Внутренняя световая среда в жилых зданиях при использовании комбинированной солнцезащиты

УДК 628.9

С.В. Стецкий, В.А. Ходейр

ФГБОУВПО «МГСУ»

ВНУТРЕННЯЯ СВЕТОВАЯ СРЕДА В ЖИЛЫХ ЗДАНИЯХ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ КОМБИНИРОВАННОЙ СОЛНЦЕЗАЩИТЫ

Рассматриваются вопросы повышения качества световой среды в помещениях жилых зданий при использовании комбинированных пространственных солнцезащитных устройств в условиях жаркого и солнечного климата Ливана.

Ключевые слова: световая среда, коэффициент естественной освещенности, солнцезащитные устройства, методика «ясного неба».

Для решения вопросов, связанных с повышением качества внутренней микроклиматической среды в помещениях жилых зданий для условий жаркого и солнечного климата, были проведены теоретические и экспериментальные исследования, связанные с определением роли солнцезащитных устройств (СЗУ) в процессе естественного (пассивного) регулирования параметров внутреннего микроклимата. Основу этих исследований составило изучение состояния световой среды в рассматриваемых помещениях. Исследования проводились в реальном помещении типичного жилого здания в одном из новых районов столицы Ливана — города Бейрута. Работа осуществлялась в несколько этапов: от теоретических и натурных исследований световой среды в помещении в их оригинальном виде до теоретических и натурных исследований световой среды рассматриваемого помещения после установки солнцезащитных устройств.

Анализ характера светораспределения и затеняющих качеств солнцезащитных устройств различных типов позволил предложить новый вариант наружных стационарных СЗУ пространственного типа, который и был в виде временной конструкции использован в натурной части проводившихся исследований (рис. 1).

Для эксперимента было выбрано здание, главный фасад которого ориентирован на юг, а противостоящая застройка в непосредственной близости от обследуемого объекта отсутствовала. Эти характеристики упрощают как инсоляционные, так и светотехнические расчеты [1—4].

Рассматривалось влияние СЗУ на уровни естественной освещенности в помещении как в случае диффузного, так и в случае солнечного освещения с соответствующим использованием стандартной нормативной методики расчета и расчета по альтернативной методике «ясного неба» [2, 5, 6].

По стандартной нормативной методике с использованием данных СНиП 23-05—95* «Естественное и искусственное

освещение» и СП 23-102 2003 Рис. 1. Предлагаемое решение комбинированного

«Естественное освещение жи- пространственного СЗУ

© Стецкий С В., Ходейр В.А., 2012

39

вестник

8/2012

лых и общественных зданий» приводим расчет КЕО с использованием упрощенной формулы при боковом естественном освещении и отсутствии затеняющего влияния противостоящих зданий [7, 8].

п _£Б дур еБ _ К

где еБ — расчетное значение КЕО при боковом естественном освещении; еБ — геометрический КЕО в расчетной точке при боковом естественном освещении; q — коэффициент, учитывающий неравномерную яркость облачного неба; т 0 — общий коэффициент светопропускания проемов; для бокового естественного освещения т0 = т1т2т3т4; К — коэффициент запаса; г0— коэффициент, учитывающий повышение КЕО при боковом естественном освещении, благодаря свету, отраженному от поверхностей помещения и прилегающей к зданию поверхности земли.

По альтернативной методике расчета (по так называемой методике «ясного неба») расчетный КЕО при боковом естественном освещении «Е» может быть определен как сумма прямых и отраженных световых потоков по формуле, предложенной профессором А.К. Соловьевым [5]:

еБ = ен + еп + езд + ео;

или еБр = [

где ен— составляющая КЕО от прямого света неба; езд - составляющая КЕО от света, отраженного противостоящими зданиями; е — составляющая КЕО от света, отраженного прилегающей к зданию поверхности земли; ео — внутренняя отраженная составляющая суммарного КЕО.

Альтернативная методика «ясного неба» целесообразна для условий солнечного климата, чему в полной мере отвечает климат приморской зоны Ливана, где расположен Бейрут. В рассматриваемом случае вышеприведенная формула претерпела некоторые изменения: составляющая е заменяется составляющей ек, и составляющая е не учитывается (рис. 2) [5, 6].

Ч V

Противостоящее здание

~77?-ТТ

Рис. 2. Схема поступления в помещение прямых и отраженных световых потоков и их распределения

В окончательном виде формула (3) принимает вид

ер =[(ен + ек ) + (ен + ек )(Г0 - 1)] >

где еК — отраженная составляющая внутренней естественной освещенности в помещении от нижерасположенного солнцезащитного устройства.

Результаты теоретических расчетов КЕО, приведенных по нормативным и альтернативным методикам, представлены в виде графиков КЕО на рис. 3 и 4. Результаты натурных замеров естественной освещенности и расчетов натурных КЕО практически (в пределах инженерной точности) совпадают с теоретическими расчетами с разницей в ± 5.. .10 %.

