Примеры расчетов продолжительности инсоляции

Практическая работа № 2

АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ИНСОЛЯЦИИ

Общие требования к инсоляции

Воздействие инсоляции на человека и окружающую среду двойственно: оно благотворно и экономически выгодно, поэтому необходимо обеспечить доступ солнечного света в городские пространства и интерьеры зданий в любых географических районах. Однако оно же вызывает перегрев, световой дискомфорт, а также переоблученность и перерасход электроэнергии на регулирование микроклимата в зданиях, что предопределяет необходимость защиты от него и рационального его использования.

Инсоляция — это облучение поверхности прямыми солнечными лучами. Существуют три зоны облучения: А — антирахитная зона, облучение этими лучами вырабатывает витамин D; Б — эритемная зона, здесь вырабатывается загар; В — бактерицидная зона, здесь убиваются микробы.

В архитектурно-строительной практике учет инсоляции необходим для использования ее благоприятного эффекта и защиты от нежелательного воздействия. Инсоляция оценивается по ряду показателей:

- продолжительности инсоляции в годовом и суточном циклах;

- количеству поступающих в помещения лучистой энергии и ультрафиолетового излучения;

- площади облучаемых участков территорий и помещений;

- слепимости и блесткости, создаваемой прямыми и зеркально отраженными солнечными лучами в производственных и учебных зданиях.

Условия инсоляции определяются рядом природных факторов:

- высотой прохождения Солнца над горизонтом, зависящей от географической широты местности и времени года;

- прозрачностью атмосферы.

Существенное влияние оказывают планировочные и строительные факторы:

- приемы застройки;

- ориентация помещений по странам света;

- размеры светопроемов;

- толщина стен;

- конструкция оконных переплетов;

особенности архитектурного решения фасадов (балконы, веранды и т. п.).

При расчетах инсоляции учитывается зависимость интенсивности общего потока солнечных лучей и насыщенности его ультрафиолетовыми лучами от высоты Солнца над горизонтом. На рис. 1 показана схема прохождения лучом солнца земной атмосферы при различной высоте стояния солнца. Если АВ - поверхность Земли, а СД - граница атмосферы, то при положении солнца в точке S₁ (в зените) солнечный луч проходит в атмосфере путь а₁о; при положении солнца в точке S₂ длина пути луча будет а₂о; при положении солнца в точке S₃ длина пути будет а₃о; при положении солнца в точке S₄ длина пути будет а₄о.

Таким образом, при меньшей высоте стояния солнца над горизонтом луч проходит более длинный путь через атмосферу, т. е. максимальной интенсивностью поток солнечных лучей обладает при положении Солнца в зените, а по мере приближения Солнца к горизонту интенсивность радиации падает.

Рис.1. Схема прохождения лучом солнца земной атмосферы при различной высоте стояния солнца

Продолжительность и период оценки инсоляции устанавливается в соответствии с СанПиН 2.2.1/2.1.1.1076-01 «Гигиенические требования к инсоляции и солнцезащите помещений жилых и общественных зданий и территорий, прилегающих к ним»[15].

Нормативная продолжительность инсоляции устанавливается на определенные календарные периоды с учетом географической широты местности:

- северная зона (севернее 58° с.ш.) - с 22 апреля по 22 августа;

- центральная зона (58° с.ш.- 48° с.ш.) - с 22 марта по 22 сентября;

- южная зона (южнее 48° с.ш.) - с 22 февраля по 22 октября.

Нормируемая продолжительность непрерывной инсоляции для помещений жилых и общественных зданий устанавливается дифференцированно в зависимости от типа квартир, функционального назначения помещений, планировочных зон города, географической широты:

- для северной зоны (севернее 58° с.ш.) - не менее 2,5 часов в день с 22 апреля по 22 августа;

- для центральной зоны (58° с.ш.-48° с.ш.) - не менее 2 часов в день с 22 марта по 22 сентября;

- для южной зоны (южнее 48° с.ш.) - не менее 1,5 часов в день с 22 февраля по 22 октября.

Продолжительность инсоляции в жилых зданиях должна быть обеспечена не менее чем в одной комнате 1-3-комнатных квартир и не менее чем в двух комнатах 4-х и более комнатных квартир.

Допускается прерывистость продолжительности инсоляции, при которой один из периодов должен быть не менее 1,0 часа. При этом суммарная продолжительность нормируемой инсоляции должна увеличиваться на 0,5 часа соответственно для каждой зоны.

Допускается снижение продолжительности инсоляции на 0,5 часа для северной и центральной зон в двухкомнатных и трехкомнатных квартирах, где инсолируется не менее двух комнат, и в многокомнатных квартирах (четыре и более комнаты), где инсолируется не менее трех комнат, а также при реконструкции жилой застройки, расположенной в центральной, исторической зонах городов, определенных их генеральными планами развития.

На территориях детских игровых площадок, спортивных площадок жилых домов; групповых площадок дошкольных учреждений; спортивной зоны, зоны отдыха общеобразовательных школ и школ-интернатов; зоны отдыха лечебно-профилактических учреждений стационарного типа продолжительность инсоляции должна составлять не менее 3 часов на 50% площади участка независимо от географической широты.

