Руководство по расчету инсоляции земельных участков. Расчет инсоляции жилых помещений.

Новый подход в расчете и анализе инсоляции фасадов и планов, основанный на отслеживании движения и падения теней. Движение теней, равно как и движение солнца, подчиняется точному математическому закону движения, определяющего в каждый момент времени его азимут и высоту стояния. Именно эти параметры, а также простая геометрия дают возможность выполнить точные построения теней от зданий-затенителей на планах территорий и фасадах зданий.

Предлагаю вариант расчета инсоляции, который наиболее изящно и наглядно показывает продолжительность инсоляции расчитываемого окна. Вот примерная схема расчета по инсоляционной линейке, которая известна многим. Данный способ точен и более чем приемлим для большинства расчетов.

Теперь выполним инсоляционные построения теней на генплан и расчитываемый фасад здания от зданий-затенителей с учетом их отстояния от объекта инсоляции и высоты. Выполним почасовые построения с 7 часов до 14 часов - интервал в течение которого на фасад падает тень и постепенно уходит с него:

Инсоляцию считают начиная с 7 часов утра. Как видно, тень падая на фасад затеняет лишь его часть, т.е. существуют окна, на которые тень в день равноденствия не падает никогда, это окна верхних этажей.

При восхождении солнца с 7 утра до 12 дня высота стояния солнца увеличивается, а тени становятся короче и постепенно "сползают" с фасада. Проходя по фасаду, тень в каждый час располагается ниже тени предыдущего часа.

В период с 11 до 12 часов, в данном примере, тень скользит у подошвы фасада и сходит на нет.

Как хорошо видно из построений, тени от зданий-затенителей перестают достигать объекта инсоляции в плане уже в 12 часов. Если учесть, что в первых этажах жилых многоэтажных домов нередко устраиваются магазины, высотой где-то 1.5-2 жилого этажа, то построив тень на расчитываемом фасаде можно определить интервал времени, когда окна жилых помещений находятся выше верхней точки тени и инсолируются, в то время как тень формально падает на фасад и затеняет его. Данные уточняющие построения наряду с классическим расчетом по инсоляционным линейкам дают возможность выйграть от 30 минут до 1 часа, которых зачастую не хватает для выполнения требований СанПиН по продолжительности инсоляции окон жилых помещений.

Данный метод инсоляционных расчетов дает возможность наиболее рационально выполнять посадку зданий в условиях плотной городской застройки и планирование помещений с учетом максимальной экономической отдачи. Метод позволяет "отбивать" спорные коммерческие площади жилих домов в эспертизе и удовлетворять требования и пожелания заказчиков, а главное аргументированно доказывать свои расчеты геометрически точными построениями.

Геометрические построения теней наиболее наглядны и понятны.

Нормирование и расчет инсоляции являются сейчас, пожалуй, наиболее острой светотехнической, экономической и социально-правовой проблемой. С переходом землепользования и строительства на рыночную основу нормы инсоляции жилищ стали главным фактором, сдерживающим стремления инвесторов, владельцев и арендаторов земельных участков к переуплотнению городской застройки с целью получения максимальной прибыли. Однако официальная методика нормирования и расчета инсоляции не может эффективно выполнять эту роль. До настоящего времени она остается самым отсталым, обособленным от науки разделом светотехники. Цель статьи - устранить эту обособленность путем изложения проблемы в общепринятых научных терминах и решения ее задач на базе современных компьютерных технологий.

Напомним некоторые необходимые для этого сведения об инсоляции.

Инсоляцией (от латинского in solo - выставляю на солнце) называют облучение поверхности, пространства параллельным пучком лучей, поступающих с направления, в котором виден в данный момент времени центр солнечного диска. Этот удобный термин используется в основном в гигиене, архитектуре и строительной светотехнике. Различают астрономическую, вероятную и фактическую инсоляцию.

Рис.1. Горизонтальная равнопромежуточная проекция небосвода с положениями колеблющейся солнечной параллели, зафиксированными через 30-градусные (месячные) фазовые промежутки. Небесный экватор выделен красным цветом. Альмукантаратная зона ниже расчетной высоты Солнца светло-коричневая. Часовые круги, сходящиеся в северном полюсе мира Р, проведены с градацией в 1 ч. Построение выполнено программой LARA_01 для г. Нижнего Новгорода ( = 56,4°).

Первая определяется вращениями Земли вокруг Солнца и собственной оси, наклоненной под углом 66,55° к эклиптике . Земному наблюдателю она представляется гармоническим колебанием положения солнечной параллели относительно небесного экватора (рис.1) с периодом в 365 суток и угловым фазовым смещением (склонением Солнца)

где = 23,45° - амплитуда, - циклическая частота и - начальная фаза колебания. Поскольку наклон небесного экватора к горизонту возрастает от 0° на полюсе до 90° на земном экваторе, то продолжительность астрономической инсоляции (рис.2)

колеблется соответственно (1) с амплитудой , возрастающей от 0 на экваторе (географическая широта = 0°) до 12 ч на полярном круге ( = 66,55°).

