Захист будинків від сонячного перегріву

Відповідно до “Санітарних норм і правил забезпечення інсоляцією…” [67] вимоги стосовно обмеження надлишкової теплової дії інсоляції на людину й оточуюче середовище розповсюджуються на житлові кімнати та кухні квартир, спальні кімнати гуртожитків, приміщення громадських будинків, дитячих дошкільних закладів, навчальні приміщення шкіл і шкіл-інтернатів, ПТУ, інших середніх спеціальних навчальних закладів, лікувально-профілактичних та оздоровчих закладів й інших подібних установ, для котрих, як уже згадувалось, з одного боку, необхідно забезпечувати нормовану інсоляцію, а з другого – обмежувати її надмірну дію. Поряд із цим дію інсоляції в літній період необхідно також обмежувати на території забудови, яка розміщена у III і IV кліматичних зонах.

Разом із цим у нормах [67] указано, що в деяких приміщеннях громадських будинків інсоляція недопустима з міркувань функціональної шкідливості. Це приміщення операційних лікарень і клінік, реанімаційних залів лікарень, виставкових залів, музеїв, хімічні лабораторії НДІ і ВНЗ, книгосховища, архівні та інші подібні приміщення, де інсоляція може зашкодити виконанню функціонального процесу. Наприклад, у приміщенні підприємства, де виконується високоточна робота, пряме сонячне випромінювання може породжувати відблиски й ускладнювати виконання виробничого процесу. А тому в такому приміщенні інсоляція не допускається.

В інших випадках із високою інтенсивністю потоку необхідно передбачати чи розробляти заходи проти сонячного перегріву або забезпечувати орієнтацію вікон приміщень на несонячні сектори горизонту. Водночас найкраща орієнтація світлоотворів не завжди збігається з можливою постановкою будинків на виділеній ділянці території. Але все ж, перш ніж передбачати сонцезахисні пристрої, необхідно спробувати знайти оптимальне орієнтування вікон будинків на ті сектори горизонту, які дозволяють запобігти ускладненням у питанні сонячного перегріву. Далі необхідно перевіряти доцільність виконання даного заходу для сонцезахисту з усіх можливих варіантів.

Найпростішим заходом сонцезахисту є затінення будинку деревами. Вони створюють затінення влітку і не заважають опроміненню фасадів узимку. Але затінення деревами можемо досягти лише у малоповерховій забудові (одно- двоповерхових будинків). Для багатоповерхових (до 4-5 поверхів) ефективною може бути зелень, яка в’ється. У південних районах із надмірною інтенсивністю сонячного випромінювання влітку сонцезахисну роль виконують також зовнішні стіни і покриття будинків, котрі необхідно розраховувати як огороджувальні конструкції на теплостійкість.

Сонцезахисні пристрої передбачають у тих випадках, коли неможливо запобігти сонячному перегріву без спеціальних конструктивних заходів або такий захист приміщень необхідний і з інших причин, а сонцезахист являє лише зручне виправдання таких заходів. На даний час застосовують різні сонцезахисні конструкції і засоби, які здатні певною мірою створити нормальні мікрокліматичні умови в приміщеннях, забезпечити зниження надмірної освітленості, убезпечити від блисткості та сліпимості, створити умови для більш рівномірного розподілення світла у приміщенні і зменшити теплове перевантаження на систему кондиціювання повітря.

Сонцезахисні пристрої (СЗП) мають функціональні, конструктивні й естетичні особливості. На жаль, не завжди вибираються вдалі СЗП. Їх обґрунтування повинно займати важливе місце у проектуванні будинків, особливо якщо місцем будівництва цих об’єктів є райони 4-го чи навіть 3-го кліматичного поясу. Допускаються помилки в розрахунках геометричних параметрів СЗП, недостатньо точно відображаються в конструкції умови експлуатації об’єкта і функціональні якості, а нерідко їм надається невиправдана декоративність. Ці та інші недоліки проектування СЗП висвітлюються в різних наукових джерелах [36, 91, 95].

