Оптимизация объемно-планировочных и конструктивных решений общественных зданий по критериям комфортности внутренней микроклиматической среды для условий Центральной Азии (на примере Афганистана)

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Специальность 05.23.01 “Строительные конструкции, здания и сооружения”

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Оптимизация объемно-планировочных и конструктивных решений общественных зданий по критериям комфортности внутренней микроклиматической среды для условий Центральной Азии (на примере Афганистана)

Абдул Хашим

Москва, 2007

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском государственном строительном университете.

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Стецкий Сергей Вячеславович.

Официальные оппоненты: доцент архитектуры, профессор Лицкевич Владимир Константинович

кандидат технических наук Спиридонов Александр Владимирович

Ведущая организация:

ГУП “Академия коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова”

Защита диссертации состоится “______” ___________ 2007 г. в “_______” час. на заседании диссертационного совета Д.212.138.09 при ГОУ ВПО Московском государственном строительном университете по адресу: 113114, г. Москва, Шлюзовая набережная, д.8, ауд. ________

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Московского государственного строительного университета.

Автореферат разослан “_____” __________ 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Плотников А.И.

Общая характеристика работы

Актуальность исследований

Улучшение микроклимата в рабочих помещениях общественных зданий является важной проблемой современного архитектурно-строительного проектирования.

Понятие комфортности внутреннего микроклимата складывается из нескольких составляющих, важнейшими из которых являются температурно-влажностной режим, световой режим и шумовой режим. Эти факторы должны рассматриваться в комплексе. В частности, параметры светового режима являются определяющими для большинства функциональных процессов в общественных зданиях, а параметры температурно-влажностного режима являются определяющими для районов с неблагоприятным климатом.

Комплексный подход к организации комфортной внутренней микроклиматической среды в рабочих помещениях общественных зданий для районов с жарким климатом в первую очередь помогает увязать объемно-планировочные и конструктивные решения, отдельно направленные на создание комфортных температурно-влажностного и светового режимов в этих помещениях.

Условия обеспечения комфортной световой среды и комфортного температурно-влажностного режима зачастую входят в противоречие одни с другими. Поэтому данная работа, не претендуя на универсальность, делает лишь определенные шаги в направлении решения этой проблемы, необходимости чего посвящены научные исследования многих российских и зарубежных ученых: Н.М. Гусева, Н.В. Оболенского, В.М. Ильинского, Х.Н. Нуретдинова, А.Н. Кондратенкова, А.К. Соловьева, Р.Гопкинсона, П.Мэннинга и т.д.

Для условий климата Афганистана характерны жаркое и сухое лето и довольно прохладная зима. Здания, таким образом, следует защищать не только от перегрева летом, но и от переохлаждения зимой. Значительные теплопоступления в здания в жаркий период объясняются также и высоким уровнем солнечной активности, что приводит к дополнительному перегреву помещений через окна вследствие инсоляции. С одной стороны, это требует уменьшения площади светопроемов, но с другой стороны, необходимая площадь окон чрезвычайно важна для нормального естественного освещения и естественной вентиляции в зданиях.

В настоящее время в Афганистане, вследствие сложной экономической ситуации, задачи создания комфортного внутреннего микроклимата в зданиях решаются в основном традиционными архитектурно-планировочными и конструктивными методами, на основе “пассивного” регулирования параметров внутренней среды. Эти традиционные приемы в архитектуре и строительстве Афганистана не имеют, однако, научно-теоретического обоснования, а, следовательно, и перспектив развития.

Таким образом, актуальность научных исследований, посвященных проблемам создания комфортной внутренней микроклиматической среды в современных общественных зданиях в условиях климата Афганистана на основе архитектурно-строительных методов, является очевидной.

Зная современные проблемы Афганистана, важно уже сейчас решать перспективные задачи создания условий для развития мирной жизни в стране. Это в первую очередь относится к строительству как к основному фактору, определяющему восстановление и развития гражданских, промышленных и сельскохозяйственных объектов.