Рис.2. Колебания астрономической (а) и расчетной ПИ (б) земной поверхности на широтах северного полушария Земли (а) при расчетной высоте Солнца 5-20° (фазовые промежутки колебательных импульсов на 60° с. ш. приведены для 2-часового нормативного минимума ПИ помещений).

Как видно на рис.2, со светотехнической точки зрения инсоляция представляет собою своеобразную природную установку колебательного облучения Земли. Годовая продолжительность астрономической инсоляции на всех широтах одинакова и равна 4380 часов. Однако на экваторе не зависит от и всегда равна 12 часам. На полярном круге синусоидально-линейные колебания вырождаются в треугольное и самый короткий 24-часовой полярный день переходит к полюсу в 4380-часовой прямоугольный импульс с полугодовым фазовым промежутком.

В земной атмосфере при высоте Солнца менее 8° солнечные лучи не содержат биологически активного излучения. Поэтому в практике гигиенического нормирования инсоляции пользуются расчетно-астрономической продолжительностью инсоляции (ПИ), не учитывающей первые после восхода и последние перед заходом Солнца 1-1,5 ч, примерно соответствующие времени его подъема на указанную высоту на разных широтах. При точном угловом ограничении расчетного зенитного расстояния Солнца колебания расчетно-астрономической ПИ приобретают более сложный характер:

Как видно на рис.2,б, узлы колебаний расчетной ПИ в дни равноденствия исчезают, "расчетно-полярные ночи" опускаются ниже полярного круга, фазовые промежутки импульсов сокращаются с увеличением расчетной высоты Солнца и нормируемого минимума ПИ.

Вероятная инсоляция зависит от состояния атмосферы и облачного покрова. Продолжительность вероятной инсоляции () на территории РФ составляет около 50% и при прочих равных условиях определяется, в основном, высотою стояния Солнца (). Поэтому сезонное уменьшение в зимнюю половину года примерно соответствует суточному снижению в утренние и вечерние часы летом. Метеорологическая служба РФ в настоящее время располагает надежными данными о и переход от к не представляет принципиальных затруднений. Фактическая инсоляция всегда отличается от вероятной и может быть определена лишь натурными наблюдениями.

В затеняемых пространствах городской застройки и помещений сохраняются только период и симметрия колебания относительно солнцестояний. Амплитуда и фазовый процесс колебания в каждой конкретной экранирующей ситуации приобретают индивидуальный импульсный характер.

Рис.3. Расчетные схемы и телесные углы ограничения инсоляции помещений в равнопромежуточной проекции небосвода. Участок ab конической поверхности угла ограничения прямоугольного балкона образован перпендикулярным к плоскости окна ребром AB балконной плиты, плоский участок bc - параллельным ребром BC.

Наиболее сложными и многообразными являются колебательные импульсы нормируемого показателя ПИ помещений. Здесь, помимо азимутального и высотного ограничения ПИ окружающей застройкой снизу, инсоляция ограничивается также сверху в результате затенения помещений оконными перемычками, балконами и перекрытиями лоджий. Ограничение ПИ помещений собственными конструктивными элементами здания инвариантно к затеняющему действию окружающей застройки и зависит только от широты, азимута ориентации светопроемов и формы этих элементов. Телесные углы ограничения ПИ для не затеняемого проема и проемов под балконом и в лоджии показаны на рис.3. Определяемые этими углами зависимости фазовых промежутков и формы импульсов ПИ помещений от азимута ориентации окон на разных широтах РФ приведены на рис.4 и 5.

Рис.4. Пример формирования годового режима ПИ помещений разной ориентации с не затеняемым проемом (а) и проемами под балконом (б) и в лоджии (в) на средних широтах РФ (Нижний Новгород, 56,4° с. ш.).

Рис.5. Азимутальные зависимости годового режима ПИ помещений, среднегодовой ПИ и фазовых промежутков колебательных импульсов на характерных широтах РФ.

Как видно на рисунках, фазовые промежутки импульсов ПИ уменьшаются от 365 дней до 0 при отклонении азимута ориентации окна от юга. В зависимости от ориентации и формы угла ограничения импульсы имеют один максимум в день летнего солнцестояния или два максимума вблизи равноденствий и два минимума в дни солнцестояний. В последнем случае возможен летний разрыв и фазовое смещение импульса в зимнюю половину года, которые возрастают с увеличением вертикального угла ограничения инсоляции и уменьшением широты местности. В городской застройке импульсы ПИ, как правило, приобретают случайный характер. Их кусочная форма определяется контуром телесного угла ограничения, образованным ломаным силуэтом видимой из расчетной точки конфигурации затеняющих объектов. Точность определения формы импульса зависит от принятого для расчета фазового шага колебаний солнечной параллели.

