Элементы и способы солнцезащиты зданий

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

Кафедра архитектурно-строительных конструкций

Реферат

Элементы и способы солнцезащиты зданий

Санкт-Петербург - 2017

Оглавление

• Определения, обозначения, сокращения
• Введение
• 1. Солнцезащита зданий
• 1.1 Инсоляция и солнцезащита
• 2. Солнцезащитные устройства

2.1 Общие положения

2.2 Виды солнцезащитных устройств

2.3 Рассмотрение практической выгоды солнцезащитных устройств на примере рафштор

2.4 Современные автоматизированные солнцезащитные устройства

• Список используемых источников

Определения, обозначения, сокращения

Инсоляция - это световое и ультрафиолетовое облучение прямыми солнечными лучами помещений и территорий. [2]

Рафшторы - особый вид внешних солнцезащитных систем, фактически являющийся жалюзи. [7]

Солнцезащита - мероприятия, направленные на уменьшение нарушений внутреннего климата, под воздействием солнечного излучения. [1]

СЗУ - солнцезащитные устройства

Введение

Инсоляция - это световое и ультрафиолетовое облучение прямыми солнечными лучами помещений и территорий. Она оказывает тепловое и укрепляющее психологическое воздействие на человека, убивает бактерии внутри помещений и на открытых площадках. Тепловое воздействие положительно действует в зимнее время, нагревает помещение, снижает затраты на отопление. Летом тепловое действие прямой солнечной радиации приводит к перегреву помещений. Это требует применение различных методов солнцезащиты. Под ней понимают мероприятия, направленные на уменьшение нарушений внутреннего климата. Это слишком большое нагревание и слишком большой контраст яркости, возникающие вследствие излучения солнца. Наряду 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). [2]

Нормирование инсоляции в России в настоящее время осуществляется по нормам Минздравсоцразвития России СанПиН 2.2.1/2.1.1.1076-03 "Гигиенические требования к инсоляции и солнцезащите жилых и общественных зданий". Они определяют количество часов, в течение которых прямые солнечные лучи должны проникать внутрь помещения (на подоконник инсолируемого окна) или на 70% расчетной территории. Нормирование инсоляции, так же как и естественного освещения, позволяет гигиенически обоснованно ограничить стремление инвесторов к чрезмерному повышению плотности застройки городов и населенных пунктов.

Расчет продолжительности инсоляции основан на астрономических закономерностях движения Солнца по небосводу. На рис. 1 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.

Рисунок 1 ? 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 2). По свободной, не попавшей в теневые углы части траектории движения Солнца, разбитой на часовые отрезки, можно определить продолжительность инсоляции помещения.

Рисунок 2 ? 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 2). 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.

В проектных организациях России для определения продолжительности инсоляции принято пользоваться инсографиками, которые можно накладывать на генплан и быстро определять продолжительность инсоляции прямо "с листа". Это повышает оперативность работы проектировщиков. Применение этого метода регламентируется СанПиП. Инсографики строятся для определенной широты местности, для определенных контрольных сроков инсоляции (например, для Москвы контрольные сроки инсоляции - 22.03-22.09) и для определенного масштаба генплана (1:500) или ситуационного плана (1:2000). Масштаб инсографика должен обязательно соответствовать масштабу генплана или ситуационного плана. На инсографике (рисунок 3) лучи, выходящие из полюса й-рафика, обозначают проекции лучей Солнца на горизонтальную плоскость в определенное время дня (7, 8, 9, ..., 16, 17 часов). Горизонтальные прямые линии для контрольных сроков 22.03 и 22.09, а также кривые линии для других контрольных сроков показывают превышение верха карниза или парапета противостоящего здания над расчетной точкой.

Рисунок 3 ? Определение продолжительности инсоляции с помощью инсографика

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.

инсоляция помещение солнцезащитный рафштора

2. Солнцезащитные устройства

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. [1]

Как показывает практика, солнцезащитные средства применяются в основном как средство формальной выразительности здания, без учета его ориентации по сторонам горизонта, природных и климатических условий. Многие здания проектируются вообще без учета инсоляции. В значительной степени это объясняется негативным отношением к солнцезащите как фактору, удорожающему строительство.

Иногда проектировщики весь световой проем заполняют солнцезащитыми 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. Это связано, с одной стороны, с несовершенством норм естественного освещения, которые устанавливают определенные значения КЕО при боковом освещении вне зависимости от глубины помещения и с другой стороны - модой на «здания с большими площадями остекления», что порождает сложнейшую и дорогостоящую проблему солнцезащиты.

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 4).

Рисунок 4 ? 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 5).

Рисунок 5 ? 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 6). Коэффициент светопропускания сетки составляет 0,4-0,7.

Рисунок 6 ? 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 Рассмотрение практической выгоды солнцезащитных устройств на примере рафштор

Рафшторы (англ. External\Outdoor Venetian Blinds, нем. Raffstore) представляют особый вид внешних солнцезащитных систем, фактически являющийся жалюзи. Разница состоит в том, что рафштора монтируется снаружи перед оконным проемом или стеклом, в то время как обычные жалюзи расположены внутри помещения, к тому же рафшторы более функциональны и эргономичны. Они обеспечивают прекрасную защиту от солнца и имеют современный внешний вид, что придает фасаду здания элегантность. [7]

Не секрет, что большие теплопотери здания приходятся на оконные проемы. Та же ситуация обстоит и с перегревом помещений летом -- чем больше остекления использовано в соотношении на площадь фасада, тем больший парниковый эффект получится внутри. Чтобы понимать, как бороться с этими факторами, необходимо различать два понятия: коэффициент теплообмена U и солнечный фактор G.

Первый говорит нам о том, какое количества тепла проходит через фасад из помещения на улицу и наоборот. Например, сколько тепла будет терять здание при использовании конкретного типа стекла и профилей. G-фактор показывает, как много инфракрасного излучения от солнца попадет внутрь, другими словами, как сильно нагревается помещение.

Второй коэффициент особенно важен, так как даже энергосберегающее остекление не всегда эффективно сможет защитить, пропуская порядка 60% солнечной радиации. Отдельная солнцезащита позволяет значительно уменьшить этот показатель. Установленная внутри помещений, например, в качестве рулонных штор или жалюзей, такая система позволяет снизить количество радиации до 25% в зависимости от выбора материала. Еще лучше дело обстоит с внешними системами. Применение рафштор или маркиз снижает g-фактор и вовсе до 5%.

А Б

Рисунок 6 ? Солнечный фактор g при попадании лучей в помещение через: А ? обычный оконный проём; Б ? оконный проём, оборудованный рафшторами

Практическая выгода от уменьшения g-фактора очень существенна. Солнцезащита позволяет не только уменьшить траты на кондиционирование, но и при установке самой системы и подключении её к городским сетям. При использовании внешней солнцезащиты потребление электроэнергии кондиционерами возможно снизить до восьми раз. При этом существенно снижается и нагрузка на всю систему из-за чего разница суммарных инвестиций в нее доходит до 50%.

2.4 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. [4]

Рисунок 7 ? 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 8 ? 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 используемых источников

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

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

3. Тваровский М. Солнце в Архитектуре. М.: Стройиздат, 1977.

Размещено на Allbest.ru