Практические способы улучшения инсоляции ширококорпусных зданий, подземных объектов...
Массовое появление в современном градостроительстве широкоформатных и подземных объектов обусловлено многими факторами, в том числе более рациональным использованием земельных участков. Серьезной проблемой при этом является повышение энергоэффективности подобных сооружений, особенно введенных в эксплуатацию ранее. Кроме того, во многих городах существует историческая застройка, подлежащая реконструкции с сохранением фасадов. Эти, казалось бы, совершенно различные по своему назначению и архитектурному облику объекты тем не менее имеют одну общую и существенную проблему — обеспечения нормативной инсоляции. Общепринятый подход для ее решения один: так называемый верхний свет, т.е частично светопрозрачная кровля. Для широкоформатного и подземного строительства в 
основном используются зенитные фонари. Необходимость привлечения инвесторов для реконструкции исторической застройки диктует создание неких крупных торговых и офисных объектов путем объединения ряда зданий (квартала) с сохранением архитектурного облика. Единственными решениями в этом случае являются атриум или пассаж — также строения с верхним светом. Таким образом, зенитный фонарь присутствует на всех рассматриваемых объектах, и только с его помощью обеспечивается нормативная естественная освещенность, поскольку влияние окон в широкоформатном строении незначительно, а в подземном и вовсе отсутствует.
Несмотря на многолетнюю практику применения зенитных фонарей, в них до сих пор не удавалось устранить три существенных недостатка:
– низкую эффективность захвата солнечных лучей, особенно на малых углах подъема солнца;
– высокие добавочные теплопотери: Rтр.ф. Ј 0.25м2·С°/Вт, что во много раз ниже требуемого теплового сопротивления ограждающих конструкций. Кроме того, традиционная система (рис.1) создает дополнительный отапливаемый объем в верхней части помещения и по сути является “мостиком” холода;
– сложность регулирования избыточного светового потока (и соответственно дополнительного поступления тепла) в летнее время.
Тем не менее из проекта в проект, с объекта на объект с завидным постоянством кочует данное решение. Не избежало подобной участи и строительство общественно-торгового центра на площади Независимости. Здесь также предполагаются традиционные, но неэффективные источники верхнего света.
Существенно изменить ситуацию можно с помощью авторской разработки, так называемой системы “Солнечный парус”. В ее основу положены использование в конструкции зенитного фонаря управляемого зеркала, дополнительного рассеивателя, оптимизация геометрических размеров крышного проема и наружного остекления. Действительно, простое графическое сравнение захвата солнечного потока с помощью плоского зеркала и без него (рис. 2) показывает его резкое увеличение, так как оптический КПД современных отражателей может достигать 95%. Однако такое решение не дает возможности эффективного слежения за солнцем в течение всего светового дня и при любых углах подъема. Выходом является применение криволинейных поворотных зеркал определенной формы. Основные предлагаемые решения для круглых проемов приведены на рис. 3. Сравнительные светотехнические характеристики основаны на введенном коэффициенте К, характеризующем отношение площади захвата прямых солнечных лучей Sэф к площади проема Sпр. Графически эта зависимость показана на рис. 4. Заметим, что для приведенной расчетной эффективности традиционного зенитного фонаря принято во внимание, что до угла a min (рис. 1) прямые солнечные лучи в проем не попадают. Угол a max характеризует высоту cолнца в полдень 21 июня и для Минска » 57°. В этих пределах Ктр плавно растет от 0 до 0,8. Следует, однако, учитывать, что основной поток солнечного света в Беларуси приходится на малые углы (до 30°), поэтому средняя эффективность традиционного решения достаточно низка. Конструкции 1, 2 (рис. 3) обеспечивают не только изменение направления солнечного потока, но и увеличение его плотности. Фактически это означает, что при любом расположении солнца происходит эффективный захват прямых лучей и их передача в глубь строения с площади, превышающей площадь крышного проема. Такие устройства относят к солнечным концентраторам. Конструкции 3ё5 имеют меньшую эффективность, но предоставляют возможности более выигрышных архитектурных решений и могут применяться при реконструкции существующих зенитных фонарей.
