СОЛНЦЕЗАЩИТА ГРАЖДАНСКИХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ
.pdfМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ КИЕВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ
СОЛНЦЕЗАЩИТА ГРАЖДАНСКИХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ
Методические указания К выполнению работ по дисциплине
«Эффективные современные материалы и конструкции» для студентов-иностранцев специальностей 7.120101 «Архитектура зданий и сооружений», 7.120102 «Градостроительство», 7.120103 «Дизайн архитектурной среды».
Киев 2015
СОДЕРЖАНИЕ
Общие положения…………………………………………………
1.Термины и определения……………………………….
2.Обозначения и сокращения……………………………
3.Классификация солнцезащитных устройств.........…
4.Общие требования к проектированию солнцезащитных устройств…………………….
5.Исходные данные для исследования………..
6.Построение комплексных солнечных карт………
6.1Построение солнечной карты…………………….
6.2Нанесение зон желательной и нежелательной инсоляции на комплексную солнечную карту…………………………….
7. Выбор оптимальных СЗУ для светопроёмов заданной ориентации….
8. Разработка рекомендаций к проектированию солнцезащитных устройств в заданной местности……………………………..
Список литературы………………………………………
Приложение А. Пример построения комплексной солнечной карты………..
Приложение Б. Теневой угломер для расчёта горизонтальных и вертикальных солнцезащитных устройств……………………..
Приложение В. Теневые угломеры для расчёта солнцезащитных устройств общего положения……………………….
Общие положения
Первой задачей архитектуры, так называемой «третьей кожи человека», является создание комфортных условий пребывания жителей для сохранения здоровья и хорошего самочувствия, поддержания и восстановления работоспособности. Одним из основных факторов формирования микроклимата помещений, который может как улучшать, так и ухудшать условия пребывания является инсоляция - облучение помещений прямой солнечной радиацией сквозь светопрозрачные конструкции. Инсоляция повышает температуру поверхностей и воздуха в помещениях в результате парникового эффекта, уничтожает патогенные микроорганизмы, но также создает избыточную освещенность на облучаемых рабочих поверхностях.
Контроль инсоляции особенно важен в помещениях, где выполняются точные работы, и в архитектуре с избыточными площадями остекления, каковая является популярной тенденцией современной архитектуры.
Методические указания предназначены для использования иностранными студентами указанных специальностей при выполнении практического задания по дисциплине «Эффективные современные материалы и конструкции» «Проектирование оптимизированных солнцезащитных устройств».
Также они будут полезны студентам указанных специальностей при курсовом и дипломном проектировании.
1.Термины и определения
Светопрозрачные конструкции - участки наружных ограждающих конструкций здания (окна, балконные и входные двери, витражи, фасадные системы, витрины, фонари и т.д.), пропускающие видимый свет.
Естественное освещение - освещение помещений светом неба (прямым или отраженным), проникающий через световые проемы в наружных ограждающих конструкциях.
Замкнутый воздушный слой - слой, надежно огражденный от воздуха помещения и улицы листами стекла и специальной герметизацией притворов и швов.
Инсоляция помещений - прямое солнечное облучение внутреннего пространства помещений.
Расчетная точка инсоляции - точка, в которой рассчитывается продолжительность инсоляции помещения через отдельный светопроем или его часть.
Угол инсоляции - максимальный угол между нормалью к плоскости остекления и лучом в заданной плоскости, достигающим её. В зависимости
от положения плоскости можно выделить горизонтальный у.о., вертикальный у.о. и т.д.
Горизонтальный угол затенения – наименьший угол в горизонтальной плоскости между плоскостью остекления и лучом, достигающим её.
Вертикальный угол затенения - угол в вертикальной плоскости между плоскостью светопрозрачной конструкции и лучами, которые достигают ее.
Солнечная карта - проекция на горизонтальную плоскость дневной небесной полусферы, на которой отражены солнечные траектории, часовые линии и координатная сетка, состоящая из азимутальных линий и альмукантараты, может быть ортогональной, стереографические и др. Строятся для конкретной географической широты.