Различают геометрические (пространственно-временные) и энергетические методы расчета инсоляции. Геометрические методы отвечают на вопросы: куда, с какого направления и какой площади сечения, в какое время дня и года и на протяжении какого времени поступает (или не поступает) поток солнечных лучей. Энергетические методы определяют плотность потока, создаваемую им облученность и экспозицию в лучистых или эффективных (световых, эритемных, бактерицидных и др.) единицах измерения.

Разработка методов решения этих задач, не выходящих за рамки классических разделов математики и физики, в основном была завершена в 70 гг. прошлого столетия. В настоящее время созданы алгоритмы и компьютерные программы, позволяющие рассчитывать любые характеристики инсоляции и вызываемых ею фотохимических и биологических эффектов . Однако все эти современные технические средства остаются невостребованными гигиеной и практикой строительства. Официальное нормирование инсоляции застыло на показателе астрономической продолжительности инсоляции, предложенном гигиенистами в середине XIX века.

Литературный обзор развития методологии расчета инсоляции от Витрувия (1 в. н.э.) до конца прошлого столетия дан в . За исключением методов косоугольного и центрального проецирования все упоминаемые в нем ручные методы и приборы расчета инсоляции представляют сейчас лишь исторический интерес. Жесткая конкуренция на рынке проектных услуг заставила проектировщиков в кратчайшие сроки освоить компьютерные методы архитектурно-строительного проектирования. Однако представленные в Интернет отечественная компьютерная программа расчета инсоляции СОЛЯРИС и японская программа MicroShadow for ArchiCAD, реализующая ручной метод ортогонального проецирования, не позволяют компактно и наглядно характеризовать колебательные импульсы инсоляции. Поэтому ниже все оценки состояния методологии расчета и нормировании ПИ обосновываются и иллюстрируются нашей программой LARA_02 "Программа расчета инсоляции и естественного освещения", в которой использован довольно трудоемкий для ручных расчетов, но единственно целесообразный для компьютерной реализации метод центрального проецирования .

Первая DOS-версия программы LARA была разработана в 1997 г. В 2001 г. она была переработана для MS Windows 95 и далее непрерывно совершенствуется. Программа мгновенно рассчитывает годовой режим инсоляции помещений и территорий и выдает на плавающую панель таблицу результатов расчета, иллюстрированную на солнечной карте небосвода контуром затеняющих расчетную точку объектов, а на генплане - веерами их визирования из расчетной точки помещений. Таблица, карта и расчетная схема проемов могут быть сохранены для последующего размещения на генплане (см. рис. 8 - 11) или в иных документах. Быстрота подготовки исходных данных и самих расчетов, качество и наглядная информативность расчетной документации несопоставимы с ручной методикой. Разнообразные возможности программы, не имеющей мировых аналогов, требуют специального изложения.

Рис.6. Преобразование дискретной картины затенения в изолинии поля ПИ территории, выявляющее структуру полей экспозиции. Продолжение плоскостей вертикальных граней здания-параллелепипеда образует элементы рисунка теневого изображения фасадов. Перпендикулярные меридиану лучи A, B, C,…, F являются следами наклонных плоскостей рисунка горизонтальной грани. Контуры теней в моменты расчетного восхода и захода Солнца разграничивают области ломаных и криволинейных участков изолиний.

Рис.7. Фазовые и среднегодовая картины годового колебания поля ПИ на участке застройки квартала по ул. Белинского в Нижнем Новгороде.

Метод косоугольного проецирования на исследуемую поверхность затеняющих объектов в направлении солнечных лучей, т.е. построения контуров тени через равные промежутки времени, сохраняет важное теоретическое значение. На рис.6 показано преобразование дискретной картины затенения плоскости в изолинии поля ПИ, выявляющее структуру поля как рисунка теневого оптического изображения объекта, которое возникает в результате видимого движения Солнца. Если дискретные картины затенения построены через неравные промежутки времени, соответствующие равному приращению доз облучения трех элементарных ортогональных площадок, то их преобразование в непрерывную картину дает векторное поле экспозиции (количества) лучистого или эффективного облучения. Структура энергетических полей совпадает с рисунком теневых изображений объектов, а их изолинии сжимаются к плоскости небесного меридиана . На рис.7 показаны фазовые картины годового колебания поля ПИ в реальной городской застройке, построенные программой LARA 02.

Рис.8. Годовой режим инсоляции однокомнатных квартир в жилом доме №3 по ул. Ижорской до и после возведения 8-этажного дома. Красной рамкой выделены квартиры, владельцы которых получили денежную компенсацию за нарушение норм инсоляции.

