CC BY
56Расчет конструкций
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
УДК 628.921/.928
В.А. ЗЕМЦОВ, канд. техн. наук, И.А. ШМАРОВ, канд. техн. наук (shmarovigor@yandex.ru), В.В. ЗЕМЦОВ, инженер, В.А. КОЗЛОВ, канд. техн. наук
Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН (127238, Россия, г. Москва, Локомотивный пр., 21)
Методика расчета продолжительности инсоляции
о ^ с»
помещении жилых и общественных здании и территорий по солнечным картам
Изложена последовательность расчета продолжительности инсоляции помещений жилых и общественных зданий и территорий по солнечным картам, вошедшая в новый ГОСТР 57792-2017 «Здания и сооружения. Методы определения инсоляции», с использованием теневого угломера. Определен порядок расчета теневых углов для световых проемов и построения картограммы затенения светового проема. Приведены солнечные карты с равнопромежуточными альмукантаратами, разработанные для различных географических широт России. Отмечена перспективность направления расчета продолжительности инсоляции с помощью солнечных карт, позволяющая определить как продолжительность инсоляции, так и продолжительность солнцезащиты не только в нормативные расчетные дни и месяцы года, но и на расчетные дни любого месяца года.
Ключевые слова: солнечная карта, световой проем, зенитный фонарь, расчетная точка, теневой угол, генплан, ситуационный план, теневой угломер, солнцезащита, инсоляция, географическая широта, затенение.
Для цитирования: Земцов В.А., Шмаров И.А., Земцов В.В., Козлов В.А. Методика расчета продолжительности инсоляции помещений жилых и общественных зданий и территорий по солнечным картам // Жилищное строительство. 2018. № 7. С. 32-37.
V.A. ZEMTSOV, Candidate of Sciences (Engineering), I.A. SHMAROV, Candidate of Sciences (Engineering),
V.V. ZEMTSOV, Engineer, V.A. KOZLOV, Candidate of Sciences (Engineering) Scientific-Research Institute of Building Physics of the Russian Academy architecture and construction sciences (21, Lokomotivniy Driveway, Moscow,127238, Russian Federation)
Method of Calculating Time of Sun Effect Duration for Rooms of Residential and Public buildings
and Territories with Solar Maps
The sequence of calculation of insolation duration of rooms of residential and public buildings and territories according to solar maps for solar maps included in the new GOST P 57792-2017 «Buildings and Structures. Calculation Methods for the Determination of Insolation" with the use of a shadow goniometer is stated. The procedure of calculating the shadow angles for light openings and the construction of shading cartograms of the light opening is defined. The solar maps with equidistant almukantarats developed for various geographic latitudes of Russia are provided. The prospects of the direction of calculation of insolation duration by means of solar maps making it possible to determine both the insolation duration, and the duration of sun protection not only for normative calculation days and months of the year but also for calculation days of any month of the year are noted.
Keywords: solar map, light opening, clerestory, calculation point, shadow angle, master plan, situation plan, shadow goniometer, sun protection, insolation, geographic latitude, shadowing.
For citation: Zemtsov V.A., Shmarov I.A., Zemtsov V.V., Kozlov V.A. Method of calculating time of sun effect duration for rooms of residential and public buildings and territories with solar maps. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2018. No. 7, pp. 32-37. (In Russian).
В области архитектурно-строительного проектирования под термином «инсоляция помещений» подразумевается их облучение путем проникновения солнечных лучей через световые проемы. Инсоляция территорий подразумевает попадание прямого солнечного света на участки местности, на которых предусмотрено ее нормирование (детские и спортивные площадки, площадки для отдыха) [1-7]. Инсоляция оказывает необходимое для человека оздоравлива-ющее влияние [8-12].
Продолжительность инсоляции в течение суток для каждой местности определяется временем движения солнца по небосводу. Траектория движения солнца и период суточной инсоляции для каждой географической широты и для каж-
32| -
дого времени года различны: в северных районах траектория более пологая и протяженная, в южных - более крутая и короткая. Возвышение солнца над горизонтом измеряется вертикальным углом, образованным линией луча солнца к точке на земле и проходящей через нее горизонтальной линией в той же вертикальной плоскости. При этом угол наклона плоскостей траекторий солнца по отношению к горизонтальной плоскости равен (90° - ф), где ф - географическая широта местности. Проекция этих траекторий на горизонтальную плоскость может быть представлена в виде круга с нанесением на нем траектории движения солнца от восхода до заката в определенный момент времени в зависимости от азимута и высоты стояния солнца. Полученная
^^^^^^^^^^^^^ |7'2018
Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Рис. 1. Схема карты траекторий движения солнца, видимого с 55о с. ш. (солнечная карта)
Рис. 2. Схема контурной сетки для построения картограмм светопроемов и затеняющих объектов (теневой угломер)
таким образом солнечная карта может быть использована как для расчета продолжительности инсоляции, так и продолжительности солнцезащиты. Концентрические окружности на солнечной карте образуют кольцевые угловые координаты вертикальных углов солнца над горизонтом, как показано на рис. 1.
