НОРМИРОВАНИЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ИНСОЛЯЦИИ ПОМЕЩЕНИЙ И ТЕРРИТОРИЙ ЗАСТРОЙКИ
Многокритериальная система оценки инсоляции застройки БАКТЕРИЦИД БАКТ-4 ЭРИТЕМА ЭР-4 ФОТО- ХИМИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ ОБЩЕЕ ОЗДОРО- ВИТЕЛЬНОЕ ДЕЙСТВИЕ ГИГИЕНИ- ЧЕСКИЙ ФАКТОР ЭКОНОМИ- ЧЕСКИЙ ФАКТОР ПРИРОСТ ПЛОТНОСТИ ЖИЛОГО ФОНДА 10% РАЗРЫВ МЕЖДУ ЗДАНИЯМИ 20 м МЕРИДИО- НАЛЬНОСТИ ЗАСТРОЙКИ 50% ЖИЛОЙ ФОНД 5000 м 2 /ГА КРИТЕРИИ НОРМИРО- ВАНИЯ ИНСОЛЯ- ЦИИ СОЦИОЛОГО АРХИТЕК- ТУРНЫЙ ФАКТОР КОЛИЧЕСТВО И КАЧЕСТВО ОСВЕЩЕНИЯ ПРОДОЛ- ЖИТЕЛЬНОСТЬ ч ВИЗУАЛЬНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ ПРЕРЫ- ВИСТОСТЬ
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИНСОЛЯЦИИ ПОМЕЩЕНИЯ И ТЕРРИТОРИИ ЗАСТРОЙКИ
Инсоляция В области архитектурно-строительного проектирования инсоляция означает облучение помещений и территорий застройки солнечными лучами. Под облучением необходимо понимать совокупность светового, биофизического и теплового воздействия солнца.
Азимут солнца (А О ) – угол, образуемый горизонтальной проекцией солнечного луча, достигшего заданной точки, и направлением на север от этой точки. Измеряется в горизонтальной плоскости, от северного направления по часовой стрелке. С АОАО О Ю Вертикаль мнимая
С Высота солнца (h 0 ) – угол, образованный солнечным лучом и его горизонтальной проекцией Измеряется в вертикальной плоскости h0h0 О Ю
Продолжительность и сила солнечного излучения, достигающего Земли на протяжении всего года, зависят от географической широты, погодных условий и облачности
- географическая широта населенного пункта; 1 С Ю Земной шар О Экватор 1 – населенный пункт (исследуемая точка): г. Новосибирск (55º с.ш.); - склонение солнца Начало координат
Координаты Новосибирска в десятичных градусах Широта: 55°0227 с.ш. Долгота: 82°5603 в.д. Высота над уровнем моря: 145 м
22 декабря 22 сентября и 22 марта 22 июня Воображаемая эклиптика на небосклоне В дни равноденствия В день солнцестояния
Рис. 5. Продолжительность дня от восхода солнца до захода солнца в дни смены сезонов Длительность солнечного излучения зависит от удаленности данной территории от экватора (географической широты); ее удаленности от гринвичского меридиана, а также от условий рельефа, которые определяют погоду на данной территории; высоты над уровнем моря и т.д.
Угол падения лучей относительно здания в день смены сезонов (в 12 часов дня) 55 о с.ш. Точка отсчета координат
Продолжительность дня от восхода солнца до захода в дни смены сезонов
Анализ инсоляции через проемы в торцовой стене здания: 1 – зимой; 2 – осенью/весной; 3 – в период летнего солнцеворота (в полдень) 22 июня (58 О 27 I ) 22 марта 22 сентября (35 O ) 22 декабря (11 O 33 I ) 55 О с.ш.
В чердачном пространстве инсоляция имеет большую глубину и более интенсивное «рассеивание» Южная инсоляция дома, конек крыши которого сориентирован в направлении восток-запад, с окнами, размещенными на стенах и в плоскости крыши, в полдень 22 июня (58 О 27 I ) 22 марта 22 сентября (35 O ) 22 декабря (11 O 33 I ) 55 О с.ш.
Согласно строительным нормам, размещение и ориентация жилых и общественных зданий должны обеспечивать непрерывную продолжительность инсоляции помещений в летний и весенне-осенний периоды года: – для северной зоны (севернее 58° с.ш.) – не менее 2,5 ч в день с 22 апреля по 22 августа; – для центральной зоны (58–48° с.ш.) – не менее 2 ч в день с 22 марта по 22 сентября; – для южной зоны (южнее 48° с.ш.) – не менее 1,5 ч в день с 22 февраля по 22 октября.