Современное состояние санитарно-гигиенического нормирования и расчета инсоляции определяют введенные в 2002 г. СанПиН 2.2.1/2.1.1. 1076-01 "Гигиенические требования к инсоляции и солнцезащите помещений жилых и общественных зданий и территорий". Согласно пунктам 2.4 и 2.5 этого нормативного правового акта следует обеспечить для одной жилой комнаты 1-3-комнатных и 2 жилых комнат 4-х и более комнатных квартир непрерывную ПИ:

в северной зоне (севернее 58° с.ш.) - не менее 2,5 часов в день на календарный период с 22 апреля по 22 августа; в центральной зоне (с 58° с.ш. по 48° с.ш.) - не менее 2 часов в день на период с 22 марта по 22 сентября; в южной зоне (южнее 48° с.ш.) - не менее 1,5 часа в день на период с 22 февраля по 22 октября. Севернее 48° с.ш. в 2-х и 3-комнатных квартирах, где инсолируется не менее двух комнат, и в многокомнатных квартирах, где инсолируется не менее трех комнат, п.3.4 допускает снижение ПИ на 0,5 часа. Аналогичное снижение ПИ допускается также при реконструкции жилой застройки в центральной исторической зоне городов. Пунктом 3.3 допускается прерывность инсоляции, если один из ее промежутков составляет не менее 1,0 часа. При этом в каждой зоне суммарное значение нормативной ПИ следует увеличить на 0,5 часа.

Согласно п.7.3 СанПиН "расчет ПИ помещений на весь период, установленный в п. 3.1, проводится на день начала периода (или день его окончания): … ". Покажем на характерных примерах, что этот пункт фактически отменяет нормативные требования, установленные в пп.2.4 и 2.5 (в приведенной цитате ссылка на п.3.1 является, видимо, опечаткой). На рис.6 приведены результаты расчета инсоляции в жилом доме №3 по ул. Ижорской г. Нижнего Новгорода, выполненные нашей программой LARA_01. Судебный конфликт жителей этого кооперативного дома, возникший в результате строительства на противоположной стороне улицы элитного 8-этажного жилого дома, получил широкую огласку в местной и центральной прессе.

Как видно на рис.8, в однокомнатной квартире №2 на 1 этаже торцевой и в квартирах №№17-26 на 1-4 этажах рядовой секций дома №3 в дни начала/конца календарного периода инсоляция в результате строительства элитного дома не изменилась. В этих квартирах Солнце 22 марта/сентября восходит из-за парапета существующего дома №24 по ул. Провиантской и заходит за южный откос окна. Части элитного дома, расположенные севернее и ниже точек появления Солнца, не влияют на уже ранее ограниченную домом №24 инсоляцию квартир. Через несколько дней после равноденствия солнечная параллель поднимется над домом №24 и затенять квартиры в нормативный период будет 8-этажная часть элитного дома. Установить этот факт расчетом ПИ в день начала/конца календарного периода инсоляции, т.е. по одному сопряженному фазовому значению колебательного импульса, невозможно. Поэтому компенсацию за нарушение норм инсоляции получили только владельцы четырех квартир (№№5-14) на 2-5 этажах торцевой секции. В остальных 6 квартирах факт нарушения норм не был признан на основании п.7.3 появившегося в Интернет, но еще не введенного в действие СанПиН. Аргументация отказа признать справедливыми приведенные на рис.8 и 9 результаты нашей независимой экспертизы не имеет научного характера. Ее обсуждение относится к морально-правовой сфере публицистики .

Рис.9. Графики импульсов инсоляции жилых комнат 1- 5 этажей в торцевой (слева) и рядовой секциях дома №3 до и после возведения 8-этажного дома.

Необходимо заметить, что указание рассчитывать ПИ в дни начала/окончания периода содержалось в первых "Санитарных нормах и правилах обеспечения инсоляции помещений жилых и общественных зданий и застройки населенных мест" (СН 427-63), введенных Минздравом СССР в марте 1963 года. Практика показала недостаточность такого расчета для оценки выполнения норм. Во второй редакции норм (СН 1180-74), утвержденных Минздравом СССР в сентябре 1974 г., эта ошибка была исправлена. Пункт 7,"а" СН 1180-74 указывал, что условия инсоляции помещений и территорий определяет "видимое движение солнца в различное время года и в течение дня", а пункт 8,"а" требовал наряду с расчетом в дни начала/окончания периодов "дополнительного контрольного расчета на 22 июня". В третьей редакции "Санитарных норм и правил обеспечения инсоляцией жилых и общественных зданий и территорий жилой застройки" (СН 2605-82), вышедших в 1982 г., п.п. 7 и 8 СН 1180-74 заменили ссылкой на "Методические указания, утвержденные Минздравом СССР", которые, видимо, не были изданы. Отголосок исправления этой ошибки сохранился только в выпущенном в 1978 г. "Справочнике проектировщика. Градостроительство", где Приложение 2 содержит описание прибора "Светопланомер ДМ", который рекомендуется для расчета годового режима инсоляции помещений и территорий.