При проектуванні СЗП у першу чергу необхідно забезпечити мікроклімат приміщень з урахуванням конкретних умов клімату району будівництва. Для цього потрібно визначити тривалість і часовий період використання СЗП. За даними А.В. Єршова [36], у ряді зарубіжних країн критерій доцільності застосування СЗП – це температура зовнішнього повітря 21,1⁰С. У Франції таким критерієм є температура внутрішнього повітря приміщення, яка не повинна перевищувати 27-28⁰С. За даними радянської кліматологічної науки, для житлових будинків межовим допустимим температурним критерієм є перехід зовнішньої максимальної температури через 29-30⁰С, коли з метою підвищення внутрішньої допустимої температури необхідне активне використання всіх природних засобів регулювання мікроклімату.

Урахування функціональних особливостей будинків при проектуванні СЗП забезпечує їх відповідність умовам експлуатації. Наприклад, діє вимога про забезпечення високої освітленості у школах, конструкторських бюро чи проектних інститутах і менш високої у житлових будинках, палатах лікарень чи залах засідань. Сонцезахисні пристрої, як елементи огороджувальної конструкції будинку, можуть підвищувати рівень освітленості приміщення при пластинах із дюралюмінію і знижувати при використанні різних інших матеріалів. Як елемент будинку вони можуть підвищувати рівень побутового комфорту або, навпаки, знижувати. Так, у житлових приміщеннях СЗП використовуються інколи як засіб ізоляції від зовнішнього середовища. У санаторіях і курортних закладах вони, навпаки, можуть заважати обзору довкілля і небажані на вікнах в умовах відсутності інсоляції, у таких випадках транспарантність СЗП має важливе експлуатаційне побутове значення.

Для сонцезахисту, крім озеленення, можуть застосовуватись спеціальні теплопоглинаючі або теплозахисні стекла замість сонцезахисних пристроїв. Застосування того чи іншого виду спеціальних стекол залежить від призначення приміщення і його мікрокліматичного режиму. Для більшості приміщень необхідно забезпечити надходження ультрафіолетових та світлових променів і убезпечення від інфрачервоних. У цьому випадку відповідним буде теплопоглинаюче скло, яке має пофарбування в масі. В тих випадках, коли приміщення треба захистити від ультрафіолетової радіації та деяких світлових променів, для вікон передбачають теплозахисні стекла з плівками на поверхні, наприклад, окису різних металів.

Сонцезахисні пристрої не змінюють спектр світлопотоку, але знижують рівень освітленості приміщення з причин транспарантності СЗП і зниження рівня світловідбиття від поверхонь. З урахуванням світлокліматичних особливостей району будівництва необхідно врегульовувати головні санітарно-гігієнічні та експлуатаційно-побутові вимоги до сонцезахисту.

Існуючі СЗП конструктивно (рис.4.1.) розділяють на горизонтальні і вертикальні. До горизонтальних належать козирки, балкони, лоджії, маркізи, жалюзі, штори й екрани. До вертикальних СЗП відносять вертикальні екрани, пілони, колони, напівколони, ставні. Вони бувають стаціонарні та зйомні, з регулюванням і без регулювання. Бувають суцільні й гратчасті.

За матеріалом виконання вони можуть бути металеві (алюміній, дюралюміній), дерев’яні, залізобетонні, пластмасові, тканинні, за місцем розміщення по відношенню до світлоотвору вікна – зовнішні, внутрішні, міжстекляні.

Конструкції сонцезахисних пристроїв розглянуті у багатьох літературних джерелах [29, 36, 37, 91, 96]. Методика їх проектування і розрахунків як аналітичним [36], так і графічним [91] способом розглянута доволі детально. Тому в посібнику немає необхідності детально висвітлювати всі існуючі конструкції і їх проектування. Що стосується методики розрахунку СЗП, то для умов України, очевидно, слід відштовхуватись від норм забезпечення тривалості інсоляції й дотримуватись рекомендацій НДІБФ Держбуду СРСР про проектування цих пристроїв [52, 91]. Згідно з цією системою нормування в ІІ – V світлокліматичних зонах необхідно забезпечувати вимоги про захист людей від засліплюючої дії сонячних променів. Застосування сонцезахисних пристроїв за цією системою нормування є обов’язковим при тривалості періоду з середньодобовою температурою зовнішнього повітря 20^оС протягом 20 днів і більше, а захист від світлового дискомфорту є обов’язковим для всіх кліматичних зон у приміщеннях громадських та промислових будинків з I – IV розрядом зорової роботи, якщо вікна орієнтовані на сонячний сектор горизонту від 45 до 315^о. Рекомендації про застосування різних видів СЗП за цією системою нормування представлено у табличній формі (табл. 4.1.). Доречно також указати на рекомендації “ЦНИИП жилища” про проектування СЗП у житлових будинках, які розміщуються в районах із жарким, сухим кліматом, згідно з котрими всі південні райони країн СНД поділяють на три групи. До першої відносять райони із середньою температурою найбільш жаркого місяця t_с..ж..м. > 28ºС, до другої – t_с..ж..м. > 26ºС, до третьої – t_с..ж..м. < 26ºС.