Способы ориентации зданий Среди различных способов выделяют здания меридиональной и широтной ориентации.
Здания меридионального типа (помещения располагаются вдоль продольных сторон) на участке располагают так, чтобы продольная ось здания совпадала с направлением север - юг. В этом случае восточный и западный фасады получают примерно равную продолжительность инсоляции.
Здания широтного типа (помещения располагаются по одной его продольной стороне) на участке располагают так, чтобы продольная ось здания имела направление Восток – запад. В этом случае окна помещений зданий обращены на юг, юго - восток; юго - запад.
НОРМИРОВАНИЕ ИНСОЛЯЦИИ Требование к инсоляции помещений жилых домов, включая комнаты коммунальных квартир, следует принимать по прил. А, табл. 2 для центральной части и исторических зон города на 22 апреля (22 августа), а для остальной части города - на 22 марта (22 сентября). Требования к инсоляции помещений общественных зданий и территорий жилой застройки следует принимать по прил. А, табл. 3 на 22 марта (22 сентября).
Экономическая эффективность нормирования инсоляции и солнцезащиты Нормируемый географический сектор ограничения ориентации жилых зданий Инсоляция
Солнцезащита Экономическую эффективность солнцезащитных средств целесообразно определять по минимуму приведенных затрат и повышению производительности труда в помещениях с солнцезащитой. Методика этих расчетов была разработана в НИИСФ и МАрхИ (Варежкин В.А., Оболенский Н.В., Шемякин Д.Д., Кулагина Т.Б. Руководство по технико-экономической оценке солнцезащитных средств в зданиях различного назначения. – М: Стройиздат, 1983).
НОРМАТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К РАСЧЕТУ ИНСОЛЯЦИИ ПОМЕЩЕНИЙ 1. Расчет продолжительности инсоляции помещений и территорий выполняется по инсоляционным графикам с учетом географической широты территории, утвержденным в установленном порядке. 2. Расчет продолжительности инсоляции выполняется на: – 22 апреля (22 августа) для жилых зданий центральной и исторической части города; –22 марта (22 сентября) для жилых зданий на основной территории города, а для общественных - на всей территории города.
Расчет продолжительности инсоляции помещений выполняется в расчетной точке, которая определяется с учетом расположения и размеров затеняющих элементов здания
Схема определения расчетной точки В (В'): для окна для окна с балконом
Схема определения расчетной точки В (В'): для окна с лоджиейдля окна с выступающей стеной
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ИНСОЛЯЦИИ В РАСЧЕТНОЙ ТОЧКЕ (В) НА ПЛАНЕ СВЕТОПРОЕМА
Продолжительность суммарной инсоляции помещения (в точке В) равна 5 часам 15 минутам
ПРИБЛИЖЕННЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСЛОВИЙ ИНСОЛЯЦИИ И СОЛНЦЕЗАЩИТНЫХ УСТРОЙСТВ, ОСНОВАННЫЙ НА ПРИМЕНЕНИИ ИНСОЛЯМЕТРА Устройство инсоляметра
Инсоляметр
Инсоляметр состоит из двух основных частей: диска-шкалы и вращающегося на оси прозрачного диска-сетки Диск-шкала инсоляметра (солнечная карта) Диск-сетка инсоляметра
Пример наложения инсоляметра на фрагмент генплана
Построение схемы затенения территории от здания с использованием инсоляметра
Определение площади инсолируемых поверхностей в помещении и техника построения реальных теней на фасаде здания
Видимое движение солнца по небосводу ИНСОЛЯЦИОННЫЙ ГРАФИК (ИНСОГРАФИК) Траектория солнца в характерные для летнего солнцестояния, весенне-осеннего равноденствия и зимнего солнцестояния для географической широты Москвы ( = 55° с.ш.)
Инсографик состоит из двух систем линий: - часовых радиальных линий, представляющих горизонтальные проекции солнечного луча, направленного к расчетной точке в различное время дня; - горизонтальных линий, показывающих превышение карниза противостоящего (затеняющего) здания над уровнем расчетной точки
В основу построения инсографиков положены закономерности видимого движения солнца и движения его луча к расчетной точке, находящейся в любом заданном месте застраиваемой территории
Пространственная схема проекции траектории солнца в дни равноденствий 22 марта, 22 сентября Лучевая плоскость Направление солнечных лучей в различные часы к расчетной точке Особенность движения солнечного луча к расчетной точке в дни равноденствия состоит в том, что он описывает в пространстве плоскость, называемую «условной лучевой поверхностью» Расчетная точка
Условная лучевая поверхность с часовыми радиальными линиями является основой для составления инсографика на дни весеннего и осеннего равноденствий.
