Оптимизация решений солнцезащитных устройств в производственных зданиях с учетом их светоперераспределяющих свойств

1/2П11 ВЕСТНИК

j/2012_мгсу

ОПТИМИЗАЦИЯ РЕШЕНИЙ СОЛНЦЕЗАЩИТНЫХ УСТРОЙСТВ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЯХ С УЧЕТОМ ИХ СВЕТОПЕРЕРАСПРЕДЕЛЯЮЩИХ СВОЙСТВ

OPTIMAL DECISIONS OF SUN-PROTECTING DEVICES IN INDUSTRIAL BUILDINGS WITH ACCOUNT OF THEIR LIGHT OVER-SPREADING PROPERTIES

C.A. Порублев, C.B. Стецкий

S.A. Porublev, S.V. Stetsky

МГСУ

Рассматриваются вопросы светоотражающих и светоперераспределяющих свойств солнцезащитных устройств в зданиях авторемонтных предприятий в условиях солнечного климата Северного Кавказа. Отмечается, что светоперераспреде-ляющие свойства горизонтальных СЗУ могут быть эффективно использованы для повышения уровней естественной освещенности в глубине помещения при системе бокового одностороннего естественного света. В этом случае необходима увязка решений СЗУ по их размеру и расположению для сохранения солнцезащитных качеств и одновременного эффективного использования их светоотражающих и светоперераспределяющих качеств.

The article deals with problems of light reflective and light over-spreading properties of sun-protective devices in small industrial buildings of car-repairing enterprises in a specific sunny climate of the North Caucasus.The light over-spreading properties of horizontal sun-protecting canopies can be effectively used to increase the values of day-lighting factor in deep interiors in work-shops with one-side-natural lighting through windows. Thus the size and position of sun-protective devices should be linked with the effectiveness of their light-reflective and light over-spreading properties.

B последние годы большое внимание уделяется вопросам повышения уровней естественной освещенности в помещениях за счет перераспределения световых потоков путем введения новых светоотражающих плоскостей и активации светоотражающей активности имеющихся. В этой области активные научные исследования проводят НИ-ИСФ и МГСУ. В НИИСФ, среди прочих инновационных предложений, была разработана система светоперераспределяющих элементов в виде горизонтальных «полок». Аналогичные разработки проводились и на кафедре Архитектуры МГСУ, где велись теоретические и практические исследования светоотражающих способностей солнцезащитных устройств и прилегающих к зданию поверхностей зданий (рисунки 1 и 2).

В настоящее время на кафедре Архитектуры МГСУ ведутся исследования, связанные с созданием комбинированных устройств, обладающих как светоперераспре-деляющими, так и солнцезащитными качествами (СПУ/СЗУ) для малых производственных предприятий в климатических условиях Северного Кавказа.

ВЕСТНИК 1/2011

Рисунок 1. Основные схемы действия светоперераспределяющих устройств (СПУ): а - с «зеркальным» отражением; б - с диффузным отражением; 1 - зона вторичного отражения естественного света.

Рисунок 2. Светопоступление в помещение при использовании горизонтальных солнцезащитных козырьков: Ф1 - световой поток, отраженный от прилегающих к зданию поверхностей; Ф2 - световой поток, отраженный от нижней поверхности козырька; Ф3 - световой поток от небосвода при солнечном или диффузном освещении.

Предварительный сравнительный анализ функциональных качеств СПУ/СЗУ показал, что их размеры этих элементов должны определяться, прежде всего, по их солнцезащитной эффективности на основе известных методов расчета размеров СЗУ.

Местоположение этих элементов по высоте оконного проема должно уже определяться как по их светотехническим качествам, так и по некоторым другим характери-

1/2011

ВЕСТНИК

мгсу

стикам - таким, например, как эргономические свойства или обеспечение визуально-психологического контакта людей в помещении с окружающей средой (рисунок 3).

Размеры солнцезащитных устройств (в данном случае - солнцезащитных козырьков) проводились по высоте положения солнца меньшей, чем в день летнего солнцестояния, т.е. с учетом значительного температурного воздействия солнечной радиации в месяцы, непосредственно предшествующие и последующие июню. Для упрощения, на данном этапе научных работ рассматривались помещения с южной ориентацией светопроемов, для которых наиболее эффективны именно рассматриваемые СЗУ в виде козырьков.

