CC BY
11Крупная пластика окружающей застройки как средство повышения естественной освещенности в зданиях за счет отраженных световых потоков в условиях солнечного климата
Стецкий Сергей Вячеславович
к.т.н., доцент, доцент кафедры «Проектирования зданий и сооружений», ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ), StetskiySV@mgsu.ru.
Ларионова Кира Олеговна
старший преподаватель кафедры «Проектирования зданий и сооружений», ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ), larionova_k_o@mail.ru.
Чуфарнов Ростислав Сергеевич
магистрант кафедры «Проектирования зданий и сооружений», ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ), rost_120@mail.ru.
В статье рассматриваются вопросы повышения уровней естественной освещенности в зданиях для условий солнечного климата. Указывается, что такое повышение возможно при отражении световых потоков от объектов противостоящей застройки, особенно с крупной пластикой фасадов при их ориентации на южные румбы горизонта. Делается вывод о том, что в данной ситуации возможен прирост естественной освещенности в помещениях вследствие отражения света от различных внешних поверхностей противостоящей застройки, фасады зданий которых будут иметь крупную пластическую проработку. Различные плоскости этой пластики будут эффективны по светоотражающей способности в зависимости от различной высоты солнцестояний в соответствующие периоды года. Ключевые слова: крупная пластика фасадов, противостоящая застройка, ясное небо, солнечное освещение, естественная освещенность, отраженные световые потоки, ориентация окон, солнечный климат.
Вопросы обеспечения зданий достаточной естественной освещенностью в настоящее время становятся все более актуальными. Это происходит вследствие следующих основных причин:
1. Увеличения плотности застройки и этажности возводимых зданий в крупных городах, которая зачастую приводит к нежелательному затемнению одних объектов другими и, как следствие этого, в условиях стандартного облачного неба МКО, к уменьшению уровней естественной освоенности в помещениях зданий.
2. Возрастания роли пассивной (естественной) кли-матизации внутреннего микроклимата помещений, т.е. достижение комфорта внутренней среды приоритетно на основе архитектурных и конструктивных решений зданий [1,3,7,9,12].
Несколько иная ситуация имеет место в регионах с большой продолжительностью солнечного сияния (с солнечным климатом), где оценка естественной освещенности производится по альтернативной методике «ясного неба». К ним прежде всего можно отнести регионы южнее 45° с.ш. Без рассмотрения экваториальных регионов, это - Северная Африка, Ближний и Средний Восток, зарубежная Центральная Азия и зарубежный Дальний Восток. В данной статье изложены теоретические положения, базирующиеся на климатически условиях некоторых государств Центральной Азии в пределах границ бывшего СССР (Туркменистан, Узбекистан, Таджикистан, Киргизстан и юг Казахстана) [2,4,7,8].
В условиях солнечного климата окна зданий, обращенные на южные румбы горизонта, обычно снабжены различными солнцезащитными устройствами (СЗУ). Некоторые типы СЗУ, выполняя свою прямую функцию ограничения инсоляции и теплового воздействия на интерьеры помещений за счет избыточной солнечной радиации, являются одновременно и элементами, положительно влияющими на светораспределение в помещении, отражая и перераспределяя прямые солнечные потоки [6,10,11].
Как следует из теории «ясного неба» яркость чистого небосвода вне зоны траектории движения Солнца, значительно меньше, чем яркость стандартного облачного неба МКО под теми же высотными и азимутальными углами [2,4,5].
Это дает возможность утверждать, что освещенность в помещениях, ориентированных на северную четверть горизонта, в условиях ясного неба будет значительно меньше таковой как для южной ориентации окон с СЗУ, так и для любой ориентации окон без СЗУ для условий диффузного наружного освещения, т.е. для случая, принятого в отечественных «СНиП» и «СП» за стандартный [1,5,11].
X X
о
го А с.
