглощения угловые характеристики светопропускания фильтра.
Получены средние ежемесячные значения теоретического и скорректированного коэффициентов светопропускания смарт-окна, по результатам расчётов через каждый час относительно времени суток, когда азимуты солнца и окна равны. Отмечено, что смарт-окно со встроенным оптическим фильтром наиболее подходит для помещений с длительным пребыванием людей в светлое время суток – офисных, учебных, промышленных и др., чтобы обеспечивать комфортное естественное освещение и требуемые инсоляционный и тепловой режимы в рабочее время.
Повышение срока службы мощных УФ ламп
«Характеристика комплекта мощная УФ лампа – ЭПРА»
Коллектив авторов из Национального исследовательского Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарёва и МИРЭА – Российского технологического университеа в составе: О.Ю. Коваленко, Т.А. Чуваткина, Н.П. Нестёркина, С.А. Микава и Ю.А.Журавлёва в своей публикации отметили, что повышение срока службы электродов мощных УФ ламп НД – важная задача, решаемая раздельно для пускового и стационарного режимов работы лампы. Первая часть задачи актуальна для ламп, подвергаемых частым включениям и выключениям, а вторая – для непрерывно работающих ламп.
Мощные амальгамные бактерицидные лампы – АБЛ позволяют разработчикам бактерицидных установок, сокращая количество ламп, сокращать габариты установок и повышать их удельную мощность.
Преимущества таких ламп перед обычными бактерицидными лампами: повышенный более чем втрое поток излучения в линии ртути; повышенный срок службы – порядка 12000 ч; стабильность потока Фе,254 в широком диапазоне температур.
Основная цель данной работы заключалась в разработке ЭПРА для мощных УФ ламп НД, обеспечивающего длительную работу их электродов.
В статье приводятся результты анализа конструкции и отчёт об измерениях характеристик амальгамных баактерицидных ламп НД номинальной мощности 300 Вт (производства НПО «ЛИТ») при работе их с создаанным авторами электронным пуско-регулирующим аппаратом. Подчёркиваются особенности констркции и приводятся характеристики этого аппарата.
Суточная естественная освещённость для светотехнических расчётов
«Аналитическое представление освещённости на земной поверхности при разных видах и состояниях облачного покрова в 11-летнем цикле солнечной активности»
Работа нашего постоянного автора А.В. Леонидова посвящена циклическому суточному воздействию солнечного излучения (СИ) – важнейшего фактора, обеспечивающего жизнедеятельность человека в разных её аспектах.
СИ создаёт условия для работы зрительной системы человека, обеспечивая построение в его психическом пространстве осознаваемой предметной модели окружающего мира, служащей основой для организации конкретной и абстрактной мыслительной деятельности.
В работе приведено аналитическое выражение, аппроксимирующее экспериментальные данные по суточной естественной освещённости на земной поверхности при разных видах и состояниях облачного покрова в 11-летнем цикле активности Солнца и диапазоне угловой высоты Солнца от 0 до 90о. Определены и таблично представлены значения входящих в выражение переменных для прямой, рассеянной и суммарной освещённостей на земной поверхности при разных видах и состояниях облачного покрова и, отчасти, подстилающей поверхности. Представленные данные могут использоваться в исследованиях по зрительному восприятию, светотехнических расчётах, архитектурно-строительной практике и т.п.
Срока службы светодиодов в зависимости от квантового выхода
«Закономерность снижения квантового выхода светодиодов с квантовыми ямами при длительном протекании тока с позиции модели АВС»
В публикации авторов Ф.И. Маняхин и Л.О. Мокрецова из НИТУ «МИСиС» проведён анализ работ по деградации светодиодов (СД) с квантовыми ямами (КЯ). Предложена расчётная модель зависимости светового потока СД от времени протекания тока СД и его плотности, позволяющая прогнозировать срок службы этих излучателей при заданных электрических режимах и температуре.
