Исследование влияния энергосберегающих мероприятий при санации зданий серии іі-18 на световой режим помещений

Исследование влияния энергосберегающих мероприятий при санации зданий серии II-18 на световой режим помещений

В.А.Земцов, Е.В.Гагарина

Энергосбережение в жилищно-коммунальном секторе является одной из актуальных задач. В связи с этим при санации зданий производится утепление стен, замена старых оконных блоков со спаренными деревянными переплетами на современные, со стеклопакетами и переплетами, выполненными из ПВХ-профилей. Производится также остекление балконов.

Завоевавшие в настоящее время большую популярность в строительстве оконные блоки с перелетами из ПВХ-профилей в светоклиматическом отношении мало изучены, что мешает обоснованному применению их в системе естественного освещения зданий. На современном рынке представлено много оконных блоков из ПВХ-профилей отличающихся формой и используемыми в них светопрозрачны-ми заполнениями.

Утепление стен при помощи наружных теплоизоляционных фасадов приводит к увеличению их толщины и соответственно к снижению количественных параметров естественного освещения в помещениях. Изменение отделки фасадов и их коэффициента отражения света влечет к изменению светового режима зданий, расположенных напротив реконструируемого объекта. Важной задачей, связанной с санацией зданий, является определение степени влияния ее последствий на световой режим помещений и разработка рекомендаций по снижению отрицательных воздействий. В связи с этим работы по санации зданий должны сопровождаться предпроектной экспертизой. Учитывая важность решения данного вопроса, следует детально изучить степень влияния на параметры светового режима помещений каждого из элементов повышения уровня теплозащиты.

О)

Рис. 1. Жилой дом: а) - до санации, 6) - после санации

В настоящей статье представлены результаты теоретических исследований светового режима помещений в зданиях серии П-18 до и после его санации (рис. 1), проведенной в Москве в условиях уплотненной городской застройки. Рассмотрены вопросы, связанные с влиянием коэффициента светопропускания оконных блоков на естественное освещение помещения, проведен анализ степени влияния толщины стены на расчетные значения коэффициента естественной освещенности (КЕО), а также зависимости влияния расчетного КЕО от расстояния до противоположного здания.

Методика проведения расчета КЕО. Исследования естественного освещения помещений выполнены в соответствии с требованиями санитарных норм [1] по методике, изложенной в СП [2] и разработанной для условий уплотненной городской застройки. Нормирование естественного освещения осуществляется при помощи КЕО в контрольных точках помещений. При одностороннем боковом освещении в жилых зданиях нормируемое значение КЕО должно обеспечиваться в расчетной точке, расположенной на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и плоскости пола на расстоянии 1 м от стены, наиболее удаленной от световых проемов: в одной комнате для 1-, 2- и 3-комнат-ных квартир и в двух комнатах для 4-, 5- и более комнатных квартир. В остальных комнатах многокомнатных квартир и в кухне нормируемое значение КЕО при боковом освещении должно обеспечиваться в расчетной точке, расположенной в центре помещения на плоскости пола.

Естественное освещение помещений зависит от множества факторов: расположения здания в застройке, геометри-

4 2010 83

ческих размеров помещения и окон, отражательной способности фасадов зданий застройки и материалов внутренней отделки помещений. Расчет естественного освещения помещений производится без учета мебели, оборудования, озеленения и деревьев, а также при стопроцентном использовании светопрозрачных заполнений в светопроемах.

В рассматриваемых зданиях (рис. 2) отсутствуют 4- или 5- комнатные квартиры. Наиболее неблагоприятный световой режим может наблюдаться в глубоких жилых комнатах при расположении контрольных точек на расстоянии 1 м от стены, противоположной окну. Такими помещениями являются комнаты А в однокомнатных квартирах и комнаты Б в двухкомнатных квартирах. Однако комната Б находится в двухкомнатной квартире, одна из комнат которой имеет небольшую глубину, и в ней будет обеспечено нормируемое значение КЕО в 1 метре от стены. Поэтому в комнате £ можно нормировать КЕО для точки, расположенной в центре [1]. В комнате А однокомнатной квартиры КЕО должно нормироваться в 1 метре от стены, противоположной окну. Таким образом, требования к естественному освещению в комнате^ будут выше, чем в комнате2>. Сучетом указанных обстоятельств для исследования значений КЕО до и после санации здания в качестве контрольного помещения выбрана комната.<4 однокомнатной квартиры.