X
го т
о
ю
2 О
м
es
0 es
es
01
o
Ш
m
X
<
m O X X
Средством повышения естественной освещенности в таких помещениях может служить окружающая застройка, а именно - те объекты, которые расположены к северу от рассматриваемых зданий и имеют фасады, обращенные на юг, интенсивно облучаемые солнечным светом и отражающие солнечные лучи в направлении вышеупомянутых зданий (рисунок 1). На рисунке 1 приведена принципиальная схема отражения потоков солнечного света от фасада здания и использования их в качестве дополнительного естественного освещения в помещениях противостоящих зданий. Однако, на практике, в зависимости от высоты солнцестояния в различные периоды года, дополнительное естественное освещение отраженным светом может быть использовано лишь в средних и нижних частях рассматриваемых зданий, что хорошо видно на геометрической схеме, приведенной на рисунке 1. Если принять широтные границы рассматриваемого региона Центральной Азии примерно с 45° до 35° северной широты, то высоты солнцестояния здесь составят соответственно: в дни осеннего и весеннего равноденствия (22марта и 22 сентября) от 45° до 55°; в день зимнего солнцестояния (22 декабря) - от 20,5° до 31,5°; в день летнего солнцестояния (22июня) -от 68,5° до 78,5°. Таким образом, как следует из рисунка 1, отраженный солнечный свет может (при типовых фасадах противостоящих зданий) эффективно обеспечивать дополнительное естественное освещение по всей высоте рассматриваемых зданий лишь в зимний период. В летний период, отраженный свет может быть использован лишь для нижних этажей рассматриваемых зданий. В этом вопросе необходимо учитывать светлоту отделки фасадов объектов окружающей застройки, так и расстояние между рассматриваемыми и противостоящими зданиями. Очевидно, что отделку надо выбирать светлую, диффузно-отражающую солнечный свет, а расстояние между объектами для наибольшей эффективности описываемой системы должно быть минимальным, что в большинстве случаев неразумно и даже невозможно обеспечить в силу иных, более важных и весомых факторов [2,6].
5А
5Б
"L
-L
■U5
наклонных солнцезащитных козырьков и вообще всяческое применение фасадных плоскостей, отличных от вертикальных - например, наклонных стен для устройства «верхнебокового освещения» (рисунок 2).
W 5 Г L I
ÍY^J I L i
щ г U i
L 1 y
10ч . 2 Ж;. i—i L i
...................bJutr^ ., ,,, J
Рисунок 1. Принципиальная схема отражения солнечного света от фасада противостоящего здания: 1 - Рассматриваемое здание; 2 - Противостоящее здание; 3 - Высота солнцестояния летом; 4 - Высота солнцестояния зимой; 5 - Диффузное отражение света от фасада летом (А) и зимой (Б); 6 - солнцезащитные козырьки на южных фасадах зданий
Оптимальным решением, по мнению авторов, в данном случае может быть использование крупной пластики в решениях фасадов противостоящей застройки. В общем виде - это террасное решение, использование
Рисунок 2. Принципиальная схема отражения солнечного света от различны элементов крупной пластики здания: 1 - Рассматриваемое здание; 2 - Противостоящее здание; 3 - Высота солнцестояния летом; 4 - Высота солнцестояния зимой; 5 -Световой поток от усредненной высоты Солнца; 6 - Солнцезащитные горизонтальные козырьки; 7 - Скатная крыша; 8 -Терраса; 9 - Наклонный солнцезащитные козырек; 10 - Наклонная часть стены для размещения светопроемов системы верхнебокового естественного освещения.
На основании вышеизложенного материала можно сделать следующий вывод:
1. Показана возможность и целесообразность повышения уровней естественной освещенности в помещениях зданий с ориентацией окон на северную четверть горизонта за счет отраженного от фасадов противостоящих зданий, ориентированных на южные румбы солнечного света при наружной естественной освещенности в условиях «ясного неба».
Предложен эффективный способ активизации отражения световых солнечных потоков от размариваемых в работе фасадов противостоящих зданий, ориентированных на южные румбы за счет применения в них крупной пластики в виде террасного решения этих зданий, использования различных скошенных плоскостей и т.д., что будет детально исследовано в дальнейшей научной работе авторов.
Литература
1. Соловьев А.К. Физика среды / А.К. Соловьев -Москва. АСВ, 2014. - 341 с.
2. Тваровский М. Солнце в архитектуре / М. Тваров-ский - Москва. Стройиздат, 1977. - 290 с. (перевод с польского).
3. Соловьев А.К. Зеркальные фасады: их влияние на освещение противостоящих зданий / А.К. Соловьев / Москва. Светотехника - 2017. - №2. С 28-31.
4. Санати Л., Табаз М. Роль солнца в проектировании помещений. / Л. Санати, М. Табаз / Москва. Светотехника - 2008 - №3. С 33-39.
5. Соловьев А.К. Учет распределения яркости безоблачного неба в расчетах естественного освещения зданий / А.К. Соловьев / Москва. Academia. Архитектура и строительство - 2010. - №3. С 462-471.
6. Ларионова К.О. Светотехническое влияние окружающей застройки в помещениях с системой верхнего естественного освещения / К.О. Ларионова / Москва. Научное обозрение - 2015 - №14. С 94-97.
7. Stetsky S.V., Larionova K.O. The influence of sun-protective devices on natural light distribution in premices / S.V. Stetsky, K.O. Larionova / E3S Web of Conferences -2019 - vol. 110. p 1070.
8. Stetsky S.V., Sokolova I.V., Khodeir V.A. Solid combined sun-protective devices for windows with different orientation aspects in the conditions of hot and sunny climate. / S.V. Stetsky, I.V. Sokolova, V.A. Khodeir / E3S Web of Conferences - 2019 - vol. 110. p 1058.
