Методы оптимизации инсоляционного режима

Как говорилось ранее, влияние инсоляции может быть как положительным, так и отрицательным в зависимости от интенсивности, спектрального состава, продолжительности и времени действия. Следовательно, одной из основных задач архитекторов и строителей является максимальное использование различными средствами положительных качеств солнечного излучения и устранение отрицательных его воздействий.

Оптимизация инсоляционного режима помещений и городской застройки может быть достигнута только при комплексном подходе к проблеме рационального использования природных ресурсов солнечной энергии.

Все существующие методы оптимизации инсоляционного режима можно разделить на четыре группы:

· градостроительные, методы, оптимизирующие инсоляционный режим застройки и помещений на градостроительном уровне. К ним относятся ориентация зданий по сторонам горизонта, планировка застройки, озеленение и обводнение территории и др.;

· объемно-планировочные, которые представляют собой рациональное с точки зрения инсоляции размещение помещений в объеме здания;

· конструктивные, представляющие собой оптимизацию инсоляционного режима помещений конструктивным решением здания. К ним относятся применение различного рода СЗУ, затеняющих устройств (балконы, лоджии, галереи и др.), специальных конструктивных решений наружных ограждений (конструкции стен, покрытий, форма, размеры и расположение окон и др.), а также использование специального остекления (теплопоглощающего, светорассеивающего и т.д.);

· технические, представляющие собой применение технических средств регулирования микроклимата (принудительная вентиляция, кондиционирование и др.).

Применение только одной лишь группы методов не дает высокого результата. Только сочетание всех групп позволит получить высокоэффективное решение, причем применение этих методов должно осуществляться в указанной последовательности. Технические средства регулирования микроклимата необходимо использовать лишь тогда, когда первыми тремя группами методов невозможно добиться положительного результата.

Выбор ориентации

Как уже сообщалось, одним из первоначальных методов оптимизации инсоляции является выбор ориентации здания и его расположения в системе застройки. Это сложная задача, так как кроме инсоляционных требований, следует учитывать назначение помещений, климатические особенности района строительства и условия уже сложившейся городской застройки.

Прежде всего ориентацию зданий, располагаемых в северных районах, следует выбирать так, чтобы помещения получили максимум инсоляции. В южных районах, наоборот, следует избегать тех ориентаций, при которых перегрев будет максимальным.

В отношении инсоляции все помещения гражданских зданий можно разделить на две группы:

o помещения, которые должны инсолироваться круглый год с соблюдением защиты от перегрева летом (жилые комнаты квартир, групповые детских учреждений, учебные помещения школ, палаты больниц, спальные комнаты санаториев и т.д.);

o помещения, которые не требуют инсоляции в течение года (операционные залы больниц, чертежные и проектные залы, некоторые лабораторные помещения, демонстрационные и выставочные залы, книгохранилища библиотек, экспозиционные залы музеев, общественные прачечные, кухни и т.д.). Для этой группы помещений предпочтительнее будет северная, северо-западная и северо-восточная ориентации.

Особое внимание выбору оптимальной ориентации следует уделять при проектировании детских школьных и лечебных учреждений. Здесь наилучшей ориентацией является южная и юго-восточная. Не допускается для них ориентация окон на север и северо-запад. В южных районах следует избегать западной и юго-западной ориентаций.

Оптимальные ориентации для учебных помещений в школах – южная, юго-восточная и восточная. Допускаются также западная и юго-западная ориентации. Следует избегать северных ориентаций.

В лечебных учреждениях помещения палат должны хорошо инсолироваться и в то же время иметь летом достаточную защиту от перегрева. Поэтому предпочтение в данном случае следует также отдать южным ориентациям, используя северные ориентации для размещения вспомогательных лечебных помещений и операционных.

Оптимальная ориентация спальных помещений санаториев – южная и юго-восточная. Допускается ориентация на запад и север до 25 % общего количества коек, при этом окна, обращенные на запад должны иметь регулируемые СЗУ. Помещения северной ориентации следует предназначать для отдыхающих, не переносящих жару.

Солнцезащитные устройства (СЗУ)

Солнцезащитные устройства используются в тех случаях, когда градостроительные и объемно-планировочные методы не довели параметры инсоляционного режима до оптимальных.

Все СЗУ можно подразделить на две группы:

1) постоянные или стационарные, представляющие собой органическую часть здания;

2) временные или нестационарные, являющиеся предметом оборудования здания.

Постоянные СЗУ – козырьки, выступающие из плоскости стены, балконы, лоджии, веранды, галереи, вертикальные ребра, экраны и сочетания этих устройств.

Временные СЗУ – жалюзи различных конструкций, маркизы (наружные горизонтальные навесные элементы над окнами или балконами), шторы и пр., которые обычно устанавливаются на летний период в светопроемы и они подвержены быстрому износу.

Классификация различных типов СЗУ представлена в таблице 13.