Горизонтальная проекция условной поверхности, описываемой в пространстве солнечным лучом, идущим к расчетной точке Для определения затенения расчетной точки объектами А и Б на лучевую поверхность наносятся Горизонтали (h), соответствующие высоте объектов А и Б. Расчетная точка А h Б При одинаковой высоте объектов расчетную точку будет затенять только объект А с 7 до 9 часов утра, т.к. он пересекает лучевую плоскость.
Расчетная точка А h Б Расчетная точка в дни равноденствия будет инсолироваться дважды: с момента восхода солнца (с 6 до 7 часов утра) и с 9 часов утра до момента его захода
Летнее солнцестояние Зимнее солнцестояние продолжительность дня 17 ч 34 мин продолжительность дня 7 ч Лучевая поверхность (конус) h h – горизонталь (имеет параболическую форму) h А Б А Б Расчетная точка не затенена объектами Расчетная точка затенена объектом Б с 12 ч 20 мин до 14 ч 30 мин
Инсографик для расчета продолжительности инсоляции и построения контура теней
Пример 1 Требуется перевести местное солнечное время в 12 часов на декретное время для Ташкента. По карте часовых поясов находим, что город расположен в пятом часовом поясе на 69° в.д.; средний меридиан пояса имеет долготу 75°. Разница между долготой Ташкента и средним меридианом часового пояса составляет 75°–69° = 6°, разница между местным солнечным и поясным временем составляет 4 6 = 24 мин. Солнечное и декретное время
Карта часовых поясов
Поясное время будет 12 ч 00 мин + 0 ч 24 мин = 12 ч 24 мин. Декретное время в Ташкенте будет 12 ч 24 мин + 1 ч = 13 ч 24 мин. В летнее полугодие многие страны пользуются сезонным временем, которое опережает декретное время еще на 1 час. Поэтому летом в Ташкенте солнечный полдень по часам приходится на 14 ч 24 мин.
Графическое изображение смещения декретного времени по отношению к солнечному (на примере Ташкента)
Построение инсографика для широты º
R=1 hOhO З В С Ю 6 ч ч О С С φOφO : : : O R=1 r лг Ю φOφO Разрез небосвода План небесной сферы на плоскости Общий вид инсографика 1 см R=1
Пример 2 Определение продолжительности инсоляции точки на горизонтальной поверхности Точка О графика совмещается с заданной точкой, а сам график ориентируется по направлению север – юг. Высота затеняющего здания Н зд, т.е. превышение его карниза над заданной точкой составляет 25 м. На графике отмечается горизонталь, соответствующая высоте этого здания, т.е. горизонталь 25 м в выбранном масштабе чертежа и графика. Затенение заданной точки О всегда происходит только от той части здания, которая находится между горизонталью и этой точкой (на схеме заштрихована). В данном случае точка О будет затенена с 9 до 11 ч 30 мин.
а – одно затеняющее здание; б – два затеняющих здания из трех; 3 и 0 – азимуты (углы) затенения и инсоляции соответственно Основные случаи расположения зданий относительно затененной точки и линии ограничения, соответствующей превышению их над расчетной точкой:
Построение теней в различное время дня основано на методах НАЧЕРТАТЕЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИИ!
Пример 3 Построение тени на фасаде от противостоящего здания
C Ю 6 18 Фасад План I O с.ш. 40 а б А Пример 4. Построение хода тени на фасаде здания высотой 40 м
В дни равноденствия тень от какой-либо точки (например, от точки А) проходит на вертикальной плоскости по прямым линиям – соответственно линия а б на фасаде. Построение хода тени в дни равноденствия следует проводить в следующем порядке: - график наложить на план здания, совместив точку О с тенеобразующей точкой А (угол карниза) и ориентировать на север; - найти на плане начальное направление тени в момент восхода солнца (6 ч), которое оказывается на пересечении азимутальной линии с продолжением фасада а. Так как в момент восхода солнца его лучи идут параллельно горизонтальной поверхности земли, то тень от точки А на фасаде будет на том же уровне, т.е. на карнизе.
Точка б на пересечении линии горизонтали 40 с линией фасада в плане определяет место, где тень переходит с фасада на поверхность земли; Соединив на фасаде пунктиром точки а и б, получим следы хода тени на фасаде от точки А. Вертикали, восстановленные из точек пересечения азимутальных линий графика с линией фасада на плане до линии следов тени а б на фасаде, определяют тень для соответствующих часов дня. Полученное построение показывает, что затенение фасада начинается в 9 ч 40 мин, и с 14 ч 40 мин. фасад полностью затеняется. Для того, чтобы найти действительное положение тени на карнизе, достаточно провести вертикаль из точки а на плане до пересечения с линией карниза в точке а на фасаде.