Цели и задачи диссертационной работы

Основной целью диссертации является разработка научно-обоснованных предложений по созданию комфортных микроклиматических условий внутренней среды в рабочих помещениях общественных зданий в условиях климата Афганистана. При этом задачи работы заключаются в определении параметров комфортной микроклиматической среды в рассматриваемых зданиях и климатических условиях по светотехническим, инсоляционным и температурным критериям и разработка научных основ по формированию соответствующих объемно-планировочных и конструктивных решений зданий.

Предметом исследований является внутренняя микроклиматическая среда, ее световые и температурные параметры для помещений общественных зданий в условиях сухого и жаркого климата Афганистана.

Объектом исследований были выбраны рабочие помещения общественных зданий с высокими разрядами зрительной работы, что соответствует административно-конторским зданиям, учреждениям, учебным заведениям и т.д.

Методом исследований является комплексная оценка микроклиматической среды в помещениях рассматриваемых зданий на основе объективных и субъективных критериев. Данная работа осуществлялась с использованием современных российских нормативных документов (в частности, СниП 23-05-95*, МГСН 2.06-99, СниП II-3-79*, СанПин 2.2.1/2.1.1.1076-01 и др.). Проводились кк теоретические, так и натурные исследования комфортности внутренней микроклиматической среды.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- Комфортность микроклиматической среды в помещениях оценивалась как субъективно, по мнениям групп наблюдателей, так и объективно, на основе расчетов и измерений;

- Внутренняя микроклиматическая среда рассматривалась комплексно, по световым и тепловым критериям;

- На основе обобщения разрозненных данных по климату рассматриваемого региона на основе метода аналогии проведено климатическое и светотехническое районирование территории Афганистана;

- Определена зависимость параметров микроклиматической среды от объемно-планировочных и конструктивных решений рассматриваемых типов зданий.

Практическая ценность проведенных исследований состоит в том, что:

- Полученные результаты дают возможность разработать методику определения параметров комфортной внутренней среды в рабочих помещениях рассматриваемых зданий для рассматриваемых климатических условий;

- Определены оптимальные объемно-планировочные и конструктивные решения административно-конторских зданий и их рабочих помещений для климатических условий Афганистана;

- Даны рекомендации по применению рациональных солнцезащитных устройств, по применению оптимальных типов светопроемов и по их размещению, а также по применению предпочтительных типов наружных ограждающих конструкций.

Достоверность результатов исследований и научных заключений подтверждаются результатами проведенных экспериментальных исследований, а также использованием существующих российских норм и научных методик теоретических и экспериментальных исследований.

На защиту выносится:

- Результаты теоретических и экспериментальных исследований по формированию комфортной микроклиматической среды по световым и тепловым критериям для рассматриваемых типов общественных зданий в климатических условиях Афганистана;

- Методика оптимизации объемно-планировочных и конструктивных решений рабочих помещений общественных зданий для рассматриваемых климатических условий;

- Рекомендации по выбору конструктивных решений солнцезащитных устройств и заполнений оконных проемов для достижения комфортных условий световой среды в рабочих помещениях рассматриваемых зданий;

- Аналоговый метод климатического и светоклиматического районирования территории Афганистана;

- Рекомендации по выбору конструктивных решений стеновых ограждений, обеспечивающих комфортный тепловой режим в рабочих помещениях рассматриваемых зданий.

Объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов по диссертации и библиографического списка, включающего _____ наименований.

Работа содержит 199 страницы машинописного текста, включая 48 рисунков и 37 таблиц.

Содержание работы

Первая глава диссертации посвящена анализу природно-климатических условий Афганистана, а также историческим и современным аспектам архитектурно-строительной практики в стране.

Отмечается отсутствие упорядоченных и полных данных по климату Афганистана и, как следствие, отсутствие климатического и светоклиматического районирования территории этой страны.

Анализ исторического и современного развития строительства и архитектуры в Афганистане показывает, что в основном строительно-архитектурная практика базируется на традиционных методах и концепциях, характерных для большинства государств Центральной Азии. Научно-теоретические основы архитектурно-строительного проектирования при этом не рассматриваются как актуальные.

Однако, перспективы дальнейшего развития архитектуры и строительства в Афганистане, крайне важные для развития всей страны, диктуют необходимость использования всего комплекса научно-практического опыта в этой сфере, накопленного в мире.

