Глава 5. Инсоляция и солнцезащита в архитектуре

5.1. Основные понятия

Инсоляция (лат. insolatio, от insolo — выставляю на солнце) — суммарное солнечное облучение повер­хностей и пространств — важнейший фактор формирования климата.

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; оно же вызывает перегрев, световой дис­комфорт, УФ-переоблученность и пе­рерасход электроэнергии на регулиро­вание микроклимата в зданиях, что предопределяет необходимость защиты от него и рационального его исполь­зования.

Диалектическое единство положи­тельных и отрицательных эффектов, вызываемых инсоляцией в гигиениче­ском, психологическом, эстетическом и технико-экономическом аспектах, представлено в табл. 5.1.

В своей монографии, посвященной инсоляции в строительстве, Л.Л. Даш­кевич [8] приводит результаты иссле­дований рассеянной солнечной радиа­ции, которая в биологическом аспекте играет не меньшую, если не большую роль, чем прямая радиация, так как только благодаря ей достигается осве­щение тех мест, куда непосредственно не поступают прямые солнечные лучи. Кроме того, в естественных условиях солнечная радиация никогда не бывает только прямой.

Комфортные ощущения и эстети­ческое воздействие светоцветовой сре­ды (положительные эмоции) возможны только при условии исключения таких угнетающих человека факторов, как физиологически и психологически не-

достаточные уровни освещенности, УФ- и ИК-облученности или, наобо­рот, чрезмерные уровни яркостей поля адаптации и УФ-и ИК-переоблученно-сти.

Эти качества световой среды зави­сят от инсоляции, идея нормирования которой в строительстве возникла в конце XIX в., когда еще не было представлений о связи этого нормиро­вания с биологическим действием сол­нца. На эту связь впервые указал Ф. Эрисман. Конкретные же предло­жения по градостроительному норми­рованию инсоляции впервые были вне­сены российскими учеными в 40-х г. (В.К. Беликова, Н.М. Данциг).

Критериями для установления этих норм служили два фактора — психоэмоциональное и биологическое воздействия инсоляции.

В экстремальных климатических условиях возможно и, по-видимому, целесообразно выдвигать один из фак­торов на первое место. Например, На Крайнем Севере основное значение имеет положительный психоэмоцио­нальный эффект, определяемый про-

должительностью инсоляции, а в Средней Азии — отрицательный фи­зиологический эффект теплового и светового дискомфорта.

В Дании была проведена оценка условий ин­соляции в жилых домах путем анкетного опроса 1000 жителей. Было установлено, что вопросы ин­соляции интересуют жителей нередко в большей степени, чем планировка квартир или отопление. Более 70% опрошенных предпочли инсоляцию. Для общей комнаты в половине случаев желатель­ной оказалась околополуденная инсоляция. В спальне большинство предпочитают инсоляцию утром. Продолжительность инсоляции менее 1 ч оценивалась как "плохая", от 1,5 до 3 ч — как "удов­летворительная", а свыше 3 ч — как "чрезмерная".

Психологи Швеции и Голландии установили, что люди далеко не всегда хотят находиться в инсо-лируемой комнате, но им необходимо быть уверен­ными, что солнце может проникать в одну из ком­нат квартиры.

В Англии Нииман и Гопкинсон разработали шкалу психологических функций инсоляции в по­мещениях.

Англичане пришли к выводу о важнейшей ро­ли солнца как фактора связи с внешней средой, ко­торый не могут заменить искусственные средства, и как фактора, обеспечивающего благоприятные эффекты — выразительность интерьера, обогрев и терапевтическое действие.

Для учета инсоляции при проек­тировании в последние годы в неко­торых крупных проектных организа-

циях стали применять методы расчета инсоляции застройки с помощью ЭВМ, однако при композиционных поисках Х1я архитектора более удобны графи­ческие способы инсоляционного анали­за застройки и видеомакетоскопия.

В этом отношении значительными преимуществами обладает метод моде­лирования, но этим методом в проек­тных организациях еще не пользуются из-за отсутствия массового изготовле­ния относительно простых установок типа "Инсолятор", которые существу­ют у нас (НИИСФ, МАрхИ) и за ру­бежом (Швеция, Италия, ФРГ, США, Польша).

В отличие от аналитических мето­дов моделирование позволяет находить оптимальные решения практически без ограничения числа вариантов плани­ровки, обеспечивая в то же время про­странственное и объемное представле­ние об условиях инсоляции и солнце­защиты.

Практика показывает, что наи­большее число ошибок в области сол­нцезащиты возникает вследствие того, что эта задача решается проектиров­щиками односторонне, т.е. солнцеза­щитные средства (СЗС) применяются в основном как средство формальной выразительности здания, без учета его ориентации по сторонам горизонта, природного окружения и климатиче­ских условий.

