CC BY
7К вопросу о дополнительном естественном освещении помещений зданий в условиях жаркого солнечного климата
со см о см
сч
о ш т
X
<
т о х
X
Стецкий Сергей Вячеславович
к.т.н., доцент, доцент кафедры «Архитектурно-строительного Проектирования и Физики Среды», ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ), StetskiySv@mgsu.ru
Ларионова Кира Олеговна
к.т.н., доцент кафедры «Архитектурно-строительного Проектирования и Физики Среды», ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ), larionova_k_o@mail.ru
Халил Маджед
аспирант ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ), majedkhalil986@gmail.com
В статье рассматриваются вопросы создания комфортного внутреннего микроклимата в помещениях зданий, проектируемых для условий жаркого солнечного климата. Анализируются вопросы, связанные как с естественным освещением, так и с солнцезащитой помещений при использовании метода естественной (пассивной) климатизации внутренней среды. Отмечается, что в условиях жаркого солнечного климата применение солнцезащитных устройств при выбранном методе клима-тизации становится единственно возможным. Одновременно можно расширить функциональные свойства солнцезащитных устройств, используя их конструкции как дополнительные отражающие поверхности в условиях ясного неба, превращая их одновременно в «световые точки». По материалам проведенных исследований делаются определенные выводы и предлагается введение термина - «Дополнительное естественное освещение»
Ключевые слова: жаркий солнечный климат, солнцезащитные устройства, пассивные (естественные) методы климатиза-ции, комфортный внутренний микроклимат, дополнительное естественное освещение помещений, солнечная радиация, перегрев помещений.
В жарком солнечном климате, который является отличительной особенностью региона Ближнего Востока, комфорт внутреннего микроклимата в помещениях зданий является одним из важнейших аспектов процесса проектирования и строительства. Особенно это важно и заметно сейчас в условиях Сирийской Арабской Республики, в которой вопросы, связанные со строительной отраслью, получили в последние годы новый импульс, связанный с многолетним вооруженным конфликтом. Его последствия серьезно отразились на экономической жизни страны, потребовав не только строительства новых объектов, но и восстановления старых, разрушенных гражданских и промышленных зданий. Строительство в стране в наши дни является локомотивом всего восстановительного процесса и, вследствие финансового и материального дефицита, должно быть, как экономичным, так и эффективным. Поэтому сейчас делается упор на возрождение традиционных методов проектирования и строительства, явившихся в свое время производным от базовых принципов архитектурно - строительной практики исламской архитектуры и даже имеющих более глубокие корни в истории древних государств Средиземноморья и Ближнего Востока. [1,2,3,4,5,6].
Эти принципы в настоящее время объединены под общим термином «пассивная» (или «естественная») клима-тизации внутренней среды. Альтернативный метод называется «активной» или «искусственной» климатизации.
Пассивная климатизация предполагает регулирование параметров внутреннего микроклимата за счет соответствующих архитектурных и конструктивных решений зданий, то есть без значительных затрат электроэнергии в период их эксплуатации. Активная климатизация предполагает использование специальных инженерных сетей и оборудования, то есть значительных затрат электроэнергии в период эксплуатаций зданий, что предполагает искусственный обогрев помещений, их искусственное охлаждение и вентиляцию, использование искусственного освещения и т.д. [7,8,9,10,11,12]
Основные архитектурно-строительные приемы, характерные для пассивного метода следующие:
- Толстые массивные наружные стены;
- Узкие вертикальные светопроемы, небольшой площади и редко расположенные;
- Светлая отделка наружных поверхностей;
- Массивное плоское эксплуатируемое покрытие;
- Большая кубатура внутренних помещений;
- Использование солнцезащитных устройств различного типа;
- Использование большого количества летних и наружных коммуникационных помещений;
- Использование внутренних двориков;
- Озеленение и обводнение прилегающей территории.
Иллюстрация ндивидуального жилого дома, запроектированного по принципам «пассивного метода» приведена на рисунке 1.
Применение солнцезащитных устройств в рассматриваемых климатических условиях становится совершенно
необходимым. Если их использование в условиях стандартного облачного небосвода расценивается как фактор, понимающий уровни естественной освещенности в помещениях, то в условиях солнечного климата и ясного неба их конструкции могут рассматриваться как дополнительные светоотражающие поверхности [13,14,15,16].
