- Универсальная система солнцезащитного экранирования
В. В. Захаров
Качество архитектуры гелиокомплексов определяется экономичностью, долговечностью, функциональностью, комфортностью и выразительностью. Каждый из этих факторов непосредственно зависит от рационального решения вопросов в области архитектурной климатологии, а именно, в области инсоляции и солнцезащиты. Даже высокохудожественные произведения архитектуры, в которых наблюдаются резкий тепловой и световой дискомфорт и огромный перерасход энергии на борьбу с потерями теплоты зимой и охлаждение здания летом, теряют смысл.
Основа рационального с точки зрения комфортности решения будущих зданий и сооружений закладывается архитектором в самом начале проектирования, когда определяются композиционный замысел и образ будущего комплекса, ориентация его зданий по сторонам горизонта, размеры и пропорции светопроемов и т. д. В экономическом отношении значение этих вопросов не менее велико. Достаточно сказать, что при рациональном выборе размеров светопроемов и увеличении использования естественного света в зданиях на 1 ч в течение суток государство экономит 3 млн. кВт· ч электроэнергии в год только по промышленным зданиям.
В массовом строительстве, как правило, невозможно уменьшить размеры светопроемов из соображений их светоактивности и архитектуры интерьеров. Кроме того, при большой глубине помещений по нормам необходимо максимальное остекление. Вместе с тем необходимо, чтобы теплопотери здания были минимальны. Выход из этого замкнутого круга — в применении прогрессивной системы совмещенного освещения за счет бокового и верхнего освещений и усиления освещенности отраженным светом, что дает значительное сокращение площади остекления фасадов.
В качестве одного из решений проблемы рассмотрим архитектурно-техническое решение универсальной системы солнцезащитного экранирования зданий. Такая система может быть применена для защиты жилых, общественных и производственных зданий от перегрева в поле солнечной радиации в районах с повышенной инсоляцией и высокими летними температурами, а также для преобразования солнечной энергии в электрическую, тепловую или другие виды энергии (рис. 5.34).
Недостатком известных конструкций является невысокая эффективность защиты от перегрева в поле солнечных лучей, неуниверсальность защиты, относительная конструктивная сложность вследствие применения повышенного числа разнотипных элементов, образующих несущую конструкцию, неуниверсальность защиты с точки зрения возможности ее применения на фасадах различной ориентации по странам света. Кроме того, известные конструкции солнцезащиты не предотвращают образования «тепловых мешков» в ячейках экранов, излишне трудоемки при монтаже, металлоемки и создают повышенную нагрузку на элементы здания.
*Универсальная система солнцезащитного экранирования разработана архит. В. В. Захаровым и коллективом авторов. Универсальная конструктивная система солнцезащитного экранирования включает несущую конструкцию, к которой прикреплены экраны в виде панелей. Несущая конструкция состоит из пространственных блоков, стержни которых образуют структуру (рис. 5.33). Внутренняя решетка структуры блоков вы полнена с постоянным шагом узлов и параллельным расположением одноименных элементов в пределах блока. Кроме того, возможно монотонное шаговое изменение в направлении вдоль одной из плоских решеток структуры, образующих диагональные, горизонтальные или ориентированные по высоте пояса. Внешние решетчатые грани блоков имеют плоскую или ломаную конфигурацию и пространственно ориентированы параллельно или под углом расхождения — схождения с ответной противоположной гранью блока.
Конструктивно монотонное (квазимонотонное) расхождение—схождение граней блоков обеспечивают за счет последовательного изменения длины стержневых элементов блока или соответствующего убывающего или нарастающего изменения длины заделки стержней в стыках структуры с изменением при необходимости в пределах долей градуса или нескольких градусов углов схождения стержней. При этом панели экранов размещены полностью или частично внутри решетчатых блоков. Панели экранов прикреплены одной из граней к элементам плоской решетки структуры блока. В зависимости от ориентации, защищаемого ограждения или его участка выбирают соответствующую ему ориентацию плоских решеток пространственной структуры блока. Так, для южных стен наибольший эффект дает горизонтальное ориентирование панелей экранов, образующих единую систему солнцезащиты ограждения (рис. 5.35).
Солнцезащитные панели экранов устанавливают под углом к поверхности ограждения, меньшим или равным 90е'. Панели экранов могут состоять из листовых элементов с обрамляющим контуром в виде плоских каркасных рамок, образованных продольными поясными элементами, поперечными перемычками и торцевыми элементами. Каркасные рамки наложены на соответствующие плоские решетки структуры блоков и соединены с их элементами. В этом варианте крепления листовые элементы экранов снабжены по контуру уплотняющей прокладкой и прижаты по торцам к поясному элементу каркасной рамки по средством уголковой накладки.
С целью повышения энергетической эффективности панели экранов могут быть снабжены солнечными батареями с фотоэлектрическими или другими преобразователями лучистой энергии солнца и сообщены по энергоносителю между собой, с потребителем или с аккумулятором энергии. Универсальная солнце- защита может быть пассивной и активной.