Комплексная солнечная карта – солнечная карта с нанесёнными на неё данными о местных особенностях климата – зонами желательной и нежелательной инсоляции, которые соответствуют периодам отопления и перегрева в году.
Теневая маска - графическое отображение на солнечной карте зоны экранирования небосвода определенным непрозрачным объектом.
Солнцезащита - комплекс мероприятий по уменьшению вредного воздействия прямой солнечной радиации в помещениях, в частности, перегрева.
Солнцезащитное устройство – стационарный или регулируемый элемент конструкции здания, предназначенный для экранирования светопрозрачных конструкций от воздействия прямой солнечной радиации.
Пассивное солнечное отопление - комплекс мероприятий по использованию тепловой энергии прямой солнечной радиации для отопления зданий без использования дополнительных инженерных систем.
Небесная сфера – сфера единичного радиуса с центром в расчётной точке, на которую переносятся методом центрального проецирования астрономические объекты и объекты окружающего пространства. Она разделяется на видимую полусферу, которая находится выше горизонта и невидимую – которая находится ниже горизонта.
Зенит – наивысшая точка небесной сферы. Надир – низшая точка небесной сферы.
2. Обозначения и сокращения
N – север; O – восток; S – юг; W – запад; Z – зенит; Nd – надир;
PN– северный полюс; PS – южный полюс; ϕ – географическая широта местности;
t – среднемесячная температура воздуха;
A – среднемесячная суточная амплитуда температуры воздуха; tmin – среднемесячный суточный минимум температуры воздуха; tmax – среднемесячный суточный минимум температуры воздуха;
Tmin– среднемесячное время суточного минимума температуры воздуха; Tmax– среднемесячное время суточного максимума температуры воздуха; Tincr– период повышения температуры от минимальной до
максимальной; период понижения температуры от максимальной до
минимальной;
– среднемесячное значение температуры воздуха для заданного времени суток;
δ – угол инсоляции;
δZ – обратный угол инсоляции;
δH, δHZ – горизонтальный угол инсоляции и обратный горизонтальный угол инсоляции;
δV – вертикальный углы инсоляции; η – угол затенения;
ηH1, ηH2 – горизонтальные углы затенения; ηV – вертикальный угол затенения;
θ – угол пересечения солнцезащитных щитов с плоскостью остекления; Az – азимут светопрозрачной конструкции;
СЗУ – солнцезащитное устройство.
3. Классификация солнцезащитных устройств
Солнцезащитные устройства могут быть классифицированы по следующим параметрам.
3.1. По положению относительно светопрозрачной конструкции (рис.
3.1):
внешние - затеняющие элементы которых расположены снаружи относительно остекления. Внешние СЗУ имеют наилучшую эффективность с точки зрения защиты от перегрева благодаря лучшей возможности теплоотдачи поглощенного тепла, но и являются наиболее подвержеными влиянию факторов погоды (ветровой и снеговой нагрузке и т.п.) и требуют тщательных мер защиты;
межстекольное - затеняющие элементы которых расположены между слоями стекла в обслуживаемом пространстве или в камерах стеклопакетов. Межстекольное СЗП лучше защищены от факторов внешней среды, просты в обслуживании, и меньше влияют на внешний вид зданий, но требуют тщательного проектирования светопрозрачных конструкций и, желательно, обеспечения режима вентиляции межстекольного пространства;
внутренние - затеняющие элементы которых расположены изнутри относительно остекления. Внутренние СЗУ неэффективны для защиты от перегрева, поскольку солнечные лучи, уже прошли через светопрозрачные
конструкции внутрь помещения и вызывают парниковый эффект. Такие СЗП можно рекомендовать лишь для защиты от избыточной освещенности.
3.2 По конструкции затеняющих элементов (рис. 3.2):
Сплошные - затеняющими элементами которых являются сплошные непрозрачные или частично прозрачные щиты.