Многие здания проектируются во­обще без учета инсоляции. В значи­тельной степени это объясняется не­гативным отношением к солнцезащите как фактору, удорожающему строи­тельство.

Наблюдается все больше случаев, когда приходится обращаться к солн­цезащите уже построенных зданий, что приводит к большим конструктив­ным сложностям и неоправданным ка­питальным затратам.

Одной из наиболее распространен­ных ошибок в солнцезащите является применение массивных и теплоемких затеняющих экранов, монолитно свя­занных с основной ограждающей кон­струкцией. Такие экраны аккумулиру­ют солнечное тепло и путем теплооб­мена со стеклом и стеной передают его в помещение. Недопустимо, когда такой типично южный элемент архи­тектуры все более часто встречается в центральных и северных городах на фасадах любой ориентации, вплоть до северной. Нередки случаи применения в зданиях систем кондиционирования воздуха при отсутствии солнцезащиты.

Другую ошибку допускают при применении солнцезащитных изделий из стекла, пластмасс и пленок, когда весь светопроем заполняется этими из­делиями. В таких случаях ограничи­вается связь с внешним пространством, а яркость заполнения при инсоляции нередко превышает допустимую. Кро­ме того, такие материалы не пропу­скают благотворный спектр солнечной радиации (jl<400 нм), значительно снижают освещенность при пасмурном небе и препятствуют аэрации помеще­ний.

Меньше всего уделяется внимания солнцезащите городских территорий и специальных площадок для отдыха, спорта и солнцелечения в санаториях и на курортах.

В исторических архивах краеведческого му­зея в г. Чарджоу обнаружены материалы XI в. о се­зонной солнцезащите целых торговых площадей, устанавливаемой между зданиями и выполняемой из легких местных материалов ("дышащие" травя­ные полотнища, натянутые на канатах). Подобные устройства применяли в древности и американские индейцы.

Исследования показывают, что применение СЗС рационально не толь­ко в гигиеническом, функциональном, эстетическом, но и в экономическом отношении.

Единовременные затраты на эти средства окупаются за счет снижения расходов на вентиляцию и искусствен­ное охлаждение воздуха, повышения производительности труда и снижения брака продукции.

Анализ распределения затрат по рабочим сметам осуществленных круп­ных объектов позволяет сделать вывод, что затраты на солнцезащитные уст­ройства занимают относительно не­большую долю в общей стоимости строительных работ (1,5—2,5%).

Для среды, окружающей человека, животных и растения (естественной — природы и искусственной — архитек­туры) наибольшее значение имеет оп­тическая область солнечного спектра, в которой, в свою очередь, наиболь­шей биологической эффективностью обладает ультрафиолетовая часть, подразделяющаяся на области А, В и С.

Область А+В обладает наибольшей оздоровительной эффективностью (за­гар, образование витамина D в орга­низмах и хлорофилла в растениях), область С — наибольшей бактерицид­ной эффективностью (инактивация вредных бактерий в воздухе и на по­верхностях предметов), хотя вся УФ-

область и часть видимой также обла­дают этой эффективностью.

Видимая область (свет) — основа подавляющего количества всей инфор­мации, воспринимаемой человеком (более 80%). Поэтому психологиче­ское значение солнечного света не ме­нее велико. Основной фактор связи че­ловека, находящегося в помещении, с природой — солнечный свет.

Тепловая область является источ­ником поддержания нормальной для жизни температурной среды и обогре­ва помещений.

Комплекс факторов, который по­ложен в основу критериев оценки и нормирования инсоляции в архитекту­ре, приведен на рис. 5.1.

Гигиенический фактор — количе­ство эффективной солнечной радиа­ции, приходящей в застройку и поме­щения и обеспечивающей общеоздоро­вительной и санирующей минимум.

Социолого-архитектурный фак­тор — астрономически возможная

продолжительность инсоляции поме­щений в течение суток на равноден­ствие, обеспечивающая психоэмоцио­нальный минимум видимости солнеч­ных лучей как фактора связи человека с внешней средой и выразительности архитектурных пространств и форм в пределах от 1 до 3 ч.

Экономический фактор — плот­ность застройки, обеспечивающая нор­мативные показатели жилого фонда, экономию городских территорий, при­менение жилых домов меридионально­го типа.

Такой подход к построению мно­гокритериальной системы оценки ин­соляции определил основные требова­ния, которым должны отвечать стро­ительные нормы инсоляции.

1. Соответствие современным биофизическим представлениям об общеоздоровительном и бактерицид- ном воздействии солнца на человека и среду.

2. Обеспечение большей свободы в выборе композиционных решений в массовой застройке и большей манев- ренности типовых домов (особенно ме- ридионального типа с широким кор- пусом), учет светового климата в за- висимости от ресурсов солнечной ра- диации и географической широты, упорядочение разрывов между здани- ями (особенно в северных и южных районах) с учетом требований к есте- ственному освещению помещений.

