Солнцезащита и светорегулирование в городах и зданиях

Размещено на http://www.allbest.ru//

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Владимирский государственный университет

имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

(ВлГУ)

Кафедра «Строительные конструкции»

РЕФЕРАТ

по дисциплине: «Строительная физика»

на тему: «Солнцезащита и светорегулирование в городах и зданиях»

Выполнила : студентка

Группы ЗСу-118

Колпакова Т.С

Владимир, 2019

Введение

Естественное и искусственное освещение городов и отдельных зданий и сооружений может и должно быть только «архитектурным», то есть выполнять одновременно экологическую, эстетическую и экономическую функции. Широкое понятие комфортности освещения связано главным образом с обеспечением благоприятной видимости и восприятия архитектурных форм, пространства и объектов человеком.

При выборе приемов и систем освещения в процессе разработки архитектурного проекта можно условно выделить два этапа. На первом этапе решают следующие задачи: - в соответствии с нормами выбирают необходимые уровни освещенности с учетом особенностей зрительной работы (размер объектов различения, светлота фона, контраст между объектами и фоном и т.п.); - обеспечивают неравномерность, контрастность и направленность освещения, способствующие наилучшей видимости объектов различения и светомоделировке их формы; - определяют спектр и динамику освещения, обеспечивающие требуемую цветопередачу и эмоциональную атмосферу; - устраняют или ограничивают ослепленность и дискомфорт, возникающие при попадании в глаза прямых или отраженных лучей солнца, неба или источников искусственного света; - выбирают расположение световых проемов, осветительных приборов и отделочных материалов, обеспечивающее комфортное распределение яркостей и цвета в пространстве.

Второй этап проектирования включает решение архитектурной сверхзадачи - создание архитектурного светового образа, который возникает в результате взаимодействия архитектуры и света. В интерьерах этот образ зависит от назначения помещений. Так, в зрительных залах архитектурный световой образ должен создавать впечатление праздничности и торжественности; в музеях и картинных галереях - ощущение отрешенности от внешнего мира и сосредоточенности; в производственных помещениях - иллюзию естественности световой среды.

В современной архитектуре выразительные решения достигаются искусным сочетанием естественного и искусственного света, применением новейших светотехнических и строительных материалов и конструкций, разработкой оригинальных оптических систем, новых архитектурных форм и, в конечном итоге, рождением характерных образов.

Глава1. Инсоляция и солнцезащита в архитектуре

1.1 Основные понятия

Инсоляция - (лат. insolatio, от insolo - выставляю на солнце) это световое и ультрафиолетовое облучение поверхностей и пространств - важнейший фактор формирования климата .Воздействие инсоляции на человека и окружающую среду двойственно: Это экономически выгодно, поэтому обеспечивается доступ солнечного света в городские пространства и интерьеры зданий в различных географических районах. Также в летнее время тепловое воздействие прямой солнечной радиации приводит к перегреву помещений, УФ- переоблученности, световому дискомфорту, и перерасходу электроэнергии на регулирование микроклимата в зданиях - это требует применения различных методов солнцезащиты.

Солнцезащита - мероприятия, направленные на уменьшение нарушений внутреннего климата, под воздействием солнечного излучения.

Под ней понимают мероприятия, направленные на уменьшение нарушений внутреннего климата. Это слишком большое нагревание и слишком большой контраст яркости, возникающие вследствие излучения солнца. Также с конструктивными мероприятиями по солнцезащите принимают соответствующие проектные решения (ориентация здания по странам света и по отношению к застройке, ориентация отдельных помещений в плане здания), а также мероприятия по регулированию микроклимата (принудительная вентиляция и кондиционирование).

Единство положительных и отрицательных воздействий инсоляции в архитектуре

Комфортные ощущения и эстетическое воздействие светоцветовой среды возможно только при условии исключения угнетающих факторов : психологически и физиологически недостаточные уровни освещенности, УФ- и ИК- облученности или, наоборот, чрезмерные уровни яркости и переоблучённости .

Одной из наиболее распространенных ошибок в солнцезащите является применение массивных и теплоемких затеняющих экранов, монолитно связанных с основной ограждающей конструкцией. Такие экраны аккумулируют солнечное тепло и путем теплообмена со стеклом и стеной передают его в помещение.

Другую ошибку допускают при применении солнцезащитных изделий из стекла, пластмасс и пленок, когда весь светопроем заполняется этими изделиями. В таких случаях ограничивается связь с внешним пространством, а яркость заполнения при инсоляции нередко превышает допустимую.

