Инсоляция зданий

Курсовая работа

Нельзя понимать под архитектурной наукой лишь красоту и изящество форм, пропорций и линий, искусствоведческие изыскания о закономерностях композиционных соотношений, споры о тектонической сущности форм и историю создания архитектурных шедевров, которые и стали таковыми именно потому, что создатели их понимали: выразительность архитектуры зависит от природных параметров среды.

К.т.н., архитектор Н.В. Оболенский

строительная теплотехника

  1. Понятие инсоляция

Инсоля́ция – (in-sol, in — внутрь, solis – солнце) — облучение поверхностей светом (солнечной радиацией ).

Инсоляцией называют облучение поверхности , пространства параллельным пучком лучей, поступающих с направления, в котором виден в данный момент времени центр солнечного диска. Этот термин используется в основном в гигиене, архитектуре и строительной светотехнике.

Различают астрономическую, вероятную и фактическую инсоляцию.

Астрономическая инсоляция определяется вращениями вокруг Солнца и собственной оси, наклоненной под углом 66,55° к эклиптике . Земному наблюдателю она представляется гармоническим колебанием положения солнечной параллели относительно небесного экватора с периодом в 365 суток и угловым фазовым смещением (склонением Солнца).

Вероятная инсоляция зависит от состояния атмосферы и облачного покрова. Продолжительность вероятной инсоляции на территории составляет около 50% продолжительности астрономической инсоляции и определяется, в основном, высотой стояния Солнца.

Фактическая инсоляция всегда отличается от вероятной и может быть определена лишь натурными наблюдениями. Фактическая инсоляция зависит от ориентации и конфигурации застройки, оконных проемов, положения расчетного помещения, балконов и лоджий.

Нормирование и расчет инсоляции являются сейчас, пожалуй, наиболее острой светотехнической, экономической и социально-правовой проблемой. С переходом землепользования и строительства на рыночную основу нормы инсоляции жилищ стали главным фактором, сдерживающим стремления инвесторов, владельцев и арендаторов земельных участков к переуплотнению городской застройки с целью получения максимальной прибыли.

2. Влияние природно-климатических условий на инсоляцию

В различных районах страны (регионах мира) контрастность и величина инсоляции разные. Продолжительность инсоляции в течение суток для каждой местности определяется временем видимого движения солнца по небосводу. Траектория движения солнца и период суточной инсоляции для каждой географической широты и каждого времени года различны: в северных районах траектория более пологая и протяженная, в южных — более крутая и короткая.

73 стр., 36327 слов

Система газоснабжения района города и здания

... теплоемкость воды. Расчетный расход газа городом определяется по районам по формуле: коэффициент часового максимума. Коэффициент часового максимума определяется в зависимости от количества жителей методом ... следует учитывать, что их общая вместимость определяется из расчета 12 коек на 1000 жителей. Необходимо учитывать возможность работы столовых больниц на электрооборудовании, наличие ...

Годовая продолжительность астрономической инсоляции на всех широтах одинакова и равна 4380 часов. Однако на экваторе всегда равна 12 часам. На полярном круге короткий 24-часовой полярный день.

Дни, характеризующие инсоляцию для различных периодов времени года, принимают: 22 июня и 22 декабря — соответственно дни летнего и зимнего солнцестояния; 22 марта и 22 сентября — дни весеннего и осеннего равноденствия; продолжительность инсоляции составляет 12 часов.

Ранние утренние и поздние вечерние пологие лучи пересекают значительно большой слой атмосферы, чем лучи из положения солнца в зените, и их слабое оздоровительное воздействие может не учитываться. В соответствии с нормами для районов южнее 60єс.ш. в инсоляционный расчет не принимаются первый и последний часы на восходе и закате солнца, а для районов севернее 60єс.ш. — первые и последние 1,5 часа. Самый длинный период инсоляции на севере («вечный день») — 13-16 часов в сутки в летнее время, однако интенсивность инсоляции здесь невелика, так как и летом, траектория солнечного пути в этих районах пологая. В средней полосе летом самая продолжительная инсоляция 12 — 14 часов, а в южных районах 10 — 12 часов.

