4 Задачи практических занятий по инсоляции

Инсоляцией называется облучение поверхностей прямыми лучами солнца. Влияние инсоляции на здания и территорию застройки может быть как положительным, так и отрицательным в зависимости от времени года, интенсивности, продолжительности облучения, а также назначения самого объекта. Поэтому в одних случаях необходимо обеспечивать, чтобы инсоляция воздействовала достаточно продолжительное время, в других осуществлять солнцезащитные мероприятия. Количественные и качественные оценки воздействий инсоляции при проектировании могут осуществляться расчетным путем, графически и экспериментально на моделях.

Основные задачи инсоляционных расчетов могут быть разделены на три группы:

1 Определение продолжительности инсоляции, затенения здания или инсоляционной площади застройки.

2 Определение формы, размеров и площади инсолируемого или затененного участка в помещении или площади застройки.

3 Расчет солнцезащитных устройств.

Для решения всех этих задач необходимо располагать данными, характеризующими взаимоположение в пространстве солнца и рассматриваемой точки на поверхности земли, на которую падают лучи солнца. Такие данные называют координатами солнца, они позволяют определять направления лучей солнца в различные даты года и часы суток.

4.1 Определение координат солнца

Положение солнца на небосводе относительно, какой либо точки, находящейся на поверхности земли, принято определять в так называемой горизонтальной системе координат (рис. 4.1). Основными плоскостями приняты: плоскость горизонта в данной точке земной поверхности и вертикальная плоскость главного меридиана, проходящая в направлении север-юг. В этой системе координатами солнца служат: высота стояния солнца h₀, которая отсчитывается от плоскости горизонта по меридиану, проходящему через солнце, и азимута – А₀, который отсчитывается от точки «юг» и обозначается соответственно положению солнца: в первой половине дня - «восточным», либо для второй половины дня - «западным». Координаты солнца зависят от географической широты местности (обозначается φ) времени года и часа дня. Особо характерными являются четыре даты года: дни весеннего равноденствия – 21 марта и осеннего равноденствия 21 сентября, в которые день равен ночи, день летнего солнцестояния – 21 июня, самый длинный в году и день зимнего солнцестояния – 21 декабря, самый короткий в году.

Рисунок 4.1 - Схема координат солнца

Координаты солнца можно вычислить аналитически по формулам сферической тригонометрии, но это весьма трудоемкая операция. Имеются таблицы, облегчающие решение этой задачи, но ограничиваются приближенными решениями, которые находят с помощью специальных графиков или графических построений. Удобны для пользования графики, разработанные проф. Н.М. Гусевым, построенные для пунктов, расположенных на широтах 40, 45, 50 с.ш., охватывающие большую часть территории Украины. Графики действительны для 21 числа каждого из месяцев года (рис. 4.2; 4.3).

ПРИМЕР 1 Требуется определить координаты солнца в г. Харькове 21 мая в 11.00 часов.

Географическая широта г. Харькова 50⁰. По верхней половине графика для этой широты находим на пересечении кривой 2 и вертикали 10

h₀ = 52⁰.

По нижней половине графика на пересечении кривой 2 и вертикали 10

=48⁰.

Координаты солнца, приведенные в таблицах и на графиках, действительны для местного солнечного времени, которое, как правило, отличается от так называемого местного времени. Разница между солнечным и местным временем может достигать в отдельных случаях до 1,5 часа.

Чтобы определить разницу между местным и солнечным временем, необходимо провести следующие операции:

1) выявить разницу между долготой пункта и средним меридианом часового пояса, в котором данный пункт находится. Это выполняется по карте часовых поясов СНГ. На территории СНГ находится 11 часовых поясов (со II-го по XII-й), средние меридианы которых равны:

1 – июль; 2 – май – июнь; 3 – апрель, август;

4 – март, сентябрь; 5 – февраль, октябрь; 6 – январь, ноябрь; 7 – декабрь

h₀ – высота стояния солнца; А₀ – азимут

Рисунок 4.2 - Графики для определения координат солнца на широте 45⁰ с.ш. на 21 числа месяцев

1 – июль; 2 – май – июль; 3 – апрель, август;

4 – март, сентябрь; 5 – февраль, октябрь; 6 – январь, ноябрь; 7 – декабрь

h₀ – высота стояния солнца; А₀ – азимут

Рисунок 4.3 - Графики для определения координат солнца на широте 50⁰ с.ш. на 21 числа месяцев

II – 30⁰; III – 45⁰; IV – 60⁰; V – 75⁰; VI – 90⁰; VII – 105⁰; VIII – 120⁰; IX – 135⁰; X – 160⁰; XI – 165⁰; XII – 180⁰.

Украина находится во II часовом поясе;

2) получить разницу между истинным солнечным и поясным временем, для чего разность в долготах умножить на 4 минуты (каждому градусу долготы соответствует смещение времени на 4 минуты);

3) определить поясное время данного пункта, для чего полученную разницу в минутах прибавить к истинному солнечному времени. Если долгота данного пункта меньше долготы среднего меридиана, либо отнять если она больше;

4) прибавить к поясному времени 1 час, чтобы определить декретное время.