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.

Правительство Москвы

СИСТЕМА НОРМАТИВНЫХ ДОКУМЕНТОВ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

МОСКОВСКИЕ ГОРОДСКИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ

ИНСОЛЯЦИЯ И СОЛНЦЕЗАЩИТА

МГСН 2.05-99

Москва 1999

ПРАВИТЕЛЬСТВО МОСКВЫ

МОСКОВСКИЕ ГОРОДСКИЕ

МГСН 2.05-99

СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ

ВЗАМЕН МГСН 2.05-97

ИНСОЛЯЦИЯ И СОЛНЦЕЗАЩИТА

1. Разработаны: Научно-исследовательским институтом строительной физики (НИИСФ) Российской академии архитектуры и строительных наук (РААСН) (д. т. н., проф. Оболенский Н. В., к. т. н. Земцов В. А., к. т. н. Шмаров И. А.); Центром государственного санитарно-эпидемиологического надзора в г. Москве (ЦГСЭН в г. Москве) (сан. врач Фокин С. Г., сан. врач к. м. н. Бобкова Т. Е. сан. врач Черный В. С.); Российской медицинской академией последипломного образования (РМАПО) (к. м. н. Беспалько Л. Е.); Федеральным научно-исследовательским институтом медицинских проблем формирования здоровья (к. биол. н. Текшева Л. М.); Московским архитектурным институтом (МАРХИ) (к. арх., проф. Щепетков Н. И., к. арх., Воронов В. В., к. э. н., проф. Варежкин В. А.); Нижегородской архитектурно-строительной академией (НАСА) (к. т. н. Бахарев Д. В.); Научно-исследовательским и проектным институтом генплана г. Москвы (НИПИ генплана г. Москвы) (к. арх. Лифановская М. Г.).2. Внесены: Мосгосэкспертизой и Москомархитектурой.3. Подготовлены к утверждению и изданию Мосгосэкспертизой (д. т. н., проф. Оболенский Н. В.) и Управлением перспективного проектирования и нормативов Москомархитектуры (арх. Зобнин А. П., арх. Ревкевич Л. П.).4. Согласованы ЦГСЭН в г. Москве.5. Приняты и введены в действие постановлением Правительства г. Москвы от 23 марта 1999 г. № 217 С выходом настоящих норм отменяются:- пункт 4 раздела 6 «Норм и правил планировки и застройки центральной части и исторических зон г. Москвы»;- пункты 3.3.11 и 3.3.12 МГСН 1.01-98 «Временные нормы и правила проектирования планировки и застройки г. Москвы», Сводная редакция.- пункт 3.3 МГСН 3.01-96 «Жилые здания»;

ВВЕДЕНИЕ.

Настоящий нормативный документ определяет требования к инсоляционному режиму и солнцезащите помещений и территорий в г. Москве.

1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ.

Настоящие нормы разработаны в соответствии с требованиями СНиП 10-01-94 «Система нормативных документов в строительстве. Основные положения».Настоящие нормы распространяются на проектирование застройки по условиям инсоляции и солнцезащиты вновь строящихся и реконструируемых жилых, общественных и промышленных зданий, а также для оценки инсоляционного режима в помещениях существующих зданий и территорий.

2. НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ.

В настоящих нормах использованы ссылки на следующие документы:СНиП 10-01-94 «Система нормативных документов в строительстве. Основные положения».СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение».СНиП 2.07.01-89* «Градостроительство, планировка и застройка городских и сельских поселений».СНиП 2.08.02-89* «Общественные здания и сооружения».СНиП 2.08.01-89* «Жилые здания».МГСН 3.01-96 «Жилые здания».МГСН 1.01-98. «Временные нормы и правила проектирования планировки и застройки г. Москвы».«Нормы и правила планировки и застройки центральной части и исторических зон г. Москвы». Приложение к Постановлению Правительства г. Москвы от 24.03.93 года № 258.

3. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ТЕРМИНЫ.

В настоящих нормах применены понятия и термины в соответствии с приложением А.

4. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

4.1. Необходимое психологическое и оздоравливающее действие инсоляции должно быть обеспечено в жилых и общественных зданиях и на территориях жилой застройки. Исключения составляют помещения, где по условиям технологии инсоляция не допускается. К таким относятся: операционные, реанимационные залы больниц, выставочные залы музеев, химические лаборатории, книгохранилища, архивы и т. п.4.2. Нормируемая продолжительность инсоляции устанавливается для помещений жилых и общественных зданий и территорий жилой застройки.4.3. Нормируемая продолжительность инсоляции для помещений жилых зданий устанавливается дифференцированно для центральной части и исторических зон и остальной территории города.4.4. Требования настоящих норм относятся к проектированию и размещению новых, реконструкции существующих зданий и сооружений и их комплексов, а также оценки существующих зданий.4.5. Государственный контроль за соблюдением гигиенических норм инсоляции осуществляется только органами государственной санитарно-эпидемиологической службы г. Москвы.4.6. Требования норм инсоляции достигаются соответствующим размещением и ориентацией зданий по сторонам горизонта, а также их объемно-планировочными решениями.4.7. Требования к ограничению слепящего действия инсоляции на человека и перегрева помещений распространяются на жилые комнаты квартир, спальные комнаты санаториев, игровые, групповые и спальные помещения детских образовательных учреждений, классные комнаты, учебные кабинеты школ, палаты лечебных учреждений, а также территории жилой застройки, где защита от перегрева должна быть предусмотрена не менее, чем для половины игровых площадок, площадок для отдыха, мест размещения игровых устройств и спортивных снарядов.4.8. Требование к инсоляции помещений жилых домов, включая комнаты коммунальных квартир, следует принимать по табл. 1 для центральной части и исторических зон города на 22 апреля (22 августа), а для остальной части города на 22 марта (22 сентября).4.9. Требования к инсоляции помещений общественных зданий и территорий жилой застройки следует принимать по табл. 2 на 22 марта (22 сентября).

Таблица 1.

Жилые дома.

Типы квартир

Минимальное количество

Нормируемая продолжительность суммарной инсоляции, час-мин, в расчетных комнатах

расчетных комнат

45 - 75; 285 - 315

Для центральной части и исторических зон города

Все типы квартир

Для остальной территории города

Однокомнатные

ориентация не допускается

Двухкомнатные

Трехкомнатные

Многокомнатные квартиры (4-х и более)

Таблица 2.

Общественные здания и участки территорий.

Помещения

Нормируемая продолжительность суммарной инсоляции, час-мин.

При ориентации световых проемов в секторах с азимутом, градусы

45 - 75; 285 - 315

Общеобразовательные школы и школы-интернаты, профессионально-технические, средние и высшие учебные заведения

Классные комнаты

(секторы преимуще­ственной ориентации)

Остальные помещения

Детские дошкольные учреждения

Групповые

Игральные

Изоляторы, комнаты для заболевших детей

Остальные помещения

Санатории, дома отдыха, общежития

Палаты и спальные комнаты (не менее, чем 60 % помеще­ний)

Остальные помещения

Больницы, родильные дома

Палаты (не менее, чем 60 % палат)

Остальные помещения

Участки территорий

Площадки отдыха, спортивные и детские игровые площадки (50 % территорий)

Примечание. Прочерки в табл. 2 означают отсутствие предъявляемых требований.

5. РАСЧЕТ ИНСОЛЯЦИИ.

5.1. Расчет продолжительности инсоляции помещений и территорий выполняется по графикам (приложение Б), согласованным с ЦГСЭН в г. Москве и НИИСФ. Графики не могут быть размножены без согласования с НИИСФ.5.2. Расчет продолжительности инсоляции помещений выполняется в расчетной точке с учетом расположения и размеров затеняющих элементов здания.5.3. При расчете продолжительности инсоляции участка территории расчетная точка располагается в центре инсолируемой половины участков территорий, указанных в табл. 2.5.4. В расчетах продолжительности инсоляции не учитывается первый час после восхода и последний час перед заходом солнца.5.5. Расчет продолжительности инсоляции выполняется:на 22 апреля (22 августа) для жилых зданий центральной части и исторических зон города;на 22 марта (22 сентября) для жилых зданий - на остальной территории города и для общественных зданий - на всей территории города.5.6. Допускается снижение расчетной продолжительности инсоляции от нормируемой на 10 минут.5.7. Определение продолжительности инсоляции проводится в следующей последовательности:- на плане помещения определяют горизонтальный инсоляционный угол АВС светопроема и расчетную точку В помещения в плане (рис. 1);- на генплане участка застройки определяют положение расчетной точки помещения (рис. 2);- центральную точку инсоляционного графика совмещают с расчетной точкой «В» помещения;- инсоляционный график ориентируют по сторонам горизонта;- отмечают расчетную высоту противолежащего здания по условному масштабу высот зданий на инсоляционном графике;- по инсоляционному графику определяют продолжительность инсоляции помещения в пределах инсоляционного угла светового проема При этом продолжительность инсоляции равна сумме часов по графику в пределах углов АВ F и ЕВD (рис. 2).5.8. Допускается выполнять расчеты продолжительности инсоляции по программам, согласованным с ЦГСЭН в г. Москве и отвечающим следующему требованию:- результаты расчета по программе должны совпадать с результатами ручного счета в пределах его погрешности при прочих равных условиях.

Продолжительность суммарной инсоляции помещения (точка В) равна 5 часам 15 минутам

6. СОЛНЦЕЗАЩИТА.