Рис.4.1. Сонцезахисні пристрої:

а – козирок залізобетонний;

б – козирок металевий;

в – горизонтальні нерегульовані жалюзі;

д – вертикальні стаціонарні жалюзі (пілони);

е – маркізи

Таблиця 4.1

Рекомендації до застосування сонцезахисних пристроїв

Сонцезахист у першій групі передбачається при будь-якій орієнтації вікон, у другій – для вікон, які орієнтовані на сектор від 45 до 315º, а в третій – від 70 до 290º.

Вихідними даними для визначення геометричних розмірів СЗП є план і розріз приміщення з розмірами світлоотвору й ескізом варіанта пристрою, орієнтація вікна, географічна широта району будівництва та схема розміщення даного будинку на генплані. Важливо також знати режим роботи в даному приміщенні і розміщення у ньому обладнання.

Залежно від орієнтації вікна приміщення для заданого кліматичного району за допомогою існуючих даних або з використанням даних “СНиП 2.01.01.82 Строительная климатология и геофизика” визначаємо період у годинах із надмірним сонячним випромінюванням і відповідно встановлюємо, з якого і до якого часу необхідно захищати приміщення від сонячного перегріву й з якого до якого часу потрібно захищати від світлового дискомфорту. Слід зазначити, що ці визначення початку і кінця сонцезахисту приміщення необхідно використовувати за місцевим або, інакше, астрономічним часом, оскільки за ним обчислюються координати Сонця й залежно від їх значення встановлюються розміри елементів пристрою. Наприклад, необхідно розрахувати розміри дерев’яних чи металевих пластин, горизонтальних жалюзі при заданому часі початку і кінця перегрівного періоду, схема яких наведена на рисунку 4.2.

Рис. 4.2. Розрахункова схема горизонтальних жалюзі:

а) схема плану, б) схема розрізу:

1– рама пристрою;

2 – горизонтальні затінюючі пластини

Розглядаючи розрахункову схему, представлену на рисунку 4.2, можна записати такі співвідношення:

sin ν = l_ж/ТС , ТС = l_ж/sin ν, а)

tg h = H_к/ТС , ТС = Н_к/tg h , б)

Прирівнюючи праві частини співвідношення, одержуємо формулу розрахунку розмірів елементів горизонтальних жалюзі:

l_ж/Н_к = ctg h ×sin ν = ctg β₀, (4.1)

де l_ж – ширина пластини жалюзі, м; Н_к – відстань між пластинами, м; h – висота Сонця на початку перегрівного періоду в першому випадку розрахунку, а також у кінці періоду – в другому; ν — кут направлення променя на початку або в кінці перегрівного періоду в одному і в іншому випадку розрахунку, β₀ – профільний кут жалюзі, котрі на початку і в кінці перегрівного періоду, як правило, не збігаються. Розрахунковим вважається менше із двох значень.

Розрахунок вертикальних жалюзі виконується за іншою схемою, яка представлена на рисунку 4.3.

Рис. 4.3. Розрахункова схема вертикальних жалюзі:

1 – рама; 2 – пластини жалюзі

При проектуванні вертикальних жалюзі передбачається обмеження попадання сонячних променів до певного часу дня, оминаючи, таким чином, перегрівний період. Зі схеми легко записати співвідношення, за яким можна обчислити розмір ширини затінюючої пластини або відстані між ними:

а = b_n×ctg ν; (4.2 a)

b_n = a×tg ν, (4.2 б)

де а – відстань між пластинами; b_n – ширина затінюючої вертикальної пластини; ν – кут направлення сонячного променя на час обмеження інсоляції приміщення.