Прямые, расходящиеся от центра являются азимутальными линиями. Концентрические окружности, подобные линиям широт на глобусе, являются альмукантаратами (параллельные горизонтальные круги небесной сферы, все точки которых имеют одинаковое зенитное расстояние). Солнечные карты выполнены с равнопромежуточной проекцией альмукантаратов, т. е. радиус круга, представляющий весь небесный свод, делится на равные части.
Метод солнечных карт используется как основной метод расчета продолжительности инсоляции во многих странах мира. До настоящего времени не существует единых европейских норм по расчету продолжительности инсоляции. В строительных нормах Великобритании (BS 8206-2:2008 «Освещение зданий. Ч. 2. Строительные нормы и правила естественного освещения») метод солнечных карт является основным. Однако в BS 8206-2:2008 используется стереографическая схема движения солнца, при которой солнечные карты имеют различные промежуточные проекции альмукантаратов, уменьшающиеся по мере увеличения высоты стояния солнца.
Метод расчета продолжительности инсоляции по солнечным картам приведен наряду с инсоляционными графиками в строительных нормах Монголии БНбД 23-04-07 «Обеспечение инсоляции помещений жилых и обществен-
72018 ^^^^^^^^^^^^^
ных зданий и территорий», а также в национальном стандарте Украины по расчету инсоляции объектов гражданского назначения. ДСТУ - НБ В.2.2-27:2010.
В английских, монгольских и украинских нормах используется стереографическая схема движения солнца, при которой солнечные карты имеют различные промежуточные проекции альмукантаратов, уменьшающиеся по мере увеличения высоты стояния солнца, что не способствует повышению точности расчетов.
В новом ГОСТ Р 57795-2017 «Здания и сооружения. Методы расчета продолжительности инсоляции» для построения линии ориентации фасада здания с расчетным помещением (картограммы светопроема, получаемой на основании значений горизонтальных и вертикальных теневых углов) применяется теневой угломер в виде контурной сетки, приведенной на рис. 2. И теневой угломер и солнечная карта выполняются на прозрачной подложке, чтобы их можно было перемещать по генплану.
Теневой угломер вычерчивается в той же проекции и масштабе, что и солнечная карта, и представляет собой горизонтальную проекцию половины небосвода, на которую спроецирована координатная сетка, состоящая из системы кривых и системы радиальных линий (рис. 2). Система кривых линий представляет собой равные вертикальные теневые углы, а система радиальных линий -равные горизонтальные теневые углы. С другой стороны, кривую равных вертикальных теневых углов можно трактовать как перспективу зданий неограниченной длины, расположенных на равных угловых расстояниях. Каждая линия из системы радиальных линий в этом случае будет
- 33
Расчет конструкций
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
^ £
450 С 70
ОУУ) II ] I |А[ 1111, п ',ц/
а
Рис. 3. Схема построения картограммы окна с лоджией (а) и схема расчета продолжительности инсоляции в помещении с лоджией в сложившейся застройке с помощью солнечной карты (б) : 1 — проектируемое здание; 2—4 — здания окружающей застройки
Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Разрез 1-1
с лоджией
Рис. 5. Солнечная карта с равнопромежуточными альмуканта-ратами для территории Российской Федерации, расположенной на 43° с. ш.: I — XII — месяцы с января по декабрь; 5 — 19 — время, часы дня
изображать ограничение длины здания в угловом измерении. Таким образом, теневой угломер можно использовать в качестве графика для построения контуров зданий в заданной проекции, поэтому он имеет другое наименование - контурная сетка.
В новом ГОСТ Р 57795-2017 «Здания и сооружения. Методы расчета продолжительности инсоляции» наряду с расчетом продолжительности инсоляции по инсоляционным графикам установлены правила расчета продолжительности инсоляции с помощью солнечных карт.
Расчет продолжительности инсоляции на основе солнечных карт выполняют в следующей последовательности.