6.1. Требование к солнцезащите помещений и участков территорий, а также рекомендации по видам солнцезащиты и ориентации помещений следует определять по табл. 3.6.2. При невозможности обеспечения солнцезащиты помещений ориентацией, необходимо предусматривать конструктивные и технические средства солнцезащиты.

7. ПЛОТНОСТЬ ЗАСТРОЙКИ.

Рекомендуемые значения плотности застройки принимаются по табл. 4 в зависимости от нормируемой продолжительности инсоляции.

Таблица 3.

Требования к солнцезащите.

Группа помещений и участки	Требования к			территорий	солнцезащите	Вид солнцезащиты	Ориентация помещений, градусы
1. .Учебные помещения обще­образовательных школ, про­фессионально-технические, средние и высшие учебные за­ведения, детские дошкольные учреждения	Обязательна на учеб­ный период года	Регулируемые межсте­кольные солнцезащит­ные устройства(СЗУ), архитектурно-плани­ровочные решения
2. Палаты больниц и родиль­ных домов	Обязательна только в жаркий период года
3. Лаборатории, чертежные залы	Обязательна в жаркий период года и в рабо­чее время	Регулируемые межсте­кольные СЗУ, архитек­турно-планировочные решения
4. Демонстрационные выста­вочные залы	Обязательна при ори­ентации на солнечные румбы	Архитектурно-плани­ровочные решения, ре­гулируемые СЗУ
5. Производственные помеще­ния со зрительной работой выше III разряда по СНиП 23-05-95	Обязательна в течение рабочего дня	Архитектурно-плани­ровочные решения и регулируемые СЗУ	Кроме северной четверти горизонта
6. Площадки отдыха, спортив­ные и детские игровые пло­щадки	Обязательна в жаркий период года	Архитектурно-плани­ровочные решения, се­зонные тент-жалюзи

Приложение А

(обязательное)

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ТЕРМИНЫ.

Азимутальная геодезическая шкала круга горизонта, имеющая 360 градусов с отсчетом от точки севера по направлению часовой стрелки.Азимут окна - направление горизонтальной оси окна на точку горизонта.Гелиотермическая ось, градусы - азимут солнца в момент максимальной температуры наружного воздуха.Инсоляция - облучение поверхностей и пространств прямыми солнечными лучами.Ось окна - прямая, проходящая через центр окна перпендикулярно фасаду здания. Служит для определения ориентации окна по азимутальной шкале круга горизонта.Расчетная высота противостоящего здания (Н, м) - отсчитывается от расчетной точки исследуемого помещения до карниза (парапета) или конька кровли противостоящего здания. При расчетах инсоляции и затенения территории, Н отсчитывается от уровня земли до карниза затеняющего здания.Расчетные комнаты квартир - комнаты или остекленные лоджии комнат, которые должны обеспечиваться нормируемой инсоляцией.Инсоляционные углы светопроема - горизонтальные и вертикальные углы, в пределах которых на плоскости светопроема возможно поступление прямых солнечных лучей. При расчете инсоляционных углов глубина световых проемов принимается равной расстоянию от наружной плоскости стены до внутренней плоскости переплета.

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

(обязательное)

Приложение В

(справочное)

Классификация солнцезащитных и светорегулирующих устройств и мероприятий.

