Лекція № 16. Інсоляція в архітектурі

 

Навчальна мета: розглянути поняття інсоляції та методи її розрахунку; також розглянути методи захисту від надмірної інсоляції.

Час: 70 хвилин.

Метод: лекція.

Місце: навчальна аудиторія.

Навчальні питання:

1. 15 хв.

2. 15 хв.

3. 15 хв.

4. 15 хв.

Заключна частина – 10 хв. (підсумок лекції, відповіді на запитання)

Матеріально-технічне забезпечення: схеми, рисунки, збірники задач та матеріалів.

Джерела та література: 2, 3, 6.

План

16.1. Завдання інсоляції. Координати і траєкторії руху сонця

16.2. Розрахунки інсоляції

16.3. Розрахунки тривалості інсоляції

16.4. Розрахунки і проектування засобів захисту від сонця

16.1. Завдання інсоляції. Координати і траєкторії руху сонця

Сонце – життєво важливий елемент середовища, в якому живе, працює і відпочиває людина. Освітлюючи територію, фасади і інтер'єри будівель, промені сонця значною мірою визначають якість довкілля, чинять великий вплив на мікроклімат, на освітлення і гігієну приміщень, на виразність архітектурних композицій і форм. Під інсоляцією розуміють сукупність світлової, ультрафіолетової та теплової дії сонця. Вплив інсоляції може бути позитивним або негативним залежно від інтенсивності, тривалості дії і часу дії сонця. Одне із завдань архітектури в тому, щоб архітектурно-планувальними і будівельними засобами найбільшою мірою використовувати позитивні функції сонця і усунути негативну його дію на людину.

Між променистою енергією сонця і архітектурою існує складний і різноманітний взаємозв'язок. Внутрішнє середовище в приміщеннях багато в чому залежить від архітектурно-планувального і будівельного рішення будівлі, вибираної архітектором.

Оптимізація світлового середовища в приміщеннях може бути досягнута тільки при комплексному підході до проблеми раціонального використання природних ресурсів сонячної енергії. Розрахунки інсоляції і сонцезахисних пристроїв виробляються по так званому розрахунковому часу доби і року, що встановлюється залежно від географічного району будівництва.

За розрахунковий час береться:

а) при необхідності усунення перегрівання приміщень – середній період жарких місяців року (при середньомісячній температурі зовнішнього повітря );

б) при визначенні максимальних поступлень тепла в приміщеннях з кондиціонуванням повітря – найбільш жаркий місяць року (по середньомісячній температурі зовнішнього повітря);

в) при усуненні засліплюючої дії інсоляції – робочий час доби і року залежно від призначення приміщення.

Для визначення дійсної інсоляції та ефективності сонцезахисних пристроїв необхідно враховувати різницю між сонячним часом (по якому побудовані інсографіки і сонячні карти) і декретним часом, прийнятим в країні. Порядок визначення різниці між сонячним і декретним часом наступний:

· знаходимо різницю між довготою цього пункту і середнього меридіана вартового, поясу, визначуваного по карті часових поясів;

· знаходимо різницю в хвилинах між місцевим сонячним і поясним часом; для цього отриману різницю в довготах множимо на 4 мін;

· визначаємо поясний час цього пункту; для цього отриману різницю додаємо (віднімаємо) до розрахункового сонячного часу, якщо довгота цього пункту менше (більше) довготи середнього меридіана часового поясу;

· знаходимо декретний час, додавши до поясного одну годину.

Розрахунки інсоляції

Кут падіння сонячного променя на площину характеризується кутом між променем і нормаллю до цієї площини. Значення цього кута залежить від положення сонця на небі і орієнтації площини по сторонах світла і обчислюється за формулою:

 

де α - горизонтальний кут між проекцією сонячного променя і нормально до площини;

Значення захисних кутів для південних районів країни ( = 37,5-45° п. ш.) приводяться в таблиці.

 

 

Значення захисного кута γ, тобто кута між азимутом сонця і лінією фасаду в плані,. визначається з виразу :

Рисунок 1 6.2. Траєкторія сонця протягом характерних днів року і спосіб визначення положення сонця опівдні днів літнього і зимового сонцестояння при заданій географічній широті

 

Хід сонця для різних географічних широт місцевості, місяців і годин визначається за сонячною картою. Користування координатами сонця дозволяє представити небо як півсферу, що спирається на горизонт з координатною сіткою у вигляді:

· концентричних кіл, описаних з точки зеніту; вони служать для відліку висоти сонця;

· системи дуг, що радіально виходять з точки зеніту до горизонту; вони відлічують азимути сонця.

Утворена таким чином координатна сітка спроектована на горизонтальну площину.

Таблиця16.1

Значення захисних кутів ß, град, для географічних районів від 37,5 до 47,5° п. ш.

Північ-на широ-та, град	Орієн-тація  , град	Час року і доби
		літо			весна-осінь
		8 (16) год	10 (14) год	12 ч	8 (16) год	10 (14) год	12 год
37,5-42,5	70 (2901	52	23		61	26
	90 (270)	53	27		68	37	—
	110(250)	51	30	6	69	47	15
	130(230)	46	29	І	68	50	27
	150 (210)	34	25	15 '	63	50	36
	170 (190)	—	18	17	- 50	43	40
	180	—	14	17	40	40	40
42,5-47;5	70 (290)	50	21		61	20	-
	90 (270)	52	28	—	66	30	—
	110(250)	52	32	8	68	48...	21
	130(230)	46.	32	15	67	50	34
	150(210)	35	29	20	63	50	42
	170 (190)	—	23	22	54	48	45
	180	—	19	22	46	45	45

 

На спроектовану сітку наносяться траєкторії сонця в характерні дні року:

день літнього сонцестояння, що характеризує літній період (22 червня);

дні весняного та осіннього рівнодення (22 березня та 21 вересня), що характеризують весняний та осінній періоди;

день зимового сонцестояння (22 грудня), що характеризує зимовий період.

Прагнення якнайкраще використовувати дорогоцінні властивості сонячного світла знаходить своє вираження в регламентації тривалості інсоляції в приміщеннях, яка є основним критерієм достатності інсоляції. Для житлових приміщень необхідна тривалість безперервної інсоляції складає 3 ч в періоди часу, вказані нижче:

у північних районах ( >60°) - з 22 квітня по 22 серпня;

у центральних районах ( =60-45°) -с 22 березня по 21 вересня;

у південних районах ( <45°) - з 22 лютого по 22 жовтня.

 

При світлових і теплових розрахунках дуже важливо знать шлях, прохідний сонячним променем в атмосфері, що оточує землю. Для цього вводиться поняття "Повітряна маса" М, яку необхідно здолати променю сонця. Значення М змінюються від 1 (сонце в зеніті) до 26,96.