CC BY
17К вопросу об инсоляции помещений с системой верхнего естественного освещения
со см о см
о ш т
X
<
т О X 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), [email protected]
Ларионова Кира Олеговна
к.т.н., доцент кафедры «Архитектурно-Строительного Проектирования и Физики Среды», ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ), [email protected]
Степанов Кирилл Вадимович
магистрант ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ), [email protected]
Аверьянова Анастасия Сергеевна
магистрант ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ), [email protected]
Статья посвящена вопросам инсоляции помещений гражданских и промышленных зданий с системой верхнего естественного освещения. Указывается, что данный вопрос ранее не рассматривался, хотя увеличение в последнее время объема использования элементов системы верхнего естественного света в зданиях делает эту проблему актуальной.
Отмечается, что представленная работа в основном направлена на проектирование общественных зданий, в которых нормами регламентируется продолжительность инсоляции - учебных, медицинских и т.п. Наоборот, для производственных зданий с фонарями верхнего света, в которых продолжительность инсоляции не регламентируется и сама инсоляция не желательна, возможно рассмотрение этого вопроса с точки зрения солнцезащиты. Авторами даются также предложения по расчету продолжительности инсоляции для типичного случая какого-либо общественного здания с фонарями верхнего света. Ключевые слова: система верхнего естественного освещения, фонари верхнего света, продолжительность инсоляции, жилые, общественные и промышленные здания, нормирование времени инсоляции, солнцезащитные устройства.
B соответствии с действующими нормативными документами, продолжительность инсоляции регламентируется для жилых и некоторых типов общественных зданий. Промышленные здания в этом перечне не упоминаются. При этом расчет продолжительности инсоляции осуществляется только лишь для боковых проемов. [1-7].
Однако, в последнее время для естественного освещения зданий различных функциональных типов все чаще используется элементы системы верхнего света в виде фонарей, световых колодцев и полых трубчатых световодов. Сейчас эти элементы в основном применяются в новых общественных зданиях; в жилищном строительстве они встречаются редко -лишь в индивидуальных жилых домах или в мансардных этажах многоквартирных зданий. В производственных зданиях элементы системы верхнего света традиционно используются постоянно, но функционально они полезны как средства добавочного естественного освещения и естественной вентиляции. Как средства инсоляции, элементы системы верхнего естественного света обладают рядом негативных свойств - они являются средствами дополнительных теплопоступлений за счет проникающей солнечный радиации и избыточных яркостей, блескостей и контрастов солнечного освещений. Все это увеличивает дискомфорт внутренней среды в производственных помещениях и снимает работоспособность персонала. Следовательно, инсоляция рабочих помещений производственных зданий должна быть исключена, что и делает ненужным рассмотрение системы верхнего естественного освещения в данном контексте. В случае необходимости, данная проблема может быть успешно решена с помощью солнцезащитных устройств различных типов [8, 9, 10].
Метод расчета продолжительности инсоляции для помещений с системой верхнего естественного света в настоящее время отсутствует. Однако, используя метод аналогии и результаты ранее проведенных исследований по естественному освещению зданий, инсоляция и солнцезащите, можно сделать определенное предложение по решению данного вопроса. При этом данное предложение целесообразно применять только для зенитных фонарей, так как фонари типа «шед» были разработаны в частности, как средство солнцезащиты с остеклением, приоритетно ориентированным на северную четверть горизонта, а фонари - надстройки всегда можно рассмотреть, как небольшие здания, расположенные на покрытии и имеющие боковые светопроёмы. В этом случае определение продолжительности инсоляции помещений промзданий будет аналогично расчету ее при традиционных светопроемах в стенах зданий. Кроме этого, углы раскрытия небосвода при зенитных фонарях аналогичны расчетным углам при светотехнических расчетах с использованием графиков А.№1. Данилюка для расчета коэффициента естественной освещенности при системе верхнего естественного света, но при ином положении расчетной точки. (Рисунки 1 и 2) [2, 3, 4, 5, 6]. Вопросы, связанные с инсоляцией помещений через световые колодцы и полые трубчатые световоды в данной работе не рассматриваются.
На рисунке 1 приводится пример изменения величины граничных инсоляционных углов при изменении высотного расположения светопроема и, соответственно, при различных углах
наблюдения небосвода - от бокового светопроема (окна) до верхнего светопроема (зенитного фонаря). При этом происходит как изменение самих значений углов, так и постепенный переход вертикального инсоляционного угла "в" в горизонтальный инсоляционный угол "у". Для наглядности рассматриваемое помещение со светопроемами принимается с купольными наружными ограждениями. На рисунке 2 представлены геометрические схемы к определению граничного инсоляцион-ного угла "у" для точечного зенитного фонаря. Размеры фонаря, ориентация граней остекления по странам света и траектории движения Солнца принимаются произвольными.
Рисунок 1. Инсоляционные углы светопроемов при различном их высотном расположении: 1- Солнце и солнечные световые потоки; 2-Вертикальный инсоляционный угол для бокового светопроема; 3-Вертикальный и горизонтальный углы для верхнебоковых светопроемов; 4-Горизонтальный инсоляционный угол для верхнего светопроема; 5-Наружные ограждения помещения.
А
Рисунок 2. Схема к определению инсоляционного угла для точечного зенитного фонаря: А - План фонаря; Б - Характерный разрез С-С; 1-Конструкция покрытия здания; 2-Опорный стакан фонаря; 3- Заполнение фонарного светопроёма; 4-Траектория движения Солнца; 5 -Вертикальный инсоляционный угол "у"; L1 и L2 - размеры фонаря в плане (в свету); D-диагональный размер фонаря (в свету);Н-полная высота глухой вертикальной части фонаря (стакан и покрытие); М-расчетная инсоляционная точка.