Нарушение преемственности исследований и отход от разработанных ранее принципов нормирования и расчета инсоляции начался с появления в 1997-99 гг. "Московских городских строительных норм. Инсоляция и солнцезащита" (МГСН 2.05-97 и 2.05-99). Из этих документов исчез нормативный период, в котором требовалось ежедневно обеспечивать нормируемый минимум ПИ помещений. Согласно п.4.8 МГСН 2.05-99 требования к инсоляции помещений следовало принимать "для центральной части и исторических зон города на 22 апреля (22 августа), а для остальной части города на 22 марта (22 сентября)". В явном виде МГСН сокращали нормируемый минимум ПИ в эти два сопряженных дня года с 2-2,5 ч до 1,5-2 ч, т.е. на 0,5 часа. Неявно, путем замены на рис.1 п.5.7 МГСН нормируемого показателя ПИ помещения показателем ПИ подоконника, в кирпичных зданиях с толщиной стен в 64-77 см он был уменьшен еще на 0,5 ч. Фактически МГСН гарантировал москвичам расчетом всего 1-1,5 ч инсоляции в два сопряженных дня года. В остальные дни их жилища стало возможным полностью лишать солнца.

В пунктах 2.4 и 2.5 СанПиН "календарные нормативные периоды" инсоляции были восстановлены, но предписание п.5.5 МГСН рассчитывать ПИ только в два дня года сохранилось в п.7.3 федеральных норм. Возврат к требованию обеспечивать инсоляцию в 123 дня в северной, 183 дня в центральной и 243 дня в южной зонах РФ оказался фиктивным. Продемонстрируем последствия этой фикции на примере застройки микрорайона VIII "Верхние Печеры" в Нижнем Новгороде.

Рис.10. Годовой режим инсоляции 3-комнатной квартиры на 2 этаже дома №7/2 по ул. Верхне-Печерской. Цветом выделены другая 3-х и 1-комнатные квартиры секции, имеющие аналогичный режим инсоляции.

Как видно на рис.10, в 3-комнатной квартире 10-этажного дом, владелец которой обратился в суд, в двух выходящих на северный фасад жилых комнатах инсоляция отсутствует. В общей комнате с лоджией 22 марта/сентября она составляет 4,85 ч, что более чем 2 раза превышает нормируемый СанПиН 2-часовой минимум. Согласно п.7.3 квартира соответствует требованиям п.п. 2.4 и 2.5 СанПиН, хотя в действительности через 2 недели после равноденствия в результате затенения проема перекрытием лоджии инсоляция комнаты прекратится. Из 6 месяцев нормативного периода комната инсолируется только 1 месяц, т.е. квартира фактически не соответствует разделу 2 СанПиН, в котором устанавливаются нормативные требования. Не соответствуют этим требованиям и все однокомнатные квартиры дома. Только на показанном фрагменте микрорайона таких 1-3-комнатных квартир около 300. Сколько их в России?

Вместе с тем, на рисунке видно, что комнаты с лоджиями глубоко инсолируются почти 4 месяца, примыкающие к равноденствиям, но выходящие за пределы "календарного нормативного периода". Ограничивать возможность инсоляции помещений каким-либо "нормативным периодом" нецелесообразно. В естественном годовом периоде колебания инсоляции фазовые промежутки, в которые возможно получать оптимальные значения ПИ, в каждой конкретной экранирующей ситуации следует определять расчетным путем. Для этого достаточно регламентировать в зависимости от широты местности среднегодовое значение установленного оптимума.

Следует также заметить, что понятия нормативного минимума или оптимума ПИ весьма условны. Этот показатель характеризует только возможность визуального обнаружения факта инсоляции помещения или, по СанПиН, оконного переплета. Фотобиологические эффекты инсоляции определяются дозами (экспозицией), а не продолжительностью облучения. В 1963 г. нормами было установлено, что эффективное бактерицидное действие достигается при ПИ помещения не менее 3 ч в день. В 2002 г. оказалось, что для этого достаточно 1,5 ч ПИ подоконника. Корреляция ПИ с дозами, вносимыми в помещения нестационарным по сечению и спектральной плотности потоком инсоляции, отсутствует. Для разрешения старого противоречия между физическими и гигиеническими представлениями о возможности оценки бактерицидной роли естественного облучения помещений показателем ПИ целесообразно привлечь специалистов НИИ дезинфектологии Минздрава РФ.

