книги из ГПНТБ / Суханов И.С. Лучистая энергия солнца и архитектура (на примере Средней Азии)

На основе этой формулы на рис. 71 построены графики зависимости относительной величины выноса затеняющего устройства, обеспечиваю­ щего полную защиту светопроема от лучей солнца в условиях геогра­ фической широты Ташкента. При расчете средств затенения в зависимо­ сти от назначения помещения и климатических условий местности нуж­ но правильно выбрать отрезок года, в течение которого требуется полное затенение светопроемов. Графики, показанные на рис. 71, характеризуют относительные выносы, при которых инсоляция исключается в периоде 22 мая по 22 июля.

При расчете солнцезащиты добиваться полного исключения инсо­ ляции с восхода до захода солнца даже в наиболее жаркий период не следует, так как в ранние утренние и вечерние часы в условиях город­ ской застройки лучи солнца заслоняются окружающими зданиями, де­ ревьями и не перегревают помещений. Задавшись в зависимости от на­ значения помещения отрезком дня, в течение которого в расчетный пе­ риод года должна быть полностью исключена инсоляция, необходимую величину относительного выноса затеняющего устройства можно опре­ делить с помощью графиков, приведенных на рис. 72. Верхний построен на основе рис. 71 и позволяет определять необходимый размер затеняю­ щих элементов для обеспечения защиты от солнца в период с 22 мая

по 22 июля, а нижний — для затенения на более длительный отрезок года, а именно с 22 апреля по 22 августа. На каждом графике нанесено несколько кривых, характеризующих условия полного затенения свето­ проемов в пределах определенного отрезка дня.

При расчете солнцезащиты помещений, в которых необходима ин­ соляция в прохладное время года, после определения по графикам тре­ буемой по летним условиям величины относительного вы­ носа следует сделать проверку на достаточность облучения весной, осенью и зимой с по­ мощью описанных в главе I I методов геометрического рас­

чета инсоляции.

зырьки, маркизы, жалюзи и др. Впервые наиболее полно эксперимен­ тальные данные по этому вопросу собраны Л. Л. Дашкевичем [31]. По­ казатели, характеризующие теплозащитные свойства некоторых солнце­ защитных устройств, рассчитаны В. Б. Вейнбергом [11] и П. Ю. Гамбур­ гом [21]. Однако в этих работах сделано предположение, что коэффици­ енты, определяющие эффективность средств затенения, постоянны для каждого типа солнцезащиты; в них недостаточно четко сформулиро-

114

вано, какие именно теплопоступления определяют приведенные коэффи­ циенты. Между тем коэффициенты, характеризующие теплотехнические свойства солнцезащиты, как будет показано ниже, могут различаться по физическому смыслу и величине. Поэтому данные перечисленных авторов лишь приближенно характеризуют теплозащитные качества затеняющих устройств.

Важным показателем является коэффициент теплопроницания т т

материала (полотна, стекла и т. д.) или элемента солнцезащиты (на­ пример, системы планок жалюзи), представляющий собой отношение количества тепла Q, прошедшего через материал (элемент конструк­ ции), к количеству тепла, падающего на наружную поверхность//

Этот коэффициент имеет переменную величину, зависящую от отра­ жающих свойств поверхности материала, конструкции устройства, угла падения солнечных лучей, и отличается для прямой, рассеянной и отра­ женной радиации. Для примера, подтверждающего это положение, в- табл. 11 приведены коэффициенты теплопроницания и теплоотражения для штор-жалюзи с планками, поставленными под 45° при перпендику­ лярном падении солнечных лучей [152].

Солнечные лучи, встречая на своем пути преграды в виде остекле­ ния и элементов солнцезащиты, частично отражаются от них, частично проходят через прозрачные преграды и частично поглощаются. Часть тепла, поглощенного элементами светопроема и солнцезащиты, отдается помещению конвекцией и излучением. Коэффициент теплопроницания

115-

не дает полного представления о суммарных теплопоступлениях в по­ мещение, так как не учитывает отдачу тепла за счет конвекции и излу­ чения.

Помимо коэффициента теплопроницания, теплозащитная эффектив­ ность зависит от степени изоляции устройства от помещения и его ме­ стоположения (перед наружным остеклением, в межстекольном прост­ ранстве, за внутренним стеклом), от характеристик самого проема. Теплозащитная эффективность наиболее полно определяется общим ко­ эффициентом пропускания тепла солнцезащитной конструкцией в целом -сот, который равен отношению тепла, поступившего в помещение при солнцезащите Qc 3 , к теплопоступлениям через незащищенный светопроем Q:

Чем меньше этот коэффициент, тем выше теплозащитная эффективность устройства. Значения общих коэффициентов теплопропускания опреде­ ляются путем калориметрических измерений на специальных установ­ ках. Для ряда типов солнцезащитных устройств исследования такого рода выполнены за рубежом [135, 136, 146]. Общие коэффициенты те­ плопропускания для некоторых типов теплозащитного стекла и ряда затеняющих устройств [18] уточнены на калориметрической установке в Ташкенте.