Рис. 3. Некоторые виды поворотных зеркал в круглом проеме зенитного фонаря: а) вид сбоку,
б) вид сверху, в) площадь захвата солнечных лучей Sэф относительно площади проема.
1— параболацилиндрическое, тип 1; 2 — параболацилиндрическое, тип 2;
3 — параболаторроидальное; 4 — пирамидальное (коническое); 5 — сферическое;
6 — традиционное исполнение
Сравнительный анализ показывает, что предложенные устройства на прямых солнечных лучах обеспечивают многократный выигрыш в инсоляции на ряде объектов. Принимая это во внимание, можно значительно сократить площадь световых проемов (до 5ё8% площади крыши) и при сохранении нормативной естественной освещенности значительно уменьшить теплопотери. Существенно и то, что 
примененный рассеиватель не создает дополнительного объема отапливаемого помещения и увеличивает общее термическое сопротивление зенитного фонаря. Кроме того, источник верхнего света становится регулируемым, что дает возможность исключить избыточное поступление света и тепла в летнее время. Дополнительным важным преимуществом авторского решения является его автоматизация, благодаря чему оно может быть базовым для создания системы поддержания постоянной освещенности (ППО), когда включение источников искусственного света происходит только при недостатке естественного в программируемом режиме. Это дает серьезный выигрыш в экономии затрат на электроосвещение (до 40ё50% на ряде объектов).
Таким образом, разработка “Солнечный парус” может служить основой для проектирования и строительства энергоэффективных объектов, а также использоваться в условиях реконструкции существующих строений различного назначения. Практическое применение подобных устройств для широкоформатного строительства можно проследить по схеме на рис. 5. Нужно учитывать, что реальная эффективность их работы непосредственно зависит от наличия прямых солнечных лучей, поэтому необходимо проектировать некоторый запас по площади проемов с расчетом на пасмурные дни и рассеянное освещение.
Основные потребители таких систем – гипермаркеты, крупные торговые комплексы, производственные и складские здания, спортивные и культурно-досуговые сооружения, подземные объекты, переходы и т.д. С их практическим внедрением становится также возможным строительство ширококорпусного жилья с использованием световых колодцев на глубину до 5 этажей. Однако следует практиковать индивидуальный подход к каждому объекту: очень многое зависит от его расположения, окружающей застройки, ориентации относительно полуденной линии и т.д. Оптимальным представляется наличие плоской незатеняемой крыши и монообъемность освещаемых помещений.
Детальные рекомендации по применению системы “Солнечный парус”, которая, кстати, признана лауреатом конкурса за достижения в строительной отрасли по итогам 2004 года в номинации “Научно-техническая разработка”, можно получить у автора (е-mail: Этот адрес e-mail защищен от спам-ботов. Чтобы увидеть его, у Вас должен быть включен Java-Script ).
Похожие статьи и публикации:
Обеспечение пожарной безопасности зданий театров
Исторические факты неумолимо свидетельствуют, что пожары во все времена являлись злом для театральной сцены. Этой горькой участи удалось избежать, пожалуй, только античному театру с его открытым амфитеатром и просторной сценой без кулис и занавеса....
Конструктивные решения высотных зданий
Высотные здания во всем мире относят к объектам самого высокого уровня ответственности и класса надежности. Удельная стоимость их строительства значительно выше обычных зданий. Это обусловлено не только технологическими, конструктивными и другими...
Небоскребы и люди Социальноэкономические предпосылки архитектурной организации высотных жилых зданий
Итоги века Как сто лет назад, на заре высотного строительства, так и сегодня большинство высотных зданий составляют офисные небоскребы. Доля жилых зданий невелика – около 20 %, причем их высота, как правило, намного меньше среднего небоскреба и не...
Обеспечение пожарной безопасности высотных зданий
Высотные здания (более 75 м) становятся особенностью современного силуэта крупных городов, придавая масштабность и привлекательность архитектурному облику. В немалой степени их появление обусловлено причинами экономического характера, такими, как...
Особенности устройства систем отопления и вентиляции высотных зданий
Основным отличием зданий повышенной этажности от многоэтажных является их значительная высота, диктующая особые требования к инженерному оборудованию и, в частности, к той его части, которая предназначена для обеспечения необходимого микроклимата в...