Для территории России характерно разнообразие природно-климатических условий. Вся территория бывшего СССР для строительства делится на 4 климатических района (I — IV), каждый из которых имеет несколько подрайонов. Их общие характеристики приводятся в СНиП 2.01.01 82 «Строительная климатология и геофизика», а также в СНиП 2.01.07 85 «Нагрузки и воздействия». Наиболее суровые климатические условия в I районе (70 % территории СССР — север и северо-восток Сибири и европейской части страны, Урал, материковые территории и прибрежные части Ледовитого океана и северных морей).

Характеризуется длительным холодным периодом (7-9 месяцев в году) с низкими температурами (до –50, –60°С), сильными ветрами в прибрежных подрайонах, снежными метелями, длительной полярной ночью (севернее Полярного круга), вечной мерзлотой грунтов. Это определяет «закрытый» жизненный режим населения с более продолжительным, чем в других районах, пребыванием в помещениях, большую степень изоляции зданий от воздействий внешней среды.

II и III климатические районы (средняя полоса) характеризуются умеренным климатом с примерно равными холодным и теплым периодами с умеренными положительными и отрицательными температурами и другими климатическими показателями. Это районы наиболее населенной части страны. Жизненный режим здесь более «открытый». Взрослое население и дети во все времена года могут длительное время находиться вне зданий.

Южные районы (IV и частично III) характеризуются продолжительным теплым периодом (до 9 месяцев в году), высокими положительными летними температурами и различными особенностями микроклиматов подрайонов: приморских, жарких степных и полупустынных территорий с песчаными бурями, влажных и жарких субтропиков, горных и т.д. Здесь население широко использует различные летние помещения, дворы. Для зданий существенна защита от перегрева солнечной радиацией, резких суточных изменений температуры, излишней влажности и др.

20 стр., 9566 слов

Качество жилых зданий

... изменённой жилой среды на здоровье. Качество среды жилых зданий регламентируется строительными нормами и ... и займусь в написании своего реферата. 2. ГИГИЕНА ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ 21. ПЛАНИРОВОЧНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЖИЛИЩ ... степени токсичности. При этом внутри помещений воздух бывает загрязнён сильнее, чем ... факторам физической природы относятся микроклимат, инсоляция и освещённость, электромагнитные излучения, шум, ...

Наиболее важными составляющими климата, которые необходимо знать, прежде чем приступать к проектированию, являются данные о следующих природно-климатических факторах:

Прямая и рассеянная солнечная радиация

Основными факторами являются бактерицидное и температурное воздействия. Эти данные учитываются:

  • при выборе расположения и ориентации здания на участке, позволяя определять продолжительность и интенсивность инсоляции помещений в различное время года, а также степень инсоляции прилегающих территорий;

  • при расчете стен и покрытий зданий на теплоустойчивость в жаркие летние месяцы;

  • при выборе архитектурно-планировочных и конструктивных солнцезащитных мер, устраняющих перегрев помещений в летние месяцы;

  • при выборе систем вентиляции и кондиционирования воздуха.

Ультрафиолетовая радиация

Основным фактором является бактерицидное воздействие. Учитывается:

  • при проектировании фотариев – помещений, в которых создаются кратковременные источники ультрафиолета, что необходимо в северной зоне и при длительном пребывании людей в помещениях с недостаточным естественным освещением;

  • при выборе конструкций окон и фонарей, при расчетах природной ультрафиолетовой облученности, проникающей в помещения лечебных зданий, детских учреждений и др.;

  • при выборе облицовки фасадов и отделки интерьеров, повышающих насыщенность помещений прямой, рассеянной и отраженной ультрафиолетовой радиацией.

