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

При сравнении яркости поверхностей, имеющих равные коэффициенты отражения, в формулу можно подставлять величины суммарных и рас­ сеянных освещенностей.

Наибольшая контрастность природного освещения в Ташкенте при естественных условиях облачности наблюдается в летнее полугодие (рис. 14). В этот период она резко возрастает в течение часа после вос­ хода солнца, днем практически постоянна и резко падает перед захо­ дом солнца. Зимой контрастность освещения плавно меняется в тече­ ние дня. Относительное постоянство коэффициента контраста в часы, близкие к середине дня, позволяет принять его за основную характери­

мо проверить путем натур«ых наблюдений. Для этого изучались осве­ щенности и контрасты в летнее время в Самарканде. Основным объ-

30

дневного изменения диффузных освещенностей на реальных объектах почти строго следует кривым IV, построенным на рис. 13 по наблюде­ ниям в Ташкенте. Такое совпадение можно объяснить, во-первых, очень

ного света. Контраст на вертикальных плоскостях составлял в среднем 0.85, т. е. практически совпадал с контрастом на горизонтальной по­ верхности.

Таким образом, наблюдения показали, что диффузные и суммар­ ные освещенности, а также коэффициенты контраста, измеренные в ус­ ловиях фотометрической площадки и на реальных объектах, хорошо согласуются.

Характер изменения освещения по глубине помещений зависит от распределения яркости на кажущейся поверхности небосвода. Соотно­ шение яркости отдельных участков неба, определяемое облачностью,

чам строительного проектирования посвящен ряд исследований оте­ чественных и зарубежных авторов, результаты которых обобщены в работах H. М. Гусева [25] и Н. П. Никольской [67]. Простую формулу для оценки меридионального изменения относительной яркости небо­ свода при сплошной облачности предложили Р. Мун и Д. Спен­ сер [148]:

в Нормах естественного освещения [113] установлены в соответствии с кривой (рис. 17), построенной по формуле (5). Единицей служит яр­ кость параллели полусферы небосвода, видимой под углом 45°.

Принятый в Нормах метод учета неравномерной яркости небосво­ да с помощью единых для всей территории СССР коэффициентов мож­ но считать справедливым лишь в первом приближении. Различные районы страны, в том числе и Средняя Азия, отличаются своеобрази-

32

Наблюдения показали (рис. 17), что при обычном облачном небосводе наименьшая яркость у горизонта.

С увеличением высоты она возрастает и достигает максимума около па­ раллели, расположенной примерно под углом 30° к горизонту. С приб­ лижением к зениту яркость несколько снижается. Такой характер рас­ пределения яркости сохранялся неизменным в течение всего периода наб­ людений. Величина угла, под которым яркость небосвода максимальная, объясняется тем, что в зимнее полугодие на широте Ташкента, в часы, близкие к полдню, высота солнца имеет примерно такие же значения. Летом при облачном небе наибольшую яркость, по-видимому, должна иметь параллель, лежащая выше 30°. Полученные данные существенно отличаются от стандартного распределения яркости на облачном небо­ своде (рис. 17).

По данным измерений, яркость пасмурного небосвода в значитель­ ной степени зависит и от ориентации, что не учитывается Нормами. Зависимость яркости небосвода от ориентации характеризуется кривой 3 на рис. 18. Сравнение ее с кривой 1, построенной по данным Р. Г. Гопкинсона [142] для условий сплошной облачности, показывает, что ре­ зультаты натурных наблюдений и в этом случае отличаются от коэф­ фициентов, полученных теоретически.

При оценке естественного освещения зданий на юге большое зна­ чение имеют сведения о распределении яркости по безоблачному небу.

распределения яркости для разных высот солнца, построенных по вы­ числениям Е. В. Пясковской-Фесенковой, дан их анализ [25] и предло­ жены значения коэффициентов, учитывающих неравномерную яркость

ты которых обобщены в статьях Н. П. Никольской [39, 67]. В перечис­ ленных трудах приведены формулы для расчета распределения ярко­ сти ясного неба по отдельным меридианам в зависимости от положе­ ния солнца, рассеяния атмосферы и других факторов. Светотехниче­ ские расчеты при архитектурном проектировании выполняются не для отдельных моментов времени, а в среднем для характерных периодов года и поэтому использование таких формул требует больших затрат времени. Справедливо замечание проф. Н. М. Гусева о том, что данные по световому климату необходимы в адаптированном, удобном для практической работы над проектом виде [67]. В связи с этим понятно, почему он и В. Б. Вейнберг нашли возможным рекомендовать попра­ вочные коэффициенты на неравномерную яркость небосвода в гори­ зонтальном направлении в ясную погоду.