В частности, для исследований, связанных с формированием комфортной внутренней среды в зданиях, необходимо иметь научно-обоснованные данные о климатических характеристиках рассматриваемого региона.

Анализ разрозненных данных по климату Афганистана, имеющихся в российских и зарубежных источниках показал, что с достаточной точностью можно проводить научные исследования в области строительной физики опираясь на аналогичность на схожесть климата Афганистана с климатом ряда соседних государств Центральной Азии (в частности, Туркменистана, Узбекистана и Таджикистана). Метод аналогии в данных исследованиях позволил относительно точно определить климатические районы Афганистана по российской классификации как III-Б и IV-А, а пояс светового климата - как V-Б (южнее 40 с.ш.). Карта Афганистана с указанием климатических зон и пояса светового климата представлена на рисунке 1.

Отмечая, что в настоящее время существование самобытной архитектуры стран Центральной Азии и, в частности, Афганистана, определяется как усилением внимания к традиционным формам национальной архитектуры, так и “интернационализацией” архитектуры, которая выражается в экспансии западных архитектурных стилей в развивающиеся страны.

Такое сосуществование стилей в основном носит формальный характер. До настоящего времени отсутствует единая унифицированная методика проектирования зданий в климатических условиях рассматриваемого региона с оптимальным сочетанием традиционных архитектурных концепций с западным опытом и комфортным внутренним микроклиматом.



Условные обозначения:

_ - Пояс светового климата Афганистана;

? - Климатические районы Афганистана;

······· - Границы климатических районов Афганистана.

Рисунок 1. Карта светового и климатического районирования территории Афганистана

Показано, что данная работа направлена именно на решение этой проблемы, т.е. на создание научно-теоретических основ проектирования гражданских зданий в условиях Афганистана с целью формирования комфортной микроклиматической внутренней среды в определенных типах таких зданий с использованием пассивных (естественных) методов регулирования. При этом акцент должен делаться на традиционные, проверенные веками методы местной архитектуры и строительства, которые достигали необходимых результатов исключительно за счет специфических объемно-планировочных и конструктивных решений зданий. В этом случае влияние современного мирового опыта в архитектуре и строительстве может сказаться на этажности зданий, на их инженерном оборудовании, на используемых материалах и технологии возведения, а также на механизации и индустриализации строительного производства, что необходимо для становления принципа массовости строительства, крайне актуальным в настоящее время для Афганистана.

Основными факторами, которые исследуются в данной работе, являются тепловой и световой режимы в рабочих помещениях рассматриваемых зданий. Поэтому важной задачей является анализ планировок зданий, их конструкций, элементов и используемых материалов с точки зрения их влияния на создание комфортной внутренней среды по тепловым и световым критериям.

Особое внимание уделяется анализу объемно-планировочных решений, стеновым конструкциям, окнам и солнцезащитным устройствам, которые либо традиционно применяются, либо рекомендуются к применению в административно-конторских зданиях в условиях Афганистана.

Так как данные исследования проводились для рабочих помещений рассматриваемых типов общественных зданий, вопросы зрительной работоспособности в них имеют определяющее значение, что является следствием комфортности внутренней световой среды. С другой стороны, комфортность внутренней тепловой среды влияет на общую работоспособность персонала, вследствие изменения общего самочувствия людей при изменении внутренней температуры в помещении.

Таким образом, учет “человеческого фактора” делает необходимым использования в исследованиях как объективных, так и субъективных оценок комфортности внутренней микроклиматической среды, что несомненно, позволит сделать более полные и достоверные выводы. Целесообразность и важность проведения субъективных оценочных исследований с группами наблюдателей (“пользователей”) доказана работами таких ученых, как Н.М. Гусев, Н.Н. Киреев, Р.Гопкинсон, Д.Ниман, С.Лэй и другие.

Во второй главе анализируются традиционные и современные методы проектирования рассматриваемых типов общественных зданий и разработка объемно-планировочных и конструктивных решений таких зданий в целях создания комфортной внутренней микроклиматической среды на основе естественных (пассивных) методов регулирования параметров внутренней физической среды в помещениях зданий для климатических условий Афганистана.

