CC BY
42Автоматический расчет инсоляции
о
сч
сч
OI
о ш m
X
3
<
m о х
X
Грузков Александр Артурович,
студент, кафедра гидротехники, теории зданий и сооружений, Дальневосточный федеральный университет, aleksandrgruzkov29@mail.ru
Матвиенко Вероника Дмитриевна,
студент, кафедра архитектуры и градостроительства, Дальневосточный федеральный университет, veroni.matviencko@mail.ru
Харламова Полина Андреевна,
студент, кафедра гидротехники, теории зданий и сооружений, Дальневосточный федеральный университет, kharlamova.pa@students.dvfu.ru
Рассмотрена важность экономии природных ресурсов. Приведены основные пути ее достижения при проектировании зданий и сооружений, главным из которых является тренд на энергоэффективное строительство. Описаны основные методы повышения энергоэффективности и нормативные документы их регламентирующие. Рассмотрена важность учета инсоляции при проектировании. Исследованы методы расчета инсоляции по нормативным документам. Также приведены документы, по которым определяются требуемые параметры освещенности зданий и сооружений в зависимости от их функционального назначения. Показан подробный алгоритм по созданию скрипта в платформе визуального программирования Dynamo, автоматически рассчитывающего время инсоляции заданной поверхности. Наглядно показаны преимущества использования данного метода. Сделан прогноз на дальнейшую интеграцию параметрических методов в процесс проектирования зданий и сооружений.
Ключевые слова: энергоэффективность, инсоляция, параметрическое проектирование, алгоритм.
ХХ век характеризуется невероятными темпами роста в связи промышленности и производства. Этот период называют научно-технической революцией. В связи со стремительным развитием техники, повсеместной электрификации городов, увеличением численности населения количество потребляемой энергии значительно выросло. И после середины ХХ века человечество впервые столкнулось с осознанием исчерпаемости природных ресурсов, таких как нефть, уголь и газ.
И с того времени люди начали думать об экономии природных источников энергии. Одним из способов сделать это стало использование альтернативных источников энергии, таких как ветер, поток воды в реках, солнечная радиация и другие.
В связи с этим изменился и подход к проектированию зданий и сооружений. Сейчас одним из главных трендов является создание зданий, которые помимо классических источников энергии используют и альтернативные источники. И в таком случае очень важно эффективно сохранять энергию внутри здания. Отсюда следует еще один тренд в строительстве - энергоэффективность.
Существует множество направлений в сфере энергоэффективного строительства. Вот одни из самых значимых:
- повышение требований энергоэффективности зданий
- использование материалов с низкой теплопроводностью;
- введение классов энергоэффективности зданий с целью повышения качества учета (21 августа 2016 года вступил в силу приказ Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации (Минстрой России) № 399 «Об утверждении Правил определения класса энергетической эффективности многоквартирных домов», по которому каждому жилому дому должен быть присвоен класс энергетической эффективности);
- грамотное проектирование зданий и сооружений.
23 ноября 2009 года государство выпустило федеральный закон N 261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации", который должен регламентировать правила и требования к процессу проектирования зданий и сооружений.
Одним из важнейших факторов при проектировании энергоэффективного и комфортного жилья является время инсоляции.
Инсоляция - прямое солнечное облучение поверхностей и пространств.
Солнечный свет - важная составляющая для нормальной жизнедеятельности любого живого организма. При нехватке света человек не может функционировать
нормально. При нехватке освещения, у него могут развиться многие болезни, некоторые из которых тяжело поддаются лечению:
- туберкулез;
- рахит;
- остеопороз;
- цинга.
Немало важно, что все эти болезни поражают самые слабые слои населения - детей и пожилых людей. Отметим и то, что даже при диабете регулярное воздействие солнечных лучей облегчает протекание болезни.
Однако во всем должна быть золотая середина. Избыток солнечного света также негативно влияют на организм человека, как и его нехватка.
Именно по вышеперечисленным при проектировании жилья, будь то дом или квартира, проектировщик должен обратить особенное внимание на степень освещенности.
Расчет инсоляции производится согласно ГОСТ Р 57795-2017 «Здания и сооружения. Методы расчета продолжительности инсоляции».
И, хотя с выходом постановления Правительства РФ N 87 от 16 февраля 2008 г. «О составе разделов проектной документации», раздел с расчетом по инсоляции стал необязательным, но по ГОСТ Р 57795-2017 «Здания и сооружения. Методы расчета продолжительности инсоляции» расчет инсоляции необходим для решения практических задач, связанных с инсоляционным режимами помещений и территорий, предусмотренными СП 42.13330, СП 54.13330, СП 160.1325800, и направлены на выполнение гигиенических требований СанПиН 2.2.1/2.1.1.1076, СанПиН 2.1.2.2645, СанПиН 2.4.1.3049, СанПиН 2.4.2.2821 по продолжительности инсоляции помещений в проектируемых, строящихся и существующих зданиях, а также на территориях детских и спортивных площадок, принадлежащих этим зданиям.
Стандартные методы расчета, приведенные в ГОСТе, основываются на использовании инсоляцион-ных графиков или солнечных карт. Данные методы достаточно удобны, но не наглядны и трудно применимы для крупных объектов или комплексов.
Решить эту проблему могут BIM технологии (англ. Building Information Model - информационная модель зданий и сооружений) - мощные программные комплексы, в которых создаются уже не чертежи, а информационная модель здания или сооружения.
Разберем процесс создания алгоритма по анализу инсоляции в программном комплексе для автоматизированного проектирования Revit с использованием платформы визуального программирования Dynamo.
