CC BY
265
Инсоляция жилых и общественных зданий. Перспективы развития
В.А. Земцов, В.Г. Гагарин
НИИСФ РААСН
В 2002 году были введены в действие санитарные нормы и правила СанПиН 2.2.1/2.1.1.1076-01 «Гигиенические требования к инсоляции и солнце-защите помещений жилых и общественных зданий и территорий» [1]. Необходимость разработки норм СанПиН 2.2.1/2.1.1.1076-01 была продиктована практикой строительства.
С середины девяностых годов прошлого столетия стала бурно развиваться строительная индустрия. Городские территории резко поднялись в цене, началось уплотнение городской застройки. С другой стороны, приватизация жилья способствовала обострению отношений владельцев квартир и другой недвижимости с застройщиками, поскольку уплотнение застройки на территории вокруг жилых домов ведет к снижению стоимости квартир в этих домах.
Со времени ввода в действие санитарных норм по инсоляции в различных городах Российской Федерации возведено много новых жилых кварталов, а также зданий точечной застройки. Санитарные нормы по условиям инсоляции жилых и общественных зданий помимо их основного функционального назначения были необходимы еще и в качестве сдерживающего фактора от необоснованного уплотнения городских территорий и позволили цивилизованно разрешать конфликтные ситуации между застройщиками и жителями города, особенно при точечной застройке.
Согласно федеральному закону «О санитарноэпидемиологическом благополучии населения» соблюдение санитарных правил является обязательным для граждан, индивидуальных предпринимателей и юридических лиц. Пользователями санитарных норм являются как организации здравоохранения, так и строительные организации. Поэтому каждый из пунктов санитарных норм должен трактоваться однозначно и не допускать спорных вопросов между пользователями и санитарно-эпидемиологическими службами.
Более чем семилетний опыт работы в рамках действующих санитарных норм приводит к выводу о необходимости корректировки ряда пунктов, касающихся требований к инсоляции жилых и общественных зданий, а также по расчету ее продолжительности. Корректировка санитарных норм позволит увеличить точность расчета параметров инфляционного режима помещений и, в большинстве случаев, повысит плотность застройки без ущерба для жителей городских районов.
Согласно пункту 2.4 санитарных норм и правил, нормированная продолжительность инсоляции устанавливается с учетом географической широты местности. Вся территория Российской Федерации разделена на северную (севернее 58о с.ш.), цент-
ральную (58о — 48о с.ш.) и южную (южнее 48о с.ш.) зоны.
Расчет продолжительности инсоляции согласно пункту 7.4 выполняется по инсоляционным графикам, разработанным для географических широт с
интервалом через пять градусов (40о, 45о... 75о).
Каждый из этих графиков может применяться для расчета продолжительности инсоляции в пределах зоны ±2,5о. Например, график для географической широты 45о приемлем для зоны с широтой от 42,5о до 47,5о. Такое допущение снижает количество разрабатываемых инсоляционных графиков, но вместе с тем снижает точность расчетных параметров инсоляции.
Для повышения точности расчета продолжительности инсоляции есть два пути. Первый заключается в том, чтобы для каждой географической широты разрабатывался отдельный инсоляционный график. Положительным моментом в данном случае является точность расчета. Однако проектные организации зачастую разрабатывают проекты для различных широт. В этом случае необходимо иметь большой пакет инсоляционных графиков, что приводит к определенным неудобствам. Проверяющие организации в лице санитарных служб также должны иметь в наличии набор графиков для множества географических широт.
Альтернативным вариантом может быть внесение поправочных коэффициентов, учитывающих конкретную географическую широту в зоне действия определенного графика из утвержденного пакета. Внесение поправочных коэффициентов в санитарные нормы и правила позволило бы существенно увеличить точность расчета продолжительности инсоляции.
Так, при использовании откорректированного графика 55о с.ш. применительно к территории 52,5о можно увеличить высоту четырнадцатиэтажного дома на один этаж с учетом соблюдения действующих санитарных норм. Расчеты показывают, что инсоляционные графики, разработанные применительно к центральной зоне, через пять градусов корректируются путем увеличения (уменьшения) условного масштаба высот. При этом условные высоты зданий, представленные на графике, умножаются на коэффициент, равный 1,09 для нижней пограничной широты и на коэффициент, равный 0,91 для верхней пограничной высоты в соответствующей зоне. При использовании графика 55о с.ш. для широты 52,5о условную высоту необходимо увеличить в 1,09 раза, а для широты 57,5о уменьшить в 1,09 раза. Поправочные коэффициенты для промежуточных широт зоны определяются по интерполяции.