Согласно [2] значения КЕО в расчетной точке определяются по формуле:

< =

м

1=1

]=1

г0-т0/Кз,

где/, - число участков небосвода, видимых через световой проем из расчетной точки;

ев1. - геометрический КЕО в расчетной точке при боковом освещении,учитывающий прямой свет от г-того участка неба; ц- относительная яркость г-того участка облачного неба; М-число участков фасадов зданий противостоящей застройки, видимых через световой проем из расчетной точки;

езд- геометрический КЕО в расчетной точке при боковом освещении,учитывающий свет, отраженный оту'-того участка фасадов зданий противостоящей застройки;

Ьф. - средняя относительная яркостьу-того участка противостоящего здания;

гд-коэффициент,учитывающий повышение КЕО при боковом освещении благодаря свету, отраженному от поверхностей помещения и подстилающего слоя, прилегающего к зданию;

Кз - коэффициент запаса, принимаемый равным 1,2; кт - коэффициент, учитывающий изменения внутренней отраженной составляющей КЕО в помещении при наличии противостоящих зданий;

г0 - общий коэффициент пропускания света заполнения оконного проема в помещении.

Методы определения всех параметров, входящих в формулу (1), приведены в [2].

Влияние коэффициента светопропускания оконного блока на расчетные значения КЕО. Как следует из формулы (1), влияние заполнения оконного проема выражается коэффициентом светопропускания и коэффициентом запаса г0 / Кз, которые входят в (1) в качестве сомножителей.

ПЛАН 3-12 ЭТАЖЕЙ

29 120

Рис. 2. План помещений типовых этажей в жилом доме серии П-18

Следовательно, можно проводить расчеты КЕО без учета заполнения светопроема,, а в дальнейшем умножать рассчитанные значения КЕО на г„ / К :

ebp=e*-zJK3

где тх - коэффициентсветопропускания материала (остекления); т2 - коэффициент,учитывающий потери света в переплетах светопроема.

При расчете коэффициента т2 оконный блок разбивается на светопрозрачные ячейки. Коэффициент т2 определяется по формуле H.H. Киреева [3,4].

До проведения ремонта в рассматриваемых зданиях использовались деревянные оконные блоки с двумя стеклами в спаренных переплетах толщиной 80 мм (рис. 3 а). В процессе проведения ремонта деревянные оконные блоки заменены на блоки из ПВХ-профилей толщиной 72 мм с двухкамерными стеклопакетами (рис. 3 б). Светотехнические параметры этих оконных блоков в нормативных документах отсутствуют. В связи с этим возникает необходимость в определении коэффициента светопропускания данных оконных блоков расчетным методом. Для расчета используется методика, разработанная Н.Н.Киреевым [3,4]. Согласно этой методике, вычисление коэффициента светопропускания оконного блока проводится по формуле [2]:

1 п

äo И

+ 0,25сг, -0,

,5а-,.)-

+0,5(7,.-^+0,25 а?)* р

0,5<у, (1 - р) + 2(S? + О,5ст, - yjsf + 0,25af)p где S0 - площадь светового проема в свету, м2;

- площадь г'-й ячейки в свету, м2; ст. - площадь внутренних граней поверхности переплетов 1-й ячейки, м2;

р - коэффициент отражения внутренних граней ячеек переплета.

Соответственно: Б=а..Ь:,

I I у

с=2й?(а(+й;), где а.,Ъ.- ширина и высота ячеек (в свету, м); й - суммарная толщина переплета, м. Геометрические размеры оконных блоков, примененных в здании до и после санации приведены на рисунке 3. Размер в свету светопроемов рассматриваемых помещений

Рис. 3. Оконные блоки, использованные в качестве заполнений светопроемов: а), б) - до ремонта, в), г) - после ремонта.

4 2010 85

составляет 1,91 м х 1,59 м, площадь 3 м2. Результаты расчета коэффициента светопропускания светопроемов сведены в таблице 1.

Из результатов расчетов следует, что общий коэффициент пропускания света заполнения светопроема после ремонта понизился на 17 %.

