Эффективные солнцезащитные устройства в гражданском строительстве регионов с жарким солнечным климатом

архитектура и градостроительство. реконструкция и реставрация

УДК 69.055.43

С.В. Стецкий, В.А. Ходейр

ФГБОУ ВПО «МГСУ.»

ЭФФЕКТИВНЫЕ СОЛНЦЕЗАЩИТНЫЕ УСТРОЙСТВА В ГРАЖДАНСКОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ РЕГИОНОВ С ЖАРКИМ СОЛНЕЧНЫМ КЛИМАТОМ

Рассмотрены вопросы проектирования наружных стационарных солнцезащитных устройств в виде модифицированных комбинированных элементов, которые в силу своей пространственной формы являются наиболее эффективными в жарком и солнечном климате Ливана.

Ключевые слова: солнцезащита, эффективные солнцезащитные устройства, жаркий и солнечный климат, отраженные световые потоки.

В архитектуре Ливана наиболее распространены наружные стационарные солнцезащитные устройства (СЗУ) в виде горизонтальных козырьков, солнцезащитные функции которых выполняют также балконы, лоджии и галереи. Горизонтальные СЗУ наиболее целесообразны при южной ориентации окон. В случае применения комбинированных СЗУ, являющихся сочетанием горизонтальных козырьков с вертикальными ребрами-экранами, надежная солнцезащита обеспечивается уже при ориентации окон на всю южную четверть горизонта — с юго-востока до юго-запада [1—4].

Пример типичного решения комбинированного СЗУ приведен на рис. 1. Такая форма СЗУ является базовой и допускает некоторые изменения своих очертаний. Во-первых, козырек в соответствии с традициями арабской архитектуры может быть криволинейного или стрельчатого очертания, что зачастую соответствует завершающему очертанию светопроемов. Во-вторых, в комбинированных СЗУ вертикальные ребра-экраны могут быть укороченными — треугольного или криволинейного очертания, что практически не влияет на их солнцезащитные свойства, но значительно улучшает психологически важную визуальную связь людей в помещении с окружающей средой [5—9].

Рис. 1. Модификация комбинированных солнцезащитных устройств

На основе этого вполне логично предложить полностью криволинейное (пространственное) СЗУ с цилиндрической поверхностью, внешнее завершение которой соответствует расчетной траектории движения солнца по небосводу (рис. 2).

© Стецкий С.В., Ходейр В.А., 2012

9

рис. 2. предлагаемое решение комбинированного сзу пространственно-криволинейной солнцезащиты

в данной работе рассматривается наиболее простое решение предлагаемого пространственного СЗУ, соответствующее южной ориентации окон.

Расчетная траектория солнца является основой для определения расчетных параметров СЗУ и устанавливается по двум критериям: траекториям движения солнца в своих наивысших фазах в летние месяцы и максимальным температурам наружного воздуха.

Для условий г. Бейрута, который являлся экспериментальной площадкой проведения рассматриваемых научных исследований, максимальная температура воздуха наблюдается в августе, что не совпадает со временем наивысшего положения солнца на небосводе и наибольшей продолжительности светового дня в июне.

Таким образом, условия пребывания людей в помещениях с точки зрения воздействия наружной температуры воздуха или перегрева, вызванного инсоляцией в эти месяцы, являются дискомфортными.

Следовательно, в качестве расчетной целесообразно принять траекторию солнца в сентябре (и в марте) с соответствующими значениями параметров движения солнца — высоты солнцестояния НО и азимута А0, которые и принимаются в качестве расчетных [1, 4].

При рассматриваемой южной ориентации окон АО = 180° и расчетная высота солнцестояния НО = 56°. В зимний период года, в начале весны и в конце осени, при более низкой высоте солнцестояния и «неработающей» солнцезащите инсоляция помещений используется для их пассивного обогрева. Этот способ в переходный период года широко используется в странах Ближнего востока и, в частности, в Ливане.

Расчетная схема предлагаемых СЗУ приведена на рис. 3, а расчеты их параметров в табл. 1 и 2.