Естественная наружная освещенность

Учитывается:

  • при выборе типов, размеров и расположения окон и фонарей в соответствии с требованиями главы СНиП «Естественное и искусственное освещение»;

  • при определении времени использования естественного освещения в помещениях, что позволяет в некоторых случаях мотивировать отказ от естественного света (зрительный зал, подсобное помещение);

  • при выборе рода освещения (естественное, искусственное или совмещенное), проектировании установок искусственного света (имитация естественного освещения по яркости и спектру).

Температура и влажность наружного воздуха

Данные об их годовой динамике используются:

  • при выборе объемно-планировочного решения здания (в холодных районах предпочтительна более компактная планировка и застройка);

  • при выборе и расчете элементов ограждающих конструкций (стен, покрытий, заполнения проемов) по теплотехническим требованиям;

  • при расчете систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха;

    14 стр., 6750 слов

    Санитарно-гигиенические требования к помещениям и оборудованию ...

    ... с планировкой помещений в лечебно-профилактических учреждениях. 2. Рассмотреть конкретные виды помещений. 3. Ознакомится с требованиями к оборудованию лечебно-профилактических учреждений. 4. Разработать краткую памятку для пациентов лечебно-профилактических учреждений. 1. Гигиенические требования к помещениям лечебных учреждений Архитектурно-планировочные и ...

  • при прочностном расчете конструкций на температурные воздействия.

Господствующее направление, скорость и давление ветра

Учитываются:

  • при расположении здания на участке для устранения интенсивного охлаждения помещений за счет воздухопроницаемости стен и окон;

  • при определении конструкции и расположения окон и фонарей, обладающих обычно повышенной воздухопроницаемостью;

  • при расчете аэрации помещений и территорий;

  • при прочностных расчетах конструкций зданий.

Скорость ветра определяется как горизонтальная составляющая осредненной скорости воздушного потока на высоте 10-15 м от земли. При проектировании высотных сооружений следует учитывать увеличение скорости ветра по высоте.

Направление ветра определяется той частью горизонта, откуда перемещается воздушный поток. Средняя скорость ветра по направлениям горизонта и повторяемость направлений ветра в (%) – основные характеристики ветра на территории застройки. В процессе проектирования часто пользуются графическим изображением характеристик ветра в виде специальной диаграммы – «розы ветров», на которой приводятся данные о повторяемости и скорости ветра на данной местности за определенный период.

Количество осадков в летнее и зимнее время года

Эти данные необходимы:

  • при проектировании расположения здания на участке, с целью устранения большого снегообразования на территории и крыше;

  • при выборе формы и расположения фонарей, не способствующих задерживанию снега на крыше;

  • при проектировании карнизов и водостоков для быстрого удаления ливневых и талых вод;

  • при разработке способов удаления снега с крыши;

  • при выборе облицовки фасада здания, заполнения проемов с учетом их водостойкости (в Дальневосточном Приморье количество осадков, выпадающих на вертикальные поверхности, может в 3 раза превышать выпадение на горизонтальные поверхности – «косые» дожди);

  • при прочностных расчетах конструкций. Плотность снега (140-360 кг/м3) зависит от высоты снежного покрова, продолжительности его залегания, скорости ветра, температуры воздуха.

Данные об основных климатических факторах определяются путем обработки многолетних измерений метеостанций на основе методов математической статистики.

3. Нормирование инсоляции

3.1. Инсоляция помещений

Инсоляция — облучение прямыми солнечными лучами — имеет большое оздоровительное значение. Световое и ультрафиолетовое облучение оказывают укрепляющее воздействие на человека и бактерицидное на микроорганизмы. Поэтому нормы проектирования регламентируют минимальную продолжительность инсоляции помещений и территорий. Расчеты инсоляции являются обязательным разделом в составе предпроектной и проектной документации.

Следует иметь в виду, что обычное стекло, хорошо пропуская видимую и инфракрасную части солнечного спектра, в меньшей степени пропускает коротковолновые ультрафиолетовые лучи (длиной волны до 400 нм), имеющие большое оздоровительное значение. Поэтому в помещениях, где необходимо воздействие оздоровительной инсоляции, применяют специальное увилевое стекло.