Рассматриваются основные объемно-планировочные решения гражданских зданий, традиционных для архитектуры стран рассматриваемого региона и использование основных исторических архитектурных концепций в решениях современных зданий.

Анализируются влияние на комфортность внутренней микрокли-матической среды в гражданских зданиях таких планировочных решений и приемов, как взаимное расположение помещений, наличие галерей, планировочные пропорции зданий, ориентация их основных планировочных осей, наличие внутренних двориков - атриумов, затенение, озеленение и обводнение прилегающей территории и т.д.

Аналогичный анализ приведен и в отношении ограждающих конструкций рассматриваемых типов зданий - стен и покрытий. Показано, что основными принципами проектирования и строительства наружных ограждающих конструкций в условиях сухого и жаркого климата, характерного для территории Афганистана как раньше, так и теперь являются обеспечения их значительной массивности и теплоустойчивости. Традиционно применяются плоские эксплуатируемые покрытия в зданиях до 3-5 этажей высотой; массивные стены с небольшими окнами создают впечатление замкнутости и изолированности внутреннего объема зданий.

Применяемые строительные материалы также традиционны: это природный камень, мелкие бетонные блоки на основе местных легких заполнителей, силикатный кирпич и монолитный железобетон.

Отмечается, что огромное влияние на формирование внутренней микроклиматической среды в помещении имеют окна, площадь и заполнение которых напрямую влияет на параметры тепловой и световой среды в помещениях. Также рассматривалась степень влияния на рассматриваемые параметры внутренней среды различных типов солнцезащитных устройств и ориентации самих окон по странам света.

Так, анализ некоторых вариантов заполнения оконных проемов (отли-чавшихся по количеству слоев стекла, их толщинам и т.д.), проведенный на основе рассмотрения и оптимизации их светотехнических и теплотехни-ческих характеристик показал, что лучшим вариантом для условий Афга-нистана следует считать двойное остекление окон, либо использование стек-лоблоков и стеклопрофилита. Лучшими эти варианты могут считаться вследствие оптимального сочетания их светотехнических и теплотехничес-ких характеристик, что показано на графике, представленном на рисунке 2.

В главе проведен анализ различных типов солнцезащитных устройств, являющихся одним из важнейших средств обеспечения комфортности внутреннего микроклимата и архитектурными элементами, во многом определяющими специфику местной архитектуры.

Традиционными для Афганистана являются горизонтальные СЗУ и их производные в виде галерей и лоджий, а также комбинированные СЗУ. На основе этого анализа предложен график для определения величины относительного выноса солнцезащитных козырьков для различных географических широт, охватывающих географический регион от Афганистана до Узбекистана. Отмечается, что солнцезащитные козырьки эффективны лишь для окон, ориентированных на южные рубежи горизонта, что значительно уменьшает возможность их целесообразного использования в реальных градостроительных ситуациях. В главе делается вывод о том, что эффективность козырьков может быть значительно повышена за счет отхода от их классической прямоугольной в плане форме. В частности, возможно придание козырькам “свободной геометрической формы”, либо частично использовать принцип комбинированности, дополняя козырьки небольшими вертикальными солнцезащитными экранами. Это будет способствовать большей свободе в ориентации окон, защищенных такими СЗУ и большей градостроительной маневренности застройки. Эти вопросы детально рассматриваются в следующей главе.

строительство конструкция планировочный гражданский

Типы заполнения светопроемов:

1. Одинарное остекление с объемными стеклами различной толщины.

2. Одинарное остекление с теплопоглощающими стеклами различной толщины.

3. Двойное остекление с обычными стеклами различной толщины.

4. Двойное остекление с обычным и теплопоглощающим стеклом.

5. Двойное остекление с обычным и теплопоглощающим стеклом и вентилируемой прослойкой.

6. Тройное остекление с обычными стеклами различной толщины.

7. Тройное остекление с одним теплопоглощающим и двумя обычными стеклами.

8. Стеклоблоки различных фронтальных размеров и толщиной 98 мм.