Рисунок 1. Типичное проектное решение индивидуального жилого дома с внешними и внутренними двориками для климатических условий региона Ближнего Востока (план и разрез).
Наиболее эффективными в этом смысле являются наружные стационарные солнцезащитные устройства (СЗУ) - козырьки, ребра-экраны и комбинированные СЗУ. Модификацией этих устройств являются такие и так называемые «световые полки» (светоперераспределяющие устройства - СПУ). Соответствующие иллюстрации, показывающие распределение световых потоков от Солнца как прямых, так и за счет их отражения от конструкций СЗУ и СПУ, представлены на рисунках 2 и 3. [17,18,19,20].
/77 777 /77 777
Рисунок 2. Схема светопоступлений в помещение при применении горизонтальных СЗУ для условий ясного неба: Фс - световой поток от Солнца; Фн - световой поток от чистого неба; Фп - световой поток от подстилающей поверхности;Ф1 - отраженный световой поток от верхней поверхности козырька; Ф2 - отраженный световой поток от нижней поверхности козырька; Фз - суммарный световой поток от Солнца и чистого неба (внешние прямые светопоступления).
Световые полки (или СПУ) имеют также и солнцезащитные функции, располагаясь как вне светопроема, так и внутри помещения или располагаясь с двух сторон окна. Кроме светораспределительных и солнцезащитных свойств световых полок, в анализе также и размеры, расположение и количество этих полок, что уже связано с эргономическим вопросом проектирования.
Рисунок з. Схема светопоступлений в помещение при применении «световой полки» (светораспределяющего устройства) для условий ясного неба: 1,2,3 - прямые световые потоки от Солнца; ясного неба и суммарный световой поток, падающий на подстилающую поверхность соответственно; 4,5 - первичное отражение световых потоков от Солнца и ясного неба от верхней поверхности СПУ соответственно; 6,7- первичное отражение световых потоков от объектов окружающей застройки и подстилающей поверхности Земли соответственно; 8,9,10 - вторичное отражение световых потоков от нижней поверхности СПУ и от потолка помещения соответственно; 11 - верхний и нижний сколы оконного проема (для увеличения площади проникновения прямых и отраженных световых потоков в помещение); 12 -Световая полка (светоперераспределяющее устройство) совместного наружного и внутреннего расположения, совмещающая в себе также и функции СЗУ.
Таким образом можно утверждать, что роли СЗУ и СПУ в условиях солнечного климата со светотехнической точки зрения меняется. Они становятся, за счет отраженной составляющей естественной освещенности, источником дополнительного естественного освещения, роль которого и планируется изучать в дальнейших исследованиях. Одновременно с этим, имея в виду прямую функциональную значимость солнцезащиты, которая активно проявляется только в условиях солнечного климата, следует учитывать эти условия и для расчета уровней к.е.о. Это может быть сделано с использованием альтернативной методики «ясного неба», которая учитывает яркость свободного от облачности неба, отличную от стандартной. [3,7,14,20].
Выводы.
1. В современных политико-экономических условиях Сирии наиболее эффективным показал себя пассивный (естественный) метод создания комфортной среды в помещениях зданий, который по своей сути перекликается с традиционной исламской архитектурой. Данный метод является экономически и материально выгодным, так как использует для климатизации внутренней среды архитектурно-планировочные и конструктивно-строительные приемы.
X X О го А п.
X го гл
о
2 о м со
fO CS
о
CS CS
о ш m
X
<
m о x
X
2. Исследования показали, что наружные стационарные солнцезащитные устройства могут быть эффективно использованы и как светоотражающие устройства, обеспечивая в помещении дополнительное естественное освещение и повышая, тем самым, значения коэффициента естественной освещенности. Однако, такая ситуация может иметь место лишь при наружном солнечном освещении в условиях ясного неба, характерного для рассматриваемого региона.
3. Аналогичную роль по активизации отраженной составляющей естественной освещенности играют и так называемые «световые полки» (светораспределяющие устройства). Они являются модификацией стационарных солнцезащитных устройств, но их солнцезащитные функции имеют вторичное значение. Основную роль при проектировании сПу, кроме основной светоотражающей их функции, должны играть вопросы эргономики, то есть удобное для людей размещение данных конструкций в помещении.
