Радиационный режим и инсоляция в архитектуре

14 - Радиационный  режим и инсоляция

 

При пофакторном анализе климата важное значение имеет оценка воздействия солнечной радиации.

    Конкретные  величины солнечной радиации, поступающей  на горизонтальную и вертикальные поверхности, даются в нормативной и справочной литературе.

     Для  подробного анализа действия  солнечной радиации строится  диаграмма (роза) по восьми направлениям  горизонта. В каждом направлении от центральной точки в масштабе откладываются значения суммарной солнечной радиации, Вт/м2, на вертикальные поверхности различной ориентации, полученные точки соединяют плавной замкнутой кривой.

 

Розы солнечной радиации помогают уточнить ориентацию жилых  зданий по сторонам горизонта, планировку квартир и домов, устройство светопрозрачных ограждений, солнцезащитных экранов и т.д.

    Кроме розы солнечной  радиации, целесообразно анализировать  также излучение суммарной солнечной  радиации на горизонтальную поверхность в течение года и изменение солнечной радиации, поступающей на горизонтальную поверхность в июле при безоблачном небе в разное время суток.

    При оценке действия  солнечной радиации учитывается  инсоляция квартир, т.е. облучение  их прямыми солнечными лучами. Прямые солнечные лучи обладают оздоровительными и бактерицидными свойствами. Для обеспечения оздоровительного воздействия инсоляции санитарными нормами устанавливается необходимое время ежедневной непрерывной инсоляции для определенного периода года. Исходя из этого условия не допускается ориентировать окна всех жилых комнат квартиры в пределах сектора горизонта от 310 до 50° во всех климатических районах. При двухсторонней ориентации жилых комнат в указанный сектор допускается ориентировать не более одной жилой комнаты в двухкомнатных квартирах; двух жилых комнат в трех- и четырехкомнатных квартирах.

    Инсоляция  может оказывать и отрицательное  влияние на микроклимат помещений.  Тепловое воздействие инсоляции  в летнее время, особенно в южных районах, может привести к перегреву человека и помещений. Солнечные лучи, проникающие в помещение, отдают тепло поверхностям пола, стен, оборудования, которые в свою очередь становятся источниками теплового излучения. Ограничение теплового воздействия инсоляции на помещения с помощью специальных солнцезащитных устройств в соответствии с требованиями норм следует применять для районов между 57 и 47° с.ш. при ориентации окон жилых зданий на юго-запад (сектор горизонта от 200 до 270°) и для районов южнее 47° с.ш. при ориентации на юг и юго-запад (сектор горизонта от 160 до 290°).

 

 

 

Пример

 

 

 

 

 

 

 

 

15 - Инсоляция в архитектуре. Нормы. Методы расчета

Инсоляция - (от латинского in solo – выставляю на солнце) облучение поверхности, пространства параллельным пучком лучей, поступающих с направления, в котором виден в данный момент времени центр солнечного диска. Этот удобный термин используется в основном в гигиене, архитектуре и строительной светотехнике. Различают астрономическую, вероятную и фактическую инсоляцию. 
Инсоляция является важным фактором, оказывающим оздоравливающее влияние на среду обитания человека и должна быть использована в жилых, общественных зданиях и на территории жилой застройки. 
Расчеты продолжительности инсоляции являются обязательным разделом в составе предпроектной и проектной документации. 
 
Особенно остро проблема инсоляции проявляется в плотной многоэтажной застройке. В этом случае не достаточно просто правильно расположить здания и сооружения с учетом всех нормативных расстояний. Необходимо выполнить планировку помещений жилых и общественных зданий и прилегающих территорий таким образом, чтобы она соответствовала санитарным правилам и нормам.

   

Спектральный состав солнечного света у поверхности  Земли.  
Площади окужностей показывают примерное соотношение интенсивности солнечной радиации при разных высотах Солнца

Нормы инсоляции:

Инсоляция, нормируется  на территории Украины, регламентирована следующими нормативными документами:

1. ДБН-360-92 «Градостроительство.  Планировка и застройка городских  и сельских поселений»(раздел« Регулирование микроклимата »).

2. Государственными санитарными  правилами «Планировка и застройка  населенных пунктов» Гос Сан ПиН 173-96.

Согласно ДБН-360-92 "Градостроительство. Планировка и застройка городских  и сельских поселений" раздела "Регулирование  микроклимата" рекомендуется:

- Размещение и ориентация  жилых и общественных зданий (кроме  детских дошкольных учреждений, школ-интернатов) должны обеспечивать  продолжительность инсоляции жилых  помещений, определенных нормами,  и территории не менее 2,5 часов;

- Размещение и ориентация  зданий детских дошкольных учреждений, общеобразовательных школ, школ-интернатов, учреждений здравоохранения и  отдыха должны обеспечить непрерывную  трехчасовую продолжительность инсоляции в помещениях, предусмотренных «Санитарными нормами и правилами обеспечения инсоляции жилых и общественных зданий и территории жилой застройки»;

- В условиях застройки девятиэтажного дома и более допускается одноразовая прерывистость инсоляции жилых помещений при условии увеличения суммарной продолжительности инсоляции в течение дня на 0,5 часа, соответственно для каждой зоны.