5 2009 147
Анализ расчетных исследований инфляционного режима зданий, выполняемых различными проектными и иными организациями, показывает, что метод расчета, изложенный в санитарных правилах и нормах, воспринимается неоднозначно и в ряде случаев допускаются ошибки.
В связи с этим назрела необходимость или более расширенно представить методику расчета в санитарных нормах, или разработать руководство по расчету и проектированию инсоляции и солнце-защите зданий и территорий с примерами расчета продолжительности инсоляции. В руководстве целесообразно отразить наиболее характерные и наиболее трудные ситуации застройки с учетом конструктивных особенностей элементов фасадов зданий. Здесь же можно представить несколько вариантов расчета с использованием методов, отличных от представленного в санитарных нормах [1].
Наибольшие разночтения метода, изложенного в санитарных нормах, связаны с определением положения расчетной точки помещения и трактовки суммарной продолжительности инсоляции. Определение положения расчетной точки помещения сопровождается рисунками, которые являются частными примерами и не отражают всего многообразия градостроительных ситуаций, и которые приводят к ошибкам. На рисунке 1 представлена схема определения расчетной точки для окна. При заданной ориентации начало инсоляции для центральной зоны будет в 7 часов и, следовательно, левый (при взгляде из помещения) горизонтальный угол будет соответствовать горизонтальной проекции луча солнца в 7 часов. Максимальный вертикальный инсоляционный угол находится в пределах от 32о до 42о, в зависимости от географической широты места строительства. Поэтому согласно изложенной в [1] методике, положение расчетной точки на рисунке 1 приложения не соответствует действительности. Анализ схем по определению положения расчетной точки на остальных рисунках, представленных в приложении санитарных норм, приведет к тем же выводам, что и по рисунку 1.
В практике проектирования и строительства жилых и общественных зданий часто встречаются случаи, когда инсоляция помещений прерывается на определенное время. В санитарных нормах в разделе «требования к инсоляции жилых зданий» сказано о допустимости прерывистости продолжительности инсоляции при условии, что один из периодов должен быть не менее 1 часа. При этом суммарная продолжительность инсоляции должна увеличиться на 0,5 часа. Однако не оговорено, какое количество периодов инсоляции при этом допускается. Нет разъяснения и о продолжительности пре-
148 5 2009
март £ сентябрь
ю
Рисунок 1. Солнечная карта для 55° с.ш. на день равноденствия.
рывистости инсоляции. Встречаются случаи, когда инсоляция прерывается на 5—10 минут, а в иных случаях на 1 час и более.
Расчет продолжительности инсоляции выполняется по инсоляционным графикам НИИСФ. Основным достоинством метода является его доступность и наглядность представления результатов расчета. Однако в ряде случаев возникают затруднения при определении начала или конца инсоляции помещений. Примерами могут служить помещения, рядом с окном которого размещается балкон соседнего помещения. Для подобных случаев расчет времени начала (конца) инсоляции удобно выполнять с помощью «солнечных карт» — карт траекторий движения Солнца. Солнечные карты представляют собой графическое изображение, показывающее положение Солнца на небесном своде в различное время. Полусферический небесный свод проецируется на горизонтальной плоскости.
Существуют разнообразные формы проекции небесного свода — ортогональная, равнопромежуточная, гномоническая (центральная), стереографическая и другие. В каждой из этих проекций небесный свод представлен в виде окружности, центром которой является зенит неба. Прямые, расходящиеся от центра, являются азимутальными линиями. Концентрические окружности, подобные линиям широт на глобусе (альмукантараты), являются малыми кругами небесной сферы, все точки которых имеют одинаковое зенитное расстояние [2]. При равнопромежуточной проекции линии высоты находятся на одинаковом расстоянии друг от друга,
Рисунок 2. Контурная сетка.
