Елагин Б.Т. Прядко М.В. - Инсоляционные расчёты в архитектуре

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНБАССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

Б.Т. Елагин М.В. Прядко

ИНСОЛЯЦИОННЫЕ РАСЧЕТЫ В АРХИТЕКТУРЕ

РЕКОМЕНДОВАНО

Министерством образования и науки Украины как учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки „Архитектура" и „Строительство"

Лист 1/11-2444 от 18.06.2003г.

Макеевка – 2003

Е 47 П 85

УДК 628.921+728.1.011.22

Рекомендовано Министерством образования и науки Украины в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, которые обучаются по специальностям „Архитектура" и „Строительство", лист

Рецензенты:

А.Б.Нашюнов, д.т.н., профессор (зав. кафедрой „Городское строительстов и хозяйство" Донбасской государственной академии строительства и архитектуры);

Н.В. Тимофеев, к.т.н., доцент кафедры „Архитектура промышленных и гражданских зданий" Донбасской государственной академии строительства и архитектуры;

Е 47 | Б.Т.Елагин П 85 М.В. Прядко.

Инсоляционные расчёты в архитектуре.

Учебное пособие. Макеевка.: ДонГАСА, 2003г. - 47с. ISBN 5-7763-1157-8

Рассмотрены основные воздействия солнечной радиации на человека и санитарно-гигиеническое состояние помещений. Приведены основные нормативные требования и рекомендации по обеспечению условий инсоляции при реконструкции жилой застройки.

Представлен графический алгоритм расчёта продолжительности инсоляции объектов в условиях их затенения зданиями различной конфигурации и высоты.

Пособие может быть также использовано для расчета солнцезащитных устройств- козырьков, навесов для защиты помещений от солнечной радиации в районах с жарким климатом.

Учебное пособие предназначено для студентов строительных специальностей.

Авторы выражают искреннюю благодарность за ценные замечания и рекомендации рецензентам учебного пособия, а также Веремееву А.А., Прядко И.Н. за техническую помощь при подготовке графического материала и Редкозубову А.А. за художественное оформление.

© Донбаська державна академiя будiвництва i архггектури

Введение

Законом Украины «Про генеральную схему планировки территории Украины» обозначена необходимость увеличения территорий природоохранного, рекреационного, оздоровительного, историко-культурного назначения, а так же жилой и общественной застройки с повышением эффективности использования земель населенных пунктов.

Концепция развития населенных пунктов Украины, которая утверждена Постановлением Верховного Совета Украины, обозначила главные направления их развития, которые будут определять практические задачи развития и реконструкции территории. Прежде всего, в будущих десятилетиях мы будем внедрять принципы компактного города, рекомендованные Европейской экономической комиссией ООН.

В советское время реконструкция исторических районов, намеченная генеральными планами, практически не осуществлялась. Последние годы независимости Украины нам дали примеры удачной регенерации городской среды городов Ивано-Франковска и Полтавы.

На современном этапе в новых генеральных планах Киева, Севастополя, Винницы, Донецка, которые развиваются в условиях рыночной экономики, частной собственности на землю и недвижимость, одной из основных задач становится эффективная реконструкция районов существующей застройки центральных частей городов.

Процесс развития городского строительства концентрируется на регенерации районов крупных городов. Строительство жилья в пригородных зонах тянет за собой значительные затраты земельных ресурсов, потерю ценных природных зеленых зон и чрезмерный рост затрат на транспортные и инженерные сети.

В этой связи инвесторы, как правило, заинтересованы в поиске территориальных ресурсов в границах районов существующей застройки. Увеличение плотности и повышение этажности при реконструкции застройки приводит к изменению инсоляционного режима для ранее построенных зданий, т.е. создаются условия затенения, уменьшается время инсоляции, что часто входит в противоречие с действующими строительными нормами, которые вполне определенно регламентируют условия инсоляции помещений для жилых и общественных зданий [2].

Целью настоящего пособия является ознакомление с процессом инсоляции, а так же методами расчёта и решениями инсоляционных задач, применяемых к условиям городской застройки.

Слово инсоляция латинского происхождения (insolare - выставлять на солнце) и имеет смысл - облучение прямыми солнечными лучами. В общем потоке солнечного излучения или солнечной радиации у поверхности Земли различают прямую, рассеянную и отраженную радиацию. Инсоляционные расчеты предполагают решение задач, связанных только с прямой радиацией, т.е. инсоляцией. Угол отраженной и рассеянной радиации обычно ведётся методами, несколько отличающимися от инсоляционных расчетов.