Инсоляционная плоскость

нсп, Всп — габариты светопроема по высоте и ширине

— — — возможные очертания вертикальных ребер-экранов

В

инсоляционная плоскость

Рис. 3. Расчетные схемы к определению геометрических параметров комбинированной солнцезащиты

Табл. 1. Геометрические параметры

(D Св

gf-о

ев а

рн а

<ц

it н о

(Г & о

& С Рц

Азимуты и высоты солнца по часам дня

6 и 18

8 и 16

10 и 14

12

Расчетные углы по часам дня

6 и 18

8 и 16

10 и 14

12

8

9

10

11

«

о я а

О

A=

90° 270°

H0= 0,0°

107,9°

A0 =-—

0 252,1° H0 = 24,5°

135,9°

A0 =-—

0 224,1° H0 = 45,9°

A0=180°

H0 = 56°

X

P = 90° a = 90°

Y = 0°

P = 65,5° a = 72,1° Y = 17,9°

P = 44,1° a = 45,9° Y = 44,1°

P = 34,0° a = 0° Y = 90°

Тригонометрические функции углов по часам дня

геометрические параметры СЗУ для часов дня

6 и 18

12

tg в =  cos a= 0,0 tg Y= 0,0

8 и 16

13

tg в =  cos a= 0,0 tg Y= 0,0

10 и 14

14

tg в = ю cos a= 0,0 tg Y= 0,0

12

6 и 18

15

16

tg в = <» cos a = 0,0 tgY= 0,0

8 и 16

17

10 и 14

18

12

19

1

2

3

4

5

6

7

L = 0,0 H

L = 0,66 H

L = 0,66 H

L =0,66

L3 = 0,0

U. = 0,33

ВЕСТНИК

7/2012

Табл. 2. Параметры комбинированного пространственно-криволинейного солнцезащитного устройства для рассматриваемого помещения

Основные размеры окон и стены Часы дня основные размеры комбинированного СЗУ при южной ориентации по часам дня

1. Толщина стены 0,25 м 06:00 ЬЭ = 0,0 м

2. Ширина окна 1,8 м 07:00 ЬЭ = 0,1 м

3. Высота окна 1,8 м 08:00 Ьэ = 0,33 • Вэ= 0,33 • 1,1 = 0,36 м

4. Расстояние а (в среднем) 0,2 м 10:00 Ьк = 1,33 м, Ьэ = 1,1 • 0,96 = 1,05 м

5. Высота СЗУ Н = 1,8 + 0,2 = 2,0 м к ' 12:00 Ь,г = 0,66 • Н = 0,66 • 2 = 1,32 м к к

6. Ширина СЗУ 2 Вэ= 1,8 + 2 • 0,2 = 2,2 м 14:00 Ьк = 1,33 м, Ь = 1,1 • 0,96 = 1,05 м

7. Толщина оконного блока 0,025 м 16:00 Ь= 0,33 • Вэ = 0,33 • 1,1 = 0,36 м

8. Толщина козырька Ьк = 0,1 м 17:00 ЬЭ= 0,1 м

9. Расстояние от расчетной точки М до внешней грани наружной стены Ьм 18:00 0,0 м

Исследования, проводившиеся на кафедре архитектуры МГСУ за последние годы, показали значительное влияние светоотражающих способностей наружных стационарных СЗУ на уровни освещенности в помещении. Такие выводы справедливы для случая расчета коэффициента естественной освещенности по методике «ясного неба». При использовании этой методики солнцезащитные устройства над окнами имеют меньший затекающий эффект по сравнению с общепринятым нормативным свойством СЗУ, характерным для стандартных условий диффузной освещенности [2, 3, 5].

Светоотражательные способности нижерасположенных СЗУ, в свою очередь, могут рассматриваться как аналогичные способности подстилающей поверхности земли, прилегающей к зданию [2, 3, 10].

В работах, проводившихся по аналогичной тематике ранее, рассматривались вышеуказанные свойства либо отдельных солнцезащитных козырьков горизонтального расположения, либо аналогичных козырьков в составе комбинированных СЗУ [7—9].

При криволинейной поверхности комбинированного СЗУ фактическая площадь отражения света уменьшается, что делает необходимым учет этого уменьшения по сравнению с горизонтальными солнцезащитными козырьками при помощи коэффициента KEF (рис. 4).