Комплекс факторов, который положен в основу критериев оценки и нормирования инсоляции в архитектуре, показан на рис.

1.2 Нормирование и проектирование инсоляции застройки

Нормы распространяются на проектирование новой и реконструируемой застройки городов, поселков и сельских населенных пунктов. Требования к инсоляции не распространяются на проектирование застройки промышленных зон и производственных зон сельскохозяйственных предприятий.

Помещения жилых и общественных зданий и участки территорий внутриквартальных пространств подразделяются по требованиям инсоляции на группы, указанные в СНиП 2.07.01-89 «Планировка и застройка городских и сельских помещений». Так, согласно нормам:

- в жилых и общественных зданиях (за исключением детских дошкольных учреждений, общеобразовательных школ, школ-интернатов) необходимо обеспечивать непрерывную продолжительность инсоляции жилых помещений и территорий: для 58° с. ш. и южнее - не менее 2,5 ч в день на период с 22 марта по 22 сентября; для северной зоны (севернее 58° с.ш.) - не менее 3 ч в день на период с 22 апреля по 22 августа.

- в условиях многоэтажной застройки (9 и более этажей) допускается одноразовая прерывность инсоляции жилых помещений при условии увеличения суммарной продолжительности инсоляции на 0,5 ч в течение дня соответственно для каждой зоны.

- в жилых домах меридионального типа, где инсолируются все комнаты квартиры, а также при реконструкции жилой застройки или при размещении нового строительства в сложных градостроительных условиях (исторически ценная городская среда, дорогостоящая подготовка территории, зоны общегородского и районных центров) допускается сокращение продолжительности инсоляции на 0,5 ч соответственно для каждой зоны

- ориентация и размещение детских дошкольных учреждений, общеобразовательных школ, школ-интернатов должны обеспечивать непрерывную трехчасовую продолжительность инсоляции в помещениях, указанных в нормах и правилах обеспечения инсоляцией жилых и общественных зданий и территорий жилой застройки, утвержденных в установленном порядке.

Архитекторам полезно знать, однако, что ныне в наиболее развитых странах мира последнего требования нет, так как оно приводит к резкому световому и тепловому дискомфорту при напряженной зрительной работе, отрицательно отражающемуся на зрении детей и их самочувствии. Поэтому подобные помещения ориентируются на запад - северо-запад, что обеспечивает инсоляцию среды в отсутствие детей В учебное же время в помещении, применяется комфортное рассеянное освещение, не требующее солнце- и светозащиты. Это значительно упрощает градостроительное проектирование.

Рис.2.

Расчет продолжительности инсоляции основан на астрономических закономерностях движения Солнца по небосводу. На рис. 2 приведена схема траекторий движения Солнца по небосводу в дни весенне-осеннего равноденствия (22 марта и 22 сентября) и летнего и зимнего солнцестояния (22 июня и 22 декабря). Угол наклона плоскостей этих траекторий по отношению к горизонтальной плоскости - 90 - <р, где ц - географическая широта местности.

Траектория Солнца в течение характерных дней года и способ определения положения Солнца в полдень в дни летнего и зимнего солнцестояния при заданной географической широте .

Проекция этих траекторий на горизонтальную плоскость образует солнечную карту ,которую можно использовать для расчета продолжительности инсоляции.

Концентрические окружности на солнечной карте образуют кольцевые угловые координаты вертикальных углов Солнца над горизонтом. На солнечную карту наносится линия ориентации фасада здания с расчетным помещением и горизонтальный и вертикальный теневые углы светопроема (рисунок 3). По свободной, не попавшей в теневые углы части траектории движения Солнца, разбитой на часовые отрезки, можно определить продолжительность инсоляции помещения.

Рисунок 3. Определение продолжительности инсоляции по солнечной карте с использованием теневых масок.

Затенение противостоящими зданиями учитывается путем построения на солнечной карте теневых масок этих зданий: измеряются горизонтальные углы и вычисляются вертикальные углы контура окружающей застройки, видимые из расчетной точки, в соответствии с генпланом или ситуационным планом места строительства (см. рисунок 3). Затем эти углы наносятся на солнечную карту в виде теневых масок, частично закрывающих свободные участки траекторий движения Солнца. Продолжительность инсоляции определяется по оставшимся свободным участкам траекторий.

Расчеты инсоляции и солнцезащитных устройств производятся по так называемому расчетному времени суток и года, устанавливаемому в зависимости от географического района строительства.