Наименование солнцезащит­ного и светорегулирующего устройства, мероприятия	Обеспечиваемый эффект	Область приме­нения			Рациональные секторы ориен­тации, градусы
1. АРХИТЕКТУРНО-ПЛАНИРОВОЧНЫЕ
Ориентация и взаиморасполо­жение зданий	и рациональность выбора солнце­защитного уст­ройства	Любые здания			Продольная ось здания вдоль ге­лиотермической оси
Конфигурация здания в плане
Озеленение и обводнение территории	Улучшение мик­роклимата	Внутрикварталь­ные территории и скверы							Газоны, кустар­ники, вьющиеся деревья с густыми и широкими кро­нами
Покрытия тротуаров и пло­щадок нетеплоемкими мате­риалами									Тощий бетон, пе­сок, грунтовые по­крытия с дренажем
II. КОНСТРУКТИВНЫЕ 1. Затеняющие элементы зданий
Профиль ограждающих кон­струкций стен	Защита от свето­вого и теплового дискомфорта
Профиль покрытий (в том числе шеды)
2. Межстекольные солнцезащитные и светорегулирующие устройства
Горизонтальные жалюзи	Защита от свето­вого и теплового дискомфорта							Дерево, алюминий, пластмассы
Пространственные сетки								Металлический лист толщиной 0,1-0,5 мм
Вертикальные жалюзи								Дерево, алюминий, пластмассы
Солнцезащитный диффузор для зенитного фонаря	Световой и теп­ловой комфорт							Алюминий, пласт­массы
«Северный фонарь»*				Промышленные здания
Солнцезащитная шахта				Общественные и промышленные здания
Подвесной потолок - решетка								Алюминий, пласт­массы
Шпренгельный фонарь
Ставни-жалюзи* (сдвижные и складывающиеся)	Световой и теп­ловой комфорт							Дерево, алюминий, пластмассы
Штора (свертывающаяся, от­кидная)	Защита от свето­вого и теплового дискомфорта			Жилые здания, гостиницы				Деревянные, алю­миниевые и пласт­массовые планки (пустотелые)
Маркизы откидные				Общественные и промышленные здания со зри­тельной работой ниже III разряда по СНиП 23-05-95				Солнцезащитные ткани, дерево, алюминий, пласт­массы
Веерные жалюзи для зенит­ного фонаря *	Световой и теп­ловой комфорт			Промышленные и общественные здания				Алюминий
Штора (свертывающаяся)				Жилые здания и детские учреж­дения				Солнцезащитные ткани, планки
Штора-жалюзи	Защита от свето­вого диском­форта			Любые здания				Алюминий, пласт­массы
				То же, кроме помещений со зрительной ра­ботой выше III разряда по СНиП 23-05-95				Солнцезащитные ткани
3. Солнцезащитные изделия из стекла и пленок
Теплоотражающие стекла	Защита от тепло­вого диском­форта			Любые, кроме жилых зданий, детских, учеб­ных и лечебных учреждений				Металлизирован­ные покрытия
Светорассеивающие стекла, пластмассы и стеклопластики	Защита от свето­вого и теплового дискомфорта			Фонари и верх­ние части окон промышленных зданий
Стевит (термолюкс)				Верхние части окон промыш­ленных зданий				Прокладки из стеклотканей
Профильное стекло и блоки (стеклянные коробчатые)
4. Солнцезащитные устройства для территорий
Сезонный тент-жалюзи	Тепловой и ульт­рафиолетовый комфорт		Детские и спор­тивные пло­щадки, тротуары				Солнцезащитные ткани, алюминий
Целярий (солнцезащитный воздушный бассейн)			Санатории, ку­рорты				Алюминий, дерево
III. ТЕХНИЧЕСКИЕ
Кондиционирование воздуха.	Защита от тепло­вого дискомфор­та
а) централизованное			Промышленные и общественные здания
б) местное			Жилые и обще­ственные здания
Радиационное охлаждение
Водоразбрызгивающие ус­тановки

Примечание. Солнцезащитные устройства, отмеченные значком*, являются универсальными устройствами.

Инструкция

При переходе землепользования и строительной отрасли на рыночную основу нормы инсоляции жилья стали выступать как основной фактор, сдерживающий стремление собственников, инвесторов и арендаторов земельных участков переуплотнить городскую застройку ради наибольшей прибыли.

Инсоляция – это уровень освещенности зданий, сооружений, а также их внутренних помещений солнечными лучами, падающими под разным наклоном. Она может быть вероятной, фактической и астрономической. Фактическая инсоляция находится в прямой зависимости от направления и формы застроек, расположения расчетного помещения, окон, балконов и, в отличие от вероятной, определяется только натуральными наблюдениями.

Инсоляцию рассчитывают с помощью геометрических (пространственно-временных) и энергетических методов расчета. Первые из них дают ответы на вопросы: откуда, с какой площади сечения, куда, в какой дневной и годовой период и в течение какого времени поступают (не поступает) солнечные лучи? Энергетические методы вычисляют плотность потоков лучей солнца, облученность, которая ими создается, экспозицию в лучистых или световых, бактерицидных и других единицах измерения.

Для того чтобы сделать расчеты, определите геометрические характеристики здания, помещения, участка и т.д., а также затеняющие их объекты. При этом необходимо учесть широту местности и направление сторон. В результате получаются величины, характеризующие инсоляцию (количество ее интервалов, время в минутах и часах, процент территории, подпадающей под действие солнечных лучей).

В практической деятельности применяют два способа расчета инсоляции: ручной (с помощью инсоляционного графика) и автоматизированный (с помощью специальных программ). Автоматизированным способом подсчет ведется более точно и гораздо быстрее, с учетом различных нюансов застройки. Ручной способ используют в тех случаях, когда выполняемые расчеты не претендуют на высокую точность.

Оценка инсоляции осуществляется по нескольким показателям, среди которых ее продолжительность в годовом и суточном циклах, количество поступающих на объект энергии лучей и ультрафиолетового излучения и другие.

Разработка любого проекта связана с предварительным планированием и оптимизацией работы. Это удобный графический инструмент, использование которого позволяет наглядно изобразить технологическую последовательность и взаимосвязь событий, совокупность которых составляет реализация всего проекта.

Инструкция

Любой новый проект требует тщательного планирования. Вся работа делится на временные промежутки, которые могут быть разной длины, но все они заканчиваются наступлением того или иного события. Событие – это один из терминов сетевого планирования, который означает завершение какой-либо работы.