е, %

ц7,67 %

К

Расчет по нормативной методике  Расчет по альтернативной методике

Рис. 3. Теоретические значения КЕО, определенные по нормативной и альтернативной методикам

е, %

Расчет по нормативной методике Расчет по альтернативной методике

УПР. L

Рис. 4. Теоретические значения КЕО, определенные по нормативной и альтернативной методикам

При расчетах КЕО по альтернативной методике использовались альтернативные значения коэффициентов q и т 0. Первый коэффициент, характерный для случая яс-

м

вестник 812012

ного неба, зависит не только от величины угла 9 между плоскостью уровней рабочей поверхности и линией, соединяющей расчетную точку с серединой светопроема, но и от ориентации светопроема. Во всех случаях ориентации окон на южную четверть горизонта альтернативный коэффициент q имеет диаметрально противоположные значения по сравнению с нормативными значениями этого коэффициента, что показано в табл. 1. [1, 5, 6].

Табл. 1. Сравнительные значения коэффициента q по нормативной и альтернативной методикам

Значение коэффициента q

Угол 9 По нормативной методике расчет для условий пасмурного небосвода По альтернативной методике «ясного неба» южной ориентации окон

1. 10° 0,58 1,21

2. 20° 0,72 0,83

3. 30° 0,86 0,62

4. 40° 0,98 0,48

5. 50° 1,08 0,40

6. 60° 1,17 0,34

7. 70° 1,23 0,32

8. 80° 1,275 0,31

9. 90° 1,29 0,33

Второй коэффициент претерпевает изменения в силу изменений своей частной составляющей — коэффициента т4, учитывающего влияние солнцезащитных устройств. По предложению академика Н.М. Гусева этот коэффициент должен изменяться не только в зависимости от типа СЗУ и их геометрических параметров, но и в зависимости от величины угла 0>, о котором говорилось выше.

Сравнительные данные по нормативным и альтернативным значениям коэффициента т4 приведены в табл. 2 [2, 9—11].

Табл. 2. Сравнительные значения коэффициента т4 для расчетов по нормативной и альтернативной методикам

Солнцезащитные устройства

т4 по нормативным документам

Значения коэффициента т4 для горизонтальных стационарных СЗУ для расчета по методике «ясного неба» в зависимости от величины угла 9

Горизонтальные козырьки с защитным углом: < 30° 15...45°

Балконы глубиной:

до 1,20 м до 1,50 м до 2,0 м до 3,0 м

0,8 0,9.0,6

0,9 0,85 0,78 0,62

Коэффициент 14

1

0,95 0,9 0,85 0,8 0,75 0,7 0,65 0,6 0,55 0,5

— 0,4 0,5 0,6 0,7

10

20

30

-

40

50

60

Вертикальный угол 9

0,4.0,7 отношение 1,1к,

к к

Окончание табл. 2

Солнцезащитные устройства

т4 по нормативным документам

Значения коэффициента т4 для горизонтальных стационарных СЗУ для расчета по методике «ясного неба» в зависимости от величины угла 0

Лоджии глубиной:

до 1,20 м до 1,50 м до 2,0 м до 3,0 м

0,8 0,7 0,55 0,22

Расчетная схема к графику

l

у 7XZZZ

С

\

\

ß

Щт7Т777777ТТГ?ГГ77ГГГГт^

Щ.

к--

¥

1 2

УПР

\///////////h7//J///////////.

1

Выводы. 1. Наружные стационарные СЗУ положительно влияют не только на инфляционный режим в помещении, который в условиях жаркого солнечного климата должен быть направлен на ограничение инсоляции, но и на внутренний световой режим. Улучшение качества освещения выражается не столько в изменении уровней естественной освещенности, о чем будет сказано ниже, сколько в ликвидации дискомфортных яркостей и блескостей. Кроме этого, снижение времени инсолирования помещения приводит также и к снижению внутренней температуры воздуха.

2. В случае использования альтернативного метода расчета по условиям ясного неба с соответствующей заменой нормативных значений коэффициентов q и т0 на альтернативные характер распределения уровней естественной освещенности в помещении существенно изменяется. Естественная освещенность становится более равномерной, со значительным уменьшением значений КЕО в глубине помещения и значительным снижением его в ближней к светопроемам зоне по сравнению со значениями КЕО, определенными по стандартной нормативной методике, по условиям пасмурного неб».

Библиографический список

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

2. ТваровскийМ. Солнцев архитектуре. М. : Стройиздат, 1977.

3. МитникМ.Ю., Спиридонов А.В. Инженерный метод расчета систем естественного освещения помещений с рациональной солнцезащитой // Светотехника. 1990. № 10. С. 16—19.

4. Харнес Е., Мехта М. Регулирование солнечной радиации в зданиях. М. : Стройиздат, 1984.