т.е. радиус окружности, представляющий собой весь небесный свод, делится на равные части. Таким образом, альмукантараты являются концентрическими окружностями, а азимутальные круги показаны в виде прямых радиальных линий. На основе равнопромежуточной проекции небесного свода построены солнечные карты, представленные в книге «Инсоляция жилища» [3].
В основу построения инсографиков НИИСФ, разработанных в 1957 году А. М. Рудницким [4] и усовершенствованных Б.А. Дунаевым [3], положена гномоническая (центральная) проекция. Плоскость этой проекции касается сферического свода в точке зенита, а за точку проекции взят зенит.
В стереографической проекции плоскостью является диаметральная (горизонтальная) плоскость, а точка проекции находится на другой стороне плоскости прямо под центром. На основе стереографической проекции в качестве примера построены солнечная карта (рис. 1) для географической широты 55о с.ш. для дня равноденствия (март-сентябрь).
Использование солнечных карт при графическом расчете продолжительности инсоляции должно сопровождаться вспомогательным графиком — контурной сеткой (рис. 2). Контурная сетка строится по аналогии с солнечными картами в стереографической проекции. Кривые линии контурной сетки представляют собой группу параллельных линий, сходящихся в двух точках схода в бесконечности. Группа вертикалей имеет точку схода в зените и в данной проекции совпадает с расчетной точкой, находящейся на горизонтальной поверхности в центре графика. Для отсчета вертикальных углов, под которыми из расчетной точки видны верхние части зданий (карнизы противостоящих зданий, верхняя грань окна и т.п.), служит шкала на осевой линии А-О.
Горизонтальные углы отсчитываются от осевой линии по шкале, расположенной на полуокружности. Полученная таким путем горизонтальная проекция контурной сетки представляет собой подоснову для построения контуров различных объектов, видимых из расчетной точки. Для определения про-
должительности инсоляции помещения в случае открытого небосвода достаточно построить контуры окна (картограмму окна) на рисунке 3 с помощью контурной сетки на прозрачной кальке и совместить картограмму окна с солнечной картой для определенной ориентации, после чего снять отсчет начала, конца и продолжительности инсоляции.
Расчет продолжительности инсоляции помещений в условиях городской застройки с помощью солнечных карт выполняется в следующей последовательности.
1. Строят картограмму окна и противостоящих зданий, видимых из расчетной точки. Для построения картограммы окна строят план и разрез окна в любом масштабе, например, 1:50 и отмечают его горизонтальные и вертикальные углы. Определить световые углы можно или аналитически через размеры окна в плане и по высоте или графически.
На кальке, наложенной на контурную сетку, отмечают горизонтали, соответствующие вертикальному световому углу (шкала по оси А—О), а по шкале на полуокружности отмечают горизонтальные (левый и правый) световые углы. Контуры окна 1-2-3-4 выделяют жирными линиями (рис. 3). На картограмме окна строят контуры зданий, расположенных напротив исследуемого помещения и видимых из расчетной точки. С этой целью определяют азимуты вертикальных граней зданий, отмечают по шкале на полуокружности и соединяют с расчетной точкой. Затем определяют вертикальные углы, под которыми карнизы противостоящих зданий видны из расчетной точки и строят горизонтали, соответствующие этим углам.
Процесс построения картограммы в большей степени сводится к графическому построению контуров окна и противостоящих зданий. Проследить построение можно на примере застройки, состоящей из четырех зданий. Схема генплана застройки
Рисунок 3. Контур окна шириной 2,0 м и высотой 2,0 м.
5 2009 149
Исследуемое здание
Рисунок 4. Схема генплана М1:500.
В
Рисунок 5. Схема определения расстояний от расчетной точки до зданий прилегающей застройки.
Рисунок 6. Картограмма окна с расчетной точкой А и зданий прилегающей застройки.
150 5 2009
(рис. 4) представлена в масштабе 1:500 для сопоставления с расчетом, выполняемым по инфляционному графику. В исследуемом здании IV требуется определить продолжительность инсоляции в помещении с окном шириной 2,00 м и высотой 1,50 м. Противостоящее здание I с расчетной высотой Нр=50,00м (высотой от уровня подоконника до верха карниза или парапета) расположено на расстоянии А/С, равном 47,00м от исследуемого здания (рис. 5); противостоящее здание II с расчетной высотой 30,00м расположено на расстоянии Ае, равном 42,00м; противостоящее здание III с расчетной высотой 18,00м расположено на расстоянии Аf, равном 32,50м. Определяют аналитически или графически углы, под которыми видны фасады зданий:
— для помещения I угол равен аге1д (50/47) = = 46,80°;
— для помещения II угол равен 35,50о;
— для помещения III угол равен 29,00о.