9. Стеклопрофилит толщиной от 40 до 50 мм.

Рисунок 2. Номограмма для определения оптимальных типов заполнения светопроемов в условиях Афганистана.

Показано также, что защита интерьеров зданий от прямой солнечной радиации за счет инсоляции может быть обеспечена не только размерами окон, толщинами стен, применением солнцезащитных устройств соответствующих типов, но и рациональной ориентацией светопроемов по странам света.

Для этого, в частности, продольную ось зданий целесообразно располагать в направлении так называемой “гелиометрической оси”, которая представляет собой азимут солнца в момент наибольшей температуры наружного воздуха и изменяет свое направление в зависимости от географической широты и климата рассматриваемого региона.

В наиболее жаркие месяца года для условий города Кабула азимут гелиометрической оси составляет 70°-250°, что соответствует положению солнца в наиболее жаркие часы дня (14 часов).

С учетом этого, ориентация окон в рассматриваемых зданиях для наименьшего поступления через них тепла от солнечной радиации и температуры наружного воздуха оптимально должна иметь азимуты 160° и 340°, что показано на рисунке 3.



Рисунок 3. Оптимальная ориентация гражданских зданий с учетом положения гелиометрической оси для климатических условий города Кабула

В третьей главе приводятся описание методик проведения теоретических и натурных исследований, а также их основные результаты.

Исследования были направлены на разработку новых объемно-планировочных и конструктивных решений общественных зданий административно-конторского типа, обеспечивающих создание в рабочих помещениях этих зданий комфортной микроклиматической среды методами ее естественного регулирования.

Проводились как теоретические, так и экспериментальные исследования по натурным замерам освещенности в помещениях и субъективной оценке внутренней микроклиматической среды на трех объектах, которыми являлись административно-конторские здания в городах Кабул, Герат и Кандагар. Основной объем исследований проводились в первом здании.

Отмечается, что во всех трех случаях относительно средний уровень субъективных оценок световых и тепловых параметров внутренней среды показал и определенную неудовлетворенность наблюдателей некоторым ее характеристиками. В частности, это касалось размеров и формы окон, психологической связи наблюдателей с окружающей средой и качества солнцезащиты.

На основе этих требований был разработан и предложен новый тип светопроема в форме “обратного тавра” с вертикальной средней частью и горизонтальной нижней частью, который, при обеспечении достаточных поступлений естественного света в помещение, самой своей формой обеспечивает как минимально-необходимый уровень солнцезащиты, так и максимальный уровень психологического контакта с окружающей средой.

Рисунок 4. Предлагаемый тип окон для административно-конторских зданий в условиях городов Афганистана (фронтальная проекция).

Изображение этого окна приведено на рисунке 4. Такие окна были рекомендованы для применения на обследуемых объектах в городах Герате и Кандагаре; в Кабуле обследуемый объект имел галереи на южном фасаде, что обеспечивало необходимую солнцезащиту но ограничивало психологический контакт с окружающей средой, который обеспечивался через окна северной ориентации.

Показано, что при необходимости расположения над окнами горизонтальных солнцезащитных устройств, их целесообразно выполнять со “свободной геометрической формой” в плане, которая более эффективно экранируют лучи утреннего и вечернего солнца при ориентации окон и такими СЗУ на южные румбы горизонта. Расчетные схемы козырьков свободной геометрической формы представлены на рисунке 5.

МВ=0,55 м; МС=0,64 м; MD=0,55 м; l_к=0,64 м.; АЕ=1,2 м.; ₁=23є; ₂,₃=21є

Рисунок 5. Конфигурация козырька свободной геометрической формы при южной ориентации окон для условий города Кабула.

Отмечается также, что козырек свободной геометрической формы целесообразны и в качестве составной горизонтальной части комбинированных СЗУ, что дает возможность расширить традиционную для Афганистана южную ориентацию окон от юго-восточного до юго-западного азимутов.

Показано, что для условий жаркого климата Афганистана крайне важен также и правильный выбор материалов и конструкций наружных стеновых ограждений. Наряду с соответствующими решениями окон и солнцезащитных устройств, конструкции стен серьезно влияют на формирование внутренней микроклиматической среды в помещениях с точки зрения установления в них комфортного теплового режима.

