RU EN
lrg rst sml

Авторизация

Запомнить

OS

34%Windows 7
34%Windows XP
8%Windows NT
7%Mac OS X
5%Linux
Svetotechnika N3 2005fig_8.png
Главная arrow Публикации arrow Расчет инсоляции помещений с лоджиями и балконами
Расчет инсоляции помещений с лоджиями и балконами Печать E-mail
Автор Бахарев Д.В.   
23:02:2009 г.
(в помощь проектировщикам и экспертам строительных ведомств)

Задаваемые на форуме вопросы свидетельствуют, что не только СанПиН 2.2.1/2.1.1.1076-01, но и ТСН 23-359-2006 (Санкт-Петербург) в обязательном порядке предписывают проектировщикам ошибочную ручную методику расчета инсоляции помещений с лоджиями и балконами. Ниже даются краткие указания по быстрому и правильному расчету продолжительности инсоляции (ПИ) помещений с лоджиями и балконами методом проекций с числовыми отметками. Указания сформулированы в терминах начертательной геометрии и современной, оптической теории светового поля (ОТСП), полноправным разделом которой является теория нестационарных полей облучения и, в частности, расчет инсоляции.

Проникание любого луча в помещение определяется конфигурацией входной и выходной диафрагм оптической системы окна. Рассмотрим простейший случай пропускания потока параллельных лучей апертурной (действующей) диафрагмой, входное и выходное отверстия которой есть прямоугольники с параллельными сторонами (рис.1). Будем считать, что направление потока нестационарно и изменяется относительно диафрагмы в пределах от 0 до 180° в горизонтальной от 0 до 90° в вертикальной плоскостях.

На рис.1,"а" видно, что в плане лоджии поток будет проникать в помещение, если его направление не выходит за пределы двугранного угла β, образованного пересечением плоскостей, проходящих через вертикальные стороны проема и боковых стенок лоджии, т.е. в том случае, когда луч потока, падающий в точку О следа пересекающихся плоскостей вращается в пределах угла β. Точно так же в разрезе лоджии видно, что поток войдет в помещение, если его наклон к горизонту не превышает двугранного угла α, образованного наклонной плоскостью, проходящей через ребра подоконника и перекрытия лоджии. Пересечение двугранных углов α и β даст на разрезе помещения вершину О пирамиды, образующей телесный угол ограничения направлений падающего в эту вершину луча, при которых поток сечением ab ≥ 0, входит в помещение. В терминах ОТСП это предельный телесный угол можно кратко назвать нулевой угловой апертурой проема в лоджии. Чем больше падающий в его вершину луч отклоняется от нормали к проему, тем меньше апертура - площадь проходящего через оптическую систему потока. При расчете ПИ помещения вершина О нулевой апертуры является эквивалентной точкой системы, ПИ которой равна ПИ помещения. Эту точку следует принимать за расчетную точку помещения с лоджией. Через нее проходит нулевая горизонталь солнечного конуса (рис.1,"в") и с ней совмещается на плане застройки его вершина.

Image
Рис.1. Графический расчет ПИ помещения с лоджией (а - построение апертурной горизонтали, б - вспомогательный график с апертурной горизонталью, в - расчет ПИ с помощью основного и вспомогательного графиков, г - расчет годового режима ПИ помещения методом центрального проецирования программой Lara)

Для расчет ПИ построим горизонталь боковой поверхности угловой апертуры, с превышением h над ее вершиной О', равным превышению какой-либо выбранной горизонтали h рельефа конической поверхности, образованной видимым вращением солнечного луча, падающего в расчетную точку О (О'). Параллельный проему отрезок прямой EF будет горизонталью h наклонной грани апертуры, а продолжение следов ее вертикальных граней за точки E и F - горизонталями h этих граней. Скопируем построенную горизонталь h, и пересекающиеся в расчетной точке О нормаль и нулевую горизонталь на прозрачную основу вспомогательного графика (рис.1,"б").

Расчет ПИ помещения с помощью вспомогательного графика сводится к простейшим механическим и визуальным операциям (рис.1,"в"). Совместим основной график с расчетной точкой на генплане застройки и ориентируем его по меридиану. Наложим на расчетную точку вспомогательный график и ориентируем его по нормали к фасаду. Визуально найдем на основном графике горизонталь с отметкой h (ее удобно выделить цветом). Если она пересекается с горизонталью вспомогательного графика на участке EF (позиция 1), то солнечный луч заходит за перекрытие лоджии и ПИ помещения определяется углом t1. В позиции 2 луч заходит за боковую стенку и ПИ равно t2.

Учет апертуры проема не зависит от затенения расчетной точки помещения противостоящими зданиями. Поэтому найденные моменты времени входа и выхода луча из апертурного угла целесообразно записать, а вспомогательный график убрать, чтобы он не мешал расчету затенения помещения зданиями. Это существенно облегчает расчет ПИ, в особенности, однотипных одинаково ориентированных помещений в многосекционных домах, так как не требует повторного наложения вспомогательного графика. Следует также особо подчеркнуть, что разрез и план помещения на рис.1,"а" могут быть выполнены в любом, удобном для построения одинаковом масштабе, а превышение h горизонтали апертурного угла над расчетной точкой О' должно быть отложено в масштабе плана застройки и рельефа солнечного конуса на основном графике.