- В жилых домах меридионального  типа, где инсолируются все комнаты квартиры, а также при реконструкции жилой застройки или при размещении нового строительства в особо тяжелых градостроительных условиях (исторически ценное городскую среду, дорогая подготовка территории, зона общегородского и районного центра) допускается сокращение продолжительности инсоляции помещений на 0,5 час.

В соответствии с Государственными санитарными правилами «Планировка  и застройка населенных пунктов»:

Размещение и ориентация жилых и общественных зданий высотой 5 и более этажей должна воплощаться  с учетом обеспечения нормативной  продолжительности инсоляции согласно «Санитарным правилам обеспечения  инсоляции жилых и общественных зданий и территории жилой застройки», а также норм освещения согласно СНиП II-4-79 «Естественное и искусственное освещение ».

В Украине продолжительность  инсоляции должна составлять для  жилых помещений и приравненных к ним домах и дворовых территориях  не менее 2,5 часов в сутки в  период с 22 марта по 22 сентября. Нормативная  продолжительность инсоляции должна быть обеспечена: в жилых квартирах  – не менее чем в одной комнате  в одно-, двух-, трехкомнатной квартире и не менее, чем в двух жилых комнатах в четырехкомнатной квартире, спальнях и гостиницах (не менее чем в 60 % комнат). Размещение и ориентация основных функциональных помещений детских дошкольных учреждений, общеобразовательных школ, школ-интернатов, учреждений здравоохранения и отдыха должны обеспечивать непрерывную трехчасовую инсоляцию в сутки. Нормативная трехчасовая инсоляция должна быть обеспечена на территориях детских, игровых, спортивных площадках жилых домов, дошкольных учреждениях, школах, спортивных зонах и зонах отдыха.

Параметры, влияющие на продолжительность и качество инсоляции

 
Продолжительность инсоляции открытой территории для каждой местности  определяется временем видимого движения солнца по небосводу. Траектория движения солнца и период суточной инсоляции  для каждой географической широты и  каждого времени года различны: в  северных широтах траектория более  пологая и протяженная, в южных  – более крутая и короткая. 
Днями, характеризующими инсоляцию для разных периодов года, считают дни летнего солнцестояния (22 июня, наивысшая траектория солнца на каждой географической широте), зимнего солнцестояния (22 декабря, низшая траектория), весеннего (22 марта) и осеннего (22 сентября) равноденствия. В дни равноденствия продолжительность инсоляции открытой территории равна 12 ч. 
В ранние утренние и поздние вечерние часы солнечные лучи пересекают больший слой атмосферы, и их оздоровительное действие слабеет. Поэтому обычно в инсоляционных расчетах не учитывают первый и последний часы на восходе и закате. Для территорий севернее 60° с.ш. не учитываются первые и последние 1,5 ч. 
 
Горизонтальный угол положения солнца определяется азимутом АQ, т.е. углом между плоскостью меридиана и направлением на солнце. Азимут отсчитывается от северного направления по часовой стрелке 1 в градусах. Возвышение солнца над горизонтом измеряется вертикальным углом hQ. В этом отношении в литературе нет единства. Иногда азимут отсчитывается от южного направления по часовой стрелке (на запад) от 0 до 360° или в двух направлениях – на запад и на восток от 0 до 180° с обозначением «юго-западный» и «юго-восточный».  
 
Определение продолжительности суточной инсоляции часто осуществляется с помощью солнечных карт, построенных для различных широт (графики Б.А. Дунаева). На них нанесены кольцевые координаты, отображающие возвышение солнца, и радиальные, характеризующие азимуты солнца. На картах построены траектории движения солнца для характерных периодов года, разделенные на часы суток. Кроме графиков Дунаева часто используются инсоляционный график (линейка), светопланомер Д.С. Масленникова и др. 
Нормативная продолжительность инсоляции определяется размещением и ориентацией зданий по сторонам горизонта, их объемно-планировочными решениями, наличием выступающих элементов и пр.  Методика определения продолжительности инсоляции излагается на практических занятиях. 
 
^ Вредные последствия инсоляции и их предотвращение

 

Инсоляции могут сопутствовать  перегрев помещений вследствие избытка  тепловой радиации и утомляющее действие солнечных лучей из-за блесткости ограждающих конструкций и оборудования. Поэтому в ряде случаев инсоляция не допускается (книгохранилища, горячие цехи, помещения для приготовления и хранения пищи) или должна быть ограничена. СНиП «Общественные здания» устанавливает, например, что ориентация окон помещений операционных и реанимационных залов должна приниматься на север, северо-восток и северо-запад, что позволяет легче создать оптимальный микроклимат в этих помещениях. 
Важнейшими средствами борьбы с избыточной инсоляцией являются:

 

уменьшение площади светопроемов;  
 
объемно-планировочные решения зданий;  
 
средства озеленения (для одно-, двухэтажных зданий);  
 
правильная ориентация зданий по сторонам света;  
 
применение вентилируемых ограждающих конструкций (от перегрева);  
 
применение солнцезащитных устройств. 