34

Яркость неба по меридиану подвержена не меньшим колебаниям, чем по ориентациям. Очевидно, на данном этапе в ее оценке для про­ ектирования можно ограничиться аналогичным подходом. При этом, безусловно, будут допущены некоторые отступления от действительной картины, но в целом представится возможность учесть среднее, наибо­ лее характерное распределение яркости в определенных светоклиматических условиях. Натурные измерения в Ташкенте позволили полу­ чить такие данные (рис. 19). При их осреднении яркость околосолнеч­ ного ореола в расчет не принималась. Измерения показали, что наибольшую яркость небосвод имеет у горизонта, наименьшую — в зе­ ните. На одной и той же параллели яркость достаточно резко изменя­ ется по горизонту, постепенно снижаясь от южного направления к се­ веру. Распределение яркости по меридиану в среднем для всех ориен­ тации характеризует кривая 6 на рис. 19. До получения более подробных сведений эту зависимость можно использовать при расчете естественного освещения помещений в условиях безоблачного небо­ свода на территории Средней Азии.

Результаты исследования ряда ранее не изучавшихся элементов местного светового климата позволяют по новому подойти к оценке и расчету естественного освещения помещений, к анализу видимости и восприятия архитектурных форм в условиях Средней Азии. Эти воп­ росы подробно (рассматриваются в следующих главах.

§4. Ультрафиолетовый климат

ВУФ участке спектра неба и солнца, достигающего земли, вы­ деляют 2 области: В — излучение с длиной волн от 280 до 315 нм, вы­

зывающее эритемный эффект, способствующее образованию витамина Д и обладающее эффективным бактерицидным и общетерапевтическим действием; А — излучение с длиной волн от 315 до 400 нм, обусловли­ вающее безэритемный загар и оказывающее благотворное действие на организм человека.

Изучение УФ климата началось недавно. В 1950—1953 гг. в Таш­ кентской геофизической обсерватории (ТГО) Е. А. Лопухиным [62] из­ мерялась суммарная УФ радиация и ее отношение к рассеянной на го­ ризонтальной поверхности. Наблюдения проводились в длинноволновой половине области А с захватом наиболее коротковолнового участка видимой части спектра (от 350 до 410 нм). А. П. Парфенов, обобщая исследования, выполненные различными авторами, подчеркивает, что бактерицидное и биологическое действие УФ лучей усиливается под влиянием коротковолнового видимого участка спектра [78]. Поэтому радиацию в указанном диапазоне допустимо принять за приближен-

35

ныи показатель, характеризующий полезные гигиенические качества

Потоки рассеянной УФ радиации мало зависят от времени года, а мак­ симальные значения, наблюдаемые в полдень, почти одинаковы в раз­ ные месяцы. Кривые рассеянной УФ радиации и рассеянной освещеннос­ ти близко совпадают (см. рис. 11).

36

ной радиации в течение года изменяются мало, а приход суммарной радиации увеличивается от зимы к лету примерно в четыре раза. Сум­ марная радиация при безоблачном небе и при естественных условиях облачности отличается незначительно (рис. 21).

Полезность УФ лучей связана с длиной волны. Следует упомянуть о наблюдениях ТГО за изменением границы УФ .конца спектра в за­ висимости от высоты солнца. При благоприятных атмосферных услови­ ях и максимальной высоте солнца земной поверхности достигают лучи с минимальной длиной волны 290 нм. Этот предел в Ташкенте несколь­

порядка 8°, т. е. при том же значении, что и в высоких широтах [54]. Поэтому расчеты инсоляции помещений, связанные с гигиенической оценкой облучения, целесообразно проводить для отрезков времени, в течение которых высота солнца превышает 8°. В южных широтах (35— 45°) такую высоту солнце имеет через час после восхода и за час до захода.