Условия инсоляции определяются методом проекций с числовыми отметками. Расчеты следует производить непосредственно на плане застройки с помощью накладного инсографика, показанного на рис.4

Инсографик, как правило, выполняемый на прозрачном материале, накладывается на генплан так, чтобы полюс графика совместился с расчетной точкой. Инсографик ориентируется строго по направлению С-Ю на генплане. Из расчетной точки откладываются горизонтальные теневые углы светопроема. Части планов противостоящих зданий или целые здания, находящиеся ближе к расчетной точке, чем линия превышения карниза или парапета соответствующего противостоящего здания, затеняют расчетную точку. Продолжительность инсоляции определяется "с листа", как показано на рисунке 3 Балконы, лоджии и козырьки уменьшают продолжительность инсоляции

Инсоляция может вызвать перегрев помещений и слепящее действие прямых солнечных лучей. Поэтому в таких помещениях, как горячие и ткацкие цехи, книгохранилища, цехи пищевой промышленности и др., инсоляция не допускается. Даже в жилых домах ориентация помещений на юго-запад требует применения солнцезащиты.

Рис.4. Основные случаи расположения зданий относительно затененной точки и линии ограничения, соответствующей превышению их над расчетной точкой: а - одно затеняющее здание; б - два затеняющих здания из трех; б3 и б0 - азимуты (углы) затенения и инсоляции соответственно

2.Солнцезащитные устройства

2.1 Основные понятия

Солнцезащитные устройства необходимы для защиты от перегрева помещений в летние месяцы, для ограничения прямой и отраженной блескости, а также для распределения световых потоков, проходящих в помещении через световые проемы.

Как показывает практика, солнцезащитные средства применяются в основном как средство формальной выразительности здания, без учета его ориентации по сторонам горизонта, природных и климатических условий.

Иногда проектировщики весь световой проем заполняют солнцезащитными устройствами, что ограничивает связь с внешним миром и не пропускает благотворный спектр солнечной радиации, что значительно снижают освещенность при пасмурном небе и препятствуют аэрации помещений. Наиболее негативным является увлечение большими площадями остекления, что идет в противовес уменьшению тепловых потерь и экономии энергетических ресурсов.

Оптимальное количество солнцезащитных устройств рационально не только в гигиеническом, функциональном, эстетическом, но и в экономическом отношении, так как единовременные затраты на их установку окупаются за счет снижения расходов на вентиляцию и искусственное охлаждение воздуха, повышения производительности труда и снижения травматизма. Солнцезащитные устройства не должны ухудшать условия воздухообмена в помещениях, они должны быть легкими, удобными и надежными в эксплуатации, экономичными и не создавать затенение световых проемов в зимний период времени.

2.2 Виды солнцезащитных устройств

Солнцезащитные устройства в основном подразделяются на три основные группы:

- архитектурно-планировочные, включающие ориентацию и взаиморасположение зданий, конфигурацию зданий в плане, озеленение и обводнение территорий;

- конструктивные, представляющие собой затеняющие элементы зданий (козырьки, экраны и т.п.), солнцезащитные и светорегулирующие устройства, солнцезащитные изделия из стекла и пленок, а также солнцезащитные устройства для территорий;

- технические, включающие кондиционирование воздуха, принудительную вентиляцию, и водоразбрызгивающие установки.

Выбор солнцезащитных устройств должен производиться в определенной последовательности. Сначала рассматривают возможности только архитектурно-планировочных средств и если эти средства не позволяют решить задачу, то выбирают стационарные конструктивные устройства. Когда помещения требуют высокого светового комфорта и необходимой защиты от перегрева в течение всего светового периода суток и года, то используют регулируемые солнцезащитные устройства в совокупности с теплозащитными стеклами. При особых требованиях к световому комфорту и тепловой защите помещений применяют совокупность солнцезащитных изделии, теплозащитных стекол и технических средств регулирования микроклимата (кондиционирование воздуха, радиационное охлаждение и т.д.).

В настоящее время наиболее распространенными являются конструктивные солнцезащитные устройства (экраны, лоджии, козырьки и др.), монолитно связанные с зданием, которые в летний период превращаются из затеняющих средств в дополнительные источники перегрева помещений.

Солнцезащитные устройства подразделяются на постоянные, являющиеся элементами зданий, и временные, устраиваемые в процессе эксплуатации зданий, а по конфигурации - на горизонтальные, вертикальные, наклонные и комбинированные (рисунок 1).