Ламеллярные - затеняющие элементы которых состоят из ряда параллельных ламелей. Дискретные щиты могут обеспечивать поставленные задачи с меньшими расходом материалов, сопротивлением ветровым потокам и лучшей отдачей поглощенного тепла и отводом дождевой воды с их поверхности.
Если ламели одного СЗУ имеют одинаковый размер, рекомендуется устанавливать их на равном расстоянии. Если ламели одного щита отличаются размерами, рекомендуется устанавливать их на расстояниях прямо пропорциональных ширинам ламелей.
а) |
б) |
в) |
г) |
а- внешние; б - межстекольные без вентиляции межстекольного пространства; в - межстекольные
свентиляцией межстекольного пространства; г – внутренние.
Рисунок 3.1 – Классификация солнцезащитных устройств по положению относительно светопрозрачной конструкции:
3.3 По способу управления:
Стационарные - геометрические параметры которых не меняются в течение всего срока эксплуатации.
Регулируемые - геометрические параметры которых могут изменяться. Активно регулируемые - геометрические параметры которых могут быть
изменены пользователем напрямую, или с использованием специальных систем управления согласно собственным пожеланиям.
Циклически регулируемые - геометрические параметры которых изменяются соответствующей системой управления согласно заданному пользователем или проектировщиком циклу (суточному или годичному).
Адаптивно регулируемые - геометрические параметры которых изменяются в зависимости от условий внешней среды, в частности температуры воздуха и интенсивности солнечной радиации.
ηV
δ
ηV
V
а) 
η |
|
|
V |
|
|
δ |
V |
δ |
|
|
|
|
|
б) |
V
в) |
а– сплошные; б – ламеллярные с одним размером ламелей;
в– ламеллярные с разными размерами ламелей
Рисунок 3.2 – Типы СЗУ по конструкции затеняющих элементов
Пассивно-адаптивные - геометрические параметры которых изменяются непосредственно условиями среды вследствие явлений температурной деформации или изменения агрегатного состояния материалов.
Активно-адаптивные - геометрические параметры которых изменяются соответствующей системой управления в зависимости от данных оборудования метеорологического наблюдения.
В этих методических указаниях рассматриваются расчет эффективности ламинарных стационарного СЗУ.
3.4 По положению направляющей затеняющих элементов (рис. 3.3): горизонтальные - в которых затеняющие элементы расположены
горизонтально. В качестве горизонтальных СЗУ могут рассматриваться жалюзи с горизонтальными ламелями, а также козырьки, летние помещения следующего этажа, такие как балконы и лоджии, и консоли над светопроемами.
вертикальные - в которых затеняющие элементы расположены вертикально. В качестве вертикальных СЗУ могут рассматриваться жалюзи с вертикальными ламелями, а также боковые стенки лоджий, ризалиты, и другие внешние элементы дома.
общего положения - в которых затеняющие элементы расположены под углом к горизонту. В качестве СЗУ общего положения в этом стандартеустановке рассматриваются жалюзи с наклоненными ламелями.
комбинированные - состоящие из двух или более систем затеняющих элементов разного положения. В этом стандарте-установке рассматриваются комбинированные СЗУ, состоящие из вертикальных и горизонтальных элементов.
Примечание. В СЗУ плоскости ламелей могут быть расположены как перпендикулярно плоскости фасада, так и иметь определенный угол с этой плоскостью.
а) |
б) |
в) |
г) |
а – горизонтальные; б – вертикальные; в – общего положения; г – комбинированные
4. Загальні вимоги з проектування та розрахунку геометричних
Рисунок 3.3 – Классификация СЗУ по положенню направляющей
параметрів сонцезахисних пристроїв 4. Общие требования к проектированию солнцезащитных устройств
4.1Конструкция солнцезащитных устройств должна обеспечивать эффективную защиту помещений от перегрева и избыточной нагрузки на системы кондиционирования в течение периода охлаждения и от избыточной освещенности на рабочих поверхностях в течение рабочего дня.