 
 
Нормы проектирования жилых зданий определяют, что в районах со средней  температурой июля 21 °С и выше световые проемы в жилых комнатах и кухнях, ориентированные в секторе горизонта 200-290°, должны быть оборудованы наружной регулируемой солнцезащитой. 
Для общественных зданий, располагаемых в тех же районах, в помещениях с постоянным пребыванием людей и в помещениях, где по технологическим или гигиеническим требованиям не допускается проникновение солнечных лучей или перегрев помещения, оборудуются солнцезащитой проемы, ориентированные в пределах сектора 130-315°. 
Основными требованиями к солнцезащитным приспособлениям являются:

 

ограничение инсоляции помещения  в заданные часы в определенный период года;  
 
максимум светоотражения и светорассеивания;  
 
минимальная теплоемкость; 

 
обеспечение циркуляции воздуха по горизонтали и вертикали параллельно  плоскости стены. 

 
 
^ Солнцезащитные устройства делятся на стационарные и регулируемые.

СЗУ	Положение	Действие	^Светозащитный эффект	Область применения
Горизонтальные или наклонные сплошные козырьки	Над окнами снаружи	Ограничение или исключение инсоляции	При высоком солнцестоянии	Ю
То же с жалюзийной решеткой	- « -	То же, + хорошее омывание воздухом	- « -	Ю
Вертикальные ребра-экраны нормально  или под углом к плоскости  стены	Рядом с оконными проемами с одной  стороны	- « -	При низком солнцестоянии	В, З
Выносные стенки-экраны	Над оконными проемами и с боков	То же, + защита от перегрева самой  стены	Неограниченно	Неограниченно
Жалюзийные решетки с вертикальными, наклонными или горизонтальными  пластинами	Перед светопроемами или внутри них	Ограничение или исключение инсоляции	- « -	- « -
Светообразные диффузоры	По всей плоскости фасада	То же, но хуже воздухообмен	- « -	- « -
Специальные виды остекления:	Заполнение светопроемов		- « -	Ю, ЮВ, ЮЗ
светорассеивающее		Светорассеивание
светоотражающее		Отражение инфракрасных лучей
светопоглощающее
		Поглощение инфракрасных лучей
Подвижные жалюзи, маркизы, козырьки	Снаружи или внутри светопроемов	Ограничение или исключение инсоляции	- « -	- « -
Штампованные пространственные сетки	Внутри остекления	- « -	- « -	- « -
Навесные шторы	Внутри помещения	- « -	- « -	- « -

 

 

 

Методы расчета:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Рекомендуемый алгоритм использования различных методов расчета продолжительности инсоляции помещения при анализе выполнения санитарных норм

 

Инсоляционная линейка – это проекция солнечной плоскости в дни равноденствия. Если солнечная плоскость пересекает противоположный дом, то это указывает, что этот дом будет затенять РТ. С помощью инсоляционной линейки очень просто определить время затенения.

 
Схема, поясняющая метод расчета продолжительности инсоляции при помощи инсоляционной линейки.  
а - геометрический аппарат здания;  
б - определение времени инсоляции

 
Солнечная карта – это проекция всего небосклона с нанесенными на него траекториями Солнца для каждого месяца и часовыми линиями. Если на такой карте построить часть небосклона, наблюдаемую из РТ, то по такой теневой маске можно определить длительность инсоляции в любой день года.

Схема, поясняющая метод расчета продолжительности инсоляции при помощи солнечной карты.  
а - геометрический аппарат построения теневой маски светопроема;  
б - определение времени инсоляции

 

Расчет по солнечной карте более  сложный, чем по инсоляционной линейке, однако он имеет на порядок большую  информативность – здесь добавлено  еще одно измерение – дни года.

 

Метод инсоляционной линейки, как наиболее простой, в условиях Украины может быть применен для  расчета продолжительности инсоляции  комнат с прямоугольными окнами без  затеняющих козырьков при высоте окна больше толщины стены. Для этих исходных условий положительный  результат свидетельствует о  выполнении в помещении санитарных норм по инсоляции, и расчет более  сложными методами не обязателен. Он также  может применяться как приближенный метод при предварительной оценке градостроительных возможностей площадки застройки – если по этому методу продолжительность инсоляции расчетных  точек значительно (более чем  на 1 час) меньше нормативной, то расчеты  более сложными методами только подтвердят отрицательный результат. 

 
Метод солнечной карты, как более  универсальный, может быть применен для любых инсоляционных расчетов, а для помещений с непрямоугольными окнами и окнами с затеняющими  козырьками, этот метод является обязательным. Его необходимо применять также  при всех расчетах, связанных с  энергоэффективностью. При этом расчет с использованием РТ оценивает достаточные условия инсоляции, а с использованием ГП – необходимые. Метод с использованием ГП, как наиболее сложный, целесообразно использовать в качестве проверочного метода лишь в тех случаях, когда расчет инсоляции с использованием РТ показал, что расчетная продолжительность инсоляции помещения незначительно (менее чем на 1 час) меньше