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

зали хорошую сходимость рассчитанных и измеренных величин. Еди­

ницы диапазонов длин волн, в которых оценивалось УФ излучение. Од­ нако в первом грубом приближении некоторые результаты можно сравнить. Так, В. А. Белинский приводит карту месячных (за июнь) доз прямой УФ радиации с длиной волн меньше 400 нм. По его дан­ ным, для Ташкента доза составляет 4 200 ккал/м2. По данным ТГО, для интервала волн 350—410 нм месячная доз.а прямой радиации для

данным ТГО, и подтверждают правильность наших измерений. Пользуясь картами, приведенными в монографии В. А. Белинского,

интересно сопоставить приход УФ радиации в Ташкенте и в Москве.

раза, в декабре в 5 с лишним раз. Примерно также отличаются интен­ сивности суммарной эритемной радиации области В. Годовая доза суммарной эритемной радиации области В + А в Ташкенте в 2 с лиш­ ним раза больше, чем в Москве. Различие в интенсивности прямой УФ составляющей в этих пунктах еще больше, чем разница в суммарной радиации.

Для расчетов, связанных с гигиенической оценкой помещений раз­ личной глубины, представляет интерес распределение яркости небосво­ да в УФ лучах. По данным НИИСФ [29], распределение яркости как ясного, так и пасмурного неба в УФ области спектра близко совпада­ ет с аналогичным показателем для видимых лучей. Для приближенной оценки влияния закрытости горизонта В. А. Белинский приводит сле­ дующие данные об эритемной УФ радиации, поступающей на гори­

40

Г л а в а II. НОВЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА ИНСОЛЯЦИИ

§ 1. О методах расчета инсоляции

Требования к инсоляции помещений различного назначения очень разнообразны и могут быть удовлетворены только на основе комп­ лекса мер: путем рационального выбора ориентации зданий по странам света и разрывов между ними; применением светопроемов соответст­ вующих типов, конструкций и размеров в сочетании с определенными светопрозрачными материалами, солнцезащитными и светорегулирую- ш.ими устройствами; использованием ограждающих конструкций с до­ статочной теплозащитной способностью и т. д. При решении подобных вопросов, а также для определения тепловых нагрузок на здания при проектировании систем вентиляции и искусственного охлаждения не­ обходимы расчеты инсоляции и в первую очередь вертикальных по­ верхностей светопроемов и стен.

Геометрические построения позволяют определять продолжитель­ ность, глубину и площади облучения, степень затенения светопроемов солнцезащитными устройствами, являются первым этапом энергетиче­ ских расчетов инсоляции при вычислении прихода в помещения тепло­

светотени и, таким образом, оказать помощь архитекторам в оценке художественной выразительности проектируемых объектов.

Простейший метод геометрического расчета, который основан на построении теней и зон инсоляции с помощью координат солнца, тре­ бует предварительных вычислений, трудоемок и не находит приме­ нения.

В практике архитектурного проектирования получили распростра­ нение графические методы геометрического расчета инсоляции, которые значительно упрощают и ускоряют построения теней и зон инсоляции.

Большое количество разнообразных графиков, предложенных оте-

42

чественными и зарубежными авторами для геометрических расчетов инсоляции, можно подразделить на два основных типа. В основе гра­ фиков первого типа лежит построение траекторий движения солнца на

солнца, построенные в полярной системе. При пользовании ими прихо­ дится на развертке или проекции небосвода строить контуры окружаю­ щей застройки и светопроема, видимые из расчетной точки. Для этого определяют горизонтальные и вертикальные углы, под которыми из расчетной точки видны характерные точки контура застройки. При та­ ком построении линии, являющиеся в натуре прямыми, на развертке небосвода или его проекции приобретают кривизну. Поэтому для по­ строения каждой линии необходимо предварительно определить коор­ динаты нескольких точек, лежащих на ней. Это замедляет построение.

Расчет инсоляции с помощью таких графиков позволяет судить только о продолжительности инсоляции точки. Для более полной кар­ тины инсоляции 'помещения или территории застройки приходится вы­ бирать целый ряд точек и для каждой из них повторять построения.

43

щения во времени зоны инсоляции. Поэтому графиками первого типа целесообразно пользоваться только для определения продолжительно­ сти инсоляции помещения в целом.

В основу графиков второго типа положены кривые дневного хода тени на горизонтальной плоскости от точки, находящейся на опреде­ ленном уровне от нее. Такие графики предложены Л. Л. Дашкевичем [31J и усовершенствованы А. Рудницким [83]. Графики этого вида для разных широт построены и некоторыми зарубежными архитекторами [2, 143]. На наш взгляд, графики этого типа более приемлемы для прак­ тики архитектурного проектирования так как позволяют решать значи­

Мы считаем более правильным принимать в качестве расчетных даты, являющиеся с точки зрения положения солнца средними для сезонов.

44

Рис. 27. График для расчета зимней инсоляции горизонтальной поверх­ ности (январь-ноябрь; широта 41°20'; цена деления 0,4 м; M 1:200).

На основе использования графиков дневного хода тени мы разра­ ботали способ энергетического расчета инсоляции вертикальных и нак­ лонных поверхностей. Дадим некоторые пояснения, касающиеся графи­ ков дневного хода тени.

Радиальные линии на графиках показывают направление тени в различное время дня от вертикальной прямой, расположенной в полю­ се. Числа в кружках у радиальных прямых обозначают время. На гра­ фиках нанесены также системы линий (кривых для лета и зимы и прямых для весны — осени), показывающих дневной ход тени от цент­ ральной точки графика, расположенной в полюсе и находящейся на определенной высоте над горизонтом. Числа, стоящие у этих линий, да­ ют в масштабе 1:200 высоту этой точки над горизонтом.