Требования по ограничению избыточного теплового воздействия инсоляции распространяются на жилые комнаты отдельных квартир или комнаты коммунальных квартир, общежитий, учебные помещения общеобразовательных школ, школ-интернатов, колледжей и других средних учебных заведений, санаторно-оздоровительных и учреждений социального обеспечения, имеющих юго-западную и западную ориентации светопроемов.

На территории жилой застройки 3-го и 4-го климатических районов защита от перегрева должна быть предусмотрена не менее чем для половины игровых площадок, мест размещения игровых и спортивных снарядов и устройств, мест отдыха населения.

Ограничение избыточного теплового воздействия инсоляции помещений и территорий в жаркое время года должно обеспечиваться соответствующей планировкой и ориентацией зданий, благоустройством территорий, а при невозможности обеспечения солнцезащиты помещений ориентацией необходимо предусматривать конструктивные и технические средства солнцезащиты (кондиционирование, внутренние системы охлаждения, жалюзи и т.д.). Ограничение теплового воздействия инсоляции территорий должно обеспечиваться затенением от зданий, специальными затеняющими устройствами и рациональным озеленением.

Меры по ограничению избыточного теплового воздействия инсоляции не должны приводить к нарушению норм естественного освещения помещений.

Методы учета инсоляции

Существуют два способа расчета времени инсоляции: в ручную (с помощью специальных графиков и номограмм) и автоматизировано (с помощью специализированных компьютерных программ).

На сегодняшний день существуют следующие компьютерным программам: «Солярис», «MicroShadow for ArchiCAD», «LARA_02» и др.

К ручным методам учета инсоляции относятся:

-Шаблон-номограмма П. В. Миронова [10], отображающий направление и длину тени в различные периоды года и в различные часы дня;

-Инсоляционный график А. У. Зеленко [6], предназначенный, главным образом, для построения «конвертов теней» от зданий;

- Светопланомер Масленникова Д. С. [9], позволяющий учитывать инсоляцию в заданной точке генерального плана при помощи кривых теней;

- Контрольно-инсоляционный планшет Б. А. Дунаева [4], служащий для расчета инсоляции территории и зданий.

В практике градостроительного проектирования большое применение нашли методы Д. С. Масленникова и Б. А. Дунаева.

Контрольно-инсоляционный планшет (рис. 2) выполняется на прозрачной фототехнической пленке (можно на кальке). Он имеет следующий вид: система радиальных линий, направленных к центральной точке планшета, показывает горизонтальную проекцию солнечных лучей в различные часы дня, отмеченных в кружках соответствующими цифрами. По промежуточным радиальным линиям ведется отсчет получасовых отрезков времени. Центральная линия, идущая от буквы С к центральной точке планшета, представляет собой полуденную линию или линию меридиана, на которой стрелкой показано направление на север. С правой и левой стороны планшета приведены шкалы условных масштабов высот зданий или других объектов, позволяющих определить длину тени, отбрасываемой объектом заданной высоты на исследуемую точку. Шкалы составлены в двух масштабах - 1:500 и 1:2000, соответствующих наиболее распространенным в современной практике масштабам генеральных планов жилой застройки.

Для фиксации высот зданий на планшете имеется подвижный масштабный движок с красной линией по его северной кромке, выполненный также из прозрачной пленки в виде ленты, которую можно закреплять в нужном положении, например обычными канцелярскими скрепками. В нашем случае это пунктирная линия, соединяющая соответствующие шкалы масштабов.

Расчет инсоляции при помощи планшета производится следующим образом:

- в соответствии с расчетной высотой здания, затеняющего исследуемую точку, отсчитываемой одновременно по обеим шкалам высот, красная линия движка закрепляется в нужном положении. При этом необходимо отметить, что учитывается не полная высота затеняющего здания от уровня земли, а величина превышения карниза здания над затеняемой им точкой;

- далее планшет накладывается на генеральный план и по стрелке, нанесенной на оси планшета, точно ориентируется по оси север-юг. При этом исследуемая точка совмещается с центральной точкой планшета (рис. 3).

Рис.2. Контрольно-инсоляционный планшет

Рис.3. Схема определения продолжительности инсоляции помещения

Здания расчетной высоты или часть их, которые при этом окажутся в промежутке между красной линией движка и параллельной ей пунктирной линией, проходящей через исследуемую точку, будут затенять эту точку.

На рис. 3 приведен пример определения продолжительности инсоляции помещения, расположенного в точке 1 на первом этаже здания, повернутого по часовой стрелки по отношению к линии меридиана на 35°. Карниз соседнего здания Б находится выше исследуемой точки на 32 метра. В соответствии с этой высотой на планшете установлена красная линия движка, условно показанная пунктирной линией.