4.2Конструкция СЗУ должна осуществлять как можно меньшее влияние на инсоляцию и пассивное солнечное отопление помещений в течение периода отопления.
4.3Влияние СЗУ на освещенность рабочих поверхностей внутри помещений должно быть учтено расчетом или измерено экспериментально.
4.3Конструкция СЗУ должна обеспечивать их устойчивость и сохранение эксплуатационных требований в течение всего периода эксплуатации.
4.4Конструкция СЗУ должна обеспечивать устойчивость к воздействию нагрузок внешней среды, в частности ветровых и снеговых нагрузок.
Рекомендуется устройство солнцезащитных ламелей внешних СЗП с углом линии наибольшего ската плоскости горизонта не менее 45 ° для облегчения стекания дождевой воды и сползания снега.
4.5Затеняющие элементы должны иметь достаточную теплоотдачу, быть закрепленными с использованием подвижных или шарнирных соединений во избежание деформаций вследствие их расширения при нагревании прямой солнечной радиацией.
Рекомендуется устройство солнцезащитных элементов на относе от остекления для обеспечения лучшей теплоотдачи.
4.6Если СЗУ устанавливаются в межстекольном пространстве, рекомендуется для удаления избыточного тепла обеспечивать вентиляцию этого пространства с выходом нагретого воздуха наружу. Поступать в межстекольное пространство воздух может извне, или из помещений, при условии обеспечения помещений центральной или локализованной приточной вентиляцией.
Может быть предусмотрено изменение направления потока удаляемого воздуха, в период отопления для обогрева помещений нагретым от элементов СЗУ воздухом (рис. 4.1).
а) |
б) |
в) |
г) |
а - с отдачей тепла наружному воздуху и удалением нагретого воздуха наружу, б - с использованием конвекционного потока для обеспечения естественной вытяжной вентиляции помещений, в - с пассивным обогревом воздуха в течение периода отопления в замкнутом режиме, г - с подогревом воздуха, поступающего в помещения.
Рисунок 4.1– Режимы вентиляции межстекольного пространства
При расположении затеняющих элементов в невентилируемом пространстве, например в замкнутой воздушной прослойке стеклопакета, рекомендуется отгораживать их от внутреннего помещения не менее чем одной буферной прослойкой. Например, устанавливать затеняющие элементы во внешней воздушной прослойке двухкамерного стеклопакета.
4.7 Конструкция СЗУ должна обеспечивать возможность доступа к ним для чистки стекла и затеняющих элементов от загрязнения и снега, удаление птичьих гнезд и сосулек, ремонта в случае повреждения или демонтажа. Для
этого могут быть запроектированы галереи шириной не менее 50 см между остеклением и СЗУ или внешние кронштейны для подвесных трубок (рис.
4.2).
СЗУ светопрозрачных конструкций небольших размеров, где все створки могут открываться внутрь, могут обслуживаться из помещений без использования приведенных выше конструкций. СЗУ в малоэтажных зданиях, или на первых 2 этажах могут обслуживаться с земли с помощью лестниц.
а) |
б) |
в) |
а – с галерей; б – из подвесной люльки; в – из внутренних помещений
Рисунок 4.2 – Возможности для обслуживания внешних солнцезащитных устройств.
4.8Металлические элементы внешних СЗУ должны быть защищены должным образом от коррозии. Сварка и сверление металлических конструкций при монтаже не допускаются.
4.9Деревянные элементы внешних СЗУ должны быть защищены должным образом от гниения и повреждения вредителями.
4.10Стеклянные элементы должны быть изготовленными из безопасного стекла, исключающего разрушение от термического шока при неравномерном нагревании и падение крупных обломков в случае повреждения.
4.11СЗУ не имеют мешать эвакуации жителей и сотрудников в случае пожара или других стихийных бедствий.
5. Исходные данные для исследования
5.1 Для проектирования оптимизированных СЗУ необходимыми исходными данными являются: