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

Столь же простой получается связь между отраженной радиацией, при­ ходящей к склону I ") потоком суммарной радиации на горизонталь­

При расчете прихода этих видов радиации на вертикальные поверхности

Оценка теплопоступлений, выполненная в предположении изотроп­ ности радиации, хорошо согласуется с измеренными данными только при полной и достаточно равномерной облачности. Использование этих формул при расчетах для условий Средней Азии с преобладающим яс­ ным небосводом приводит к существенным ошибкам, так как при этом радиация имеет выраженный анизотропный характер и теплопоступле­ ния от нее в большой степени зависят от ориентации. На протяжении

20

ряда лет нами измерялась рассеянная и отраженная радиация, посту­ пающая на вертикальные и наклонные поверхности различной ориента­ ции в Ташкенте при безоблачном небосводе. На рис. 6 построены гра­

радиацию при почти полном исключении отраженной, так как при на­ блюдениях альбедо подстилающей поверхности составляло 0,1. Там же изображены кривые, характеризующие теплоприток за счет отражен­ ной радиации для случая, когда подстилающая поверхность имела аль­ бедо 0,4.

Анализ этих данных показывает, что для поверхностей различной ориентации приход тепла от рассеянной радиации существенно различен. Только для вертикальных и наклонных под 60° поверхностей при се­ верной ориентации теплопоступления от рассеянной радиации равны примерно половине прихода тепла на горизонтальную плоскость. Вер­ тикальные поверхности, ориентированные на юг, получают столько же рассеянной радиации, сколько и горизонтальная плоскость, а при на­ клоне их к горизонту еще больше. Велика в Средней Азии роль отра­ женной радиации. Для вертикальных поверхностей различной ориента­ ции, за исключением южной, при достаточно высоком альбедо подсти­ лающей поверхности отраженная и рассеянная составляющие пример­ но равны. Теплопоступления в характерные даты года можно получить, пользуясь значениями светового эквивалента и аналогичными по фор­

но теплой и сухой погоды чередуются с периодами похолодания и осад­ ков. Годовое изменение среднемесячной температуры в Средней Азии и для сравнения в Москве представлено на рис. 7. Кривые имеют оди­ наковый характер, но температура в Ташкенте в течение всего года в среднем на 8-^12°, а в Термезе на 12-^16° выше, чем в Москве.

Для проектирования большой интерес представляют не только среднее значение температуры, но и ее изменения. В условиях конти­ нентального климата Средней Азии колебания температуры воздуха достигают особенно больших значений.

Абсолютные максимумы температуры воздуха на территории Сред­ ней Азии почти повсеместно превышают 40°, а в некоторых пустынных

21

солнечной радиацией и высокой температурой наружного воздуха, не­ обходимо увязывать с требованиями, вытекающими из особенностей зимнего режима.

§ 3. Световой климат

Для архитектурного проектирования наибольший интерес пред­ ставляют следующие элементы светового климата: прямые, рассеян­ ные и суммарные освещенности горизонтальной и различно ориентиро­ ванных вертикальных поверхностей, распределение яркости на небо­ своде, контрастность освещения. Если по тепловой радиации опубликовано достаточно данных, то сведений по световой радиации значительно меньше. На протяжении пяти лет Е. А. Лопухин [61] из­ мерял освещенность в Ташкенте, а И. Н. Ярославцев [132] изучал яр-

22

Ташкенте равномернее. Наибольшие освещенности наблюдаются здесь весной и осенью, а не летом, как в других районах страны. Отношение максимальной полуденной освещенности к минимальной, наблюдаемым в течение года, для Ташкента менее 2, для Ленинграда около 7, а в условиях Москвы равно 9. Кривые, характеризующие изменение осве­ щенности на юге, круто поднимаются вверх от оси абсцисс. В северных

При проектировании зданий для Средней Азии естественное осве­ щение помещений, создаваемое рассеянным светом, необходимо оце­ нивать не только при облачном, но и при безоблачном небосводе. Днев-

23

Время дня

Рис. 9 Наружная рассеянная освещенность горизон­ тальной поверхности в Ташкенте при естественных условиях облачности

лей ход изменения рассеянных освещенностей горизонтальной поверх­ ности в Ташкенте при безоблачном небе охарактеризован на рис. 11. Из сопоставления его с рис. 9 видно, что облака существенно увеличи­ вают рассеянную освещенность.

Освещенность горизонтальной поверхности дает общее представ­ ление о режиме природного освещения, но этого недостаточно для все­ сторонней оценки естественного освещения помещений. Световой поток, проникающий через вертикальные светоггроемы, является функцией ос­ вещенности наружной вертикальной поверхности. Для районов, где преобладает значительная облачность, вертикальная диффузная осве­ щенность мало зависит от ориентации. Влияние на нее коэффициента отражения подстилающей поверхности, освещенной только рассеянным светом, невелико. В этом случае вертикальная освещенность обычно принимается равной половине горизонтальной.