Общие коэффициенты теплопропускания всегда больше, чем коэф­ фициенты теплопроницания. Для некоторых материалов эти коэффици­ енты могут резко различаться. Например, общие коэффициенты тепло­ пропускания одинаковы для внутренних штор из темной хлопчатобу­

0,02. Общий коэффициент теплопропускания резко уменьшается при рас­ положении устройств между остеклением и особенно с наружной сторо­ ны окна в сравнении с внутренней солнцезащитой.

Устройства экранного типа полностью исключают попадание пря­ мых лучей в помещения. В практике строительства немало наружных солнцезащитных средств, не всегда затеняющих в полной мере свето­ проемы от прямой радиации (вертикальные устройства, козырьки, мар­ кизы, ячейки). Их теплозащитная эффективность определяется как фак­ торами, о которых говорилось выше, так и степенью затенения свето­ проема, что зависит от геометрических размеров устройств и от углов падения солнечных лучей. Они в свою очередь являются функцией гео­ графической широты местности, времени года, часа дня и ориентации защищаемых проемов. Поэтому теплозащитная эффективность каждого такого устройства может колебаться в достаточно широких пределах.

116

По данным калориметрических измерений, общий коэффициент теп­ лопропускания для светлых козырьков, когда они полностью затеняют светопроемы, составляет 0,25—0,30 для сплошных и 0,20—0,25 для ре-

Пропорции

Схемы устройств и условные обозначения

е/н

а/в ШгШ/і

12

а/в

'M Ш4

117

-шетчатых [37]. Для маркиз из полотнянного, слегка прозрачного мате­ риала, при обычном их решении с боковыми гранями этот коэффициент равен 0,30—0,45. Для других видов наружных затеняющих устройств пока нет данных калориметрических измерений.

Козырьки, вертикальные и ячеистые устройства лишь в малой сте­ пени защищают проемы от рассеянной и отраженной радиации, а по­ глощенное ими тепло почти полностью отдается наружной среде. По­ этому их теплозащитную эффективность с достаточной для практических целей точностью можно оценивать с помощью коэффициента пропуска­ ния прямой солнечной радиации, который представляет собой отноше­ ние дневных сумм тепла, вносимого лучами солнца на защищаемую поверхность при данном устройстве и при отсутствии солнцезащиты. Такие характеристики для целого ряда устройств нами получены на основе геометрических и энергетических расчетов инсоляции.

Для стационарной солнцезащиты важно знать годовой ход измене­ ния коэффициента пропускания прямой радиации, который может слу­ жить косвенной характеристикой инсоляции помещений в те периоды года, когда лучи солнца полезны. Защитное действие каждого устройст­ ва определяется относительными размерами элементов: отношением вы­ носа к высоте защищаемой плоскости ѴН в горизонтальных устройст­ вах; отношением выноса ребра к расстоянию между ребрами а/в в вер­ тикальной солнцезащпте (рис. 73), в прямоугольных ячеистых устройствах — относительными выносами горизонтальных и вертикаль­ ных элементов. Нами проанализирована теплозащитная эффективность четырнадцати разновидностей горизонтальных, вертикальных и ячеи­ стых устройств. На рис. 73 показаны их схемы, пропорции и условные обозначения линий, которыми на следующих графиках изображены характеристики соответствующих вариантов солнцезащиты.

Для оценки теплозащитной эффективности устройства в жаркое время и влияние на облучение помещений в остальные периоды года сначала необходимо при различных ориентациях определить зависимость инсолируемой площади (в % от защищаемой) по времени дня отдельно для лета и весны — осени. На рис. 74 приведен график, характеризую­ щий эту зависимость для июля месяца при юго-западной ориентации. Кривые иллюстрируют изменение геометрической эффективности соот­ ветствующего устройства в течение дня. При вертикальной солнцезащите, независимо от относительного выноса, когда лучи солнца направлены параллельно плоскости ребер, инсолируется вся поверхность и эффек­ тивность солнцезащиты равна нулю. Такие графики являются вспомога­ тельными и не дают численного представления о теплотехнических ка­ чествах устройств, так как не учитывают дневное изменение потока прямой солнечной радиации. На их основе и с помощью данных о при­ ходе тепла от прямой радиации на вертикальные поверхности различной

•118

Рис. 74. Пример анализа геометрической эффектив ности солнцезащитных устройств в июле при югО' западной ориентации (условные обозначения пока заны на рис. 73).