Основной элемент любого СЗУ – плоскость (или поверхность), экранирующая прямую, рассеянную или отраженную радиацию. Экранирующие плоскости могут быть сплошными или

расчлененными. Они могут иметь различные пространственные положения, по которым все СЗУ делятся на следующие:

а) горизонтальные (рис.46 а), в которых экранирующая плоскость расположена горизонтально; сюда могут быть отнесены козырьки различных конструкций, веранды, галереи, жалюзи с горизонтальными пластинами, балконы, навесы карнизы;

б) вертикальные (рис.46 б), в которых экранирующая плоскость располагается вертикально; к этому типу относятся вертикальные ребра, жалюзи с вертикальными пластинами, экраны;

в) смешанные, в которых экранирующие плоскости могут иметь различные положения в пространстве. Это сотообразные или ячеистые конструкции, представляющие сочетания горизонтальных, вертикальных или наклонных экранирующих плоскостей, лоджии.

Правильность проектирования стационарных СЗУ, геометрические параметры козырьков и экранов, их число и углы наклона их элементов определяются следующими зависимостями (рис.46):

Классификация основных типов солнцезащитных устройств

Таблица 13

Продолжение таблицы 13

Продолжение таблицы 13

Продолжение таблицы 13

Рис.46. Горизонтальные (а) и вертикальные (б) СЗУ.

Схемы к расчету величины выноса СЗУ

для горизонтальных СЗУ

tgb = l_г / H = ctgh₀·cosa; l_г = H·ctgh₀·cosa, (54)

где b - угол, образованный вертикальной проекцией солнечного луча, проходящего через ниж-

ний край козырька в нижнюю точку окна, град;

l_г – вынос козырька, жалюзи и т.п.,м;

H – расстояние от низа козырька до низа окна, м;

h₀ – угловая высота солнцестояния, определяемая для периода апрель – август, град;

a - угол между горизонтальной проекцией солнечного луча и перпендикуляром к фасаду

здания с экранируемым окном, град.;

для вертикальных солнцезащитных экранов

tgg = (l_в + d) / В; l_в = В·tgg - d, (55)

где g - угол, образованный горизонтальной проекцией солнечного луча и горизонтальной лини-

ей в плоскости фасада здания, град.

По характеру эксплуатации все СЗУ делятся на регулируемые (жалюзи, ставни, маркизы и пр.) и нерегулируемые (козырьки, балконы, лоджии, веранды и т.п.)

Выбор типа СЗУ определяется главным образом ориентацией (табл. 14), а также назначением помещений и замыслом архитектора по архитектурно-художественному оформлению.

При выборе типа и конструкции СЗУ необходимо иметь ввиду некоторые их теплофизические особенности, так как внутренние СЗУ (шторы, жалюзи и пр.) устраняя блескость и выраженный контраст яркостей, аккумулируют тепло, а потом в течение второй половины дня отдают его в помещение. Этого лишены наружные СЗУ. Промежуточными свойствами подобного рода обладают СЗУ, располагаемые в межстекольном пространстве окон.

Рекомендации по выбору типа СЗУ в зависимости от ориентации

Таблица 14

Тип СЗУ	Ориентация
Козырьки	Ю
Веранды, галереи	Ю, ЮЗ, ЮВ, ЗЮЗ, ВЮВ
Лоджии и СЗУ ячеистого типа	Ю, ЮЗ, ЮВ
Жалюзи и вертикальные СЗУ	ЗЮЗ, ВЮВ, ЗСЗ, ВСВ, З, В
Маркизы	ЮЮЗ

При устройстве наружных СЗУ следует принимать такие конструктивные решения, при которых экранирующие плоскости не способствовали бы застою нагретого воздуха и обеспечивали бы эффективное проветривание пространства между плоскостями СЗУ и наружной плоскостью светопроема. С этой точки зрения более целесообразными следует считать СЗУ, состоящие из экранирующих плоскостей, расчлененных на отдельные элементы, свободно омываемые воздухом.

Специальное солнцезащитное остекление

Регулировать действие солнечной радиации, проникающей в помещение, можно путем применения специальных стекол или пленок, при этом можно изменять как спектральный состав потока солнечного излучения, так и его интенсивность.

Как известно, обычное оконное силикатное стекло пропускает видимую и инфракрасную части спектра солнечного излучения, которые несут основную долю тепловой энергии. УФ часть спектра, которая обладает всеми ценными оздоровительными свойствами, силикатное стекло не пропускает.

Для таких помещений, как групповые детских садов и ясель, палаты больниц, спальные комнаты санаториев, зимние солярии и т.д., желательно применять специальные стекла, пропускающие УФ часть спектра. Такими стеклами являются увиолевые – чистые кварцевые стекла и органическое стекло.

Для защиты от солнечного перегрева помещений могут быть использованы специальные теплорассеивающие, теплоотражающие и теплопоглощающие стекла.

Теплорассеивающим эффектом обладают узорчатые стекла и стеклоблоки

Теплоотражающие стекла обычно имеют тонкие пленки из хорошо отражающих свет металлов (золота, алюминия и платины), которые препятствуют проникновению в помещение значительной части тепловой энергии.

Теплопоглощающие стекла включают в себя добавки оксидов металлов (марганца, титана, железа и т.д.). Эти стекла не обладают высокой прозрачностью, так как часть солнечного излучения, в том числе и тепловая, поглощается в толще стекла.