При рассмотрении некоторых типичных для строительства Афганистана вариантов наружных стен по критерию их теплоустойчивости было определено, что наилучшим решением по времени затухания амплитуда температурных колебаний в массиве конструкции является вариант стены из традиционных для Афганистана мелких стеновых блоков из пемзобетона с плотностью _о=800кг/м³.

При этом массивность конструкции D>5,0, а время полных затуханий температурных колебаний =13-14 часов. Рассмотренные в теплотехнических расчетах варианты приведены на рисунке 6.

Экспликация материалов

1 - Штукатурка; 2 - Пемзобетонные блоки; 3 - Цементно-песчанный раствор; 4 - Силикатный кирпич; 5 - Минераловатный утеплитель.

Рисунок 6. Рассматриваемые типы стеновых конструкций.

Четвертая глава посвящена анализу большого объема фактического материала, на основе которого делаются основные выводы по диссертации и даются рекомендации по архитектурным и конструктивным решениям рассматриваемых типов общественных зданий для условий городов Афганистана.

Основные рекомендации по объемно-планировочному решению рассматриваемых зданий могут быть сформулированы следующим образом:

1. Высоту гражданских зданий в целом, а также общественных зданий в частности, в условиях климата городов Афганистана следует принимать от 2 до 5 этажей;

2. Следует преимущественно применять прямоугольную форму зданий в плане с шириной от 10 до 15 метров. При этом рекомендуется использовать коридорную, галерейную или коридорно-галерейную планировочные системы;

3. Наиболее целесообразна ориентация зданий с направлением их продольной оси по линии “гелиометрической оси”, которая для условий Афганистана имеет азимут А_о=70є-80є;

4. Глубину рабочих помещений следует принимать в пределах от 4,5 до 6,0 м., что при одностороннем боковом естественном освещении и наличии солнцезащитных устройств является предельным для обеспечения помещений административно-конторских зданий достаточным естественным светом;

5. Ориентацию светопроемов при рекомендуемом направлении продольной оси зданий следует осуществлять на южные и на северные румбы горизонта. Это обеспечивает помещения зданий, ориентированные на север, равномерным естественным освещением без влияния солнечного света и позволяет устроить прямую и эффективную солнцезащиту над окнами южных помещений;

6. При рекомендуемой планировке и ориентации рассматриваемых зданий в их торцах, ориентированных на западные и восточные румбы, целесообразного устраивать вспомогательные помещения - лестничные клетки, туалеты, кладовые и т.д. Такие помещения целесообразно для создания “теплового буфера” при перегреве восточных и западных фасадов зданий от действия солнечной радиации.

Основные рекомендации по проектированию конструкций наружных стен рассматриваемых зданий в климатических условиях Афганистана были основаны на технико-экономической оценке рассмотренных в Главе 3 вариантов. По результатам совместного анализа стоимостных показателей рассматриваемых вариантов стен и их теплотехнических характеристик было определено, что:

1. При выборе оптимального решения стен, необходим комплексной учет показателей, характеризующих как их теплофизические свойства, так и стоимость и трудоемкость возведения;

2. Рекомендуется применять стеновые ограждающие конструкции с показателем тепловой инерции D5,0 и временем затухания амплитуды температурных колебаний в массиве стены 14 часов. В этом случае время полного прогрева стены совпадает со временем максимального охлаждения наружного воздуха перед рассветом.

3. Наиболее целесообразно применение стен из легкобетонных блоков на основе местных природных заполнителей, характерных для условий Афганистана (пемза, шлак и т.д.). Такие блоки обладают достаточной прочностью, высокими теплоизолирующими качествами и легко могут быть изготовлены.



Сметная стоимость группы элементов зданий

Примечание. Рассматриваемые варианты конструкций стен представлены на рисунке 6.

Рисунок 7. Зависимость тепловой инерции стены от ее конструкции и стоимости возведения

Наружные стены из этих блоков обладают и наилучшими технико-экономическими показателями.