Image
Рис.2. Графический расчет ПИ помещения под балконом (а - построение апертурной горизонтали, б - вспомогательный график с апертурной горизонталью, в - расчет ПИ с помощью основного и вспомогательного графиков, г - расчет годового режима ПИ помещения методом центрального проецирования программой Lara)

Рассмотрим далее более сложное построение апертурной горизонтали для проема под балконом (рис.2). В этом случае входная диафрагма оптической системы окна будет иметь объемную конфигурацию, образованную горизонтальным прямоугольником балконной плиты и вертикальным прямоугольником наружных ребер проема. Выходная диафрагма системы останется аналогичной окну в лоджии. Такая, ортогональная оптическая система уже не имеет единой эквивалентной точки и ее придется выбрать в известной мере произвольно.

Примем за эквивалентную точку системы вершину О (рис.2,"а") апертурного угла проема, образованного в плане пересечением плоскостей, проходящих через вертикальные ребра проема. Точка пересечения О' наклонной грани К'с этого телесного угла с вершиной двугранного горизонтального угла задаст в разрезе помещения нулевую горизонталь вспомогательного графика (рис.2,"б"). Пересечем на отметке h угловую апертуру проема горизонтальной плоскостью и определим ее горизонталь nc'd'n1. Заметим, кстати, что участок c'd', учитывающий возможность затенения расчетной точки перемычкой проема, должен обязательно содержаться на вспомогательном графике расчета ПИ помещения через не затеняемый внешними конструктивными элементами здания свободный проем. Нельзя бездоказательно утверждать, что при расчете ПИ через свободный проем вертикальные углы затенения можно не учитывать. Если при расчете ПИ на плане застройки одноименная горизонталь солнечного конуса не пересекается с этим участком апертурной горизонтали, то это означает, что на данной широте, в данный день года и при данной ориентации проема перемычка не влияет на ПИ помещения.

Определим предельный угол затенения помещения параллельным проему ребром балкона. На плане он образуется пересечение в точке Q прямых, проходящих через вершину E прямоугольника балконной плиты и вертикальное ребро А проема и через вершину F и ребро В. На разрезе обе эти прямые будут лежать в наклонной плоскости Е'К', проходящей через внутреннее ребро подоконника и ребро балкона. Перенесем направления этих прямых и наклонной плоскости в расчетную точку О (О') и через точку е' пересечения плоскости О'm' с горизонтальной плоскость h проведем на плане участок ef апертурной горизонтали, образованной параллельным проему ребром балкона.

Определим и построим участок апертурной горизонтали, образованной перпендикулярным проему ребром балкона. Перенесем точку α пересечения вертикальной грани On с ребром HE на разрез, и определим направление луча К'α', проходящего через точку α'(α) ребра, вертикальное ребро А проема и подоконник К'. Проведем это направление O'n' из расчетной точки O' и, проецируя точку α'' пересечения луча O'n' с плоскостью h на план, найдем точку α''' пересечения апертурной горизонтали, образованной боковым ребром балкона. В первом грубом приближении горизонталь на участке α'''e можно считать прямолинейной. Точно она описывается уравнением вогнутой кривой, которое легко вывести из приведенного геометрического построения. Для графического построения этой кривой достаточно повторить сделанные построения для промежуточных точек b, ... ребра HE, как это показано на рис2,"б", За границей α''' участка действительной остается горизонталь α'''n вертикальной грани апертурного угла проема. Необходимо заметить, что при большом выносе балкона и его ширине, близкой к ширине окна, ПИ помещения в значительной мере определяется вогнутой формой апертурной горизонтали. В таких случаях расчет ПИ без учета кривизны горизонтали дает сильно заниженные значения.

Дальнейшие операции расчеты ПИ через окна под балконом аналогичны рассмотренному выше окну в лоджии: построенная горизонталь копируется на вспомогательный график (рис.2 ,"б"), накладывается на генплан (рис.2,"в") и по положению точки ее пересечения определяются моменты времени захода и выхода луча из апертурного угла и ПИ расчетной точки. Принцип построения и расчета телесного угла нулевой апертуры, продемонстрированный на примерах простейших оптических систем окна, справедлив для любых, как угодно сложных, косоугольных и криволинейных конфигураций входной и выходной диафрагм системы. На рис.1 и 2"г" показана графическая иллюстрация компьютерного расчета годового режима ПИ инсоляции методом центрального проектирования. Телесные углы нулевой апертуры на рисунках одинаково справедливы для любой широты, дня года и ориентации проема и мгновенно рассчитываются программой Lara после ввода геометрических параметров оптической системы окна. Этим достигается практически мгновенный расчет годового режима инсоляции помещений не только при месячной, но и более высокой циклической частоте годовых колебательных импульсов инсоляции помещений.

Д.В.Бахарев
При воспроизведении статьи ссылка на сайт www.bakharev.org обязательна
 
О параметрах и аргументах функций r0 в СП 23-102-2003 »