Тепловое воздействие инсоляции может вызывать перегрев помещений (в южных районах).

Перегрев с повышенной влажностью вызывает ухудшение самочувствия людей и значительно снижает их работоспособность. Оптимальный инсоляционный режим достигается путем обеспечения прямого солнечного облучения в необходимом количестве и в заданное время.

Продолжительность инсоляции регламентируется в: жилых зданиях; детских дошкольных учреждениях; учебных учреждениях общеобразовательных, начального, среднего, дополнительного и профессионального образования, школах-интернатах, детских домах и т.п.; лечебно-профилактических, санаторно-оздоровительных и курортных учреждениях; учреждениях социального обеспечения (домах-интернатах для инвалидов и престарелых, хосписах и т.п.).

Нормируемая продолжительность непрерывной инсоляции для помещений жилых и общественных зданий устанавливается дифференцированно в зависимости от типа квартир, функционального назначения помещений, планировочных зон города, географической широты — для зон:

  • северной (севернее 58° с. ш.) — не менее 2,5 ч в день с 22 апреля по 22 августа;
  • центральной (58° с.

ш. — 48° с. ш.) — не менее 2 ч в день с 22 марта по 22 сентября;

  • южной (южнее 48° с. ш.) — не менее 1,5 ч в день с 22 февраля по 22 октября.

Жилые здания:

В жилых зданиях нормативная продолжительность инсоляции должна быть обеспечена: в одно-, двух- и трехкомнатных квартирах – не менее чем в одной комнате, в четырехкомнатных и более – не менее чем в двух комнатах. В общежитиях – не менее чем в 60 % жилых комнат.

Допускается прерывистость инсоляции, но при этом продолжительность одного из периодов должна составлять не менее 1 часа, а общая продолжительность должна превышать нормативную на 0,5 часа.

Нормы допускают снижение продолжительности инсоляции на 0,5 ч для северной и центральной зон в двухкомнатных и трехкомнатных квартирах, где инсолируется не менее двух комнат; в четырехкомнатных и более, где инсолируется не менее трех комнат; а также при реконструкции жилой застройки, расположенной в центральной, исторической зонах городов, определенных их генеральными планами развития.

Общественные здания

Нормируемая продолжительность инсоляции устанавливается в основных функциональных помещениях указанных выше общественных зданий.

К таким помещениям относятся:

  • в детских дошкольных учреждениях — групповые, игровые, изоляторы и палаты;

  • в учебных зданиях — классы и учебные кабинеты;

  • в лечебно-профилактических учреждениях — палаты (не менее 60 % общей численности);

  • в учреждениях социального обеспечения — палаты, изоляторы.

В зданиях комбинированного назначения (детских домах, домах ребенка, школах-интернатах, лесных школах, школах-санаториях и т. п.) инсоляция нормируется в помещениях функционального назначения аналогичного перечисленным выше. Инсоляция не требуется в патологоанатомических отделениях; операционных, реанимационных залах больниц, вивариев, ветлечебниц; химических лабораториях; выставочных залах музеев; книгохранилищах и архивах. Допускается отсутствие инсоляции в учебных кабинетах информатики, физики, химии, рисования и черчения.

3.2. Инсоляция территорий

На территориях детских игровых площадок, спортивных площадок жилых домов; групповых площадок дошкольных учреждений; спортивной зоны, зоны отдыха общеобразовательных школ и школ-интернатов; зоны отдыха ЛПУ стационарного типа продолжительность инсоляции должна составлять не менее 3 ч на 50 % площади участка независимо от географической широты.