Работа – это процесс во времени, который подразумевает затрату ресурсов, логический результат и ответственного исполнителя или группу исполнителей. Весь проект, таким образом, можно охарактеризовать как комплекс работ. А событие в данном случае означает, что работа завершена. Поэтому на графике работа изображается в виде стрелки или направленной дуги, а события – в виде кружков, вершин. Совокупность всех работ – путь.

Сетевой график – это графическое изображение комплекса работ в виде событий, связанных между собой наподобие сети. Итак, события – это основные элементы сетевого графика , а его параметры связаны со временем выполнения работ (наступления событий) и называются временными.

Прежде чем строить график, необходимо рассчитать временные параметры . Их можно разделить на три основные группы по типу элементов сети: параметры событий, работ и пути. Временные параметры событий: ранний срок свершения, поздний срок свершения и резерв времени.

Ранний срок свершения события – это ожидаемый момент его наступления. Этот параметр равен продолжительности максимального пути, который будет уже пройден до этого:t_рс(i) = max t(L_i).

Событие может иметь несколько предшествующих путей i и j, в этом случае этот параметр равен:t_рс(j) = max (t_рс(i) + t(i, j)), где t(i, j) – протяженность работы от события i к событию j.

Поздний срок свершения события – это предельный момент времени, к которому событие должно наступить. Этот параметр тесно связан с понятием критичности пути. Критическим называется самый протяженный путь на графике. t_пс(i) = t_кр – max t(L_ic), где L_ic – оставшийся путь от данного события до завершающего.

Параметры работы: Продолжительность t(i, j) – количество временных единиц, отведенное на выполнение данной работы; Ранний срок начала работы совпадает с ранним сроком наступления предшествующего события:t_рнр(i, j) = t_рс(i); Ранний срок окончания равен сумме параметров раннего срока начала работы и ее продолжительности t_рор(i ,j) = t_рн(i, j) + t(i, j) = t_рс(i) + t(i, j); Поздний срок начала работы равен разности между моментом наступления последующего события и продолжительностью работы t_пнр(i, j) = t_пс(j) – t(i, j); Поздний срок окончания работы совпадает со сроком позднего срока свершения последующего события t_пор(i, j) = t_пс(j); Полный резерв времени.

Параметры пути: продолжительность и протяженность критического (максимального) пути, а также резерв времени пути. На сетевом графике присутствует несколько путей, каждый из который представляет собой сеть работ, в которой конечное событие каждой предшествующей работы совпадает с началом следующей. Самый большой путь – критический.

Выбор кондиционера осуществляется по нескольким критериям, главным из которых является мощность. Ее завышение приведет к излишнему расходованию электроэнергии, а занижение – к недостаточно эффективной работе агрегата. Поэтому перед его покупкой необходимо произвести приблизительный расчет мощности.

Расчет по формуле

Существует базовая величина, используемая для быстрого нахождения требуемой мощности кондиционера: 1 кВт на 10 кв.м помещения. То есть для обогрева или охлаждения комнаты в 25 кв.м следует купить агрегат в 2,5 кВт. Однако при этом не учитываются другие факторы, влияющие на рассчитываемую величину. И в первую очередь это высота потолков.

Более точная формула выглядит как Q = S * h * q, где S – это площадь учитываемого пространства, h – высота стен, q – применяемый коэффициент, а Q – конечный результат, исчисляемый в киловаттах. Коэффициент q зависит от освещенности помещения, а также от степени теплопотери в окружающую атмосферу, зависящей от места расположения кондиционера: в углу или центре здания. Стандартное число: 35 Вт на куб.м, при этом оно повышается на 5 Вт/куб.м для солнечных комнат и понижается на ту же цифру для затененных. Эта формула применима лишь для жилья и прочих бытовых помещений, она не используется для расчета мощности кондиционеров, устанавливаемых в киосках и других подобных объектах.

В качестве примера можно взять стандартную комнату с площадью 20 кв.м и высотой потолка 2,5 м. Q = 20 * 2,5 * 0,035 = 1,75 кВт. Такая формула удобнее первого расчета тем, что в ней учитывается высота потолка, так как она может варьироваться от 2 до 4 м, а если предстоит отапливать официальный зал, то итоговое значение будет больше.

Учет погрешностей

Чтобы получить более точный результат, в формулу следует подставить несколько других постоянных величин. Во-первых, это теплопотери проживающих в помещении людей. В обычном состоянии на одного человека требуется 0,1 кВт, занимающегося физической нагрузкой (для спортзалов) – 0,2. То есть если в комнате спят или занимаются обычной деятельностью 3 человека, то к результату добавляется 0,3 кВт.

Во-вторых, следует компенсировать тепло, выделяемое бытовой техникой: компьютером, электрической или газовой плитой, духовым шкафом, телевизором. Если есть на компьютер добавляют 0,3 кВт, плита или духовка – столько же. Для телевизора достаточно прибавить 0,2 кВт. Таким образом, при наличии первого и последнего в гостиной в формулу включают дополнительные 0,5 кВт.