Пример 5 Построение схем затенения светового проема козырьком. Тень построена на 8 ч. утра 22 марта. Фрагмент фасада Фрагмент плана 3,0 м С Ю А АIАI 1. Определяем расчетную точку (Д). Д 2. Накладываем инсоляционный график на план козырька, совмещая его центр с точкой (А), от которой будет строиться тень. 3,0 м 12 8 ч 1 3. Определяем точку (1) пересечения азимутальной линии, соответствующей 8 часам утра (в начертательной геометрии азимутальная линия будет являться горизонтальной проекцией луча) и линии, соответствующей высоте точки А (3,0 м) (это мнимая тень от точки А на горизонтальную плоскость проекций.
Фрагмент фасада Фрагмент плана 3,0 м С Ю А АIАI 4. Определяем фронтальную проекцию луча (А I -1 I ). Далее методом начертательной геометрии тени от козырька строятся на стену и на остекление оконного проема. Д 3,0 м 12 ч 8 ч 1 1I1I аIаI а б бIбI
П РИМЕР 6 Инсоляция пересеченной местности Профиль местности (а), план и мобильная шкала (б)
а) б) в) г) Рис.30 Построение мобильных шкал (а); использование мобильных шкал (б); затенение участка в разное время дня (в); определение затенения фасадов при помощи мобильных шкал (г). Построение мобильных шкал (а); использование мобильных шкал (б); затенение участка в разное время дня (в); определение затенения фасадов при помощи мобильных шкал (г) в) г)
РАСЧЕТ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ИНСОЛЯЦИИ С ПОМОЩЬЮ ИНСОГРАФИКОВ Задача 1 Определение суточной продолжительности инсоляции территорий застройки и помещений Задание Определить продолжительность инсоляции точки А, находящейся на поверхности земли на широте 55° с.ш., с учетом затенения ее рядом стоящим зданием высотой Н зд = 27 м (Н зд – превышение карниза затеняющего здания над уровнем заданной точки А) и ориентированного по направлению СВ–ЮЗ.
Примеры расчета продолжительности инсоляции и построения теней: а – продолжительность инсоляции точки на открытом участке и на фасаде здания; (Н зд =27 м – превышение карниза затеняющего здания над уровнем заданной точки А)
Задача 2. Определение продолжительности инсоляции точки, расположенной на фасаде здания на уровне первого этажа, применительно к условиям задачи 1. Н зд =25 м – превышение карниза затеняющего здания над уровнем расчетной точки окна В (расчетная точка окна расположена на 2 м выше расчетной точки земли)
Задача 3 Определение продолжительности инсоляции помещения через окно с учетом размеров окна, стены и затеняющего здания, применительно к условиям задачи 1 определение горизонтального и теневых углов окна
определение продолжительности инсоляции помещения через окно 1 – затеняющее здание, 2 – инсолируемое здание с расчетной точкой В светового проема
Задача 4 Построение контура теней («конверт теней») от здания 1 для условий ранее рассмотренных задач построение теней от здания на участке
Пример оформления учебного задания «Построение конверта теней и хода теней на фасаде здания» ?v=ILpK6S8ErA8
Летний период
Солнечный свет необходим для нашей с Вами жизни Инсоляция и освещенность помещения влияют как на наше мировосприятие, так и на здоровье всего организма человека в целом Результатом расчета времени инсоляции являются величины, характеризующие инсоляцию (время в часах и минутах, количество интервалов инсоляции, процент инсолируемой территории.
К сожалению, на сегодняшний день условия необходимой инсоляции и естественного освещения соблюдаются не в полной мере или вовсе не соблюдаются. Специалисты допускают стратегические ошибки в строительстве и реконструкции, при этом, в некоторых случаях, абсолютно законно, так как нормы из CАНПИНа противоречат этическим нормам. Например, в общежитиях допускается располагать до 60% окон в несоответствии с надлежащими нормами инсоляции и естественного освещения.
В данной ситуации мы можем наблюдать ярко выраженное классовое деление людей, не смотря на то, что все люди должны жить в благоприятных условиях, не зависящих от класса жилья (элитное жилье или общежитие). Казусы в законах и нормативных документах могут привести в дальнейшем к проблемам в здоровье людей