3.3. Нормативные документы

Вопросы инсоляции жилых помещений и территорий регламентируются в различных нормативных документах:

— СНиП 2.08.01-89 «Жилые здания», СНиП 2.07.01-89 «Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений», СП 30-102-99 «Планировка и застройка территорий малоэтажного жилищного строительства» и СанПиН 2.2.1/2.1.1/1076-01 «Гигиенические требования к инсоляции и солнцезащите помещений жилых и общественных зданий и территорий». В этих документах требования по инсоляции могут отличаться. Из указанных документов наиболее приоритетным на сегодня является: СанПиН 2.2.1/2.1.1/1076-01 «Гигиенические требования к инсоляции и солнцезащите помещений жилых и общественных зданий и территорий». Инсоляционный режим регламентируется документом «Санитарные правила и нормы СанПин 2.2.1/2.1.1.1278—03 «Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий».

4. Расчет продолжительности инсоляции

Продолжительность инсоляции застройки и зданий определяют тремя методами: моделирования, аналитическим и графическим. Полученные результаты отражают на картограммах.

Методы моделирования, Аналитические методы, Графических методов

Горизонтальный угол положения солнца определяется азимутом АQ, т.е. углом между плоскостью меридиана и направлением на солнце. Азимут отсчитывается от северного направления по часовой стрелке 1 в градусах. Возвышение солнца над горизонтом измеряется вертикальным углом hQ. В этом отношении в литературе нет единства. Иногда азимут отсчитывается от южного направления по часовой стрелке (на запад) от 0 до 360° или в двух направлениях – на запад и на восток от 0 до 180° с обозначением «юго-западный» и «юго-восточный».

Определение продолжительности суточной инсоляции часто осуществляется с помощью солнечных карт, построенных для различных широт (графики Б.А. Дунаева).

На них нанесены кольцевые координаты, отображающие возвышение солнца, и радиальные, характеризующие азимуты солнца. На картах построены траектории движения солнца для характерных периодов года, разделенные на часы суток. Кроме графиков Дунаева часто используются инсоляционный график (линейка), светопланомер Д.С. Масленникова и др. Нормативная продолжительность инсоляции определяется размещением и ориентацией зданий по сторонам горизонта, их объемно-планировочными решениями, наличием выступающих элементов и пр.

Расчет продолжительности инсоляции помещений выполняется в расчетной точке, которая определяется с учетом расположения и размеров затеняющих элементов здания. При расчете продолжительности инсоляции участка территории принимается расчетная точка, которая расположена в центре инсолируемой половины участков территории. В расчетах продолжительности инсоляции не учитывается первый час после восхода и последний час перед заходом солнца для районов южнее 58° с.ш. и 1,5 часов для районов севернее 58° с.ш. Допускаемая погрешность метода определения продолжительности инсоляции по инсоляционным графикам может составлять не более + -10 минут.

Определение продолжительности инсоляции проводится в следующей последовательности:

  • на плане и вертикальном разрезе помещения определяют горизонтальные и вертикальные инсоляционные углы светопроема и расчетную точку «В» помещения в;

  • на генплане участка застройки определяют положение расчетной точки помещения;

  • центральную точку «О» инсоляционного графика совмещают с расчетной точкой «В» помещения;

  • инсоляционный график ориентируют по сторонам горизонта;

  • отмечают расчетную высоту противостоящего здания по условному масштабу высот зданий на инсоляционном графике;

(приложение)

Термины и определения

Ось окна — прямая, проходящая через центр окна перпендикулярно его плоскости. Служит для определения ориентации окна по азимутальной шкале круга горизонта.

Расчетная высота противостоящего здания

Расчетные помещения

Инсоляционные углы светопроема

Расчетная точка

5. Вредные последствия инсоляции и их предотвращение

Инсоляции могут сопутствовать перегрев помещений вследствие избытка тепловой радиации и утомляющее действие солнечных лучей из-за блесткости ограждающих конструкций и оборудования. Поэтому в ряде случаев инсоляция не допускается (книгохранилища, горячие цехи, помещения для приготовления и хранения пищи) или должна быть ограничена. СНиП «Общественные здания» устанавливает, например, что ориентация окон помещений операционных и реанимационных залов должна приниматься на север, северо-восток и северо-запад, что позволяет легче создать оптимальный микроклимат в этих помещениях.