Расчеты КЕО для контрольного помещения здания« В соответствии с методикой [2] проведены расчеты КЕО для контрольного помещения (рис. 2). Расчеты проведены без учета влияния оконного блока:

- при открытом небосводе;

- при расположении противостоящего здания на разном расстоянии от здания, в котором находится контрольное по-

Коэффициенты светопрк

мещение. Противостоящее здание принято таким же, как и рассматриваемое, и расположено параллельно ему. Для расчета принято:

- коэффициент отражения подстилающей поверхности (земли) 0,20;

- коэффициент отражения фасада 0,48;

- средневзвешенный коэффициент отражения внутренних поверхностей помещения 0,50.

При проведении расчетов толщина стены (¿?, м) принималась равной:

- с1 - 0,0 м - идеальный случай для сравнения;

- й =0,40 м - толщина стены до проведения ее утепления во время ремонта;

Таблица 1

/екания оконных блоков

Оконный блок Количество ячеек Размеры ячеек по таблице Б.7 [2] по формуле [4] го по формуле [3]

До ремонта - два стекла в спаренных переплетах 4 0,40x1,40 0,65x1,40 0,40x0,32 0,40x0,99 0,8 0,59 0,47

После ремонта двухкамерный стеклопакет в переплетах из ПВХ-профилей «УЕКА» 3 0,44x1,33 0,44x1,33 0,44x1,33 0,75 0,52 0,39

Таблица 2

Рассчитанные значения КЕО при различной толщине стены в зависимости от расстояния до противостоящего здания

№ п.п. Расстояние до противостоящего здания, м Значения КЕО е*, %

d = 0,00 м d = 0,40 м d= 0,52 м d= 0,60 м

1 - 2,94 2,32 2,15 2,06

2 200 2,91 2,29 2,12 2,03

3 150 2,83 2,21 2,06 1,97

4 100 2,55 2,00 1,82 1,76

5 70 2,19 1,73 1,64 1,55

б 40 1,6 1,25 1,18 1,12

Таблица 3 Рассчитанные относительные значения КЕО

№п.п. Расстояние до противостоящего здания, м Относительные значения КЕО,

d= 0,00 м d = 0,40 м d = 0,52 м d = 0,60 м

1 - 1,000 1,000 1,000 1,000

2 200 0,990 0,989 0,986 0,985

3 150 0,963 0,954 0,958 0,956

4 100 0,867 0,862 0,845 0,853

5 70 0,745 0,747 0,761 0,750

б 40 0,544 0,540 0,549 0,544

- с/ = 0,52 м - толщина стены при утеплении системой, скрепленной теплоизоляции с тонким штукатурным слоем;

-¿/=0,60 м - толщина стены при утеплении навесной фасадной системой с вентилируемой воздушной прослойкой.

Результаты расчетов КЕО в контрольном помещении здания сведены в таблице 2.

Из данных таблицы 2 следует, что значения КЕО зависят от толщины стены и имеют наибольшие значения при открытом горизонте. По мере уменьшения расстояния до противостоящего здания, значения КЕО снижаются.

Анализ влияния толщины стены на расчетное значение КЕО. Влияние толщины стены на значение КЕО при открытом горизонте (строка 1 таблицы 2) представлено на рисунке 4. Зависимость от толщины стены с! аппроксимируется линейно с погрешностью, не превышающей 5%:

ё*(4) = Щ 49-^ + 2,9.

Анализ влияния на расчетные значения КЕО расстояния до противостоящего здания. Для представления результатов используется относительное значение КЕО, определяемое по формуле:

е*

ё*ср)'

где Р - расстояние до противостоящего здания, м.

Данные таблицы 2, пересчитанные по формуле (6), представлены в таблице 3. Из таблицы 3 следует, что для каждого значения расстояния до противостоящего здания значения относительного КЕО при различных толщинах стены близки между собой (рис. 5), что позволяет аппроксимировать их единой формулой, тип которой следует из вида зависимости на рисунке 5:

= 1-^ехр

X

Для определения параметров р и х обе части уравнения (7) логарифмируются, и значения 1п{1из таблицы 3 наносятся на плоскость в зависимости от значений Р (рис. б). Через полученные точки проводится прямая, по параметрам

этой прямой определяются параметры уравнения (7). Уравнение (7) приняло вид:

§ (Р) = 1—1,15 • ехр(- ——) 46,3

Таким образом, значение КЕО в контрольном помещении может быть выражено следующей формулой:

1 -1,15  ехр

46,3

Определение минимального расстояния до противостоящего здания, при котором выполняются нормы по естественному освещению в контрольном помещении после проведения ремонта. Для нахождения предельного расстояния до противоположного здания необходимо приравнять относительное значение КЕО, умноженное на значение КЕО при открытом горизонте, к нормированному значению КЕО еы, равное для Москвы 0,5.

