CC BY
24
1/2010 мв.ВЕСТНИК
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОММУНИКАЦИЙ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЕРХНЕГО ЕСТЕСТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ
А.К. Соловьёв
МГСУ
Приводится описание влияния технологических коммуникаций на проектирование верхнего естественного освещения производственных зданий, рекомендации по их утсройству и учёту в расчётах естественного освещения
The description of the influence of technological communications on the upper daylighting design in industrial buildings is discussed. The recommendations on their application and taking into account in calculations are given.
Вопросы влияния размещения коммуникаций на естественное освещение в промышленных зданиях разработаны слабо. В большинстве стран мира, также как и в нашей стране, этому вопросу уделялось мало внимания. Обычно здание рассматривается как оболочка, в которой оборудование и размещение коммуникаций должны быть полностью независимыми. Такая постановка вопроса, являясь правомерной для универсальных зданий, привела к полному игнорированию проработки размещения коммуникаций в связи с системами верхнего естественного освещения.
Считается, что каналы для размещения коммуникаций в полах ограничивают гибкость размещения оборудования, и предпочитается расположение коммуникаций под кровлей, в том числе и в межферменном пространстве.
Иерархия коммуникаций является основой для упорядочения путей их прокладки, особенно в связи с системами верхнего естественного освещения. В высоко оснащенных зданиях главная линия коммуникаций может являться значительным элементом здания, сильно влияя на его архитектурный облик. Второстепенные коммуникации должны быть равномерно распределены по всей площади здания и иметь спуски к оборудованию, независимые от конструкций. Это условие может быть выполнено в том случае, если линии второстепенных коммуникаций в уровне покрытия будут иметь возможность пересекаться в двух направлениях. Существует также ряд других требований к коммуникациям. Например, на предприятиях пищевой промышленности коммуникации не должны собирать пыль. Они должны иметь привлекательный вид.
В зданиях, построенных на основе Унифицированных Типовых Секций, система коммуникаций может быть расположена в межферменном пространстве. В то же время фермы с наклонными раскосами могут ограничивать размер коммуникаций. В зданиях с небольшими пролетами и легкой кровлей высота ферм небольшая. В этом случае наклонные раскосы могут ограничивать размер каналов. С другой стороны в небольших производственных зданиях не требуются большие диаметры трубопроводов за исключением коротких вытяжек, например на лесопилках.
В таблице 1 приведены данные о необходимых параметрах вентиляционных каналов для трехкратного и пятикратного воздухообмена. Из таблицы видно, что для целей вентиляции расположение каналов в межферменном пространстве вполне возмож-
ВЕСТНИК 1/2010
но. Расположение каналов в двух взаимно-перпендикулярных направлениях также является возможным при соответствующем выборе их диаметра или линейных размеров.
Таблица 1.
Вентиляционные каналы (типичные размеры) при скорости движения воздуха 7.5 м/с для пролетов 12х18х6 м (высота) объемом 1296 куб. м
Тип канала Размеры (сторона или диаметр), мм Вес, кг/м Объем вентиляции для данного воздухообмена, м3/час
3 кратного 5 кратного
квадратный круглый 275 305 8.95 7.47 480 400
квадратный круглый 400 450 14.94 11.94 1500 910
квадратный круглый 558 610 19.40 16.42 2660 1530
квадратный круглый 686 762 26.85 22.37 4200 2520
Квадратный круглый 838 914 37.30 29.84 5900 3700
Рассмотрим, как влияет различная форма кровли и различные типы систем естественного освещения на размещение коммуникаций, и как, в свою очередь, коммуникации влияют на условия естественного освещения.
Двускатная кровля
При двускатной кровле основным типом систем естественного освещения являются ленточные зенитные фонари, расположенные вдоль пролетов, а также точечные и панельные зенитные фонари. Расположение продольных коммуникаций в коньке кровли не влияет на условия естественного освещения. Поперечные коммуникации вдоль ригеля рамы также оказывают весьма незначительное влияние на условия освещения, которое может быть учтено введением коэффициента т3 как для стропильных балок высотой менее или более 50 см в зависимости от расположения каналов.
Шедовые покрытия
Традиционные шедовые покрытия представляют собой систему поперечных балок или ферм, а также продольных рам или ферм, образующих зубчатую форму покрытия со светопроемами, в северном полушарии обращенными на север. При необходимости спуска коммуникаций в середине шедового пролета необходима подвеска второстепенных каналов в поперечном направлении, а также устройство отводных каналов, которые могут служить опорными элементами для рядов светильников, параллельных окнам. Конечно, такое решение не является «чистым» в архитектурном отношении. С точки зрения естественного освещения, система продольных и поперечных коммуникаций, подвешенных в уровне нижних опор шедового покрытия, затеняет рабочую поверхность. Это затенение необходимо учитывать в расчетах с помощью коэффициента т3, величина которого может выбираться как при затенении металлическими фермами (при сетке коммуникаций не менее 3x3 м) и как при затенении железобетонными фермами (при сетке коммуникаций, расположенных чаще, чем через 3м). Данные рекомендации, как и рекомендации по учету затенения коммуникациями при скатном покрытии, основаны на серии простейших светотехнических расчетов. Необходимо учитывать также и
1/2010 ВЕСТНИК _1/20™_МГСУ
то, что продольное расположение коммуникаций может вызвать блесткость и зрительный дискомфорт работающих.
Плоские покрытия
Плоские покрытия являются наиболее эффективными с точки зрения прокладки коммуникаций в связи с системами естественного освещения. Коммуникации здесь проходят в межферменном пространстве. Необходимо разработать пути главных и второстепенных коммуникаций, чтобы избежать конфликта с направлением и расположением светопрое-мов, обеспечив минимальное затенение коммуникациями рабочей поверхности.