Определяют горизонтальный и вертикальный световые углы окна. Горизонтальные (левый и правый) световые углы при ширине окна 2,00м и глубине, равной 0,20м (для спаренных переплетов), соответствуют 84,3о. С помощью контурной сетки по расчетным данным строят картограмму окна (рис. 6).
Контуры здания I, расположенного параллельно исследуемому зданию, строят в следующей последовательности:
— совмещают расчетную точку А на картограмме окна с расчетной точкой помещения на схеме генплана. Линия 90—90 должна быть расположена по линии фасада здания;
— проводят линии, соединяющие точки 1, 2, 3 видимых граней фасадов здания на схеме генплана с расчетной точкой исследуемого помещения на генплане участка застройки;
— согласно данным, карниз (парапет) фасада 12 здания I виден из расчетной точки под углом 46,8о;
— с помощью контурной сетки вычерчивают горизонталь карниза фасада 1-2 на угловом расстоянии 46,8о в пределах линий 1-0 и 2-0;
— разворачивают картограмму на 90о вокруг расчетной точки до совпадения осевой линии АО окна с линией 90-90 на контурной сетке и строят линию карниза фасада 1-3 на основе соответствующей кривой.
Для построения контуров противостоящих зданий II и III, расположенных под углом к фасаду исследуемого здания IV, необходимо линию плоскости фасада развернуть вокруг оси контурной сетки на угол, под которым противостоящее здание находится по отношению к линии 90-90, т.е. расположить фасад противостоящего здания параллельно исследуемому. Дальнейшее построение контуров
март сентябрь
55°СШ
Рисунок 7. Графическое определение продолжительности в помещении с учетом прилегающей застройки с помощью солнечных карт.
зданий II и III выполняется по аналогии с контурами здания I. Построенная картограмма противостоящих зданий и окна исследуемого помещения представлена на рисунке 6.
2. Определяют продолжительность инсоляции. Для определения продолжительности инсоляции в исследуемом помещении на солнечную карту накладывают картограмму и ориентируют на заданный азимут (рис. 7).
Продолжительность инсоляции считывается с траектории движения солнца. Периоды инсоляции отсчитываются в промежутках между контурами противостоящих зданий М! и П-Ш, а также между линиями теневых углов (левого и правого) окна и линиями фасадов противостоящих зданий I и III.
Описанный метод расчета продолжительности инсоляции удобен для компьютерного исполнения. Опыт показывает, что расчет продолжительности
инсоляции одного помещения в зависимости от ситуации застройки выполняется в течение 10, 20 минут.
Использование графического метода расчета продолжительности инсоляции с помощью солнечных карт в проектной практике позволит представлять результаты расчета в более наглядной форме по сравнению с методом, рекомендуемым в санитарных нормах. Он может быть использован в качестве дополнительного обоснования результатов инсоляционных исследований в случае возникновения спорных вопросов между заказчиками и исполнителями этих исследований.
Предложенные в статье пути совершенствования проектирования и расчета инсоляционного режима жилых и общественных зданий, несомненно, будут способствовать повышению качества проектов городской застройки, улучшению световой среды в зданиях, повышению экономичности проектных решений.
Список литературы
1. Гигиенические требования к инсоляции и солнце-
защите помещений жилых и общественных зданий и территорий. Санитарные правила и нормы. — М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2002. — 15с.
2. Харкнесс Е., Мехта М. Регулирование солнечной
радиации в зданиях. Пер. с англ. Г.М. Айрапетовой; под ред. Н.В. Оболенского. — М.: Строй-издат, 1984.-176с., ил.
3. Дунаев Б.А. Инсоляция жилища. — М: Стройиз-
дат, 1979. — 104 с., ил.
4. Рудницкий А.М. Быстрый расчет инсоляции. —
Строительство и архитектура. Киев, 1957, вып.
11, с. 18-20.
Б 2009 1S1