Проведено моделирование спада темпа излучательной рекомбинации при увеличении времени протекания тока разной плотности. Получены качественное и количественное согласия временных зависимостей светового потока при разных токах наработки с экспериментальными данными.
Приведены аналитические зависимости позволяют определять электрические режимы для заданного срока службы конкретного типа СД с использованием зависимости внешнего квантового выхода. Таким образом, можно констатировать, что в рамках настоящей работы создана физико-математическая модель закономерности снижения светового потока СД с КЯ, адекватно описывающая зависимость темпа излучательной рекомбинации от времени протекания при заданных электрических режимах и параметрах СД структуры.
Оптимальный драйвер для светодиодов
«Разработка и анализ высокоэффективной модели драйвера для светильников на основе светодиодов»
Турецкие авторы О. Акалп, Х. Озбай и С. Б. Эфе из Турции представляют в номере работу, обосновывающую выбор получения оптимальной эффективности от системы питания для светильников со светодиодами. Для корректной работы светильники на основе светодиодов нуждаются в определенных условиях питания.
Большинство драйверов обладают недостатками в виде потерь при эксплуатации. Этот вопрос становится все более актуальным при питании ограниченными источниками, такими как возобновляемые источники энергии. Для решения этой проблемы в исследовании турецких авторов предлагается новый энергоэффективный драйвер для светильников на основе светодиодов, выполненный по технологии одноконцового первичного индуктивного преобразователя нулевого напряжения.
Драйвер и светильники были разработаны для питания от фотоэлектрических (ФЭ) панелей. Кроме того, для получения оптимальной эффективности от системы питания был разработан адаптивный алгоритм поиска точки максимальной мощности (ТММ) у ФЭ панели. Из-за преимуществ виде отсутствия обратной полярности для поиска ТММ был использован SEPIC преобразователь, который строится на базе обыкновенного BOOST преобразователя напряжения с добавлением разделительного конденсатора, устанавливаемого между катушкой индуктивности и диодом.
Детальный анализ проводился с использованием системных графиков в различных условиях эксплуатации в виде различных уровней облученности. Результаты показывают, что предложенная модель является энергоэффективной и модульной из-за своей малообъемной структуры. Данная модель позволит разрабатывать драйвер меньших размеров с минимальными потерями.
Монохроматическое излучение против тумана
«Монохроматическое излучение для улучшения условий видимости на туманных дорогах»
Индийские авторы Ш. Бхаттачарджи, А. Де, А. Сахаи С. Мазумдар из университета Джадавпур исходя из климатических особенностей своего региона предложили в своей работе решение для автомобилистов с использованием монохроматического света и с системой искусственного зрения для увеличения видимости.
В Индии туманная погода создает плохую видимость, а это приводит к авариям и, соответственно, замедляет нормальную скорость движения, что может негативно сказаться на экономике страны. Возможным решением является использование монохроматического света с другой системой искусственного зрения для увеличения видимости водителей в этих условиях.
В настоящий момент на светотехническим рынке существует достаточно большое количество различных видов фар с монохроматическим излучением. В этом исследовании была предпринята попытка выявления лучших образцов для применения в туманных условиях.
Было проведено сравнение условий видимости при освещении двумя типами светильников с монохроматическим излучением (янтарного света с длинной волны 600 нм и зеленого света с длинной волны 545 нм), которые оценивались с помощью искусственной зрительной системы в виде камеры с дисплеем и опираясь на данные, полученные невооруженным глазом наблюдателя в туманных условиях. Результаты эксперимента показали, что янтарное монохроматическое излучение с длиной волны 600 нм лучше подходит для идентификации объектов. Янтарный свет можно использовать для освещения части дороги перед автомобилем в условиях тумана для улучшения видимости. В статье предлагаются рекомендации по совместной установке на транспортном светильников рассмотренных монохроматических излучений для уменьшения аварийности в туманную погоду.