Важнейшими средствами борьбы с избыточной инсоляцией являются:

  • уменьшение площади светопроемов;

  • объемно-планировочные решения зданий;

  • средства озеленения (для одно-, двухэтажных зданий);

  • правильная ориентация зданий по сторонам света;

  • применение вентилируемых ограждающих конструкций (от перегрева);

  • применение солнцезащитных устройств.

Нормы проектирования жилых зданий определяют, что в районах со средней температурой июля 21° С и выше световые проемы в жилых комнатах и кухнях, ориентированные в секторе горизонта 200-290°, должны быть оборудованы наружной регулируемой солнцезащитой.

Для общественных зданий, располагаемых в тех же районах, в помещениях с постоянным пребыванием людей и в помещениях, где по технологическим или гигиеническим требованиям не допускается проникновение солнечных лучей или перегрев помещения, оборудуются солнцезащитой проемы, ориентированные в пределах сектора 130-315°.

Основными требованиями к солнцезащитным приспособлениям являются:

  • ограничение инсоляции помещения в заданные часы в определенный период года;

  • максимум светоотражения и светорассеивания;

  • минимальная теплоемкость;

  • обеспечение циркуляции воздуха по горизонтали и вертикали параллельно плоскости стены.

Солнцезащитные устройства делятся на стационарные и регулируемые

СЗУ

Положение

Действие

Светозащитный эффект

Область применения

Горизонтальные или наклонные сплошные козырьки

Над окнами снаружи

Ограничение или исключение инсоляции

При высоком солнцестоянии

Ю

То же с жалюзийной решеткой

— « —

То же, + хорошее омывание воздухом

— « —

Ю

Вертикальные ребра-экраны нормально или под углом к плоскости стены

Рядом с оконными проемами с одной стороны

— « —

При низком солнцестоянии

В, З

Выносные стенки-экраны

Над оконными проемами и с боков

То же, + защита от перегрева самой стены

Неограниченно

Неограниченно

Жалюзийные решетки с вертикальными, наклонными или горизонтальными пластинами

Перед светопроемами или внутри них

Ограничение или исключение инсоляции

— « —

— « —

Светообразные диффузоры

По всей плоскости фасада

То же, но хуже воздухообмен

— « —

— « —

Специальные виды остекления:

Заполнение светопроемов

— « —

Ю, ЮВ, ЮЗ

светорассеивающее

Светорассеивание

светоотражающее

Отражение инфракрасных лучей

светопоглощающее

Поглощение инфракрасных лучей

Подвижные жалюзи, маркизы, козырьки

Снаружи или внутри светопроемов

Ограничение или исключение инсоляции

— « —

— « —

Штампованные пространственные сетки

Внутри остекления

— « —

— « —

— « —

Навесные шторы

Внутри помещения

— « —

— « —

— « —

Солнцезащитные устройства существенно влияют на общую освещенность: при солнечной погоде светорассеивание поверхностями может значительно повышать КЕО, а при пасмурной – существенно снижать его. Это влияние следует учитывать при расчете освещенности помещений.

Заключение

Свет играет важнейшую роль в жизнедеятельности человека. Он участвует в обеспечении нормального психофизиологического состояния человека; создает освещение рабочего места, обеспечивая возможность выполнения каких-либо работ; естественный свет обладает оздоровительными и бактерицидными свойствами. Ритм естественного света диктует образ жизни людей. Естественное и искусственное освещение влияют также на архитектурно-художественные качества зданий.

основной задачей строительной светотехники

http://www.spravkoved.ru

http://ru.wikipedia.org

ПРИЛОЖЕНИЕ

Рис. 1. Схема определения расчетной Рис. 2. Схема определения расчетной точки

точки для окна для окна с балконом

Рис. 3. Схема определения расчетной Рис. 4. Схема определения расчетной

точки для окна с лоджией точки для окна с примыкающей стеной

Рис. 5. Схема определения инсоляции