Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

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

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

27.10.2023

Размер:

23.57 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 237 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 > Следующая >>>

Нами разработан прибор [111], в котором зрительные лучи также заменены световыми, но он лишен отмеченных недостатков. Прибор ос нован на развитии принципов, заложенных в анализаторе В. Г. Макаревича и солнечном индикаторе П. Барберри [133]. Последний предназ начен для установки приборов первого вида под требуемым углом к источнику света. Он состоит из полупрозрачного цилиндра закрытого сверху прозрачным диском с черной точкой в центре. На поверхности сменных цилиндров нанесены кривые суточного хода тени, отбрасыва емой центральной точкой в разные месяцы года, и часовые линии для

условий		определенной географической широты. При установке		прибо
ра	тень	от центральной точки совмещается с точкой на системе		кри
вых, которая соответствует заданному сочетанию широты,			времени го
да	и часа дня.
	Предлагаемый прибор представляет собой центральную цилиндри
ческую		проекцию небосвода с координатной сеткой высот	и азимутов,
а	также	с солнечными траекториями и часовыми линиями	(рис.35). По

осевой линии цилиндра в уровне горизонта расположен точечный ис

точник света. Часть цилиндра с северной стороны, где, за							исключени
ем полярных широт, нет солнечных траекторий, вырезана							для	удоб
ства	установки внутри			прибора	исследуемых	макетов и	наблюде
ния	за	картиной	экранирования.		Характер	экранирования		можно
видеть и		снаружи,	если	цилиндр	выполнить	из полупрозрачного ма
териала.

Основание цилиндра, изображающее плоскость горизонта, может устанавливаться как на уровне горизонта, так и опускаться вниз. На рис. 35 прибор показан с опущенным основанием, чтобы оно не препят ствовало при определении конфигурации светового пятна граничных условий инсоляции при сложных элементах солнцезащитных устройств. Решая задачу, характерные точки контура элемента солнцезащиты по следовательно совмещаются с источником света. В некоторых случаях часть элемента может оказаться ниже уровня горизонта.

Преимущество предлагаемого прибора по сравнению с описанными заключается в возможности его применения, сочетая с набором расчет ных графиков, представляющих собой развертки центральной цилинд рической проекции небосвода для разных географических широт (рис. 36). При построении расчетных графиков по оси абсцисс откла дываются азимуты солнца в произвольно выбранном равномерном мас штабе.

По оси ординат масштаб высот солнца неравномерный (см. рис. 37, а), но связан с масштабом азимутов. Отметка любой заданной вы соты h' определяется из формулы

h' = R- tg h,

(16)

№	90	60	30	О	30		60	9P	f20
			Углы	/7 и	V> ,	град.
Рис. 36. Расчетный		график (развертка центральной цилиндрической проекции
	небосвода) для географической					широты	Ташкента.
где	R — радиус	цилиндра, который в угловом масштабе азимутов со
	ставляет		570 15';
	Л —высота	солнца, град.

Интересно отметить, что часовые линии на развертке центральной цилиндрической проекции небосвода прямолинейны. Для определения точки их схода нужно продолжить вниз вертикаль, соответствующую нулевому азимуту, и на ней отложить в угловом масштабе высот от оси абсцисс широту местности.

Рис. 37. Принцип построения координатной			сетки	высот солнца	(а)	и схема
к	построению сетки контуров		экранирования (б).
Для расчета	продолжительности инсоляции помещений с помощью
таких графиков	предварительно	необходимо построить			контур участ
ка небосвода, который виден из		любой	точки	помещения		через све-

топроем или элемент солнцезащиты. Для прямоугольных окон и солн цезащитных устройств это построение можно сделать, не прибегая к прибору. Пусть светопроем имеет бесконечную длину или солнцезащита выполнена в виде жалюзи с горизонтальными планками. В этом

случае

боковые стенки,

показанные

на рис.

37 б,

условны.