Рисунок 1. ? Типы солнцезащитных устройств зданий

а ? горизонтальный козырек из сплошной плиты; б ? то же, решетчатый; в ? наклонный сплошной козырек; г ? жалюзи, располагаемые в пределах толщины светопроема; д ? жалюзи около проема; е ? жалюзи на относе от светопроема; ж ? вертикальные ребра; з ? то же, в комбинации с горизонтальными жалюзи; и ?комбинированные (коробчатые); к ? ячеистые солнцезашитные панели; л ?то же, маркизы

Тип солнцезащитного устройства выбирается с учетом назначения здания, природных особенностей района, ориентации здания, формы и размеров световых проемов, режима эксплуатации и технико-экономических показателей.

Сплошные горизонтальные солнцезащитные устройства целесообразно устанавливать над окнами зданий при высоком стоянии солнца для затененных световых проемов южных фасадов. Жалюзийные горизонтальные устройства хорошо защищают помещения от солнечной радиации при любой ориентации световых проемов. Для затененных световых проемов северо-западной и северо-восточной ориентации следует применять вертикальные ребра из сплошных плит, размещаемых по бокам световых проемов, что ограничивает допуск косых лучей низкостоящего солнца в помещениях.

В многоэтажных производственных и общественных зданиях на фасадах любой ориентации используют комбинированные солнцезащитные устройства, состоящие из вертикальных и горизонтальных плит, обрамляющих световые проемы.

В особо жарких районах перед световыми проемами устанавливаются ячеистые солнцезащитные панели.

В последние годы широкое распространение при строительстве общественных и промышленных зданий получили зенитные фонари, которые в летний период нуждаются в солнцезащите. Для солнцезащиты зенитных фонарей применяются водоразбрызгивающие установки, солнцезащитные сегменты, светорассеивающие купола, диффузорные решетки, регулируемые экраны и т.п. устройства (рисунок 2).

Рисунок 2 ? Типы солнцезащитных устройств для зенитных фонарей.

В нашей стране разработана пространственная сетка, изготавливаемая из целого металлического листа толщиной 0,2-0,5 мм без отходов производства. Способ ее изготовления заключается в вытягивании листа с просечками, образующими пространственные ячейки, обеспечивающими эффект миниатюрных жалюзи (рисунок 3). Коэффициент светопропускания сетки составляет 0,4-0,7.

Рисунок 3. ? типы солнцезащитных сеток.

Расчеты и проектирование солнцезащитных устройств должны основываться на комплексном учете климатических особенностей местности (температура, влажность, облачность, прозрачность атмосферы, ветер и др.), а также требований к освещению помещений и их вентиляции.

2.3 Современные автоматизированные солнцезащитные устройства

Логичным продолжением идей перфорации стала разбивка фасадов на отдельные элементы, которые уже возможно адаптировать под разные задачи.

Само собой, в эпоху всеобщей автоматизации процесс закрытия ставней вывели на новый уровень, подсоединив к панелям электромоторы с погодными датчиками. Возможности подобной системы были продемонстрированы бюро Ernst Giselbrecht + Partner в здании шоурума для немецкой компании Kiefer Technic, занимающейся фасадными решениями. Здание в буквальном смысле превращается в динамическую скульптуру, создавая различные визуальные эффекты за счет передвижения панелей в одной плоскости. архитектура светоцветовая инсоляция

Рисунок 4.? Офисное здание Kiefer Technic Architecture Showroom. Бюро Ernst Giselbrecht + Partner, 2015, Штирия, Австрия

Самое большое здание с автоматизированной системой солнцезащитны расположено на Ближнем Востоке. Проектируя башни Аль Бахар в Абу Даби, архитекторы бюро Aedas Architects Ltd обернули здания с трех сторон автомоторизованными треугольниками, которые в свернутом виде составляют цветочный арабский орнамент.

Рисунок 5. ? Парные башни Al Bahar. Бюро Aedas Architects Ltd, 2012, Абу Даби, ОАЭ

Степень открытия солнцезащитных элементов определяется компьютером: от полностью открытого состояния утром до полного закрытия в полдень. Интересно, что все элементы крепятся на выступающие мачты, причем одна такая матча служит коннектором сразу для шести «цветков», значительно сокращая необходимые внешние конструктивные элементы.

Список используемой литературы

1.Архитектурная физика : Учебник для вузов : Спец. «Архитектура» / В. К. Лицкевич, Л. И. Макриненко, И. В. Мигалина и др.; Под редакцией Н. В. Оболенского. -- Москва : «Архитектура-С», 2007. -- 448 с., ил.

2. Гусев Н.М. Основы строительной физики.

М.:Стройиздат,1975

3. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1076-03 "Гигиенические требования к инсоляции и солнцезащите жилых и общественных зданий"

4. СП 23-102-2003 "Естественное освещение жилых и общественных зданий"

Размещено на Allbest.ru