Выше отмечалось, что, зная потоки прямой радиации на горизон­ тальную поверхность, можно рассчитать облучение поверхностей лю­ бого наклона и ориентации. Экспериментальных данных о приходе рас­ сеянной лучистой энергии к горизонтальной поверхности недостаточно для оценки облучения помещений с вертикальными светопроемами. Это относится и к УФ радиации.

Закономерности облучения вертикальных поверхностей рассеянной УФ радиацией изучались в Ташкенте в 1966—1967 гг. [ПО]. Метод ис­ следования был аналогичен описанному в § 3. Предварительно опреде­ лялись коэффициенты вертикальной УФ облученности поверхностей различной ориентации, которые обладают значительным постоянством в дневном и тодовом ходе. В результате сравнительно кратковремен­ ных измерений можно получить достаточно надежные сведения іпо при­ ходу УФ радиации на различно ориентированные вертикальные по­ верхности.

Вторая всесоюзная конференция по световому климату внесла конкретные рекомендации, касающиеся аппаратуры для измерения спек­

элемент, закрытый светофильтром УФС толщиной 5 мм. Прибор ре­ гистрировал лучи в диапазоне волн длиной от 310 до 410 нм. Макси­ мум чувствительности соответствовал длине волны 330 нм. Перед фо­ тоэлементом располагалась интегрирующая сфера, внутренняя поверх­ ность которой покрыта окисью магния. За приемным отверстием в сфере имелась диафрагма для устранения попадания прямых лучей на

37

фотоэлемент. Фототок .регистрировался мнкроамперметром магнито­ электрической системы. При измерении рассеянного излучения при­ емное отверстие сферы затенялось стандартным экраном. Прибор по своей конструкции очень близок к описанному позже Е. П. Алексее­ вой [39].

Санитарные нормы инсоляции [84] устанавливают дозу солнечно­ го облучения помещений для летнего полугодия. В этот период интен­ сивность облучения минимальна в дни весеннего и осеннего равноден­ ствия. Для этих дней чаще всего выполняются инсоляциониые расчеты, связанные с оценкой достаточности УФ облучения. Поэтому наблюде­ ния за УФ радиацией проводились в весенний и осенний периоды. Результаты наших измерений и наблюдений ТГО достаточно резко от­ личаются (рис. 22). Это объясняется тем, что измерения велись прибо-

иIV).

рами, различными по конструкции и маркам фотоэлементов. Применяв­ шийся нами светофильтр пропускал излучение в несколько более широ­ ком диапазоне и абсолютные значения потоков радиации по нашим данным выше. Особенно большие различия в соотношении потоков прямой и рассеянной радиации. По-видимому, это следствие различ­ ного расположения в пределах города наблюдательных площадок. Площадка ТГО расположена на территории большого зеленого мас­ сива, вдали от городских улиц, наша — в центре города, рядом с нап­ ряженной транспортной магистралью. Сниженная прозрачность ат­ мосферы увеличивала долю рассеянной радиации в суммарном потоке. Соотношения между рассеянной и суммарной радиацией, показанные на рис. 22, дают крайние пределы, возможные в условиях Ташкента. Первые данные характеризуют УФ облучение в пригородной зоне, а

38

результаты вторых наблюдений в центральной части города и в райо­

Достаточно большую роль рассеянной УФ радиации в суммарном об­ лучении показали данные наблюдений в Ялте [115].

сеянной УФ радиации, приходящей на вертикальные поверхности раз­ личной ориентации (рис. 24). Максимумы интенсивности постепенно падают при отклонении поверхности от южной ориентации, а время максимумов соответственно перемещается от полдня. Сопоставление графиков, характеризующих облучение вертикальных поверхностей рассеянной УФ радиацией и рассеянным светом небосвода (см. рис. 13) показывает, что потоки УФ радиации в меньшей степени зависят от ориентации, чем освещенность.

Большой вклад в изучение УФ климата СССР внес коллектив сот­ рудников кафедры метеорологии и климатологии МГУ, работавших под руководством проф. В. А. Белинского. Результаты этих исследований опубликованы в ряде статей и в капитальной монографии [5]. В. А. Бе­ линский предложил радиационную модель атмосферы в УФ области спектра, т. е. условно принятую атмосферу, в которой происходят сти­ лизованные процессы ослабления 'приходящей от солнца радиации, обусловленные молекулярным и аэрозольным рассеянием и селектив­ ным поглощением озона. На основе этой 'модели на ЭВМ выполнены

39