Задачи, которые решаются с помощью инсоляционных расчетов, следующие:

1) определение продолжительности инсоляции помещения,

2) расчет геометрических характеристик солнцезащитных устройств (СЗУ),

3) построение суточного хода тени от здания на генплане участка, определение продолжительности инсоляции точки на здании или генплане.

При решении всех этих задач, прежде всего, необходимо учитывать положение Солнца на небосводе, или, как говорят, учитывать координаты Солнца.

1. Координаты Солнца.

Рассмотрим схему видимого движения Солнца по небосводу (рис. 1.1). На рис. 1.2. размещена схема, объясняющая кажущееся движение Солнца относительно точки Земли, за которую выбран Киев. Небосвод представляется полусферой, опёртой на горизонтальную плоскость, в центре которой находится рассматриваемая точка О. Через эту точку проходит полуденная линия Юг-Север (ю-с) и линия Восток-Запад (в-з), определяющие ориентацию в данной точке.

Солнце, взойдя на Востоке, движется по кругу, занимая на небосводе в данный момент определённое положение, которое характеризуется двумя координатами - высотой стояния и азимутом. Высоту стояния Солнца находят по углу h между лучом, исходящим из центра солнечного диска к рассматриваемой точке О, и его проекцией на горизонтальной плоскости.

Азимут Солнца а - это угол между полуденной линией и горизонтальной проекцией луча, направленного к рассматриваемой точке О от центра солнечного диска. В данном случае азимут отсчитывают от Юга к Северу. По схеме видимого движения солнца на небосводе необходимо уяснить некоторые важные особенности это движения. После восхода на Востоке Солнце в течение дня опишет дугу окружности. На следующий день Солнце опишет тоже дугу, но она уже не совпадёт с дутой предыдущего дня, а пройдёт выше или ниже её, отличаясь на некоторую угловую величину б, которая называется склонением. В течении года величина склонения изменяется от - 23,4° до + 23,4°, дважды проходя через ноль. Нулевое значение склонения оказывается в те дни когда Солнце взойдёт точно на Востоке. В этот день оно опишет дугу на небосводе, равного половине окружности. Для этого случая движения Солнца день будет равен ночи. Такие периоды называются равноденствием: 21 марта - весеннее, 21 сентября - осеннее. В период равноденствия Солнце проходит по большому кругу небесной сферы, плоскость которого совпадает с плоскостью небесного экватора. После весеннего равноденствия склонение приобретает положительные значения, так как Солнце за день описывает дут), равного более половины окружности, которая располагается выше дуги, соответствующей равноденствию. Максимального значения склонение достигнет в день летнего солнцестояния - 22 июня и равного +23°27' После этого склонение уменьшается, в момент осеннего равноденствия снова становится равным нулю, после чего начинает приобретать отрицательные значения. Солнце за день описывает на небосводе дугу, равную менее половины окружности. В этот период день становится короче ночи.

Минимального значения склонение достигает 21 декабря в день зимнего солнцестояния и равно оно - 23°27'. После этого склонение начинает возрастать, достигая нулевого значения в момент весеннего равноденствия и т.д. Из этого следует, что склонение влияет на значение координат Солнца.

Проходя по небосводу, при определённом склонении Солнце занимает каждый час определённое положение. За 24 часа оно опишет полный круг в 360°. При этом условии 1 час будет соответствовать 15°. При расчёте координат Солнца время отсчитывают обычно от линии, образованной пересечением вертикальной плоскости, проходящей через полуденную линию с плоскостью, в которой лежит видимый путь движения Солнца по небосводу (см.рис.1.1а). Инсоляционные расчёты обычно производят с интервалом в один или два часа.

Другая особенность движения Солнца на небосводе та, что для данного географического пункта плоскость, в которой лежит видимый путь движения Солнца по небосвода' имеет отклонение относительно вертикальной линии. Это отклонение характеризуется углом (угол ср), который называется географической широтой местности. Следует отметить, что на экваторе, где географическая широта равна нулю, плоскости, в которых лежит видимый щ'ть движения Солнца, вертикальны (см.рис.1.1б); на полюсах, где географическая широта равна 90°, - горизонтальны (см. рис.1.1в). Из этого следует, что географическая широта также влияет на координаты Солнца.