В этом случае формула для расчета отраженной составляющей КЕО от рассматриваемого солнцезащитного устройства, предложенная в базовом виде А.К. Соловьевым и модифицированная позже С.В. Стецким и X. Амхазом, с учетом второй модификации будет иметь вид

8,6....... " " ,

Ek=

- 0,011*

H

Eq t0 n.

рк рпот

edK

100

где КЕр — коэффициент, учитывающий изменение светового потока, отраженного от козырьковой части ниже расположенного СЗУ при условиях солнечного освещения в зависимости от отношения геометрических параметров окна и СЗУ

Выводы. Предложен новый тип наружных стационарных солнцезащитных устройств пространственной формы, которая наиболее полно соответствует траектории движения солнца по небосводу и, таким образом, может быть весьма эффективной с точки зрения ограничения инсоляции.

Архитектура и градостроительство. Реконструкция и реставрация ВЕСТНИК

_МГСУ

Вертикальный разрез Фронтальный вид

Рис. 4. Расчетные схемы к определению значений коэффициента KEF при использовании пространственной солнцезащиты

Показано, что для определения геометрических параметров рассматриваемого типа СЗУ необходимо использовать не только координаты движения солнца, но и учет изменения среднемесячной температуры наружного воздуха в летний период года. По этим критериям определено, что расчетная траектория движения солнца должна приниматься по сентябрю (и соответственно по марту), т.е. по месяцам весеннего и осеннего равноденствий.

Библиографический список

1. Тваровский М. Солнце в архитектуре. М. : Стройиздат, 1977.

2. Соловьев А.К. Оценка световой среды производственных помещений в условиях ясного неба // Светотехника. 1987. № 7.

3. Стецкий С.В., Амхаз Х. Роль солнцезащитных устройств в помещениях административных зданий для условий Бейрута // Строительные материалы, оборудование и технологии XXI века. 2004. № 2.

4. Гусев Н.М. Основы строительной физики. М. : Стройиздат, 1975.

5. Стецкий С.В., Сулиман Самех. Повышение уровней естественной освещенности в помещениях гражданских зданий с системой бокового естественного освещения для условий жаркого и солнечного климата. М. : СМОТ-XXI век, 2005. № 5.

6. Сулиман Самех. Создание строительными методами комфортной акустической, световой и инсоляционной среды для помещений гражданских зданий в условиях крупных городов Сирии (на примере города Дамаска) : дисс. ... канд. техн. наук. М., 2006.

ВЕСТНИК 7/2012

7. Сало Мохамед Али. Повышение эффективности систем естественного освещения в производственных зданиях Сирии (на примере предприятий пищевой промышленности) : автореф. дисс. ... канд. техн. наук. М., 2005.

8. Харнес Е., Мехта М. Регулирование солнечной радиации в зданиях. М. : Стройиздат,

1984.

9. Джамус Ясер Махмуд. Создание строительными методами комфортных условий внутренней среды в гражданских зданиях Ближнего Востока : дисс. ... канд. техн. наук. М., 2000.

10. МитникМ.Ю., СпиридоновА.В. Инженерный метод расчета систем естественного освещения помещений с рациональной солнцезащитой // Светотехника. 1990. № 10.

Поступила в редакцию в июне 2012 г.

Об авторах: Стецкий Сергей Вячеславович — кандидат технических наук, профессор кафедры архитектуры, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), г Москва, Ярославское шоссе, д. 26;

Ходейр Валид Аббас—аспирант кафедры архитектуры, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, wak2507@mail.ru.

Для цитирования: Стецкий С.В., Ходейр В.А. Эффективные солнцезащитные устройства в гражданском строительстве регионов с жарким солнечным климатом // Вестник МГСУ 2012. № 7. С. 9—15.

S.V. Stetskiy, W.A. Khodeir

EFFECTIVE SUN PROTECTION DEVICES IN THE CIVIL ENGINEERING OF HOT AND SUNNY REGIONS

The authors consider the problem of design of external stationary sun protection devices, namely, modified multi-component units that are especially effective in the hot and sunny climate of Lebanon.

Apart from their sun protection properties, the proposed units demonstrate effective light-reflecting characteristics in the clear sky environment. These properties substantially increase the value of the daylight factor. The value is mainly increased inside buildings, or in the areas that are located far from sources of natural illumination. The authors propose KEF a new efficiency factor to be taken into account in any calculations of the daylight factor. This factor depends on the shape of the sun protection device installed above the window of the storey below the one under consideration and at a distance from the device under consideration and the window in question. As a result, the new proposals increase the quality of the internal environment and may result in energy saving due to the reduction of the artificial lighting period.