Результирующий график зависимости теплотехнических характеристик и технико-экономических показателей для рассматриваемых в Главе 3 вариантов стеновых конструкций приведен на рисунке 7.

По материалам исследований роли окон в формировании комфортной внутренней среды в рабочих помещениях рассматриваемых зданий можно дать следующие рекомендации:

1. Боковые светопроемы во фронтальной стене помещений должны располагаться центрально, либо симметрично относительно центра с максимальным приближением верха светопроемов к потолку;

2. В рассматриваемых зданиях следует избегать размещения боковых светопроемов на западных и восточных фасадах зданий. В отдельных случаях возможно устройство окон восточной и западной ориентации для подсобно-вспомогательных помещений, при устройстве надежной солнцезащиты этих окон. Оптимальным следует считать считать расположение оконных проемов на северном или южном фасадах зданий;

3. Для окон общественных зданий в условиях Афганистана следует рекомендовать двойное остекление, как оптимальное по светотехническим и теплотехническим характеристикам;

4. Для зданий в условиях жаркого солнечного климата рекомендуется использовать узкие высокие окна, т.к. при этом площадь их остекления используется более эффективно и увеличиваются их солнцезащитные качества;

5. Рекомендуется к применению новый тип светопроема, сочетающий в себе вертикальную и горизонтальную части, т.е. в виде “обратного тавра”. Достоинство этой формы заключается в том, что средняя вертикальная часть окна позволяет увеличить внутреннюю освещенность за счет использования естественного света от более ярких участков небосвода, прилегающих к зениту, а горизонтальная нижняя часть обеспечивает визуальный контакт работающих в помещении людей с внешней окружающей средой.

В силу своей геометрии предлагаемая форма окон имеет значительные величины защитных инсоляционных углов, что позволяет частично снизить инсоляционное воздействие солнца без применения солнцезащитных устройств (смотри рисунок 4). Проведенные в диссертации исследования различных типов, форм и конструкций СЗУ показали, что для разработки итоговых рекомендаций по их проектированию и применению необходимо провести анализ рассмотренных СЗУ по критериям стоимости и трудозатрат, а также по их функциональной эффективности и эстетическим качествам. Результаты этого комплексного анализа дали возможность разработать следующие рекомендации:

1. Для светопроемов южной ориентации следует использовать солнцезащитные устройства стационарного типа в виде козырьков свободной геометрической формы в плане.

2. Откосы оконных проемов при ориентации окон на южные румбы горизонта могут иметь скосы наружу до 30є, что не превышает граничных значений защитных углов ““. Применение таких откосов дает возможность повысить уровни К.Е.О. в помещениях с его приростом до 10%.

3. Для светопроемов юго-восточной и юго-западной ориентации целесообразно использовать комбинированные стационарные СЗУ с горизонтальной козырьковой частью свободной геометрической формы и одним вертикальным экраном со стороны действия лучей утреннего или вечернего солнца. Солнцезащитные устройства для таких ориентаций окон идентичны и являются симметричными относительно оси “север-юг”.

4. В оконных проемах, ориентированных на юго-восток или юго-запад, рекомендуется устраивать южный оконный откос со скосом наружу, по причинам, изложенным в пункте 2.

5. При расчете комбинированных стационарных солнцезащитных устройств для окон с юго-восточной и юго-западной ориентацией рекомендуется горизонтальную часть СЗУ рассчитывать при защитных углах ““, определенных для периода наиболее высокого солнцестояния (май-июль). Вертикальный экран комбинированных СЗУ следует рассчитывать для защитных углов ““, имеющих усредненные значения весенне-осеннего и летнего периодов солнцестояния.

Вертикальные экраны данных СЗУ следует устраивать относительно короткими, не более 2/3 высоты светопроема и скошенными, что позволяет значительно повысить степень контакта с окружающей средой без ущерба для солнцезащитных качеств комбинированных СЗУ рассматриваемого типа.

Рекомендуемые типы СЗУ при южной, юго-восточной и юго-западной ориентации светопроемов для рассматриваемых зданий в климатических условиях Афганистана представлены на рисунках 8 и 9.