Таким образом, приходится констатировать, что в настоящее время убедительные научные данные, дающее основание нормировать минимум или оптимум ПИ помещений или подоконника отсутствуют. Снижение нормативного показателя ПИ жилищ на основании Федерального закона "О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения" №52-ФЗ, явно не повышающее этого благополучия, свидетельствует о волевом, административном установлении норм инсоляции.

Не гарантируя благополучия населения, СанПиН наносят значительный технико-экономический ущерб в строительстве. На рис.11 показана реальная ситуация в центре Нижнего Новгорода. Согласно п.7.3 3-комнатная квартира №15 на 3 этаже дома №4 по ул. Варварской, где ни в одной жилой комнате ПИ подоконника 22 марта/сентября не достигает 1,5-часового минимума, не соответствует нормам. Для их выполнения требуется понизить этажность реконструируемой застройки или превратить квартиру в нежилое помещение и предоставить ее владельцу полноценное жилье. В действительности же только в одной ее угловой комнате с 1 апреля по 10 сентября подоконники инсолируются 5-9 ч в день. На рисунке видно, что квартира имеет хорошую инсоляцию всех комнат. Среднегодовое значение ПИ в 1,5-2,5 раза превышает в них аналогичное значение 1,5-часового прямоугольного нормативного импульса.

Рис.11. Годовой режим инсоляции 3-комнатной квартиры №15 на 3 этаже дома №4 по ул. Варварской.

Многолетняя практика компьютерного анализа годового режима инсоляции квартир в десятках реальных проектов городской застройки выявила массовый характер ошибочных и нерациональных проектных решений, порождаемых устаревшей системой нормирования, основанной скорее на неосведомленности, чем на знании закономерностей поведения нормируемого фактора среды и методов его расчета. Непоправимый ущерб, наносимый российским городам полностью ошибочным разделом 7 СанПиН, неуклонно возрастает. Поэтому, прежде всего, необходимо срочно отменить этот раздел, нарушающий право граждан РФ на получение установленного в разделе 2 минимума инсоляции жилищ в "календарные нормативные периоды", и восстановить содержавшееся ранее в СН 1180-74 требование проверки ПИ в день летнего солнцестояния.

Госстрою и Минздраву РФ целесообразно финансировать доработку научной версии программы LARA до коммерческого уровня и приобрести ее в государственную собственность для последующего бесплатного применения в вузовской подготовке санврачей и архитекторов, в проектировании, экспертизе, согласовании и утверждении проектной документации. Компьютерные программы, гарантирующие благополучие населения, технико-экономическую эффективность проектов и повышение качества и производительности труда проектировщиков и служащих контролирующих органов, не должны быть предметом коммерции.

Переход на компьютерные расчеты потребует времени. Поэтому поясним кратко сущность ручного расчета инсоляции методом ортогонального проецирования в общепринятых научно-технических терминах. В учебниках начертательной геометрии он называется методом проекций с числовыми отметками и применяется для изображения рельефа геодезических поверхностей, вертикальной планировки, посадки зданий на рельефе местности и проектировании земляных сооружений. Метод хорошо известен проектировщикам, что значительно облегчает его изложение и освоение для расчета инсоляции.

Для расчета инсоляции коническая поверхность, образованная видимым суточным вращением солнечного луча, падающего в расчетную точку , изображается горизонталями своего рельефа (рис.12). Отметки горизонталей отсчитываются в миллиметрах от вершины солнечного конуса . Метрические горизонтали, как и обычная измерительная линейка, пригодны для работы с чертежами любого масштаба. Например, в масштабе 1:500 горизонталь с отметкой 1 см соответствует натурному превышению в 5 м, в масштабе 1:1000 - 10 м и т.д. Сходящиеся в точке азимутальные линии являются горизонтальными проекциями солнечного луча, построенными через равные промежутки времени. График копируется на прозрачную основу, накладывается на план участка и ориентируется по меридиану. Вершина конуса совмещается с расчетной точкой на плане.

Визуально отыскивается или интерполируется горизонталь конуса, отметка которой соответствует предварительно вычисленному превышению рассматриваемого объекта над расчетной точкой (на рис.12 = 32,5 м). Очевидно, что план объекта или его часть, расположенная между найденной горизонталью и вершиной конуса, будет проекцией сечения объекта конической поверхностью. Заключающий ее азимутальный угол однозначно соответствует продолжительности затенения расчетной точки рассматриваемым объектом . Если план объекта располагается за найденной горизонталью, то объект не пересекается конической поверхностью и, следовательно, не затеняет расчетную точку. Заметим, что сказанное справедливо только для тел с вертикальной боковой поверхностью и горизонтальными основаниями. Определение пересечений тел иной формы требуют дополнительных построений.

Рис.12. Расчет инсоляции помещения с лоджией в день летнего солнцестояния методом ортогонального проецирования.