Расчетная геометрическая схема, показывающая светотехническую эффективность СПУ/СЗУ, приведена на рисунке 4.

В данном случае, для упрощения теоретических выкладок, полка светоперерас-пределяющего устройства располагается в максимально-эффективном положении с точки зрения светоперераспределения и в минимально-эффективном положении с точки зрения солнцезащиты. Однако, размеры (вынос) рассматриваемой полки полностью соответствует необходимому размеру (выносу) виртуального солнцезащитного козырька.

На рисунке 4 приведены следующие обозначения:

Ько - общая длина козырька;

Ьвк - вынос козырька относительно стены;

Но - расчетная высота солнцестояния;

¡5 - вертикальный солнцезащитный угол;

Рисунок 3. Варианты расположения СПУ/СЗУ.

Условные обозначения

Направление отраженных лучей от СПУ/СЗУ Направление лучей солнца при наличии СЗУ Направление лучей солнца при отсутствии СЗУ

ВЕСТНИК мгсу

1/2011

Рисунок 4. Схема действия одиночного СПУ/СЗУ (полки) при одностороннем боковом естественном освещении помещения.

Hп - высота СПУ над условной рабочей поверхностью; HOK - высота окна;

HK - высота козырька над расчетной точкой «М»;

Hт - высота надоконной части стены;

HP - высота УРП над уровнем пола помещения;

H- высота потолка над УРП;

Hпом - общая высота помещения;

LK - расстояние от наружной стены до середины СПУ;

LCПy - вынос (длина) СПУ;

L - общая глубина помещения;

8 - толщина наружной стены;

LJ - расстояние от наружной стены до центра СЗУ;

LL - расстояние от наружной стены до центра участка отражения света на потолке; LE , LF - расстояние от наружной стены до первой и последней точек участка отражения на потолке;

LM - расстояние от наружной стены до центра участка с дополнительным освещением, отраженным светом на условной рабочей поверхности;

1/2011

ВЕСТНИК _мгсу

Ьа, ЬН - расстояние от наружной стены до первой и последней точек участка с

дополнительным освещением, отраженным светом на условной рабочей поверхности.

Для общего случая, приведенного на расчетной схеме рисунка 4 можно определить положение начала и конца участка с дополнительным освещением отраженным светом по следующим формулам:

Начало участка: Ьс — (2Н к + 2НН0

+ Н п) • с^Но;

Конец участка: ЬН = (3Нк + 2ННо + Нп ) • - % ;

Глубина участка: Ьг = ЬН — Ьв

При различных габаритах помещения и различном высотном расположении СПУ/СЗУ в пределах бокового светопроема как размеры этого участка, так и его удаленность от окон существенно изменяется.

Конкретизация этого вопроса проводилась для помещения, выбранного в качестве «стандартного» и различных позиций расположения элементов СПУ/СЗУ в пределах светопроема (рисунок 5).

Виртаальное СЗУ

Поз,1

Поз,£

Поз.З

Рисунок 5. «Стандартное» помещение и позиции СПУ/СЗУ (характерный разрез и фрагмент

разреза по стене)

В результате расчетов были определены некоторые закономерности размеров участка с дополнительным освещением, отраженным светом и расположения этого участка относительно наружной стены со светопроемом в зависимости от расчетной угловой высоты солнцестояния для помещения, принято в качестве «стандартного».

Результаты расчетов приведены в таблице 1 и на графике рисунка 6.

Положение СПУ/СЗУ в пределах высоты окна выбиралось произвольно, лишь для получения общего массива дальних по взаимозависимости вышеуказанных величин. В реальности, положение СПУ/СЗУ, представленное на рисунке 5, может быть проанализировано следующим образом:

- Позиция «О» - исключительно солнцезащитные функции горизонтального элемента (козырька);

- Позиция 1 и 2 - совместные функции СПУ и СЗУ;

- Позиция 3 - исключительно светоперераспределяющие функции горизонтального элемента (полки); кроме того, это ее положение возможно лишь при высоком расположении окна.