ориентации необходимо построить графики, характеризующие тепло­ поступления с учетом затенения солнцезащитными устройствами.

Пример такого графика для анализируемых вариантов устройств-

С Ю0\

(4 15

В р е м ° à ~ р

Рис. 75. Пример анализа энергетической эффектив­ ности солнцезащитных устройств в июле при югозападной ориентации (условные обозначения пока­ заны на рис. 73).

119-

при юго-западной ориентации их для летних условий представлен на рис. 75. На этом чертеже внешняя кривая показывает изменение потока

ветствующих средствах солнцезащиты. Площади, заключенные между каждой кривой и осью абсцисс, дают количество тепла, получаемого защищаемой поверхностью при данном варианте солнцезащиты. Отноше­ ние этого количества к сумме тепла, поступающего иа незащищенную поверхность той же ориентации (определяемой площадью фигуры, заключенной между верхней кривой и осью абсцисс), дает эффектив­ ность каждого варианта солнцезащиты *„:

к

устройств. Анализ приведенного материала позволяет сделать ряд вы­ водов.

Горизонтальные устройства наиболее эффективны в летний период

вуют хорошей инсоляции. При отклонении ориентации от строгого юга

отметить еще одну особенность горизонтальной солнцезащиты: по мере удаления ориентации от юга степень затенения в различные периоды года выравнивается.

Из рис. 76 видно, что вертикальная солнцезащита, вопреки широко

120

распространенному мнению, так же как и горизонтальная, обладает наибольшей эффективностью при ориентации на южную часть горизонта. Теплозащитные свойства этих устройств значительно меньше зависят от ориентации в сравнении с горизонтальными. Небезинтересно обра­ тить внимание на тот факт, что при любой ориентации, в том числе на восток и запад, горизонтальные устройства всегда снимают большую долю прямой радиации, чем вертикальные с тем же относительным вы-

Рис. 76. Зависимость теплозащитной эффективности затеняющих устройств от ориентации и времени года (слева—июль, справа—март; условные обозна­

чения показаны на рис. 73).

запад) затеняет защищаемую поверхность примерно в такой же степе­

ции снимают меньше 30% прямой радиации, а горизонтальные с таким же выносом — более 70%.

На практике в большинстве случаев ребра устанавливаются не у

121

краев светопроемов, а на некотором расстоянии от них. При этом эф­ фективность вертикальной солнцезащиты еще ниже. Разница в тепло­ защитной эффективности горизонтальных и вертикальных устройств в действительности будет больше, чем отличия в коэффициентах пропу­ скания прямых лучей, так как вертикальные ребра способствуют росту отраженной радиации.

Добавление к горизонтальному козырьку с выносом 1\Н = ' / і верти­ кальных ребер, имеющих вынос аІв = 1/« и превращение солнцезащиты в ячеистую с элементами, вытянутыми в вертикальном направлении, почти не изменяет коэффициента пропускания прямой радиации при ориентации

ячеек, вытянутых в горизонтальном направлении) коэффициенты пропу­ скания прямой солнечной радиации практически не меняются. Таким образом, как вытекает из рис. 76, при всех ориентациях ячейки, вытя­ нутые в горизонтальном направлении, более выгодны.

Приведенный анализ свидетельствует о необходимости тщательного выбора типа солнцезащиты и габаритов затеняющих элементов. Между тем на практике можно встретить немало вертикальных и ячеистых уст­ ройств со столь малыми выносами, что они служат лишь формальными декоративными элементами.

Наряду с описанными устройствами в качестве средства солнце­ защиты в Средней Азии делались попытки применить теплопоглощающее стекло Ашхабадского завода. Однако опыт оказался неудачным. Натурные наблюдения, расчеты, а также измерения на калориметре показали, что замена обычных оконных стекол теплопоглощающими не дает эффекта, так как значительная часть поглощенного тепла отдается з помещение конвекцией и излучением. Стекла с окисными покрытиями (оловосурьмяным, кобальтовым, титановым) обладают слабо выра­ женной селективностью и имеют пониженное светопропускание. Поэтому для снижения тепловых поступлений и сохранения требуемой освещен­ ности в помещении их применение менее эффективно, чем уменьшение площади остекления. Теплопоглощающее стекло целесообразно распола­ гать в виде наружного экрана, отнесенного на некоторое расстояние от проема с обычным остеклением, как это сделано в ряде зданий за рубежом. При таком решении общий коэффициент•теплопропускания может быть доведен до 0,20—0,30 [135]. В настоящее время на Ашха-

122