Key words: sun protection, effective sun protection devices, hot and sunny climate, reflected light streams.

References

1. Tvarovskiy M. Solntse v arkhitekture [Sun in Architecture]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1977.

2. Solov'ev A.K. Otsenka svetovoy sredy proizvodstvennykh pomeshcheniy v usloviyakh yasnogo neba [Assessment of the Lighting Environment of Industrial Premises in the Clear Sky Climate]. Moscow, Svetotekhnika [Illumination Engineering]. 1987, no. 7.

3. Stetskiy S.V., Amkhaz Kh. Rol' solntsezashchitnykh ustroystv v pomeshcheniyakh administra-tivnykh zdaniy dlya usloviy Beyruta [The Role of Sun Protection Devices in the Premises of Office Buildings in the Climate of Beirut]. Stroitel'nye materialy, oborudovanie i tekhnologii XXI veka [Building Materials, Equipment and Technologies of the 21st Century]. 2004, no. 2.

4. Gusev N.M. Osnovy stroitel'noy fiziki [Fundamentals of Building Physics]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1975.

5. Stetskiy S.V., Suliman Samekh. Povyshenie urovney estestvennoy osveshchennosti v pomeshcheniyakh grazhdanskikh zdaniy s sistemoy bokovogo estestvennogo osveshcheniya dlya usloviy zhar-kogo i solnechnogo klimata [Improvement of Natural Illumination in Civic Buildings That Have a System of Natural Side Illumination in the Hot and Sunny Climate]. Moscow, Stroitel'nye materialy, oborudovanie i tekhnologii XXI veka [Building Materials, Equipment and Technologies of the 21st Century]. 2005, no. 5.

6. Suliman Samekh. Sozdanie stroitel'nymi metodami komfortnoy akusticheskoy, svetovoy i insoly-atsionnoy sredy dlya pomeshcheniy grazhdanskikh zdaniy v usloviyakh krupnykh gorodov Sirii (na pri-mere goroda Damaska) [Employment of Civil Engineering Methods for the Generation of a Comfortable Architectural, Illumination and Insolation Environment for the Premises of Civic Buildings in Major Cities of Syria (exemplified by Damascus)]. Moscow, 2006.

7. Salo Mokhamed Ali. Povyshenie effektivnosti sistem estestvennogo osveshcheniya v proizvod-stvennykh zdaniyakh Sirii (na primere predpriyatiy pishchevoy promyshlennosti) [Improvement of Efficiency of Natural Illumination Systems in Industrial Buildings of Syria (exemplified by food processing enterprises)]. Moscow, 2005.

8. Kharnes E., Mekhta M. Regulirovanie solnechnoy radiatsii v zdaniyakh [Regulation of Solar Radiation inside Buildings]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1984.

9. Dzhamus Yaser Makhmud. Sozdanie stroitel'nymi metodami komfortnykh usloviy vnutrenney sredy v grazhdanskikh zdaniyakh Blizhnego Vostoka [Generation of Comfortable Environment Inside Civic Buildings of the Middle East]. Moscow, 2000.

10. Mitnik M.Yu., Spiridonov A.V. Inzhenernyy metod rascheta sistem estestvennogo osveshcheniya pomeshcheniy s ratsional'noy solntsezashchitoy [Engineering Method of Analysis of Natural Lighting Systems in the Premises with Rational Sunlight Protection]. Moscow, Svetotekhnika [Illumination Engineering]. 1990, no. 10.

About the authors: Stetskiy Sergey Vyacheslavovich — Candidate of Technical Sciences, Professor, Department of Architecture, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26 Yaro-slavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation;

Khodeir Walid Abbas — postgraduate student, Department of Architecture, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; wak2507@mail.ru.

For citation: Stetskiy S.V., Khodeir W.A. Effektivnye solntsezashchitnye ustroystva v grazhdanskom stroitel'stve regionov s zharkim solnechnym klimatom [Effective Sun Protection Devices in the Civil Engineering of Hot and Sunny Regions]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2012, no. 7, pp. 9—15.