Следует учесть и количество окон в заданном помещении. Если площадь остекления превышает 2 кв.м, то на каждый последующий прибавляется по 0,15 кВт. Эта цифра может быть выше или ниже в зависимости от степени освещения: зимой солнце прогревает комнату, и мощность кондиционера можно снизить, летом же инсоляция становится минусом, и параметр необходимо увеличить.

Видео по теме

Видео по теме

Вступление

Недавно мы по легкому программированию в Autodesk Revit с помощью Dynamo. Кратко — это возможность “дописать” в программе нужную функцию без необходимости разбираться в программировании. В этой статье мы поделимся опытом наших коллег из Гройсен Инновейшн Групп по использованию Dynamo для расчета инсоляции 22 марта и 22 сентября в центральной зоне РФ. Мы затронем как нормативную и “физическую” сторону вопроса, так и реализацию расчета инсоляции методами Dynamo. В конце публикации предлагается программа для Dynamo, разработанная компанией Гройсен Инновейшн Групп, позволяющая рассчитывать период инсоляции в день весеннего и осеннего равноденствия. Кроме того, возможно у читателей, которые сталкивались ранее с подобными расчетами, возникнет вопрос по учету экранирования расчетной точки лоджиями и балконами и построения экранирующего здания на дополнительной сетке солнечной карты. Этот вопрос тоже может быть освещен нами в последствии. Если данная статья получит положительную динамику интереса к теме построения графиков, авторы постараются разъяснить, как строятся такие графики на любой широте Земного шара и в любой день года.

Об авторах

Гройсен Инновейшн Групп — команда талантливых инженеров, которые объединились для разработки дополнений и улучшений, упрощающих решение инженерных задач по устоявшимся правилам и отечественным стандартам. Одно из последних дополнений — это приложение “Толщина стенки воздуховода ” для Autodesk Revit. Компания Гройсен Инновейшн Групп является малым инновационным предприятием, входит в состав индустриального инновационного кластера в области автомобилестроения и нефтехимии и имеет сертификат авторизованного разработчика Autodesk. Специалисты давно сотрудничают с командой , начиная с обучения по программе и заканчивая совместными интересными проектами, в частности и по Dynamo.

Нормирование и расчет инсоляции

Расчет инсоляции в России — весьма сложный вопрос. Очень часто под задачей подразумевается лишь набор правил для формального удовлетворения требований нормативной документации, и зачастую непонятны методы косоугольного проецирования и законов движения солнца. К сожалению, бывает, что проектировщик даже не понимает, что считает в принципе. До того, как мы начнем рассматривать программную реализацию инженерной методики, нужно остановиться на нормативных аспектах данной деятельности. Согласно действующему СП 52.13330.2011 «Естественное и искусственное освещение» раздела 4.5, требования к инсоляции и солнцезащите помещений выполняются в соответствии с СанПиН 2.2.1/2.1.1.1076. Действительно, в разделе «2. Общие требования к инсоляции» этот правовой акт обещает гражданам, проживающим, например, в центральной зоне России не менее 2 часов в день инсоляции жилища на период с 22 марта по 22 сентября, т.е. в 183 дня летней половины года. Однако в разделе «7. Расчет продолжительности инсоляции» проверку выполнения этого нормативного требования «на весь период» предписано производить «на день начала периода (или день его окончания)». Коллизия норматива при расчете периода инсоляции заключается в том, что информация о выполнении нормативного требования в остальные 181 день нормативного периода отсутствует. Поэтому если всего лишь на 2 дня в году расчет будет удовлетворять нормативу, то все проведенные расчеты в другие периоды будут скорее всего названы как упражнения, не касающиеся существа вопроса экспертизы. Другая проблема заключается в том, что в нормах приведен эталонный график для расчета периода инсоляции на 22 марта или 22 сентября календарного года. Однако данный график был построен только для города Москвы, а в других городах центральной полосы инженерам приходиться строить график самостоятельно. Постараемся далее описать технологию построения таких графиков для центральной зоны РФ. Как было сказано в начале статьи, при наличии интереса к теме авторы в будущих публикациях постараются разъяснить, как строятся такие графики на любой широте Земного шара и в любой день года, а также как учесть экранирование расчетной точки лоджиями и балконами и построения экранирующего здания на дополнительной сетке солнечной карты.

Теоретические основы построения графика инсоляции

В общем случае графики для расчета инсоляции представляют собой конус, образованный видимым вращением падающего в расчетную точку солнечного луча. В северной и южной зоне рельеф поверхности конуса изображается семейством гиперболических горизонталей, построение которых довольно трудоемко. Для центральной зоны в дни равноденствия (22 марта и 22 сентября) конус вырождается в наклонную плоскость небесного экватора, горизонталями которой является семейство параллельных прямых. Построить такой график очень просто (схема для построения графика показана на рисунке 1).