При за

данных

высоте

ячейки

Я и ее глубине / минимальный

угол

с гори

зонтом,

при котором лучи солнца

проникают

в помещение,

составляет

ѳ 0 при перпендикулярном расположении солнечного луча

к плоскости

фасада

и ѳ*, когда горизонтальная

проекция

луча

составляет

с пер

пендикуляром

к фасаду

угол а; формула,

выражающая

зависимость

угла Qa от относительного выноса, азимутов

солнца

и ориентации (et),

имеет вид

tg Ѳа = —-COS a.

(17)

Связь этих

углов в

графической

форме

представлена

на

рис. 38,

где по нулевой вертикаш отложены углы ѳ0 .

при

заданных

Для

определения продолжительности

инсоляции

5-831

M	W	30	О	30	60	so
		У г 0/7	ot)	град.
Рис. 38. Сетка для определения контуров экранировании						небосвода
прямолинейными		фронтальными		затеняющими	элементами.

размерах светопроемов или жалюзи необходимо перенести на кальку соответствующую кривую, характеризующую граничные условия про


должительности инсоляции и совместить ее		с расчетным графиком.
При этом средняя линия, пересекающая кривую (<х=0), должна			сов
пасть с вертикалью	на расчетном графике,	определяющей азимут
ориентации фасада.	Участки солнечных траекторий в пределах		кон

тура видимого участка небосвода определят длительность инсоляции.


Время начала	и конца облучения помещений отсчитывается с помощью
часовых линий	расчетного графика.
В случае,	когда светопроем или элемент солнцезащиты		имеют
прямоугольную форму,		граничные условия продолжительности	инсо
ляции определяются не		только вертикальными углами ѳ, но и	гори

зонтальным углом 2 у (рис. 37, б ) . При построении контура видимого

участка небосвода в таких случаях	в обе стороны от нулевой линии
(рис. 38) по оси абсцисс откладываются углы у. Фигура,		образован
ная этими вертикалями и участком	кривой, которую они	пересекают,
66

даст

контур цилиндрической

проекции

небосвода,

отдельные части

которого видны

из всей совокупности

точек, помещения

через

задан

ный

затеняющий

элемент.

Естественно,

что,

рис.

должны

быть

выполнены

в одинаковом

масштабе

координатных

сеток.

При солнцезащитных устройства х сложной конфигурации

опреде

ление

видимого

участка небосвода п утем теоретических

расчетов

вы

зывает

большие

затруднения,

но эта

задача

легко

решается

по

мощью

предложенного прибора. Для

этого контур

светопроема

или

элемент солнцезащитного

устройства

выполняется из полоски

плотной

бумаги

в любом

масштабе, но таким

образом,

чтобы

общий

резмер

макета не превышал половины радиуса основания цилиндра прибора. При совмещении какой либо характерной точки элемента солнцезащиты с точечным источником света на цилиндре прибора высвечи-

Горизонтальные	углы	а	и И; град.
Р и с . 3 9 . Контуры экранирования	элементами		солнцезащи і ы сложного
очертания

вается определенный контур экранирования. При совмещении с лам почкой других характерных точек элемента очертания освещенной части поверхности цилиндра меняют конфигурацию. Частные контуры экранирования показаны на рис. 36 на примере распространенного солнцезащитного элемента типа „кленовый лист" (рис. 39, г). Кривая, огибающая все световые пятна (жирная линия на рис. 36), дает гра ничные условия экранирования, определяющие продолжительность инсоляции при данном типе солнцезащиты. Такие кривые для четы-

рех вариантов солнцезащитных элементов приведены на рис. 39. Кри вые, характеризующие экранирование небосвода окном, солнцезащитой или окружающей застройкой, найденные с помощью прибора, при всех прочих равных условиях, остаются неизменными для любой ори ентации и широты местности. Поэтому дальнейший анализ инсоляции


можно осуществлять, пользуясь графиками.
Метод совместного применения прибора с набором										расчетных
графиков	обладает		значительной			универсальностью			и позволяет в
принципе	выполнять		не только		геометрические			построения,		но и энер
гетические расчеты			инсоляции,		УФ	облучения		и естественного			осве
щения для любой точки помещения. Для этого необходим										дополни
тельный	набор	картограмм		небосвода с данными по прямой и рассеян
ной радиации		соответствующих			видов.		Они могут		быть,	например,
аналогичными		тем,	которые предложены на					основе	горизонтальной
проекции	небосвода		для	расчета		теплопоступлений			Б. А. Дунаевым
[32], УФ	облучения		Г. С. Терновским				[119], естественного			освещения
Б. Кожичем [145], но должны					быть перестроены с применением						ко
ординатной сетки центральной					цилиндрической			проекции.