При реальном расчете на стадии проектирования траектории движения Солнца с ее высотами и азимутами принимается в соответствии с нормативными рекомендациями по рас-
четным периодам определения продолжительности инсоляции [3, 6, 9]. Также в этом случае должны конкретизировать ориентацию продольной и поперечной осей в плане фонаря и его геометрические размеры.
На основе вышеописанных теоретических исследований можно сделать ряд выводов и дать некоторые рекомендации:
1. По предполагаемой методике расчета продолжительности инсоляции помещений с фонарями верхнего света наиболее удобно пользоваться солнечными картами (графиками Дунаева для конкретных широт и расчетных периодов (или месяцев) года;
2. Зенитные фонари дают возможность существенно увеличить продолжительность инсоляции помещения, что особенно важно для гражданских зданий в северной и центральной инсоляционных зонах.
3. Для увеличения продолжительности инсоляции рекомендуется применять прямоугольные в плане или даже протяженные (ленточные зенитные фонари) ориентацией продольной оси. Возможно такие криволинейные в плане зенитные ленточные фонари, ось которых совпадает с траекторией движения Солнца в расчетные месяцы года, которые близки к месяцам дней осеннего и весеннего равноденствия.
4. Рекомендуемое выше свободное расположение ленточных зенитных фонарей, зависящее от траектории движения Солнца, а не от ориентации сторон здания, делает конструктивное решение покрытия с нерегулярно-расположенными светопроемами значительно более сложно. В этом случае наиболее эффективным будет применение для покрытий зданий с рассматриваемыми фонарями монолитных железобетонных конструкций, которые позволяют достичь разнообразных геометрических и пластических решений несущих и ограждающих конструкций.
Литература
1. СанПин 1.2.36885 -21 Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и/или безвредности для человека факторов среды обитания. М.: Минздрав России. 2021. 8 с.
2. Гусев Н.М. Основы строительной физики. Москва: Стройиздат. 1975. 440 с.
3. Тваровский М. Солнце в архитектуре. Москва: Стройи-здат, 1977. - 287 с.
4. Оболенский Н.В. Архитекутра и Солнце / Н.В. Оболенский. - Москва: Стройиздат, 1988. - 208 с.
5. Соловьев А.К. Физика среды. Москва: АСВ. 2014. 341 с.
6. 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
7. Бахарев Д.В., Орлова Е.Н. О нормировании и расчете инсоляции / Д.В. Бахарев, Е.Н. Орлова / Москва. Светотехника. - 2006. - №1. - С.18-27.
8. Стецкий С.В. Солнцезащита помещений производственных зданий с естественным освещением через систему световых колодцев / Москва. Промышленное и гражданское строительство. - 2016. -№4. - С.72-76.
9. Стецкий С.В, Кузнецова П.И. Светотехнические, солнцезащитные и информационные качества окон нетрадиционной формы в гражданских зданиях стран с жарким солнечным климатом / Москва. Научное Обозрение. - 2017. - №10. - С. 2025.
10. Стецкий С.В., Ларионова К.О. К вопросу о продолжительности инсоляции жилых помещений, снабженных балконами или лоджиями // Инновации и инвестиции. - 2020. - №5. -С. 231-233.
I I О ГО А П.
I ГО гп
о
го о го
со
Б
To the problem of premises insolation with a roof daylighting system StetskyS.V., Larionova K.O., Stepanov K.V., Averyanova A. S.
Moscow State University of Civil Engineering (MGSU) JEL classification: L61, L74, R53
The article deals with problems of insolation in civil and industrial buildings with system of roof natural lighting. It is shown, that the problem in question was not considered before, though the increase in use roof lighting system makes this problem very actual for the time being. It is also noted, that the article presented is mainly aimed on the design of public buildings, in which the insolation time is strictly fixed by Codes and Regulations such as medical education etc., institutions. On the contrast, for industrial buildings with roof skylights and monitors, where insolation time is not considered and insolation itself is not desired, the problem might be considered from sun-protection point of view. The authors also make an offer on insolation time' calculation method of insolation for a typical case of a public building with roof lights.
Keywords: roof natural lighting system; monitors and skylights; insolation time; residential, public and industrial buildings; normalization of insolation; sun-protection devices.
References
1. 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.
2. Gusev N.M. Fundamentals of building physics. Moscow: Stroyizdat. 1975. 440 p.
3. M. Twarowski. The sun in architecture. Moscow: Stroyizdat. 1977. 287 p.
4. Obolensky N.V. Architecutra and the Sun / N.V. Obolensky. - Moscow: Stroyizdat, 1988 .-- 208 p.
5. Soloviev A.K. Physics of the environment. Moscow: ASV. 2014. 341 p.
6. 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. 3-13
7. Bakharev D.V., Orlova E.N. About rationing and calculation of insolation / D.V. Bakharev, E.N. Orlova / Moscow. Svetotechnika. - 2006. - No. 1. - pp. 18-27.
8. Stetsky S. V. Sun protection of premises in industrial buildings with natural lighting through the system of lighting wells. / Moscow. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel 'stvo [Industrial and Civil Engineering] - 2016. - No. 4. - pp. 72-76.
9. Stetsky S. V., Kuznetsova P. I. Illuminating, sun-protective and informative qualities of non-conventional windows in civil buildings in countries with hot sunny climate / Moscow. Nauchnoe obozrenie . - 2017. - No.10. - pp. 20-25.
10. Stetsky S. V., Larionova K.O. To a problem of insolations lasting for residential premises, furnished with balconies and loggias / Москва. Innovatsii i investitsii. . - 2020. - No.5. - pp. 231-233.
fO CN О
es
О Ш
m
X
<
m о x
X