3. Необходимость стандартизиро- ванного метода расчета нормативной продолжительности инсоляции, осно- ванного на привычных и удобных для проектировщиков и санитарных врачей графических операциях.

При нормировании, расчетах и проектировании инсоляции должны быть учтены требования к светоцвето-вой среде в зависимости от назначения зданий, помещений и территорий за­стройки.

5.2. Нормирование

и проектирование инсоляции

застройки

Нормы* распространяются на проектирование новой и реконструи­руемой застройки городов, поселков и сельских населенных пунктов. Требо­вания к инсоляции не распространя­ются на проектирование застройки промышленных зон и производствен­ных зон сельскохозяйственных пред­приятий.

Помещения жилых и обществен­ных зданий и участки территорий внутриквартальных пространств под­разделяются по требованиям инсоля­ции на группы, указанные в табл. 5.2.

В главе СНиП 2.07.01-89 "Плани­ровка и застройка городских и сель­ских помещений" приведены следую­щие нормы инсоляции: "9.19. Разме­щение ориентация жилых и обще­ственных зданий (за исключением детских дошкольных учреждений, об­щеобразовательных школ, школ-ин­тернатов) должны обеспечивать непре­рывную продолжительность инсоляции жилых помещений и территорий: для 58° с.ш. и южнее — не менее 2,5 ч в день на период с 22 марта по 22 сен­тября; для северной зоны (севернее 58° с.ш.) — не менее 3 ч в день на период с 22 апреля по 22 августа.

Примечания.1.В условиях многоэтажной застройки (9 и более этажей) допускается однора­зовая прерывность инсоляции жилых помещений при условии увеличения суммарной продолжи­тельности инсоляции на 0,5 ч в течение дня соот­ветственно для каждой зоны.

2. В жилых домах меридионального типа, где инсолируются все комнаты квартиры, а также при реконструкции жилой застройки или при разме­щении нового строительства в сложных градостро­ительных условиях (исторически ценная город­ская среда, дорогостоящая подготовка территории, зоны общегородского и районных центров) допу-

*В 1997 г. эти нормы будут пересмотрены.

336 Часть II. Архитектурная светология

скается сокращение продолжительности инсоля­ции на 0,5 ч соответственно для каждой зоны.

3. Ориентация и размещение детских до­школьных учреждений, общеобразовательных школ, школ-интернатов должны обеспечивать не­прерывную 3-часовую продолжительность инсоля­ции в помещениях, указанных в нормах и правилах обеспечения инсоляцией жилых и общественных зданий и территорий жилой застройки, утверж­денных в установленном порядке¹.

Для Москвы (ВСН 2—85) эти нор­мы утверждены в следующей редак­ции:

"2.27. Размещение и ориентация жилых и общественных зданий, за ис­ключением детских дошкольных уч­реждений и школ, должны обеспечи­вать непрерывную 2,5-часовую про­должительность инсоляции жилых по-

мещении и территорий на период с 22 марта до 22 сентября или суммар­ную 3-часовую продолжительность ин­соляции, допускающую одноразовую прерывность в течение дня.

Примечания. 1. При реконструкции жи­лой застройки или при размещении нового строи­тельства в сложных градостроительных условиях (исторически ценная городская среда, зона обще­городского и районных центров, застройка со сложной дорогостоящей подготовкой территорий) допускается сокращение нормируемой инсоляции до 2 ч.

2. Ориентацию и размещение детских до­школьных учреждений, общеобразовательных школ, школ-интернатов, а также сокращение продолжительности инсоляции в жилых домах меридионального типа, где инсолируются все комнаты квартиры, следует принимать по СНиП 2.07.01-89.

2.28. Расстояния между жилыми зданиями, а также между жилыми и общественными зданиями должны оп­ределяться требованиями обеспечения нормируемой инсоляции согласно п. 2.27 и нормам освещенности, при­веденным в СНиП П-4-79.

Примечания. 1. Расстояния между жил­ыми зданиями по условиям освещенности допуска­ется принимать в соответствии с этажностью про­тивостоящего здания согласно табл. 5.3.

2. Минимальные расстояния от детских уч­реждений до жилой застройки по условиям осве­щенности допускается принимать равными 1,8 вы­соты противостоящего здания при двустороннем освещении детских комнат.

Архитекторам, градостроителям и гигиени­стам полезно знать, однако, что ныне в наиболее развитых странах мира этого требования нет, так как оно приводит к резкому световому и тепловому дискомфорту при напряженной зрительной работе, отрицательно отражающемуся на зрении детей и их самочувствии. Поэтому подобные помещения ори­ентируются на запад — северо-запад, что обеспечи­вает инсоляцию среды в отсутствие детей. В учебное же время в помещениях применяется комфортное рассеянное освещение, не требующее солнце- и све-тозащиты. Это значительно упрощает градострои­тельное проектирование.