Литература
1. Шевцов К.К. Проектирование зданий для районов с особыми природно-климатическими условиями. Москва: Высшая школа. 1986. 231 с.
2. Гусев Н.М., Никольская, Н.П., Оболенский, Н.В. Солнечная радиация и ее учет в современном строительстве / Н.М. Гусев, Н.П. Никольская, Н.В. Оболенский/ Москва. Научные труды НИИСФ. выпуск 5. 1972. С. 3-13
3. Стецкий С.В., Сало М.А. Учет влияния солнцезащитных устройств при расчетах естественного освещения в условиях южных регионов с преобладанием ясного неба // СМОТ XXI века. 2004. №10. с. 64-65.
4. Стецкий С.В., Амхаз Х. Роль солнцезащитных устройств в формировании комфортной световой среды в помещениях административных зданий для условий Бейрута // СМОТ XXI века. 2004. №12. с.52-53.
5. Стецкий С.В., Сулиман С. Повышение уровней естественной освещенности в помещениях гражданских зданий с системой бокового естественного освещения для условий жаркого и солнечного климата // СМОТ XXI века. 2005. №5. с. 82-84.
6. Стецкий С.В., Ходейр В.А. Внутренняя световая среда в жилых зданиях при использовании комбинированной солнцезащиты // Вестник МГСУ. 2012. №8. с. 39-45.
7. Stetsky S.V., Gahaeva N.L. Contemporary types of energy-efficient buildings: An architectural and structural review // E3S Web of Conferences.2021.Vol. 244. pp. 05010.
8. Стецкий С.В., Дорожкина Е.А. Повышение качества световой, акустической и инсоляционной среды в помещениях гражданских зданий с применением стационарных солнцезащитных устройств // Инновации и инвестиции. 2021. №2. С. 193-198.
9. Understanding overheating - where to start? (An introduction for house builders and designers). Great Britain. NHBS Foundation. 2012. 34 p.
10. Blinds and shutters. Thermal and visual comfort European Standard - final draft. Europian Committee for standardization. Brussel, Belgium. 2011. 57 p.
11. Solar shading for low energy buildings. European solar-shading organization. February 2012. edition 1. Meise. Belgium. 34 p.
12. Стецкий С.В., Серов А.Д. Особенности создания комфортного микроклимата в административных зданиях для климатических условий стран Ближнего Востока // ПГС. 2017. №12. С. 112-117
13. Соловьев А.К. Учет влияния отраженного света врасчетах естественного освещения промышленных зда-ний с системой верхних светопроемов при неравно-мер-ном светораспределении // Сборник трудов кафедры Архитектуры. МИСИ. 1974. С.28-31.
14. Соловьев А.К. Оценка световой среды производственных помещений в условиях ясного неба // Светотехника 1987. №1. с. 14-16.
15. Тваровский М. Солнце в архитектуре. Москва: Стройиздат, 1977. - 287 с.
16. Харкнесс Е., Мехта М. Регулирование солнечной радиации в зданиях. Москва: Стройиздат. 1984. 177 с.
17. Стецкий С.В. Сравнительный анализ функциональных характеристик солнцезащитных средств для гражданских зданий в условиях жаркого и солнечного климата // Светотехника. 2017. №5. с. 29-33
18. Стецкий С.В., Порублев С.А. Методы расчета естественной освещенности с учетом света, отраженного от светоперераспределяющих солнцезащитных устройств // СМОТ XXI века. 2011. №4. с. 34-37.
19. Порублев С.А., Стецкий С.В. Оптимизация решений солнцезащитных устройств в производственных зданиях с учетом их светоперераспределяющих свойств. // Вестник МГСУ. 2011. №1(том 1). с. 181-187.
20. СанПин 1.2.36885 -21 Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и/или безвредности для человека факторов среды обитания. M.: Минздрав России. 2021. 8 с.