§ 4. Предложения по энергетичесному расчету инсоляции

Первым этапом почти всех энергетических расчетов инсо


ляции,	выполняемых в процессе		строительного			проектирования,		яв
ляется	вычисление теплопоступлений			от прямой		солнечной радиации
на различно		ориентированные вертикальные			и наклонные		плоскости.
В § 1 этой		главы была показана	сложность		расчетных формул. Авто
ром разработан графический метод энергетического расчета							инсоляции,
упрощающий процесс вычислений			при	сохранении достаточной				точ
ности получаемых результатов [92, 106].
Метод основан на использовании				данных о приходе			прямой	ра

диации на горизонтальную поверхность и определении площади инсо

ляции	ее, облучаемой через квадратный		проем,	размером 1 х	1 м в
стенке	с бесконечно	малой толщиной, имеющей ориентацию и наклон
к горизонту те же,		что и плоскость, для	которой	вычисляются	теп

лопоступления. Вертикальная или наклонная поверхность abed такого проема (рис. 40) получат столько же тепла от прямых лучей солнца,


сколько	его поступает	на участок	горизонтальной плоскости,		облу
чаемой	через этот ж е	проем. Умножая поток		тепла, поступающего
на горизонтальную поверхность (см. рис. 5), на				площадь зоны	инсо
ляции,	получим приход тепла на		заданную плоскость. Таким образом,

расчет теплопоступлений сводится к определению площади инсоляции горизонтальной поверхности.

Инсоляцию горизонтальной			поверхности проще	всего	рассчитать
по графикам дневного хода тени (рис. 25—27). Зоны				инсоляции в го
ризонтальной	плоскости	имеют	форму параллелограмма		anmd при
вертикальном	и aked при наклонном проемах (рис. 40). Площадь па
раллелограмма	численно	равна	его высоте, так как основание ad при

нято за единицу. При решении задачи нужно знать расстояние между

горизонтальной		плоскостью	и верхней	гранью проема.	При верти
кальном	проеме	оно равно	единице, а при наклонном — синусу			угла
наклона	плоскости, так как гипотенуза			треугольника dec'	равна	еди
нице.

Для определения высоты параллелограмма зоны инсоляции гори зонтальная проекция светопроема (ad при вертикальном и ab'c'd при наклонном) вычерчивается на кальке в масштабе графика. Калька накладывается на график, а горизонтальная проекция верхнего угла светопроема (точки а или d при вертикальном и точки Ь' или с' при наклонном) совмещается с полюсом графика. Последний располагается по отношению к расчетной плоскости ad в соответствии с ее азиму том ориентации В. На кальку переносится кривая дневного хода тени от точки, высота которой равна расстоянию между горизонтальной плоскостью и верхней гранью проема. Перпендикуляр, опущенный на линию основания светопроема ad из точки пересечения расчетной кривой суточного хода тени с направлением горизонтальной проек ции солнечного луча в заданный момент времени, и представляет высоту параллелограмма зоны инсоляции.

На рис. 40 подробно показано определение инсолируемых участ ков горизонтальной поверхности и высот параллелограммов зон облу

чения. Верхние схемы			иллюстрируют	построения для				вертикальной
поверхности юго-западной ориентации				на	12,	14 и 16 часов.				Схемы,
вычерченные в нижней части, показывают методику							расчета		для нак
лонной поверхности,			ориентированной		на	юго-восток,		в	8,		12 и
14 часов.
Многочисленные		вычисления, выполненные по					формулам,				пред
ложенным	разными	исследователями		и с помощью			описанного				гра
фического	метода, показали, что его точность при						масштабе			графи
ков 1 :100 не уступает			аналитическим	расчетам.