Для расчета ПИ помещения необходимо предварительно построить вспомогательный график с горизонталью боковой поверхности телесного угла ограничения инсоляции помещения конструкциями здания. Ее отметка должна совпадать с какой-либо горизонталью солнечного конуса. Показанный на рис.3 пример очевидного построения горизонтали угла ограничения для оконного проема в лоджии не требует пояснений. Вспомогательный график накладывается на основной (рис.12). Его нормаль ориентируется перпендикулярно фасаду и находится точка пересечения горизонтали угла ограничения с одноименной горизонталью конуса. Проходящий через нее солнечный луч в момент времени заходит за перекрытие лоджии и инсоляция помещения прекращается. В приведенном на рис.12 примере расчета ПИ помещения , составляет несколько больше 1 ч. В СанПиН методика учета затеняющего действия балконов, перекрытий лоджий и т.п. отсутствует, что приводит на практике к ошибкам в расчете ПИ помещений. Например, найденное на рис.12 без учета затеняющего действия перекрытия лоджии значение ≈ 4,3 ч ошибочно: данное помещение вообще не инсолируется.

В краткой журнальной статье невозможно затронуть все аспекты наболевшей проблемы нормирования и расчета инсоляции. Основной причиной отчуждения этого раздела светотехники от науки является отсутствие естественной ответственности проектировщиков, разработчиков и утверждающих нормы должностных лиц за свои действия и рекомендации. В отличие от прочности зданий ошибки в нормировании и расчете инсоляции и освещения не приводят к немедленным катастрофическим последствиям. Ущерб от них носит неявный и отдаленный характер. В данном случае безошибочности и обоснованности норм может способствовать их обязательное предварительное публичное обсуждение в "Светотехнике", единственном в стране научно-техническом журнале, выполняющем функции трибуны для обсуждения и выработки основополагающих принципов, методов и норм светотехнического проектирования.

Список литературы.

1. Бакулин П.И., Кононович Э.В., Мороз В.И. Курс общей астрономии. М.: Наука. 1976. 536 с.
2. Орлова Л.Н. Радиационная модель безоблачной атмосферы в оптическом диапазоне спектра. Светотехника. 1993. №2. С.1-4.
3. Бахарев Д.В. Методы расчета и нормирования солнечной радиации в градостроительстве. Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук. М. НИИСФ. 1968. 218 с.
4. Орлова Л.Н. Метод энергетической оценки и регулирования инсоляции на жилых территориях. Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук. М., МИСИ. 1985. 188 с.
5. Оболенский Н.В. Архитектура и Солнце. М.: Стройиздат. 1988. 208 с.
6. Дунаев Б.А. Инсоляция жилища. М.: Стройиздат. 1979. 104 с.
7. Бахарев Д.В. Использование ЭВМ при разработке энергетических методов расчета инсоляции в градостроительстве. В помощь проектировщику-градостроителю. Киев: Будивельник. 1969. Вып.2. С. 49 - 54.
8. Гордеева Н.И. Соблюдать нормы инсоляции! Открытое письмо Главгоссанврачу РФ г-ну Онищенко председателя ЖСК-1 Нижнего Новгорода. Строительная газета, 2002, №22. С.1, 4.
9. Минздрав РФ об инсоляции. Строительная газета. 2002. №49. С.11.
10. Бахарев Д.В. Сражение за место под Солнцем. Строительная газета. 2003. №2. С.7 (заглавие и два первых абзаца рукописи изменены редакцией газеты без уведомления и согласия автора).
11. Бахарев Д.В. О некоторых недостатках СН 427-63 и современных требованиях к гигиеническому нормированию естественного облучения. Светотехника. 1974. № 7. С. 17 - 19.
12. Короев Ю.И. Начертательная геометрия. М.: Ладья. 2002. 422 с.

Специалист по генплану обычно не рассчитывает продолжительность инсоляции, но в случае работы над проектом реконструкции проблема инсоляции проявляется в плотной многоэтажной застройке. В этом случае не достаточно просто правильно расположить здания и сооружения с учетом всех нормативных расстояний. Необходимо выполнить планировку помещений жилых и общественных зданий и прилегающих территорий таким образом, чтобы она соответствовала санитарным правилам и нормам(С 15 августа 2010 года вступил в силу новый СанПиН 2.1.2.2645-10 «Санитарно-эпидемиологические требования к условиям проживания в жилых зданиях и помещениях»).

При расчете продолжительности инсоляции ручным методом используют инсоляционный график. Для каждой широты применяются свои графики. Инсоляционный график, разработанный для определенной географической широты, может применяться для расчета продолжительности инсоляции в пределах ± 2,5°.

Расчет продолжительности инсоляции помещений на весь период, установленный в п. 3.1, проводится на день начала периода (или день его окончания) для:
- северной зоны (севернее 58° с. ш.) – 22 апреля или 22 августа;
- центральной зоны (58° с. ш. – 48° с. ш.) – 22 марта или 22 сентября;
- южной зоны (южнее 48° с. ш.) – 22 февраля или 22 октября.