On the issue of additional natural lighting of buildings in a hot sunny climate
Stetsky S.V., Larionova K.O., Khalil.M
Moscow State University of Civil Engineering (MGSU) JEL classification: L61, L74, R53
The article considers the problems of comfortable indoor microclimate in buildings, which are being designed for hot and sunny climatic conditions. The questions, connected with natural lighting of interiors as well with solar shading are being discussed with respect to natural (passive) method of internal environment control. It is noted, that in hot sunny climate, the implementation of sun protection devices under method of control chosen is becoming the only possible. Along with this, it is possible to make functional properties of solar shading devise wider, using their structures as additional light-reflection surfaces under "clear sky" conditions, turning then at the same time into "sun shelves". The materials of the scientific researches in question give birth to some conclusions. Offering to introduce a new term, such as "supplementary natural lighting of interiors" is being made. Keywords: hot sunny climate, solar shading (sun-protecting) devices, passive (natural) method, indoor microclimate control, comfortable internal microclimate, supplementary natural lighting of interiors, solar radiation, overheating of premises. References
1. Shevtsov K.K. Design of buildings for areas with special natural and climatic conditions. Moscow: Higher School. 1986. 231 p.
2. Gusev N.M., Nikolskaya, N.P., Obolensky, N.V. Solar radiation and its accounting in modern construction / N.M. Gusev, N.P. Nikolskaya, N.V. Obolensky / Moscow. Scientific works of NIISF. issue 5. - 1972. - pp. 313
3. Stetsky S.V., Salo M.A. Accounting for the influence of sun protection devices in the calculation of natural lighting in the conditions of southern regions with a predominance of a clear sky // SMOT XXI century. 2004. No. 10. pp. 64-65.
4. Stetsky S.V., Amkhaz H. The role of sun protection devices in the formation of a comfortable light environment in the premises of administrative buildings for the conditions of Beirut // SMOT XXI century. 2004. No. 12. pp. 52-53.
5. Stetsky S.V., Suliman S. Increasing the levels of natural illumination in the premises of civil buildings with a system of lateral natural lighting for hot and sunny climates // SMOT XXI century. 2005. No. 5. pp. 82-84.
6. Stetskiy S.V., Khodeir W.A. Indoor Light Environment inside Residential Buildings in the Event of Application of Combined Methods of Sun Protection // Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2012. No. 8. pp. 39—45.
7. Stetsky S.V., Gahaeva N.L. Contemporary types of energy-efficient buildings: An architectural and structural review // E3S Web of Conferences.2021.Vol. 244. pp. 05010.
8. Stetsky S.V., Dorozhkina E.A. Improving the quality of the light, acoustic and insolation environment in the premises of civil buildings with the use of stationary sun protection devices // Innovations and investments. 2021. №2. pp. 193-198.
9. Understanding overheating - where to start? (An introduction for house builders and designers). Great Britain. NHBS Foundation. 2012. 34 p.
10. Blinds and shutters. Thermal and visual comfort European Standard -final draft. Europian Committee for standardization. Brussel, Belgium. 2011.57 p.
11. Solar shading for low energy buildings. European solar-shading organization. February 2012. edition 1. Meise. Belgium. 34 p.
12. Stetsky S. V., Serov A. D. Features of Creation of Comfortable Microclimate in Administrative Buildings for Climatic Conditions of Middle East Countries. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo [Industrial and Civil Engineering]. 2017. no. 12. pp. 112-117.
13. Soloviev A. K. Accounting for the influence of reflected light in the calculations of natural lighting of industrial buildings with a system of upper light openings with uneven light distribution. MISI. 1974. pp. 2831..
14. Soloviev A.K. Assessment of the light environment of industrial premises in a clear sky // Svetotekhnika 1987. No. 1. pp. 14-16.
15. M. Twarowski. The sun in architecture. Moscow: Stroyizdat. 1977. 287 p.
16. Harkness E., Mehta M. Regulation of solar radiation in buildings. Moscow: Stroyizdat. 1984. 176 p.
17. Stetsky S.V. Comparative analysis of the functional characteristics of sunscreens for civil buildings in hot and sunny climates // Svetotekhnika. 2017. No. 5. pp. 29-33
18. Stetsky S.V., Porublev S.A. Method of calculation of natural light exposure taking into account light reflected from sun protection devices // SMOT XXI century. 2011. No. 4. pp. 34-37.
19. Porublev S.A., Stetsky S.V. Optimal decisions of sun-protecting devices in industrial buildings with account of their light over-spreading properties // Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2011. No. 1 (vol. 1), pp. 181-187.
20. SanPin 1.2.3685-21 Hygienic norms and requirements to provide safety and/or harmless for a human being factors of live able environment. M.: Ministry of Health of Russia. 2021. 8 p.
X X
o 00 A c.
X
00 m
o
2 O
ho CJ