е„=%{Р)-ё*УУт,1К3.

Из полученного уравнения с учетом (8) определятся величина Р:

Р = -46,3 • 1п

1,200

1,000

0,800

* 0,600 х

0,400 0,200 0,000

О 50 100 150 200 250

Расстояние до противостоящего здания, м

Рис. 5. Относительные значения КЕО в зависимости от расстояния до противостоящего здания

♦ с1=0,0 м  с1=0,40 м  с1=0,52 м с)=0.60 м

; 3,5

_ га ге т 1- п

о Ь £

3 >»ю 2,5

и

О. П

X ш

Б ю

° ф

3 I-

а. ==

= 2 о

2 2

¡1,5

О

п:

и * £

ш 5- ?

* 2 к 0.5

I 0

у = -1,4862х +2,9328 И2 = 0.9982

0,2 0,4 0,

Толщина стены, м

п я

Расстояние до противостоящего здания, м

Рис. 4. Зависимость рассчитанного значения КЕО от толщины

гтрик/

Рис. 6. Графическое определение параметров эмпирического \/равнения

9П1П

Я7

В частности, при толщине стены после ремонта здания 0,60 м, что соответствует монтажу навесной фасадной системы с вентилируемой прослойкой, предельное расстояние до противостоящего здания составляет 74 м. При толщине стены 0,52 м, что соответствует монтажу системы скрепленной теплоизоляции с тонким штукатурным слоем, предельное расстояние до противостоящего здания составляет 66 м. В то время как до ремонта здания предельное расстояние составляло 44 м. Следовательно, если противостоящее здание находится на расстоянии до ремонтируемого здания меньшем, чем бб м, то для обеспечения нормируемого значения КЕО необходимо принятие специальных мер. Например, обеспечение более высокого отражения света для фасада противостоящего здания, повышение среднего коэффициента отражения внутренних ограждений проверяемого помещения ремонтируемого здания и т.д.

В результате проведенной работы разработан метод, позволяющий определять снижение КЕО при проведении ремонта зданий серии II-18. Получено выражение, позволяющее определять минимальное расстояние до противостоящего здания, при котором соблюдается нормированное значение КЕО. Рекомендованные к применению при ремонте оконные блоки обладают коэффициентом светопропускания на 17% ниже, чем старые окна. В целом после ремонта здания условия естественной освещенности снижаются, что сказывается на снижении расстояния до противостоящего здания. Получено, что для комнаты с наихудшими условиями освещения минимальное расстояние до противостоящего здания увеличилось с 44 м до 66-74 м.

Литература

1. СанПиН 2.2.1./2.1.1.1278-03 «Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий».

2. Естественное освещение жилых и общественных зданий. СП 23-102-2003. М., 2005.

3. Расчетный метод определения общего коэффициента пропускания света оконных и дверных балконных блоков. СТО 44416204-002-2008. ФГУ «ФЦС». М., 2008.

4. Киреев H.H. Аналитический метод определения светопропускания оконного блока. «Светотехника», 1983, №7, с. 3-4.

Research of Influence of Power Saving Actions on the Light

Mode of Rooms at Sanitation of Buildings of Series 11-18.

By V.A.Zemtsov, E.V. Gagarina

At sanitation of buildings increase of their energy efficiency by warming of external walb is produced and replacement of window blocks is made. The standard parameter of day lighting exposure of rooms - coefficient of day light exposure (COLE) is considered. Calculations of coefficients of light transmission by the window blocks in a building before sanitation and by the window blocks installed after it are carried out The result is that the coefficient light transmission of the installed window blocks is 17% lower, than that of the window blocks before sanitation. Calculations ofCDLE are carried out at a various thickness of the wall which is made at warming, and at various distances to the opposing building. The results of calculations are approximated by empirical equation. The minimum distance to the opposing building is defined at which standard requirements to the day light exposure of moms of buildings are provided. The result is that after sanitation this distance has decreased.

Ключевые слова: световой режим помещений, энергоэффективность, санация зданий, коэффициент естественной освещенности (КЕО), коэффициент пропускания света оконного блока, расстояние до противостоящего здания.

Key words: Light mode of rooms, energy efficiency, sanitation, coefficient of day light exposure (CDLE), coefficient light transmission of window block, distance to the opposing building.