Рис. 1. Схема построения графика инсоляции в дни осеннего и весеннего равноденствия Проведем взаимно перпендикулярные прямые m и n. Опишем полуокружность небесной сферы произвольного радиуса (6-8 см) с центром в точке O их пересечения. Левую четверть сферы будем считать ее проекцией на плоскость небесного меридиана, а отрезок прямой Om – горизонтом. Через точку O под углом Ф , равным географической широте места строительства, проведем небесный экватор AO, наклоненный к горизонту под углом 90-Ф . Из точки A его пересечения со сферой опустим перпендикуляр на плоскость горизонта и радиусом BO опишем четверть окружности с центром в точке O. Будем считать, что правая четверть окружности есть проекция небесной сферы на истинный горизонт. Разделим концентрические дуги окружностей на шесть часовых (15-градусных) секторов и на радиальных засечках MN как на гипотенузах построим прямоугольные треугольники MNL. Через вершины L пересечения их катетов, лежащих на эллипсе горизонтальной проекции солнечной параллели, и расчетную точку O проведем азимутальные лучи 13, 14, … и т.д., зафиксированные через равные часовые промежутки. Для повышения точности визуального расчета часовые промежутки следует разбить на 20-минутные (5-градусные) деления. Для построения горизонталей графика на отрезке On, начиная от расчетной точки O, нанесем метрическую шкалу превышений зданий над расчетной точкой. Шкала проецируется на продолжение экватора AO и проводятся горизонтали графика. Для повышения точности визуальной интерполяции шкалу превышений следует построить с 2-миллиметровой градацией. Метрическая шкала пригодна для работы с чертежами любого масштаба. Например, на генплане масштаба 1:500 превышению в 20 м соответствует горизонталь с отметкой 4 см, в масштабе 1:1000 — горизонталь с отметкой 2 см и т.д. Правая половина графика симметрична построенной и отличается только часовыми номиналами (от 6 до 12 ч). Построение можно выполнить на компьютере в любом графическом редакторе и записать график в файл для перемещения мышью по генплану или отпечатать на принтере на прозрачную основу (восковую кальку, пленку и т.п.) для расчетов по чертежам. Но в нашем случае, имея модель генерального плана в Revit, а сами силуэты зданий в виде формообразующих, можно поступить иначе, прибегнув к набирающему популярность приложению Dynamo.

Программная реализация расчета инсоляции в Dynamo

Первое, что хочется посоветовать начинающим осваивать Dynamo — не программировать в Dynamo то, что можно легко сделать и «родными» инструментами Autodesk Revit. Dynamo, да и программная реализация в целом, призваны в первую очередь упростить рутинные и однотипные задачи, а не запрограммировать все процессы. Будем решать задачу постепенно. Dynamo позволяет манипулировать с объектами, семействами, объектами внутри семейств и их информацией. Поэтому первым шагом станет реализация семейства инсоляционного графика Revit на основе обобщённой модели. Нам в этом поможет приведенная выше методика. Семейство можно скачать готовое по данной ссылке или сделать самому. В случае необходимости воспользуйтесь нашим видеокурсом по редактированию семейств в Revit на старом портале.

Результат и опыт применения

Подготовительный этап решения задачи включает в себя расстановку формообразующих на месте предположительно экранирующих расчетную точку зданий, размещение в расчетной точке участка стены с оконным проемом, а также графика инсоляции, ориентированного на север (рис.2). Готовый график следует разместить в расчетной точке, коей является центр оконного проема. Следует заметить, что для расчета инсоляции в ОДНОЙ расчетной точке необходим ОДИН оконный проем в модели, ОДИН график, и, разумеется, участок стены, в котором находится данный оконный проем. Проем должен быть без заполнения – для точного определения его центра.

Рис. 2. Размещение графика в расчетной точке Таким образом, Dynamo получит возможность собрать исходные данные для расчета, однако и здесь нужно будет произвести некую подготовку: выбрать из выпадающих списков нужные типоразмеры семейств окна и инсоляционного графика соответственно:

Рис.3. Исходные данные в Dynamo Непосредственно расчет начинается с анализа геометрии «застройки», окна и графика:

Рис 4. Анализ геометрии окна и формообразующих

Оконный проем

Как Dynamo получает геометрию? Дело в том, что в Revit у каждого элемента есть Bounding Box, то есть некая объемная геометрическая форма. Именно эту геометрию и должен захватить Dynamo, чтобы продолжить свою работу. Следует отметить, что в Revit и Dynamo понятия Bounding Box разнятся: взятый из Revit Bounding Box объекта будет в точности соответствовать ориентации его в пространстве, а значит, и габаритам, тогда как созданный в Dynamo, он будет ориентирован по внутреннему пространству программы, то есть размеры его не будут соответствовать действительности. Поэтому важно использовать именно тот нод, который лишь получает данные о Bounding Box из Revit. Так мы получаем геометрию оконного проема, затем определяем его центр с помощью нода Solid.Centroid.