Наименьшее затенение рабочей поверхности имеет место при устройстве точечных и панельных зенитных фонарей. В этом случае наличие коммуникаций можно даже не учитывать в светотехнических расчетах (рис 1).
Рис. 1. Расположение коммуникаций в случае точечных и панельных зенитных фонарей
В случае ленточных зенитных фонарей, например треугольного типа, которые имеют широкое распространение в европейских странах, поперечные коммуникации могут располагаться по нижним поясам ферм, тогда, как продольные, располагаясь непосредственно под покрытием, затенять рабочую поверхность не будут (рис 2). Учет затенения поперечными коммуникациями может быть осуществлен в расчетах уменьшением коэффициента затенения т3 пропорционально увеличению толщины затеняющего элемента.
Рис. 2. Расположение коммуникаций в случае ленточных зенитных фонарей вдоль пролета
ВЕСТНИК 1/2010
В случае небольших пролетов в зданиях с плоским покрытием распространенным конструктивным решением является балочная клетка. Расположение коммуникаций поперек пролета главных балок в этом случае может ограничиваться высотой поперечных прогонов. Для увеличения пространства между верхним поясом главных балок и покрытием, в котором можно разместить поперечные каналы достаточно большого сечения, можно устраивать специальные подставки под прогоны кровли. Главные коммуникации в этом случае могут проходить в уровне главных балок. Такая система при соответствующем размещении коммуникаций практически не будет оказывать влияния на естественное освещение.
Покрытия с фонарями-надстройками
Фонари-надстройки, как и шеды, имеют превалирующие оси, параллельные светопроемам, которые влияют на расположение коммуникаций. Но если рассматривать только конструкции покрытия между фонарями в качестве вторичных распределительных путей коммуникаций, то гибкость расстановки оборудования будет снижена. Эта форма покрытия менее всего подходит для плотно заполненных коммуникациями зданий. Однако и здесь следует отметить, что поперечные коммуникации удобнее всего располагать по нижним поясам ферм. Причем эти коммуникации могут быть как главными, так и второстепенными, в том числе и непосредственно разводящими к оборудованию. Продольные же коммуникации должны проходить в верхней части межферменного пространства. Как показано на рис. 3 эти коммуникации слабо затеняют рабочую поверхность. Максимальное затенение оказывают вертикальные спуски к оборудованию, если их приходится располагать между колоннами. Однако в большинстве случаев спуски коммуникаций к оборудованию приходится проводить по колоннам.
Рис. 3. Расположение коммуникаций в случае фонарей-надстроек
Другие формы покрытий
Существуют многочисленные конструктивные системы покрытий, основанные на применении пространственных конструкций: своды-оболочки, сборные сводчатые элементы, складчатые конструкции, арки, коробчатые настилы. В основном эти системы запроектированы как дешевые экономичные конструкции, перекрывающие максимальную площадь. Они могут воспринимать минимальные нагрузки от коммуникаций. При этом направления коммуникаций и места их расположения строго ограничены.
Системы верхнего освещения в таких конструкциях, как правило, ленточные, разделяющие элементы конструкций светопрозрачным материалом. Уровни и равномер-
1/2010 мв.ВЕСТНИК
ность распределения естественной освещенности зависят от расположения этих лент, их ширины и высоты над полом.
Расположение коммуникаций в покрытии наиболее целесообразно осуществлять при применении коробчатых настилов, где пустоты могут быть использованы как каналы для коммуникаций или как полости для размещения различных трубопроводов и кабелей. Недостатком системы является жесткая направленность этих коммуникаций вдоль коробчатых настилов.
Применение коробчатых настилов позволяет устраивать ленточные или точечные зенитные фонари в промежутках между настилами. При этом глубокие шахты таких фонарей (глубина около 1,5м) с одной стороны позволяют исключить инсоляцию помещений, что особенно важно в южных районах, а с другой стороны использовать стенки шахт для многократного отражения прямого солнечного света, увеличивающего световую активность таких фонарей, что несколько компенсирует уменьшение телесных углов.
Тяжелые продольные коммуникации могут располагаться в промежутках между настилами.
Система естественного освещения обеспечивает строго направленное светораспре-деление. Продольные коммуникации, проходящие в отверстия поперечных несущих конструкций - железобетонных балок, должны учитываться при расчетах геометрического КЕО, например, по графику Данилюка №2. Продольные коммуникации должны учитываться коэффициентом т3.
В случае применения экономичных тонкостенных пространственных конструкций расположенные вверху коммуникации не могут быть спрятаны и, как правило, нарушают целостное восприятие архитектуры интерьера. Поэтому, прежде чем выбирать конструктивное решение покрытия в виде оболочек нужно проанализировать необходимость в верхнем расположении коммуникаций.
Таким образом, приведенный анализ влияния технологических коммуникаций на проектирование систем естественного света говорит о том, что нельзя проектировать эти системы отдельно. Даже в случае модернизации технологического процесса изменившуюся систему коммуникаций необходимо прокладывать с учетом расположения свето-проемов так, чтобы исключить или свести к минимуму затенение ими естественного света.
Ключевые слова: технологические комуникации, естественное освещение, промышленные здания, размещение комуникации, вентеляционные каналы, зенитные фонари, шедовые покрытия, фонари-надстройки.
Key words: technological communications, daylighting, industrial buildings, communications distribution, ventilation ducts, skylights, saw-tooth roofs, lanterns.
Рецензент: Балакина Алевтина Евгеньевна, канд. арх, доц., каф. Проектирование зданий, МГСУ
Город Москва 101000, ул. Мясницкая, д.17, корп. 2, кв. 69.
8-495-621 -67-41, SolovyevAK@mgsu.ru