ВЕСТНИК 1/2011

Таблица 1. Расчетная таблица к определению положения участков с дополнительным освещением, отраженным светом для стандартного помещения._

№№ п/п Позиция СПУ/СЗУ Угол Но, град. СЦ Н0 Расстояние Го,м Расстояние Гн,м Длина участка Гу=Гн-Го, м

1 Позиция №1 45 1,0 3,2 3,7 0,5

50 0,839 2,7 3,1 0,4

55 0,7 2,25 2,6 0,35

60 0,577 1,85 2,15 0,3

65 0,466 1,5 1,75 0,25

70 0,363 1,15 1,35 0,2

75 0,267 0,85 1,0 0,15

2 Позиция №2 45 1,0 3,7 4,7 1,0

50 0,839 3,1 3,95 0,85

55 0,7 2,6 3,3 0,7

60 0,577 2,1 2,7 0,6

65 0,466 1,725 2,2 0,475

70 0,363 1,35 1,7 0,35

75 0,267 1,0 1,25 0,25

3 Позиция №3 45 1,0 4,2 5,7 1,5

50 0,839 3,5 4,8 1,3

55 0,7 2,95 4,0 1,05

60 0,577 2,4 3,3 0,9

65 0,466 2,0 2,7 0,7

70 0,363 1,5 2,1 0,6

75 0,267 1,1 1,5 0,4

км

Рисунок 6. График зависимости размеров участка с дополнительным освещением светом от положения СПУ/СЗУ и высоты солнцестояния

По результатам исследований можно сделать следующие выводы: 1. Показано, что наибольшей эффективности при создании комфортной микроклиматической среды в помещениях по светотехническим и инсоляционным критериям обладают приоконные конструкции в виде комбинации светоперераспределяющих и солнцеза-

1/2П11 ВЕСТНИК

_угогт_мгсу

щитных устройств (СПУ/СЗУ). Такие устройства в виде горизонтальных «полок», которые улучшают световой климат в помещении за счет перераспределения световых потоков и исключают инсоляцию, что приводит к уменьшению перегрева помещений.

2. Выявлена закономерность, позволяющая определить оптимальное положение полок СПУ/СЗУ в пределах оконного проема. Глубина (длина) СПУ/СЗУ должна определяться по условиям исключения инсоляции при расчетном положении солнца, определяемого с учетом местных температурных характеристик в пределах месяцев, соседствующих с месяцем летнего солнцестояния.

Понижение положения полки способствует повышению уровней естественной освещенности в более удаленных от окон зонах помещений.

С другой стороны, понижение уровня расположения полок СПУ/СЗУ понижает инсоляционную эффективность этих устройств, ухудшает визуально-психологическую связь с окружающей средой и неудобно с эргономической точки зрения. Поэтому оптимальным следует считать расположение полок СПУ/СЗУ в середине светопроемов. В отдельных случаях нетрадиционного расположения окон, этот вопрос следует рассматривать с учетом конкретных геометрических параметров помещений.

Библиографический список.

1.Папов Б.К. «Системы естественного освещения с рациональным использованием солнечного света». Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва,1988.

2.Митник М.Ю. «Системы естественного освещения помещений с рациональной солнце-защитой». Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва,1990.

3.Стецкий С.В., Амхаз Хайсам «Роль солнцезащитных устройств в формировании комфортной световой среды в помещениях административных зданий для условий Бейрута». Строительные материалы, оборудование и технологии XXI века, №12, 2004 год.

4.Стецкий С.В., Самех Сулиман «Повышение уровней естественной освещенности в помещениях гражданских зданий с системой бокового естественного освещения для условий жаркого и солнечного климата». Строительные материалы, оборудование и технологии XXI века, №5, 2005 год.

The bibliographic list:

1 Papov B.K. «Natural lighting systems with rational use of sunlight» Philosophy doctorship thesis, Moscow, 1988.

2 Mitnik M.Y. «Natural lighting systems of rooms with rational sun-protection devices» Philosophy doctorship thesis, Moscow, 1990.

3 Stetsky S.V., Amhaz Haysam «The part of sun-protection devices in forming of a comfortable lighting environment in administrative buildings for conditions of Beirut» Building materials, equipment and technologies of XXI century, № 12, 2004.

4 Stetsky S.V., Suliman Sameh «Increasing of natural lighting levels in side-lit rooms of public buildings in hot and sunny climatic conditions». Building materials, equipment and technologies of XXI century, № 5, 2005.

Ключевые слова: естественное освещение, солнцезащита, светоотражение, светопере-распределение, солнечный климат, авторемонтные предприятия.

Key words:natural lighting, sun protection, light reflection, light over-spreading, solar climate, car-repairing enterprises.

Тел. автора 89164021697, 89624069115

Статья представлена Редакционным советом «Вестник МГСУ»