Варианты решения, когда панели экранов ориентированы вертикально или по диагональным решеткам структуры блока либо расположены с чередующимся изломом, выполняются аналогично, при этом универсальность конструктивной системы солнцезащитного экранирования достигается тем, что для всех ориентаций ограждений может быть использован один и тот же тип несущих конструкций в виде однотипных пространственных стержневых блоков и, если это необходимо, одни и те же панели экранов. Изменяется лишь их расположение внутри решетчатого блока (рис. 5.36—5.38).
Пространственные варианты системы солнцезащиты в виде многогранников, вписанных—описанных по условным поверхностям 2—4-го порядков, выполняют путем введения в блоки или между ними дополнительных стержней доборной длины, обеспечивающих регулярное изменение пространственной формы структуры. При постоянной кривизне условной оболочки, в которую должна быть вписана структура, наиболее корректный результат дает применение раздельных марок стержней для внутренней и внешней граней блоков (рис. 5.39 и 5.40).
Предложенное устройство может быть выполнено из легких сплавов или металлов, например, алюминия, в том числе анодированного в различные тона с целью улучшения лучистых и декоративных характеристик, с применением солнцезащитных стенок, металлопластов, асбестоцемента и других материалов, применяемых в строительстве.
Благодаря указанным особенностям предложенного устройства обеспечивается возможность крепления солнцезащитных экранов вертикально, горизонтально или комбинированно относительно поверхности земли: при ориентировании фасада здания на юг экраны располагаются горизонтально (см. рис. 5.35), на запад или восток — вертикально (см. рис. 5.36), на юго-запад или юго- восток — комбинированно (см. рис. 5.37). Относительно малый собственный вес системы солнцезащитного экранирования дает возможность крепить ее на значительном расстоянии от фасада здания, что создает вертикальный проветривающий воздушный поток, исключающий передачу горизонтального теплового потока от солнцезащитного устройства к фасаду здания. Экраны, установленные под углом к фасаду здания, отражают 80% падающей на поверхность экранов солнечной радиации. Лишь 20% ее попадает на фасад здания, не создавая дискомфорта внутри помещений и не нагревая ограждающих конструкций самого здания.
Ввиду того, что экраны выполняются из солнцезащитных и теплоотражающих материалов, способных задерживать и отражать прямую радиацию солнца, и в макроструктуре являются прозрачным элементом, связь между внутренним пространством здания и внешней средой не нарушается, что улучшает психологический климат в помещениях.
Предложенное устройство позволяет повысить эффективность защиты здания от перегрева за счет отражения до 80% солнечной радиации поверх ностью солнцезащитных экранов, установленных под оптимальным углом к фа саду здания и расположенных в зависимости от условий инсоляции вертикально, горизонтально или комбинированно.
Панель, выполненная в виде пространственной перекрестно-стержневой решетки, закрепленной на расстоянии от ограждающих конструкций здания и свободно обдуваемой воздухом, исключает образование тепловых мешков, создавая вертикальный поток воздуха между солнцезащитным устройством и зданием. При этом улучшается архитектурная выразительность здания, объемы становятся легкими и хорошо вписываются в ландшафт местности. Предложенное устройство снижает температуру воздуха внутри помещения на 4—10° С, что позволяет уменьшить в 1,4—2 раза мощность холодильных установок, т. е. снизить энергозатраты на кондиционирование воздуха. Экономический эффект от использования универсального устройства на 1 м3 здания за счет снижения температуры внутри помещения составляет 2—4 руб/м3 в год.
Вопросы изоляции обитаемого пространства от неблагоприятных природноклиматических условий, инсоляции помещений и использования солнечной энергии для повышения энергетической эффективности зданий, как правило, рассматривались обособленно, без учета их естественного единства. Универсальная система солнцезащитного экранирования позволяет решить эту задачу путем применения в экранах различных энергоактивных панелей — солнцезащитных и теплоотражающих с фотоэлектрическими или другими преобразователями.
Несмотря на явную индустриальность рассматриваемой системы в целом здания сохраняют необходимую камерность. Серебряные зеркальные экраны — это «внегравитационная» эстетическая система Действительно, реальные предметы, проецируясь в зеркально-серебристый «антимир» этих фасадов, как бы теряют свой вес, парят в воздухе. Архитектура зеркальных фасадов в основном находится в русле общей тенденции к усилению связей с окружающей средой, к сохранению существующего природного и городского контекста.
Кроме того, применение зеркального солнцезащитного стекла значительно снижает затраты энергии для поддержания постоянной температуры внутри здания. Здание испытывает минимальные тепловые нагрузки и минимальный их перепад, что облегчает создание теплового комфорта при наименьших затратах.
Рис. 5.34. Южный (внизу) и западный (вверху) фасад разрезы гелиокомплекса по внутреннему двору
Рис. 5.36. Солнцезащита восточных и западных фасадов здании
Рис. 5.35. Солнцезащита южных фасадов здании