9. Соловьев А.К. Пассивные дома и энергетическая эффективность их отдельных элементов / А.К. Соловьев / Москва. Промышленное и гражданское строительство - 2016 - № 4. С 46-53.
10. Балхеева В.А. Методика расчета естественного освещения помещений с учетом света, отраженного от территорий. / В.А. Балхеева / Москва. Светотехника -1990 - №10. C 32-35
11. Дворецкий А.Т., Спиридонов А.В., Моргунова М.А. Влияние особенностей климата российской федерации и ориентации здания на выбор типа стационарного солнцезащитного устройства / А.Т. Дворецкий, А.В. Спиридонов, М.А. Моргунова / Курск. Биосферная совместимость: человек, регион, технологии - 2016 - №4(16). С. 50-57.
12. Дворецкий А.Т., Клевец К.Н., Дворецкий Д.А. Энергоэффективная архитектура зданий в смешанном климате / А.Т. Дворецкий, К.Н. Клевец, Д.А. Дворецкий / Москва. Жилищное строительство - 2015 - №3. С. 1418.
Large-scale plastic of the surrounding buildings as a means of increasing natural illumination in buildings due to reflected light fluxes in a sunny climate
JEL classification: L61, L74, R53_
Stetsky S.V., Larionova K.O., Chufarnov R.S.
Moscow state university of civil engineering» (NIU MGSU) In the article the problems of natural illumination' increase in buildings under sunny climatic conditions are being discussed. It is shown, that such an increase is possible under solar rays' reflection from the objects of opposite-standing development, especially when they have a huge plastics of facades with southern orientation' aspect. The conclusion is made, that in the given situation the growth of natural lighting due to the light reflection from different planes of opposite standing development' objects, which have facades with huge plastics is highly likely. The different planes of this plastic' elements will have different reflection' efficiency, depended on the height of the sun in different periods of a year. Keywords: huge plastics of facades, opposite-standing development, clear sky, solar illumination, natural lighting, reflected solar flows, the orientation' aspect of windows, sunny climate.
References
1. Soloviev A.K. Physics of the environment / A.K. Soloviev -Moscow: ASV, 2014. - 341 p.
2. Tvarovsky M. The Sun in architecture / M. Tvarovsky - Moscow, Stroyizdat. 1977. - 290 p. (translated from Polish).
3. Soloviev A.K. Mirrored facades: their impact on the lighting of opposing buildings/ A.K. Soloviev / Moscow. Svetotekhnika. -2017. - no.2. pp 28-31.
4. Sanati L., Tabaz M. The role of the sun in the design of premises. / L. Sanati, M. Tabaz / Moscow. Svetotekhnika. -2008 - no.3. pp 33-39.
5. Soloviev A.K. The account of brightness distribution of a clear sky in calculations of natural illumination of buildings / A.K. Soloviev / Moscow. Academia. Architecture and construction -2010. - no.3. pp 462-471.
6. Larionova K.O. Lighting engineering influence of surrounding buildings in rooms with natural overhead lighting / K.O. Larionova / Moscow. Scientific review - 2015 - no.14. pp 94-97.
7. Stetsky S.V., Larionova K.O. The influence of sun-protective devices on natural light distribution in premices / S.V. Stetsky, K.O. Larionova / E3S Web of Conferences - 2019 - vol. 110. p 1070.
8. Stetsky S.V., Sokolova I.V., Khodeir V.A. Solid combined sun-protective devices for windows with different orientation aspects in the conditions of hot and sunny climate. / S.V. Stetsky, I.V. Sokolova, V.A. Khodeir / E3S Web of Conferences - 2019 - vol. 110. p 1058.
9. Soloviev A.K. Passivnye doma i jenergeticheskaja jeffektivnost' ih otdel'nyh jelementov. / A.K. Soloviev / Moscow. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo - 2016 - no. 4. pp. 46-53.
10. Balheeva V.A. The metiodics of natural illuminations calculations of the premises with regards to the light, reflected from a territory. / V.A. Balheeva / Moscow. Svetotekhnika. -1990. - no. 10. pp. 32-35
11. Dvoretsky A. T., Spiridonov A. V., Morgunova M. A. Influence of russian federation climate and the orientation of the building for selection of stationary solar shading devices / A. T. Dvoretsky, A. V.Spiridonov, M. A. Morgunova / Kursk. Biosphere compatibility: person, region, technology - 2016 - no. (16). pp. 50-57.
12. Dvoretsky A. T., Klevets K.N., Dvoretsky D.A. Energy-efficient architecture of buildings in mixed climate / A. T. Dvoretsky, K.N.Klevets , D.A. Dvoretsky / Moscow. Housing construction -2015 - no.3. pp. 14-18.
X X О го А С.
X
го m
о
ю
2 О
м