Особого интереса заслуживают специальные фотохромные стекла (в народе они называются «хамелеоны»), содержащие светочувствительные соединения серебра или йода. На свету такие стекла темнеют, при ослаблении света они восстанавливают свою прозрачность. Применение их позволяет автоматически регулировать в помещении не только освещенность, но и солнечные теплопоступления.

В настоящее время широкое применение в строительстве находят различные типы солнцезащитных (например, М 20D серебро) и термосберегающих (например, ТМ 20 серебро) пленок. Наносятся они на поверхность стекла, значительно повышая при этом светотехнические и теплотехнические показатели.

Литература

1. Архитектурная физика: Учеб. для вузов: Спец. «Архитектура»/В.К.Лицкевич, Л.И. Макриненко, И.В. Мигалина и др.; Под ред. Н.В. Оболенского.- М.: Стройиздат, 1997.

2. Видео экология «…Я с детства угол рисовал!» – Здоровье, №1, 1990. – 1-3с.

3. Волоцкой Н.В. Светотехника.- М.: Стройиздат, 1979.

4. Гусев Н.М. Основы строительной физики. Учебник для вузов.- М.: Стройиздат, 1975.- 440 с.

5. Гусев Н.М., Макаревич В.Г. Световая архитектура. – М.: Стройиздат, 1973. –236 с.

6. Гусев Н.М., Никольская Н.П. О светоклиматическом районировании территории Союза. - В кн.: Естественное освещение и инсоляция зданий (нормирование, расчеты и проектирование).- М.: Стройиздат, 1968.- С. 5-11.

7. Дашкевич Л.Л. Методы расчета инсоляции при проектировании промышленных зданий.-М., 1939.

8. Дунаев Б.А. Инсоляция жилых зданий.-М.:Стройиздат, 1962.

9. Егорченков В.А., Югов А.М. Световой климат Украины и влияние орографии на естественное освещение помещений.- В кн.: Технічна метеорологія Карпат. Матеріали першої Міжнародної науково-технічної конференції – ТМК-98.- Львів: Видавництво “ОКСАРТ”,1998.- С. 164-166.

10. Елагин Б.Т. Учет лучистой энергии Солнца в архитектуре: Уч. Пособие.-К.:УМК ВО, 1992.-140 с.

11. Естественное и искусственное освещение. Нормы проектирования. СНиП ІІ-4-79. [С изменениями] // Светотехника, 1991, № 6. - С. 1-31.

12. Зрение без очков: пер. с англ./ Сост. В.В. Шарпило. – Мн.: Парадокс, 1998. – 416 с.

13. Кравков С.В. Глаз и его работа. – М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1950. – 531с.

14. Лабораторный практикум по строительной физике: Учеб. пособие для студентов вузов / Объедков В.А., Соловьев А.К., Кондратенков А.Н. и др.- Высш. школа, 1979.- 221 с.

15. Мешков В.В. Основы светотехники. – М.: Энергоиздат, 1979. –368 с. Пособие по расчету и проектированию естественного, искусственного и совмещенного освещения. /НИИСФ. –М.: Стройиздат, 1985.

16. Містобудування. Планування і забудова міських і сільських поселень. ДБН 360 – 92^*. Міністерство України у справах будівництва і архітектури (Мінбудархітектури України). – Київ, 1993.

17. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 3, многолетние данные. Части 1-6. Выпуск 10. Украинская ССР. Книга 1. Часть 1. Солнечная радиация. - Л.: Гидрометеоиздат (ГМИ), 1990.

18. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 3, многолетние данные. Части 1-6. Выпуск 10. Украинская ССР. Книга 2. Часть 5. Облачность, атмосферные явления….- Л.: Гидрометеоиздат (ГМИ), 1990.

19. Оболенский Н.В. Архитектура и солнце.- М.: Стройиздат, 1988.

20. Пособие по расчету и проектированию естественного, искусственного и совмещенного освещения (к СНиП II-4-79) / НИИСФ. - М.: Стройиздат, 1985. -384с.

21. Пэдхем Ч., Сондерс Дж. Восприятие света и цвета. Перевод с англ. – М.: Изд-во «Мир», 1978. – 256 с.

22. Руководоство по проектированию естественного освещения зданий/ НИИСФ. – М.: Стройиздат, 1976 – 96 с.

23. Русин Н.П. Прикладная актинометрия. - Л.: Гидрометиздат, 1979.

24. Соловьев С.П., Динеева Ю.М. Стекло в архитектуре.- М.: Стройиздат, 1981.

25. Справочная книга по светотехнике / Под ред. Ю.Б. Айзенберга.- М.: Энергоатомиздат, 1983.

26. Справочная книга по светотехнике. Ч. ІІ. Основы светотехники и осветительные установки. - М.: Изд-во АНСССР, 1958.

27. Штейнберг А.Я. Расчет инсоляции зданий.- К.: Будивельнык, 1975.

28. Ярбус А.Л. Роль движений глаз в процессе зрения. – М.: Наука, 1965.

Дата добавления: 2014-01-20