Расчет продолжительности инсоляции помещений выполняется в расчетной точке, которая определяется с учетом расположения и размеров затеняющих элементов здания.

При расчете продолжительности инсоляции участка территории принимается расчетная точка, которая расположена в центре инсолируемой половины участков территории.

В расчетах продолжительности инсоляции не учитывается первый час после восхода и последний час перед заходом солнца для районов южнее 58° с. ш. и 1,5 ч для районов севернее 58° с. ш.

Допускаемая погрешность метода определения продолжительности инсоляции по инсоляционным графикам может составлять не более ± 10 мин.

Существуют спецпрограммы для расчета инсоляции. Наиболее известная – это СИТИС: Солярис. Но многие проектировщики пользуются ручным методом расчета.
Инсоляция является важным фактором, оказывающим оздоравливающее влияние на среду обитания человека.

В странах, с климатом похожим на наш, солнечный свет более благодатный, чем тень. В холодную пору года он согревает, а летом без него не получится полноценного комфортного отдыха. Кроме того, лучи солнца являются естественным антисептиком, о них зависит здоровый микроклимат в помещениях.

Это нашло отражение в строительных нормах, где определены минимальные нормы расчета инсоляции (или величины попадания лучей прямого солнечного света) жилых и нежилых помещений.

Для соблюдения инсоляции жилых помещений или светового климата помещения, где проживают или находятся люди, учитывается, как долго, за определенное время, помещение освещается прямыми солнечными лучами.

Согласно нормативам этот период, при непрерывном солнечном освещении, составляет 2 часа 30 минут, а при периодическом солнечном освещении- 3 часа. Например, если в доме имеется четыре жилые комнаты, то солнечным светом должны освещаться хотя бы две комнаты.

Следовательно, чтобы правильно рассчитать инсоляцию нужно учесть как, относительно сторон света, будут располагаться окна. Для жилых помещений не рекомендуется выбирать северную сторону дома, так как солнце там не бывает. А вот в окна комнат на южной стороне дома солнце, в ясную погоду, светит практически целый день.

Для того, что бы добиться нормальной освещенности дома, нужно его располагать на участке так, чтоб расстояние до соседнего здания было больше, чем высота затеняющего здания.

Наиболее оптимальным взаимным расположением зданий считается, когда высокие строения не закрывают окна дома в радиусе 6-8 метров от окна в зоне с углом 60 градусов (что соответствую сектору круга с шириной 7,5-9,5 метров). Это является обычным расстоянием между зданиями. В этой зоне не должно находиться каких-либо объектов, которые отбрасывают тень на дом.

Для выполнения этих условий необходимо заранее, еще на этапе проектирования, учесть расположение дома на участке относительно соседних строений. Возможно, придется изменить линию застройки своего участка. Например, для неширокого участка будет разумным разместить дом в его глубине.

А чтобы обеспечить зону окна с угол 60 градусов в уже построенном доме, вполне возможно переместить это окно на другое место фасада, или же сделать его больше.

Для зданий 1-й и 2-й степени огнестойкости, расстояние от одного строения до другого должно быть более 6,0 м, а для зданий 3-й степени огнестойкости- более 8,0 м. Обычная высота одноэтажного дома от уровня земли до обреза крыши или до карниза составляет примерно 4,0 м. Следовательно, с точки зрения попадания прямого солнечного света, этого вполне достаточно, чтобы соседние дома не затенялись.

Средняя же высота двухэтажного дома составляет порядка 7,0-8,0 м. Такое здание уже может стать причиной затенения комнат на первом этаже соседнего дома.

Этот фактор обязательно нужно учесть еще на стадии проектировки дома (при расчете инсоляции жилых помещений) и его расположения на участке.

У здания высотой 8,0 м карнизный свес будет находиться на высоте около 7,0 м от нижнего края окна на первом этаже соседнего дома. Если расстояние между домами 8,0 м, а ширина карнизного свеса заслоняющего здания равна 1,0 м, то расстояние от карниза до соседнего здания составляет 7,0м. Следовательно, расстояние между зданиями и высота затенения будут одинаковы.

Однако, если расстояние между этими домами будет хоть немного меньше, или же высота затеняющего дома больше, то вполне возможна недостаточная освещенность солнечным светом комнат затененного дома.

Для обеспечения комфорта в жилых помещений необходимо сделать расчет инсоляции.

Вступление

Об авторах

Нормирование и расчет инсоляции

Теоретические основы построения графика инсоляции

Программная реализация расчета инсоляции в Dynamo

Результат и опыт применения

Оконный проем

Формообразующие.

График

Главная » Проектирование » Руководство по расчету инсоляции земельных участков. Расчет инсоляции жилых помещений.