Рис. 5. Анализ геометрии оконного проема

Формообразующие.

Однако, твердотельную геометрию можно получить и с помощью нода Element.Solid. Далее, с помощью нодов Face.Vertices и Vertex.PointGeometry получен список вершин формообразующих с координатами.

Рис. 6. Геометрия формообразующих Зная координату Z каждой точки, можно вновь избавиться от лишней геометрии, оставив лишь те точки, координаты которых отличны от 0. Кроме того, зная координату Z расчетной точки, можно найти превышение каждой вершины над расчетной точкой. На основе этих вычислений выполняется маркировка формообразующих по превышению над расчетной точкой, выполняемая нодом Element.SetParameterByName.

Рис.7. Маркировка зданий по превышению над расчетной точкой

График

Цель построений, выполняемых в процессе создания семейства инсоляционного графика, состоит в получении совокупности равноудаленных и параллельных друг другу линий, физический смысл которых – превышения над расчетной точкой. Автоматизация данного процесса, продолжительного и монотонного, несомненно, позволяет получить результат практически незамедлительно. Все вспомогательные построения выполнены символическими линиями, горизонтали – линиями модели. Dynamo распознает линии модели, но символические линии ему не видны. По сути, эти линии – следы опорных плоскостей, которые строит Dynamo после запуска программы с помощью нода ReferencePlane.ByLine.

Рис.8. Построение опорных плоскостей Далее происходит подсчет полученных плоскостей, и каждой, с помощью нода Element.SetParameterByName, присваивается имя по представленному ниже алгоритму. Так мы сможем выполнить дальнейшие построения, попутно отсеяв лишнюю геометрию. Выборка нужных плоскостей происходит по результатам сравнения значений параметра «Имя» ВСЕХ полученных плоскостей со значениями маркировок формообразующих – застройки. Для этого используется нод List.FilterByBoolmask.

Рис. 9. Присвоение имен опорным плоскостям Как говорилось ранее, значения параметров «Имя» опорных плоскостей и «Маркировка» формообразующих сравниваются. Сортировку производит нод Elements.FilterByName пакета Clockwork. Затем проводится построение пересечений между плоскостями и соответствующими им формообразующими. Выполняется это нодом Geometry.Intersect. Если построение возможно, результат – поверхность; если нет – пустой список, то есть отсутствие геометрии пересечения. На плоскости такая поверхность оставит след в виде отрезка прямой. Для наглядности отрезки строятся и в Revit нодом DetailLine.FromCurve пакета Clockwork. Рис. 10. Построение пересечений плоскостей и формообразующих Часть здания, которая, если ориентироваться по графику, лежит ниже линии пересечения, не будет затенять расчетную точку. Поэтому нужно избавиться от лишней геометрии для корректного построения конуса визирных лучей. Грубо говоря, нужно работать с ближайшей к расчетной точке частью формообразующего.

Рис. 11. Фильтрация геометрии пересечения Теперь есть все данные для построения конуса визирных лучей. Рис. 12. Визирные лучи Построенные визирные лучи проецируются на плоскость, в которой лежит расчетная точка. Углы между линиями — это углы между их направляющими векторами. Поскольку построение линий и векторов Dynamo начинает с ближайшей к расчетной точки, невозможно сразу выбрать нужные линии и вычислить между ними углы (например, присвоив им имена и сделав соответствующую выборку). Однако нод AngleBetween, тип переплетения «самый длинный», перебирает все вектора и вычисляет значения углов, при этом сохраняется, если можно так сказать, принадлежность их формообразующим. То есть, не вычисляются значения углов между векторами, начала которых лежат на разных формообразующих. Затем из списка выбираются наибольшие значения.

Рис.13. Значения углов Результаты суммируются и подставляются в формулу

Рис. 14. Расчет времени инсоляции Результат получен в часах. Чтобы получить более привычное значение в часах и минутах, выполняется следующий расчет:

Рис. 15. Часы и минуты Особенностью этого расчета является комбинирование списков. Для его осуществления все значения должны быть одного типа – String (строка). Подобные манипуляции со списками подробно описаны на русскоязычном форуме Dynamo. Остается лишь вывести результат в Revit. Для этого заранее была создана и размещена на плане простейшая марка. Рис.16. Марка Результат в Revit:

Рис. 17. Результат построений в Revit Выполненные построения позволяют сделать вывод, что расчетная точка экранируется только двумя зданиями, а время инсоляции составляет 6 часов 24 минуты (первый и последний час восхода и захода Солнца по методике отбрасываются).