Естественный солнечный свет и самочувствие людей
«Подходы к оптимизации регулируемых систем затенения: обзор методов и инструментов оптимизации»
Е. Кескинель и М. Э. Илал из Измирского технологического института в своей работе исследуют использование естественного света влияет на продуктивность и здоровье людей в здании, снижая при этом потребление электроэнергии.
Последние исследования показывают, что на ранней стадии проектирования каждое здание необходимо проанализировать с точки зрения энергопотребления и использования естественного света.
Расчеты показывают, что регулируемые системы затенения обладают множеством преимуществ для улучшения характеристик здания. Минимизация энергопотребления и максимальная эффективность естественного освещения — разумные ожидания при использовании таких систем. Для поиска наиболее подходящих систем используются разные методы. Сегодня для решения этой проблемы чаще обращаются к методам оптимизации. В работе проводится определение различных регулируемых систем затенения, типов оптимизации и используемых инструментов вычислительной оптимизации и обобщаются результаты исследований и прогнозы на будущее, основанные на других рассмотренных статьях.
Сон и внимание при белом свете
«Влияние спектральной настройки белого света на уровень внимания и качество сна»
Как выяснила группа исследователей в составе Д. Хоу, ЯН. Линь, Ян. Лу и М. Р. Луо, свет синхронизирует циркадные ритмы млекопитающих с течением времени суток, создавая циркадный стимул на входе сетчатки, который считывается супрахиазматическим ядром гипоталамуса и инициирует другие функции, не формирующие изображение. Поскольку существование этой взаимосвязи было доказано, то многие исследователи перешли к новой ступени, а именно: занялись изучением влияния света на невизуальные реакции человека.
Функциональное или основное освещение, целью которого является создание комфортной видимости в первую очередь, но не светового образа объекта (декоративное освещение), в том числе определяет циркадное влияние света на самочувствие человека.
В своём исследовании учёные из Китая и Великобритании проводили психофизический эксперимент в два сеанса (утром и днем) в течение 60 дней. Эксперимент был разработан для изучения влияния различных условий циркадного освещения на уровень внимания, мозговую активность и качество сна. Основные зависимости исследовались с помощью регулировки спектрального состава излучения при контролируемой коррелированной цветовой температурой и значении освещенности. В эксперименте участвовало 20 наблюдателей.
Результаты показали, что белое освещение с высоким уровнем циркадных стимулов и высоким уровнем меланопического облучения значительно повышает уровень внимания, мозговую активность и качество сна по сравнению с низким уровнем циркадных стимулов.
Затенение как защита от рисков появления бликов
«Разработка моделей машинного обучения для прогнозирования вероятности возникновения дискомфорта при естественном освещении»
Целью работы ЦЗ ЯО из китайского университета Нинбо является разработка методов прогнозирования вероятности появления дискомфорта при естественном освещении (DGP, daylight glare probability). Для сравнения эффективности недавно разработанных моделей применялись подходы на основе линейной регрессии и машинного обучения, а модели сравнивались с существующими уравнениями. Результаты показывают, что разработанные модели более точны в прогнозировании DGP, чем существующие уравнения.
Разработанные авторами модели могут применяться в случае, если для упрощения вычислений предпочтительна линейная модель. Для повышения эффективности прогнозирования рекомендуется использовать модели алгоритма «случайный лес» (random forest, RF), поскольку они лучше справляются с нелинейной формой зависимости. Еще одним достижением этой работы является то, что модель классификации была разработана для прогнозирования DGP с помощью алгоритма случайного леса за счет чего расширяются возможности использования существующих методов в условиях, когда солнце находится в поле зрения.
В работе был проведен ряд исследований по изучению проблемы появления блескости при естественном освещении с учетом влияния погодных условий в течение года.
Учитывался индекс блескости при естественном освещении, который показал, что затенение обеспечивает достаточную защиту от потенциальных рисков появления бликов.