При определении теплопоступлений на вертикальные плоскости раз личной ориентации можно воспользоваться простой формулой, выра жающей зависимость между искомой величиной, приходом тепла на горизонтальную плоскость Гп и котангенсом профильного угла

Рис. 40. Схемы к энергетическому	расчету	инсоляции		вертикальных и
наклонных	поверхностей.
/ " = / ; -ctgß =	/n r • ctg A-cos а.			(18)
Углы, входящие в формулу, показаны на рис. 28.
Если есть сведения только о	приходе	тепла	от	прямой радиации
на поверхность, перпендикулярную	лучам	солнца,	то для перерасчета

теплопоступлений к различно ориентированным вертикальным поверх


ностям необходимо в каждый момент				времени знать угол		падения
солнечного луча на заданную			плоскость. Вычисления этих углов очень
трудоемки (формула 7). Имея			полярные координаты тени (табл. 8—10)
или	графики	дневного хода	тени на вертикальных		плоскостях		(см)
рис.	31 и 32),	угол падения солнечного		луча можно	найти	по	отно-

сительнон длине

тени. Из

треугольника

ДОК

(рис.

28) видно,

что

tge = г.

Простота

предлагаемых

способов

энергетического

расчета

инсо

ляции и наличие

вспомогательных таблиц позволяют быстро

выполнять

разнообразные

вычисления. По этой

методике рассчитаны

потоки пря

мой радиации, поступающей на вер

тикальные поверхности

Ташкенте

(рис. 41). Летом

теплопоступления

распределяются

неравномерно

по

поверхностям

различной

ориента

ции. Максимум тепла

получают по

верхности, ориентированные

на

во

сток и запад. Наибольший

часовой

приход

тепла

при южной

ориента-

іо

іг

Время

дня

Рис. 41. Теплопоступления от прямой

сол

Рис. 42. Зависимость коэффициента

теп-

лопропускания

прямой

радиации

от

нечной

радиации

на вертикальные поверх

тангенса

угла

падения

лучей

для

оди

ности

различной

ориентации в

Ташкенте

нарного

( 1)

и двойного

(2)

остекления

январе (а),

марте

(ff), июле (в):

(з-юз), 5 - в

(3), б-в-св

(з-сз).

7- св (сз), ЦИИ

два

лишним

раза

меньше.

<у-с-св (с-сз), р-с.

Весной

приход

тепла

возрастает

для поверхностей, ориентированных

на юг,

снижается

при

ориентациях,

близких

востоку

западу.

Зимой

теплопоступления

максимальны

при

южной

и близких к

ней

ориентациях.

Теплопоступления на вертикальные поверхности от лучей солнца, а также сведения по приходу рассеянной радиации к тем же поверх

ностям (глава / ) , являются		основой	для	оценки	внешних	тепловых
воздействий на здания и теплопоступлений в помещения.
Радиационное тепло, проникающее через светопроем Qc, слагается
из теплопоступлений, обусловленных прямыми лучами Qn ,						рассеянной
радиацией	Qp , отраженной радиацией Qa и тепла от нагретого стекла						Q':
	Qc =	Qn+ Q P +	Qo+	Q'.			(19)
Первое	слагаемое можно	определить		двумя	способами. Один		из

них основан на расчете зон инсоляции в плоскости внутреннего остек

ления.		Для	определения	часовых	поступлений		тепла	площадь зоны
инсоляции			Fl умножается	на поток прямой радиации				7 ° ,	приходя
щей	в	соответствующий		момент	времени	на	поверхности		заданной
ориентации (рис. 41), и на коэффициент						теплопропускания			остекле
ния	~:
				Qn = K	- K - ^				(2°)

Количество тепла, проникающего через остекление, зависит от его свойств, а также от углов падения лучей. На рис. 42 приведен график зависимости коэффициентов теплопропускания прямой радиации от

относительной длины тени на вертикальной плоскости				г,	которая
связана с	углом падения луча и может быть найдена по			табл. 8 — 10.
Второй способ основан на построении		зон инсоляции		в	горизон
тальной условной п тоскости, совпадающей с нижним			краем	остекления
(рис. 43).	Внутренние откосы и стены,	освещенные	лучами		солнца,

Рис. 43. Схема к расчету-теплопоступлений от прямой солнечной радиа ции через светопроем.

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 237 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