На распределение яркости безоблачного неба большое влияние оказывает положение солнца и поэтому вертикальные освещенности

24

ным многолетних измерений горизонтальных освещенностей легко вы­ числить значения вертикальной рассеянной освещенности.

Закономерности, установленные для средних и северных широт, нельзя механически переносить на южные районы, так как особенно­ сти светового климата не могут не отразиться на распределении вер­ тикальных освещенностей. Коэффициенты вертикальных освещенно­ стей при безоблачном небе изучались нами в Ташкенте [100]. Наблю­ дения проводились в ясные дни на специальной фотометрической пло­ щадке с открытым горизонтом, оборудованной на крыше двухэтажного здания. На штативе были смонтированы селеновые фотоэлементы, ориентированные по восьми румібам горизонта, девятый фотоэлемент был установлен в горизонтальном положении. От прямых лучей солнца

25

Время дня

Рис. 11. Рассеянная освещенность горизонтальной поверхности в Ташкенте при безоблачном небе.

ных освещенностей выполнялись для двух типов монохроматической подстилающей поверхности. Коэффициенты отражения выбраны из следующих соображений: 0,05, как минимально достижимый при на­ турных измерениях; 0,25, как наиболее близкий к среднему значению в условиях городского ландшафта.

По результатам измерений на рис. 12 построены кривые, характе­ ризующие зависимость коэффициента вертикальной рассеянной осве­

сти совпадают для восточных румбов в первую половину дня и для западных во вторую. Поэтому на рис. 12 каждой паре симметричных ориентации соответствуют две кривые. Кривые 2', 3', 4' характеризуют изменение коэффициентов вертикальной освещенности восточных рум­ бов после полудня и западных — до полудня.

Анализ результатов измерений показывает, что изменение коэф-

26

тации:

ориентации, времени года и высоты солнца подчиняется достаточно строгим закономерностям. Сопоставление этих коэффициентов с дан­ ными упомянутых авторов говорит о том, что в условиях Ташкента эти закономерности отличаются большой спецификой. При темной подсти­ лающей поверхности общий характер кривых сохраняется, но абсолют­ ные величины коэффициентов несколько ниже: максимум не превыша­ ет 1,6, а минимальные значения падают до 0,4.

Данные о горизонтальных рассеянных освещенностях при ясном небе (см. рис. 11) позволяют перейти к абсолютным величинам верти­ кальных освещенностей. Графики зависимости вертикальных диффуз­ ных освещенностей при ясном небе от времени дня и ориентации по­ строены на рис. 13. Для ориентации, симметричных относительно нап­ равления север — юг, кривые вертикальных освещенностей представ­ ляют собой зеркальное изображение. В Средней Азии, особенно при светлой подстилающей поверхности, вертикальная диффузная освещен­

27

позволяет получать по радиационным данным величины освещенностеи, и наоборот. Освещенность Е и поток радиации I связаны между со­ бой коэффициентом пропорциональности, который принято называть световым эквивалентом:

Световой эквивалент применялся архитекторами для решения практических задач [26, 79]. Однако эквивалент изменяется в зависи­ мости от метеорологических факторов, влияющих на спектральный со­ став радиации,— высоты солнца, прозрачности и рассеивающей спо­ собности атмосферы, облачности, альбедо подстилающей поверхности — и может быть различным для разных пунктов страны. Следует отме­ тить, что в опубликованных работах сведения о величине эквивалента противоречивы. Так, в методических указаниях по расчету освещенно­ сти с помощью светового эквивалента [70] даны следующие его значе­ ния для рассеянной радиации при безоблачном небе в зависимости от высоты солнца: при Л = 15 16° k3 = 64; при Л = 46 -н 55° k3 = 71, а

28

ния тепловой радиации и освещенности позволили получить для Таш­ кента приближение значения светового эквивалента, которые можно рекомендовать для практических расчетов, выполняемых в процессе строительного проектирования: для горизонтальной поверхности—73; вертикальной — 60.

Величины освещенности, характеризуя количественную сторону освещения, не дают представления о его качестве. Между тем тенеобразующие свойства природного света существенно влияют на освеще­ ние интерьеров, на восприятие внешнего облика архитектурных форм и деталей. Для более полного учета светового климата при архитектур­ ном проектировании необходимо дать численное выражение контраст­ ности освещения. С увеличением высоты солнца над горизонтом прямая освещенность растет быстрее, чем рассеянная. Поэтому при безоблач­ ном небе повышение солнца сопровождается увеличением контрастно­ сти освещения.

Экспериментально установлено, что глаз оценивает не разность яркостей, а отношение разности к абсолютной величине. Это отноше­

29