Из рисунка видно, что если исследуемая точка находится не в помещении, а на фасаде здания, то она инсолируется в дни равноденствия с момента восхода солнца от 6 до 14 часов, т. е. в течение 8 часов. Но от части здания Б, которая находится севернее красной линии, будет отбрасывать тень на исследуемую точку с 8 часов до 10 часов, следовательно, продолжительность инсоляции сократится до 6 часов.

Чтобы определить продолжительность инсоляции помещения через окно, находящееся в точке 1, надо дополнительно учесть, что каждое окно имеет определенные углы затенения, что ограничивает возможность проникновения световых лучей в помещение. Для обычных окон углы затенения составляют с каждой стороны примерно 15°, что сокращает продолжительность инсоляции помещения примерно на 1 час по сравнению с инсоляцией фасада.

Необходимо также учесть, что в течение первого часа после восхода солнца и последнего часа перед его заходом инсоляция из-за малой ее эффективности не учитывается. Таким образом, исследуемое помещение в течение дня будет инсолироваться дважды: с 7 до 8 и с 10 до 13 часов.

Здание В тех же габаритов, что и здание Б, не будет затенять исследуемую точку в дни равноденствия, поскольку в данной ситуации оно оказывается южнее красной линии.

Примеры расчетов продолжительности инсоляции

Пример 1.

Схема, представленная на рис. 4 дает возможность рассмотреть порядок решения трех задач по инсоляции на дни равноденствия.

а) Определить условия инсоляции точки А, находящейся на открытом участке, с учётом возможного затенения её зданием Б, линия карниза которого находится выше заданной точки на 25 м.

Для решения этой задачи применяем контрольно-инсоляционный планшет Б. А. Дунаева, который накладываем на фрагмент участка так, чтобы его центральная точка совпала с заданной точкой, а полуденная линия была расположена по линии меридиана. Для наглядности на рисунке показана только одна горизонталь 25, соответствующая высоте здания Б. Из рисунка видно, что значительная часть здания (отмеченная штриховкой) оказывается севернее этой горизонтали и, следовательно, пересекает лучевую поверхность, создавая, таким образом, частичное затенение заданной точки.

Исходя из этих условий можно легко определить инсоляционный режим заданной точки. При отсутствии здания Б точка А освещалась бы солнцем с 7 до 17 часов, т.е. непрерывно в течение 10 часов.

Здание Бсокращает общую продолжительность инсоляции на 2 ч 20 мин (на период с 9 до 11 ч 20 мин) и расчленяет общий период инсоляции на два. Первый период составляет 2 ч (с 7 до 9 ч), а второй – 5ч 40 мин (с 11ч 20 мин до 17).

б)Определить на дни равноденствия условия инсоляции точки А, находящейся на фасаде здания Г у поверхности земли.

При отсутствии здания Бточка А освещалась бы солнцем с 7 до 14 ч, т.е. непрерывно в течение 7 ч. Как и в предыдущем примере, здание Б сокращает общую продолжительность инсоляции точки и делит общий её период на два, первый из которых сохранится равным 2 ч, а второй будет продолжаться с 11 ч 20 мин до 14 ч.

в) Определить на дни равноденствия условия инсоляции одной из комнат здания Г, окно которой находится в точке А, учитывая, что теневые углы окна составляют 15^о.

При отсутствии здания Б комната инсолировалась бы в течение 6 ч (с 7 до 13 ч). Здание Б сокращает общую продолжительность инсоляции комнаты до 3 ч 40 мин, разделяя её на два периода: 2 ч и 1 ч 40 мин.

Рис. 4. Схема затенения территории зданием Б

Пример 2.

На схеме, приведенной на рис. 5, показан способ построения группы почасовых теней, образуемых зданием высотой 25 м.

Для решения этой задачи выбирается опорная точка на здании, которая должна послужить основанием при построении всего «веера» почасовых теней. Наиболее удобной для этой цели точкой служит угол здания О, обращённый к северу. С этим углом совмещается центральная точка контрольно-инсоляционного планшета, положение которого должно быть диаметрально противоположным его положению в предыдущем примере, т.е. при построении центральная точка планшета должна быть всегда обращена к югу. Принимая расчётную высоту здания равной 25 м, на контрольно-инсоляционном планшете отмечаем соответствующую горизонталь, которая будет совпадать с горизонтальной поверхностью земли.

В дни равноденствия тень от опорной точки здания пойдёт по земле по прямой линии, совпадающей с горизонталью 25. На рисунке видно, что все тени касаются своими углами этой линии, что облегчает последовательное их построение. Так, например, в 9 ч дня линия тени от опорного угла здания пойдёт по соответствующей часовой радиальной линии до точки а на горизонтали. Параллельно ей будет направлена линия тени от угла здания в, и их концы соединит линия тени б-а, параллельная карнизу.

Подобным способом строятся остальные тени. На рис. 5 показана часть дневного «веера» теней на период с 8 до 15 ч.

Рис. 5. Группа одноименных положений тени, отбрасываемой зданием

на прилегающий горизонтальный участок (весной и осенью)

Дата добавления: 2021-12-10; просмотров: 810; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!