1. На плане расчетного помещения, выполненном в определенном масштабе, аналитически или графически определяют горизонтальные теневые углы светового проема с учетом экранирующих его элементов (выступов на фасаде, лоджий, вертикальных ограждений балконов), но без учета противостоящих объектов и рельефа местности и горизонтальную проекцию расчетной точки А помещения (рис. 3).
2. На разрезе помещения определяют вертикальные теневой и световой углы светового проема (рис. 4, на котором для примера показан вертикальный разрез помещения, имеющего светопроем с лоджией).
3. С помощью теневого угломера строят картограмму светового проема расчетного помещения, отражающую его теневые и световые углы с учетом горизонтальных и вертикальных экранирующих элементов (рис. 3).
4. На генеральном или ситуационном плане участка застройки определяют положение расчетной точки А помещения и совмещают центральную точку картограммы светового проема с расчетной точкой А помещения на генеральном или ситуационном плане участка застройки.
Рис. 6. Солнечная карта с равнопромежуточными альмуканта-ратами для территории Российской Федерации, расположенной на 45° с. ш.: I — XII — месяцы с января по декабрь; 5 — 19 — время, часы дня
7'2018
35
Расчет конструкций
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
3.50......С,|1м„Гр
оДО
Рис. 7. Солнечная карта с равнопромежуточными альмуканта-ратами для территории Российской Федерации, расположенной на 55о с. ш. (для территории города Москвы): I — XII — месяцы с января по декабрь; 5 — 19 — время, часы дня
Рис. 9. Солнечная карта с равнопромежуточными альмуканта-ратами для территории Российской Федерации, расположенной на 63° с. ш.: I — XII — месяцы с января по декабрь; 5 — 19 — время, часы дня
5. На основе генерального или ситуационного плана участка застройки с помощью контурной сетки на картограмме светового проема исследуемого помещения проектируемого здания строят контуры зданий окружающей застройки. Высотные отметки зданий окружающей застройки при этом переводят в угловое измерение (рис. 3).
Рис. 8. Солнечная карта с равнопромежуточными альмуканта-ратами для территории Российской Федерации, расположенной на 56о с. ш. (для территории города Москвы): I — XII — месяцы с января по декабрь; 5 — 19 — время, часы дня
Рис. 10. Солнечная карта с равнопромежуточными альмуканта-ратами для территории Российской Федерации, расположенной на 69° с. ш.: I — XII — месяцы с января по декабрь; 5 — 19 — время, часы дня
6. Картограмму светового проема с контурами зданий окружающей застройки совмещают с солнечной картой с учетом заданной ориентации.
7. Определяют продолжительность инсоляции помещения путем суммирования часовых отрезков траектории движения солнца для того или иного времени года, нахо-
Научно-технический и производственный журнал
дящихся в контуре светового угла светового проема и не пересекающихся с контурами зданий.
На рис. 5-10 приведены солнечные карты для расчета продолжительности инсоляции для некоторых широт территории России (для южной, центральной и северной географических зон).
Приведенный материал позволяет сделать следующие выводы.
1. Использование солнечных карт при расчетах продолжительности инсоляции помещений жилых и общественных зданий и территорий является перспективным направлением, так как позволяет определять как продолжительность инсоляции, так и продолжительность солнце-защиты (путем построения теневых контуров) не только в расчетный день и месяц года, но и на расчетный день любого месяца года.
2. По солнечным картам нового ГОСТ Р 57795-2017 можно определить как период инсоляции, так и период солнцезащиты в расчетные дни в каждый из 12 месяцев года. Для определения периода действия солнцезащиты, в течение которого солнцезащитное устройство будет оказывать затеняющее влияние, солнечная карта является незаменимой. Внедрение солнечных карт в проектную практику позволит на более высоком уровне решать вопросы инсоляции и солнцезащиты жилых и общественных зданий и территорий.
3. Российские солнечные карты, выполненные с равно-промежуточной проекцией, обладают большей точностью расчета продолжительности инсоляции.
Разработка международного стандарта ИСО по методам определения продолжительности инсоляции и включение в него солнечных карт с равнопромежуточной проекцией были бы целесообразны.
Список литературы
1. Шмаров И.А., Земцов В.А., Земцов В.В., Козлов В.А., Обновленная методика расчета продолжительности инсоляции помещений жилых и общественных зданий и территорий по инсоляционным графикам // Жилищное строительство. 2018. № 6. С. 24-31.