При решении задач, связанных с определением затенения какойлибо точки окружающей застройкой, графики нужно поворачивать на 180°. В этом случае радиальные прямые показывают направление луча солнца, падающего в данный момент времени в полюс графика. Сис­ темы прямых и кривых обозначают стенку определенной высоты, рас-

45

положенную таким образом, что в любой момент времени дня луч солнца, падающий в полюс графика, касается верха этой стенки. Более подробный анализ комплекса задач, решаемых с помощью таких гра­ фиков, приведен во «Временной инструкции по расчету инсоляции и сслнцезащите здании» [18].

Рассмотренные графические методы приспособлены главным обра­ зом для расчета инсоляции горизонтальной поверхности. При опреде­ лении теплопоступлений, расчете УФ облучения, оценке эффективности солнцезащиты, анализе художественной выразительности объемов и де­ талей и при решении других подобных задач, часто встречающихся в практике проектирования, возникает необходимость построения зон ин­ соляции и теней на вертикальных поверхностях стен и светопроемов, а также определения продолжительности инсоляции точек, лежащих на вертикальных поверхностях. Описанные способы позволяют в принципе решать такие задачи, но при этом они становятся трудоемкими, лиша­ ются наглядности или не дают требуемой степени точности. Поэтому одной из актуальных задач в рассматриваемой области является раз­ работка метода геометрического расчета инсоляции вертикальных по­ верхностей. Этому вопросу посвящен следующий параграф.

Энергетические расчеты дают возможность находить количеств» тепла, приносимого солнечной радиацией на поверхности зданий, опре­ делять теплопоступления и приход УФ радиации через светопроемы„ оценивать теплозащитную эффективность затеняющих устройств и т. д. Способы энергетического расчета инсоляции предложены для задач архитектурного проектирования Л. Л. Дашкевичем [31], Б. А. Дунае­ вым [32] и некоторыми другими советскими и зарубежными исследо­ вателями [2, 143]. Интересны работы Д. В. Бахарева, в которых на ос­ нове энергетической интерпретации графиков А. М. Рудницкого даны способы расчета тепловой и эритемной облученности фасадов и тер­ ритории застройки.

Все эти методы дают возможность ориентировочно оценить тепло­ поступления. Напряжение солнечной радиации в них определяется тео­ ретически, как функция широты местности без учета конкретных ат­ мосферных условий.

В перечисленных работах или не учитывается реальное затенение остекления переплетами и солнцезащитными устройствами, или не при­ нимаются во внимание углы падения солнечных лучей, от которых в- большой степени зависит величина коэффициента пропускания радиа­ ции остеклением, либо принимаются другие допущения, также сни­ жающие точность расчетов. Уточнение энергетических расчетов инсо­ ляции возможно на основе данных многолетних радиационных наблю­ дений, публикуемых в актинометрических справочниках. Большинство методов энергетического расчета инсоляции приспособлено для оценки-

46

облучения горизонтальной поверхности. Выше уже отмечалось, что при архитектурном проектировании приходится оценивать облучение вертикальных и наклонных поверхностей.

Для расчета прямой тепловой, световой и УФ радиации применимы одни и те же формулы и графические методы. Общую формулу для расчета прямой радиации, поступающей на поверхности любого накло­

от (7). Исследования теплопоступлений на вертикальные поверхности, выполненные разными авторами, обобщены в монографии К. Я. Конд­ ратьева [54]. Результаты наиболее детальных и обширных теоретиче­ ских расчетов по приходу прямой радиации на вертикальные поверх­

четов инсоляции нашли применение в актинометрии, но не получили широкого распространения в архитектурно-строительном проектирова­

47

Рис. 28. Схема к выводу формул для геометрического рас­ чета инсоляции вертикальных поверхностей.

метрического расчета инсоляции достаточно определить местоположе­ ние на плоскости тени Д от заданной точки К, находящейся на опре­ деленном расстоянии OK от расчетной плоскости. Зная положение те­ ни от одной или при необходимости от нескольких характерных точек затеняющего элемента, можно легко определить контур всей тени, поль­ зуясь простейшими методами начертательной геометрии.

В общем случае луч солнца КД, коснувшись конца прямой К, упа­ дет в точку Д с прямоугольными координатами х и у. Положение этой точки и форма кривой, описываемой ею в течение дня, зависят от ори­ ентации вертикальной плоскости, географической широты местности, времени года, часа дня и длины прямой, отбрасывающей тень.

48

Назовем горизонтальный угол между перпендикуляром к расчет­ ной плоскости и южным направлением меридиана азимутом ориента­ ции плоскости В. Горизонтальная проекция солнечного луча образует с перпендикуляром к плоскости фасада некоторый угол—относитель­

юга и принимать: западные—-положительными, а восточные—-отрица­ тельными. Если относительный азимут солнца, найденный по формуле (8), имеет отрицательную величину, то его нужно отсчитывать против часовой стрелки от перпендикуляра к фасадной плоскости. При поло­ жительном значении относительный азимут солнца отсчитывается по

Ордината может быть найдена и по формуле

где J3 — профильный угол, образуемый с горизонтом проекцией сол­ нечного луча на вертикальную плоскость, перпендикулярную фасаду (рис. 28)

Вспомогательные углы В, а, ß мы впервые ввели в 1957 г. в ра­ боте, посвященной расчету солнцезащитных устройств [91]. Дальней­ шие исследования показали, что использование этих углов облегчает многие другие инсоляционные расчеты и, в частности, построение те­ ней и зон облучения на вертикальных поверхностях.

В некоторых случаях при расчете инсоляции вертикальных поверх­ ностей для определения местоположения тени от точки удобнее поль­ зоваться не прямоугольной, а полярной системой координат. Они оп­

cos y

4—831