Рисунок 8. Рекомендуемый тип СЗУ для южной ориентации светопроемов. А - Юго-восточная ориентация

Рисунок 9. Рекомендуемый тип СЗУ для юго-восточной и юго-западной ориентаций светопроемов.

Основные выводы по диссертации

1. Анализ имеющихся данных по климату Афганистана, позволил, на основе принципа аналогии провести климатическое и светоклиматическое районирование территории этой страны, что является важнейшей основой проведения теплотехнических и светотехнических исследований и составления местных нормативных документов. По российской классификации климатические районы Афганистана определены как III-Б и IV-А, а пояс светового климата - как V-Б.

2. Для климатических условий Афганистана целесообразно применение административных зданий средней этажности (3-4 этажа) с коридорной или коридорно-галерейной планировкой и широтной или близкой к ней ориентацией продольной оси плана. Оптимальным следует считать направление этой оси совпадающей с так называемой “гелиометри-ческой” осью, азимут направления которой для географических широт Афганистана составляет от 70 до 80 градусов.

3. Наиболее целесообразным для климатических и светотехнических условий Афганистана следует считать узкие вертикальные окна с двойным остеклением и площадью не превышающей 20% площади пола, что обеспечивает необходимую естественную освещенность в рабочих помещениях рассматриваемых общественных зданий. Также предложена новая форма боковых светопроемов в виде “обратного тавра”, которая, кроме светотехнических требований, в значительно большей степени, чем традиционные окна, удовлетворяют требования по психологической связи работающих с окружающей средой.

4. Расчет типичных для строительства Афганистана вариантов стеновых конструкций на теплоустойчивость показал, что наилучшим решением по времени затухания амплитуды температурных колебаний на внутренней поверхности стены является вариант с использованием традиционных строительных материалов - пемзобетонных мелких стеновых блоков с плотностью 800 кг/м³. Для стен административных зданий в условиях Афганистана оптимальным следует считать время такой задержки равное 13-14 часам, что обеспечивает завершение полного цикла прогрева наружных стен около 5 часов утра, т.е. во время наибольшего понижения температуры наружного воздуха. Для обеспечения требуемого времени задержки температурных колебаний общая массивность конструкции стены “D” должна быть не менее 5,0.

5. Показано, что для светопроемов юго-восточной и юго-западной ориентации следует использовать комбинированные стационарные солнцезащитные устройства асимметричной формы - с горизонталь-ным козырьком и одним вертикальным экраном. Для светопроемов южной ориентации следует использовать горизонтальные солнцезащитные устройства стационарного типа.

6. Сравнение нескольких типов геометрических форм горизонтальных солнцезащитных устройств показало, что наиболее эффективным с функциональной точки зрения являются козырьки свободной геометрической формы, особенно при их использовании в составе комбинированных солнцезащитных устройств в сочетании с короткими асимметричными вертикальными экранами. Рекомендуемые СЗУ свободной геометрической формы также в значительной степени отвечают основным концепциям формообразования, принятым в традиционной архитектуре Центральной Азии.

7. Предложен график для определения величин относительного выноса солнцезащитных козырьков в зависимости от географической широты местности, при южной ориентации окон, который охватывает регион от 30 до 42? северной широты, т.е. территорию Афганистана и ряда центрально-азиатских государств в составе СНГ.

8. Показано, что кроме значения времени запаздывания температурных колебаний в массиве конструкции ““ при выборе стеновых ограждающих конструкций необходимо учитывать их технико-экономические показатели, оценивающие конструкции как по их стоимости, так и по трудоемкости возведения.

9. Предложен график зависимости сметной стоимости ограждающих конструкций “k_m” от значения их тепловой инерции “D”. Это дает возможность на практике инженерными методами определить ориентировочное значение запаздывания наружных температурных колебаний ““ в выбранной конструкции стены при минимизации затрат на ее возведение.

Основные положения диссертационной работы приведены в статье

С.В. Стецкий, Абдул Хашим “Теплотехнические исследования традиционных типов стеновых конструкций гражданских зданий в современных экономических условиях государств Центральной Азии”. Журнал “Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века” №3, 2007.

Размещено на Allbest.ru

...