1) Для примера создадим формы нескольких рядом стоящих зданий;
2) создадим семейство фасадной панели и назовем ее «Панель витража»;
3) для ускорения процесса расчета не будем расчленять южные фасады впереди стоящих зданий, так как инсоляция у них будет одинаковая;
4) создадим параметр «Solar», обозначающий время инсоляции, и зададим фильтр для сортировки панелей витража. Черным цветом будут выделены панели с инсоляцией час и менее, темно-серым - до 1,5 часов, светлосерым - до 2-х часов, белым - от 4-х часов и более;
5) переходим в программу Dynamo. Для корректной работы скрипта потребуются следующие плагины: LunchBox for Dynamo, Ladybug, Ampersand;
Рисунок 1 - Формы зданий
Имя Видимость П рдекцкя/Пси срхность
Линии ШфПХОВКН Промчи...
jSoljr 1 г
Sctjr1.5 г
Sotjr2 г
Solar 1 г
Рисунок 2 - Параметр времени инсоляции
6) задаем затеняющую геометрию, то есть ту плоскость, на которую будут падать солнечные лучи, выбором всех панелей;
Рисунок З - Затеняющая геометрия
7) задаем местоположение зданий (Москва), период анализа (22 марта с 7 до 17 часов) и строим солнечный путь с необходимой плотностью, то есть учитываемое количество положений солнца в час (4 раза в час);
8) разбиваем панели на плоскости (6 штук) и выбираем наружную грань;
X X
о го А с.
X
го m
о
ю 2
M О
о
сч
сч
О!
о ш т
X
3
<
т О X X
Рисунок 6 - Построение солнечного пути
Рисунок 10 - Подсчет времени инсоляции для каждой панели
времени, которое и переводим его в
10) подсчитываем количество солнце светит на каждую панель, часы;
11) задаем панелям параметр «Solar» согласно под считанному времени.
"Solar"; >
El empnLSet Parameter By Name
element > parameter Name > value > Element 1
hour hourj
V
list
! 5.25 I 7.75 I 1-5 0 4
4.5 0
0.25 0.75 0
■ 5*75
10.25
■ 0
! 4
m e
■ s
i Curtain Panel 199529
Curtain Panel 199532
1 Curtain Panel 199535
Curtain Panel 199537
| Curtain Panel 199539
Curtain Panel 199542
< Curtain Panel 199545
' Curtain Panel 199547
' Curtain Panel 199549
1 Curtain Panel 199552
9 Curtain Panel 199555
2 Curtain Panel 199557
1WTOÇ
402
402
Рисунок 11 - Задание параметра «Solar» панелям
Результатом анализа является цветовое отображение времени инсоляции панелей. Результат приведен на рисунке 12.
Данные о времени инсоляции можно также автоматически внести в спецификацию.
Итак, был рассмотрен алгоритм создания скрипта, позволяющий оценить время инсоляции. Создав его единожды, можно использовать его при проектировании любых зданий и сооружений. Данные об освещенности здания помогут проектировщику создать планировки, комфортные для проживания людей, при чем он почти не будет тратить на это время. Ему достаточно задать временные и географические параметры, а также выбрать объект анализа. И после нажатия всего лишь одной кнопки, он получит наглядный результат. Данный скрипт способен в разы ускорить процесс проектирования зданий, а также повысить его качество, так как архитектору больше не нужно будет тратить время на оценку освещенности здания.
Использование параметрических способов проектирования способно качественно улучшить и ускорить работу архитекторов. Внедрение данных методов трудоемко на начальных этапах, но освоив их, строительные компании смогут делать проекты быстрее и качественнее, что приведет к увеличению прибыли. Так что скорое будущее проектирования тесно связано с внедрением новых технологий на базе программирования.
Литература
1 Учебного пособие "Естественное освещение промышленных зданий". - Владивосток, В.К. Сафронов, И.А. Скуртол, 2015.
2 Расчет инсоляции [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.инсоля-ция.com/nuzhen_li_raschet.php
3 Инсоляция жилых и общественных зданий — что это и каковы требования [Электронный ресурс] - Режим доступа:
https://zen.yandex.ru/media/id/595267a33c50f7d859f991e
d/insoliaciia-jilyh-i-obscestvennyh-zdanii--chto-eto-i-
kakovy-trebovaniia-5a5c36fl8139baa70ab6b211
Designing a facade panel moving behind the sun Gruzkov A.A., Matvienko V.D., Kharlamova P.A.
Far Eastern Federal University
The importance of saving natural resources is considered. The main ways to achieve it in the design of buildings and structures, the main of which is the trend for energy-efficient construction. The main methods of energy efficiency improvement and regulatory documents regulating them are described. The importance of accounting insolation in the design is considered. Methods of calculation of insolation according to normative documents are investigated. Also, the documents are given, which determine the required parameters of illumination of buildings and structures, depending on their functional purpose. A detailed algorithm for creating a script in the visual programming platform Dynamo, which automatically calculates the insolation time of a given surface, is shown. The advantages of using this method are clearly shown. The forecast for further integration of parametric methods in the process of designing buildings and structures is made. Keywords: energy efficiency, insolation, parametric design,
algorithm. References
1 Textbook "Natural lighting of industrial buildings." - Vladivostok,
V.K. Safronov, I.A. Skurtol, 2015.
2 Calculation of insolation [Electronic resource] - Access mode: http:
//www.insolation.com/nuzhen_li_raschet.php
3 Insolation of residential and public buildings - what are these and
what are the requirements [Electronic resource] - Access mode: https://zen.yandex.ru/media/id/595267a33c50f7d859f991ed/in soliaciia-jilyh-i-obscestvennyh-zdanii--chto-eto -i-kakovy-trebovaniia-5a5c36f18139baa70ab6b211
X X О го А С.
X
го m
о
Рисунок 12 - Результат анализа инсоляции
ю 2
M О