2. Земцов В.А., Гагарина Е.В. Экологические аспекты инсоляции жилых и общественных зданий // БСТ: Бюллетень строительной техники. 2012. № 2. С. 38-41.
3. Шмаров И.А., Земцов В.А., Коркина Е.В. Инсоляция: практика регулирования и расчета // Жилищное строительство. 2016. № 7. С. 48-53.
4. Земцов В.А., Гагарин В.Г. Инсоляция жилых и общественных зданий. Перспективы развития // ACADEMIA. Архитектура и строительство. 2009. № 5. С. 147-151.
5. Щепетков Н.И. О некоторых недостатках норм и методик инсоляции и естественного освещения // Светотехника. 2006. № 1. С. 55-56.
6. Фокин С.Г., Бобкова Т.Е., Шишова М.С. Оценка гигиенических принципов нормирования инсоляции в условиях крупного города на примере Москвы // Гигиена и санитария. 2003. № 2. С. 9-10.
7. Куприянов В.Н., Халикова Ф.Р. Предложения по нормированию и расчету инсоляции жилых помещений // Жилищное строительство. 2013. № 6. С. 50-53.
72018 ^^^^^^^^^^^^^
8. Boubekri M., Hull R.B., Boyer L.L. Impact of window size and sunlight penetration on office workers' mood and satisfaction. a novel way of assessing sunlight // Environment and Behavior. 1991. V. 23. № 4. P. 474-493.
9. Daylight, sunlight and solar gain in the urban environment. Littlefair P. Solar Energy. 2001. V. 70. № 3. P. 177-185.
10. Perceived performance of daylighting systems: lighting efficacy and agreeableness. Fontoynont M. Solar Energy. 2002. V. 73. № 2. Р. 83-94.
11. Данциг Н. М. Гигиена освещения и инсоляции зданий и территорий застройки городов. М.: БРЭ, 1971.
12. El Diasty R. Variable positioning of the sun using time duration. Renewable Energy. 1998. V. 14. № 1-4. Р. 185-191.
References
1. Shmarov I.A., Zemtsov V.A., Zemtsov V.V., Kozlov V.A., The updated method calculating time of sun duration for rooms of residential and publicbuildings and territories with insolation charts. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Constraction]. 2018. No. 6, pp. 24-31. (In Russian).
2. Zemtsov V.A., Gagarina E.V. Ecological aspects of insolation of residential and public buildings. BST: Bjulleten' stroitel'noj tehniki. 2012. No. 2, pp. 38-41. (In Russian).
3. Shmarov I.A., Zemtsov V.A., Korkina E.V. Insolation Practice of Regulation and Calculation. Zhilishhnoe stroitel'stvo [Housing Construction]. 2016. No. 7, pp. 48-53. (In Russian).
4. Zemtsov V.A., Gagarin V.G. Insolation of residential and public buildings. Prospects of development. Academia. Arhitektura i stroitel'stvo. 2009. No. 5, pp. 147-151. (In Russian).
5. Shhepetkov N.I. About some shortcomings of norms and techniques of insolation and natural lighting. Svetotehnika. 2006. No. 1, pp. 55-56. (In Russian).
6. Fokin S.G., Bobkova T.E., Shishova M.S. Assessment of the hygienic principles of rationing of insolation in the conditions of the large city on the example of Moscow. Gigiena i sanitarija. 2003. No. 2, pp. 9-10. (In Russian).
7. Kuprijanov V.N., Halikova F.R. About some shortcomings of norms and techniques of insolation and natural lighting. Zhilishhnoe stroitel'stvo [Housing Construction]. 2013. No. 6, pp. 50-53. (In Russian).
8. Boubekri M., Hull R.B., Boyer L.L. Impact of window size and sunlight penetration on office workers' mood and satisfaction. a novel way of assessing sunlight. Environment and Behavior. 1991. V. 23. No. 4, pp. 474-493.
9. Daylight, sunlight and solar gain in the urban environment. Littlefair P. Solar Energy. 2001. V. 70. No. 3, pp. 177-185.
10. Perceived performance of daylighting systems: lighting efficacy and agreeableness. Fontoynont M. Solar Energy. 2002. V. 73. No. 2, pp. 83-94.
11. Danzig N. M. Gigiena osveshenya I insolyazii zdanii i territorii zastroyki gorodov [Hygiene of daylighting and insolation of buildings and urban territories of the cities]. Moscow: BRE, 1971. (In Russian).
12. El Diasty R. Variable positioning of the sun using time duration. Renewable Energy. 1998. V. 14. No. 1-4, pp. 185-191.
- 37
