НОРМИРОВАНИЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ИНСОЛЯЦИИ ПОМЕЩЕНИЙ И ТЕРРИТОРИЙ ЗАСТРОЙКИ Многокритериальная система оценки инсоляции застройки РАЗРЫВ МЕЖДУ ЗДАНИЯМИ 20м БАКТЕРИЦИД БАКТ-4 ЭРИТЕМА ЭР-4 ФОТОХИМИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ ОБЩЕЕ ОЗДОРОВИТЕЛЬНОЕ ДЕЙСТВИЕ КОЛИЧЕСТВО И КАЧЕСТВО ОСВЕЩЕНИЯ ГИГИЕНИЧЕСКИЙ ФАКТОР КРИТЕРИИ НОРМИРОВАНИЯ ИНСОЛЯЦИИ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ФАКТОР СОЦИОЛОГО АРХИТЕКТУРНЫЙ ФАКТОР ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ 2 - 4ч ПРИРОСТ ПЛОТНОСТИ ЖИЛОГО ФОНДА 10% МЕРИДИОНАЛЬНОСТИ ЗАСТРОЙКИ 50% ЖИЛОЙ ФОНД 5000 м2/ГА ПРЕРЫВИСТОСТЬ ВИЗУАЛЬНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ 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. Вертикаль мнимая АО С О Ю Азимут солнца (АО) – 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. h0 С О Ю Высота солнца (h0) – угол, образованный солнечным лучом и его горизонтальной проекцией Измеряется в вертикальной плоскости Продолжительность и сила солнечного излучения, достигающего Земли на протяжении всего года, зависят от географической широты, погодных условий и облачности С 1 Земной шар Экватор О Начало координат Ю 1 – населенный пункт (исследуемая точка): г. Новосибирск (55º с.ш.); - географическая широта населенного пункта; - склонение солнца Координаты Новосибирска в десятичных градусах Широта: 55°02′27″ с.ш. Долгота: 82°56′03″ в.д. Высота над уровнем моря: 145 м Воображаемая эклиптика на небосклоне В дни равноденствия 22 декабря 22 сентября и 22 марта В день солнцестояния 22 июня 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. Рис. 5. Продолжительность дня от восхода солнца до захода солнца в дни смены сезонов Угол падения лучей относительно здания в день смены сезонов (в 12 часов дня) 55о 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) 55О с.ш. 22 июня (58О27I) 22 марта 22 сентября (35O) 22 декабря (11O33I) Южная инсоляция дома, конек крыши которого сориентирован в направлении восток-запад, с окнами, размещенными на стенах и в плоскости крыши, в полдень 55О с.ш. 22 июня (58О27I) 22 марта 22 сентября (35O) 22 декабря (11O33I) В чердачном пространстве инсоляция имеет большую глубину и более интенсивное «рассеивание» 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 Инсоляция Нормируемый географический сектор ограничения ориентации жилых зданий 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 лоджией для 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 ИНСОЛЯЦИОННЫЙ ГРАФИК (ИНСОГРАФИК) Видимое движение солнца по небосводу 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 Особенность движения солнечного луча к расчетной точке в дни равноденствия состоит в том, что он описывает в пространстве плоскость, называемую «условной лучевой поверхностью» Направление солнечных лучей в различные часы к расчетной точке Лучевая плоскость 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 Расчетная точка h Для определения затенения расчетной точки объектами А и Б на лучевую поверхность наносятся Горизонтали (h), соответствующие высоте объектов А и 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 h 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 продолжительность дня 17ч 34 мин Зимнее солнцестояние продолжительность дня 7ч Лучевая поверхность (конус) h – горизонталь (имеет параболическую форму) h Расчетная точка не затенена объектами Расчетная точка затенена объектом Б с 12ч 20мин до 14ч 30 мин 0 5 10 0° 9° 10° 20 30 40 Ì 1:500 Ñ 6 5 7 8 17° 9 24° 10 10 15 15 15 20 20 20 25 25 25 30 35 30 35 4012 30 35 40 10 30° 6 0° 7 9° 10° 5 10 11 33° 11 35° 33° âû ñî òà ñòî ÿí èÿ ñî ëí öà h ãðàä ° 10 40 30° âû ñî òà ï ðî òèâî ñòî ÿù èõ çäàí èé,ì âû ñî òà ï ðî òèâî ñòî ÿù èõ çäàí èé,ì Инсографик для расчета продолжительности инсоляции и построения контура теней 8 17° 9 24° Солнечное и декретное время 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 46 = 24 мин. 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) Ñ Ì 1:100 Ç0 18 19 10 10° 20 17 7 18 30 16 8 6 40 10 8 10° 20 30 40 15 17 0 13 10 16 15 14 12 Þ âåëè÷èí à ñì åù åí èÿ 22/ III è 22/IX-55° c.ø . 1324 âðåì åí è 11 13 9 10 12 11 10 9 Построение инсографика для широты º Разрез небосвода Общий вид инсографика Ю 12ч 15O 15O 11 10 9 15O 8 7 6ч O 15 В 15O План небесной сферы на плоскости 6 5 4 3 2 1см З φO 0 С 1:500 1:1000 1:2000 О 0 R=1 40 35 30 25 20 15 10 5 0 hO Ю лг 80 70 60 50 40 30 20 10 0 φO 12ч 160 140 120 100 80 60 40 20 0 22.03 22.09 С С 5 4 3 2 1 0 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 Нзд, 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. Основные случаи расположения зданий относительно затененной точки и линии ограничения, соответствующей превышению их над расчетной точкой: а – одно затеняющее здание; б – два затеняющих здания из трех; a3 и a0 – азимуты (углы) затенения и инсоляции соответственно Построение теней в различное время дня основано на методах НАЧЕРТАТЕЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИИ! Пример 3 Построение тени на фасаде от противостоящего здания Пример 4. Построение хода тени на фасаде здания высотой 40 м А Фасад 40 а I I б План 22.03 22.09 55O с.ш. 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 (6ч), 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. 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. 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 14ч 40 мин. фасад полностью затеняется. 12-00 11-00 14-15 14-07 10-00 14-00 13-00 9-45 9-00 8-05 Пример 5 Построение схем затенения светового проема козырьком. Тень построена на 8ч. утра 22 марта. 1 Фрагмент фасада АI 3,0м Д А Фрагмент плана 1. Определяем расчетную точку (Д). 2. Накладываем инсоляционный график на план козырька, совмещая его центр с точкой (А), от которой будет строиться тень. 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 (3,0м) (это мнимая тень от точки А на горизонтальную плоскость проекций. Фрагмент фасада АI 1 аI бI 3,0м Д 1I б а А Фрагмент плана 4. Определяем фронтальную проекцию луча (АI-1I). Далее методом начертательной геометрии тени от козырька строятся на стену и на остекление оконного проема. ПРИМЕР 6 Инсоляция пересеченной местности Профиль местности (а), план и мобильная шкала (б) Построение мобильных шкал (а); использование мобильных шкал (б); затенение участка в разное время дня (в); определение затенения фасадов при помощи мобильных шкал (г) а) в) б) 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 Нзд = 27 м (Нзд – 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; (Нзд =27м – 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. Нзд =25м – 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» http://www.youtube.com/watch ?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