5. Соловьев А.К. Оценка световой среды производственных помещений в условиях ясного неба // Светотехника. 1987. № 7. С. 14—16.

6. Стецкий С.В., Амхаз Х. Роль солнцезащитных устройств в формировании комфортной световой среды в помещениях административных зданий для условий Бейрута // Строительные материалы, оборудование и технологии XXI века. 2004. № 12. С. 52—53.

7. СНиП 23-05—95*. Естественное и искусственное освещение. М. : Госстрой России, 2004.

8. СП 23-102—2003. Естественное освещение жилых и общественных зданий. М. : Гос-строй России, 2003.

9. Стецкий С.В., Сулиман Самех. Повышение уровней естественной освещенности в помещениях гражданских зданий с системой бокового естественного освещения для условий жаркого и солнечного климата // СМОТ-XXI век. 2005. № 5. С. 82—84.

10. 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, 2006.

вестник 8/2012

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

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»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26;

Ходейр Валид Аббас — аспирант кафедры архитектуры, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, wak2507@mail.ru.

Для цитирования: Стецкий С.В., Ходейр В.А. Внутренняя световая среда в жилых зданиях при использовании комбинированной солнцезащиты // Вестник МГСУ. 2012. № 8. С. 39—45.

S.V. Stetskiy, W.A. Khodeir

INDOOR LIGHT ENVIRONMENT INSIDE RESIDENTIAL BUILDINGS IN THE EVENT OF APPLICATION OF COMBINED METHODS OF SUN PROTECTION

The article deals with the problem of enhancing the light environment inside residential buildings by means of combined methods of sun protection in the hot and sunny climate of Lebanon.

The proposed sunscreens are effective both if the insolation intensity goes up and down. For example, the light, reflected by the sun protection unit located below the storey in question, brings more natural light into those sections of rooms that are located further from the window, so the illumination factor in these areas is substantially increased. However, the aforementioned pattern of natural light design is efficient in the "clear sky" environment of the sunny climate, which differs a lot from the standard conditions of the "grey sky". On top of the above, the new approach to the identification of the "T4" factor value is proposed. This factor describes the impact produced by the sunscreen in the "clear sky" environment. In this case, its value shall not be taken as constant.

Theoretical and practical research was completed to identify the role of sun protection devices (sunscreens) in the course of natural (passive) regulation of the light environment inside buildings. The principal item of research was the condition of the illumination environment inside the premises under consideration. The research was performed inside a residential building located in a new district of Beirut, the capital of Lebanon. The research comprised several stages, including theoretical and field researches of the light environment inside the premises under consideration in the aftermath of installation of sunscreens.

Key words: light environment, daylight factor, sunscreens, "clear sky" method.

References

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

2. Tvarovskiy M. Solntse varkhitekture [Sun in Architecture]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1977.

3. 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]. Svetotekhnika [Illumination Engineering]. 1990, no. 10. pp. 16—19.

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

5. 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. pp. 14—16.

6. 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 Conditions of Beirut]. Stroitel'nye materialy, oborudovanie i tekhnologii XXI veka [Building Materials, Equipment and Technologies of the 21st Century]. 2004, no. 12. pp. 52—53.

7. SNiP 23-05—95*. Estestvennoe i iskusstvennoe osveshchenie. [Construction Norms and Rules 23-05—95*. Natural and Artificial Illumination]. Moscow, State Committee for Construction, Residential Housing and Utilities, 2004.

8. SP 23-102—2003. Estestvennoe osveshchenie zhilykh i obshchestvennykh zdaniy. [Construction Rules 23-102-2003. Natural Illumination of Residential and Public Buildings]. Moscow, State Committee for Construction, Residential Housing and Utilities, 2003.

9. Stetskiy S.V., Suliman Samekh. Povyshenie urovney estestvennoy osveshchennosti v pomesh-cheniyakh 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 tekhnologiiXXI veka [Building Materials, Equipment and Technologies of the 21st Century]. 2005, no. 5. pp. 82—84.

10. Suliman Samekh. Sozdanie stroitel'nymi metodami komfortnoy akusticheskoy, svetovoy i in-solyatsionnoy sredy dlya pomeshcheniy grazhdanskikh zdaniy v usloviyakh krupnykh gorodov Sirii (na primere 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.

11. Salo Mokhamed Ali. Povyshenie effektivnosti sistem estestvennogo osveshcheniya vproizvod-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.

About the authors: Stetskiy Sergey Vyacheslavovich — Candidate of Technical Sciences, Professor, Department of Architecture, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26 Yaroslavskoe 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. Vnutrennyaya svetovaya sreda v zhilykh zdaniyakh pri ispol'zovanii kombinirovannoy solntsezashchity [Indoor Light Environment inside Residential Buildings in the Event of Application of Combined Methods of Sun Protection]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2012, no. 8, pp. 39—45.