Преимущества наружных солнцезащитных систем и их применение в современных фасадах
 |
Эрик Раскер, Компания Рейнарс Алюминиум |
В последнее время архитекторы стали более широко использовать солнцезащитные
козырьки как экономичное средство, придающее изюминку дизайну и привлекательность
внешнему виду здания. Солнцезащитный козырек состоит из алюминиевых ламелей,
которые крепятся к внешней стене здания и таким образом обеспечивают защиту
от нагревания помещения солнечными лучами и защиту от яркого солнечного
света. Эффективное затемнение застекленных участков здания может дать
значительную экономию в отношении охладительных систем и систем кондиционирования
воздухa, а также увеличивает комфорт находящихся в здании людей.
Данная статья посвящена возрастающему интересу к интеграции наружных солнцезащитных
систем в комплексные фасады с целью увеличения комфорта и продуктивности
роботы находящихся в здании людей, уменьшения эксплуатационных расходов
владельцев зданий и оздоровления планеты путем снижения всеобщего потребления
энергии.
Зачем “контролировать солнце”?
Во все времена человек хотел контролировать солнце. В то время как простой
контроль над светом всегда казался очевидным и легко достижимым, контроль
над солнечной энергией и проблема использования энергии в зданиях, с другой
стороны, — это относительно недавнее явление. И не только с технологической
точки зрения, но также с еще более недавних пор и с точки зрения различных
правительств и их законодательных органов.
На первых стадиях эти “постановления” имели целью только решить проблему
потери энергии из-за плохой изоляции, но за последние десять лет пришло
понимание, что проблема строительства зданий с низким энергопотреблением
— намного серьезнее, чем просто хорошая изоляция и неограниченный доступ
солнечных лучей.
В результате были приняты постановления регулирующих органов, контролирующие
энерговыделение.
Хорошим примером являются директивы EPBD (Директивы о преобразовании энергии
в зданиях), принятые в Европейских странах.
Прилагаем выдержку из документа CEN/BT WG 173 EPBD N04 rev. (рис. 1).
pass, solar heating — пассивное нагревание от воздействия солнечных
лучей
passive cooling — пассивное охлаждение
nat. vent, flow — природный вентиляционный поток
daylight — дневной свет
renewable energy — восстанавливаемая энергия
lighting needs — потребность в освещении
vent, system needs — потребность в вентиляции
hot water demand — потребность в горячей воде
cooling demand — потребность в охлаждении
heating demand — потребность в нагреве/отоплении
building part — часть здания
system part — часть системы
transformation — трансформация
R.E. contribution in prim, energy or CO2 terms — подача восстанавливаемой
энергии (первичной или CO2)
consumption primary energy, CO2 emission — потребление первичной энергии,
выделение CO2
delivered energy — подведенная энергия
internal heat gains — внутреннее тепловыделение
system loses — потери в системе
building energy demand — потребность здания в энергии
system energy demand — потребность системы в энергии
generated energy — генерированная энергия
production in prim, energy or CO2 terms — выход первичной энергии или
CO2
calculation direction — направление расчетов
Рис. 1
“Теплые” страны, которые сначала не проявили интереса к проблеме изоляции зданий, сейчас разрабатывают нормы, призванные контролировать энерговыделение.
Почему именно солнцезащитные навесы?
Мы можем жить и в зданиях с полностью “открытым” фасадом, но кроме того
что это создаст слишком сильное освещение внутри здания, это также значительно
увеличит потребность в нагреве/охлаждении здания.
Для того чтобы полностью избежать попадания солнечных лучей внутрь здания,
необходимо жить в кирпичных или цементных домах без стекла и/или окон.
Кроме того что через некоторое время человек почувствовал бы себя не очень
хорошо, это создало бы существенную потребность в энергии для освещения
такого здания. Было подсчитано, что в современных западных знаниях потребление
энергии на освещение может подняться на треть от всего потребления энергии
в здании.
Системы солнцезащитных навесов могут быть решением этой дилеммы, которая
в то же время является одной из самых больших сложностей при проектировании
таких навесов.
Цель — достижение надлежащего контроля над проникновением солнца и света.
Рис. 2
В каком положении должны устанавливаться солнцезащитные
навесы?
Солнцезащитные жалюзи могут быть установлены внутри, посредине и снаружи.
Существуют различные модели жалюзи, дающие разные результаты по эффективности
и в зависимости от типа самой жалюзи и типа стекла.
Однако в целом эффективность навесов или жалюзи увеличивается по мере
их перемещения от внутренней к наружной позиции: большая часть энергии,
которая поглощается внутренними солнцезащитными жалюзи, высвобождается
в комнату и должна быть рассеяна вентиляцией или механическим охлаждением,
в то время как в случае с наружными жалюзи эта поглощенная энергия большей
частью высвобождается в окружающую атмосферу (рис. 2).
external retractable device — наружное убирающееся устройство
mid-pane device: Venetian blind — внутриоконное устройство: Венецианские
жалюзи
internal retractable device — внутреннее убирающееся устройство
Рис. 1
Рис. 4. Положение солнца в различное время годаПример: (Брюссель 50.8° Северной широты)
Рис. 5
Как можно контролировать солнце?
Когда солнечные лучи падают на окно, некоторые из них отбиваются, часть
— проникает внутрь, а часть — поглощается стеклом. Последняя доля солнечной
радиации преобразуется в тепло, а затем излучается с обеих сторон стекла.
Общее количество энергии в процентном выражении, которое проходит сквозь
окно, называется Фактором абсолютного солнечного проникновения или величиной
G и является мерой эффективности солнцеотражающей способности данного
стекла.
Когда стекло защищено солнцезащитной системой, количество солнечных лучей,
пропускаемых стеклом и солнцезащитной системой, значительно уменьшается,
а количество отраженных ими лучей увеличивается.
Положение солнца меняется каждый час и каждый день. Для внешней стены,
обращенной на юг, солнце достигает своей наивысшей точки 21 июня в 12:00
солнечного времени, а самой низкой — 21 декабря также в 12:00 солнечного
времени. Для визуализации этого динамического процесса различного положения
солнца используется солнечная диаграмма, которая графически изображает
эклиптические кривые и кривые времени.
Существуют компьютерные программы для автоматического моделирования данного
процесса.
Рис. 6. Карта мира с обзором градусов долготы
Расчет углов тени относительно ориентации внешней
стены
На стадии проектирования очень важно уменьшить прямое проникновение солнечных
лучей в здание. Тут необходим разумный баланс между солнцеотражением и
максимальным проникновением натурального дневного света, что значительно
улучшает визуальный комфорт в офисе или жилом помещении.
| На стадии проектирования очень важно
уменьшить прямое проникновение солнечных лучей в здание. Тут необходим разумный баланс между солнцеотражением и максимальным проникновением натурального дневного света, что значительно улучшает визуальный комфорт в офисе или жилом помещении. |
Понятно, что ориентация различных наружных стен имеет решающее значение
при выборе и определении размера солнцезащиты.
Одним из инструментов, помогающим в выборе и определении размера солнцезащиты,
является расчет соответствующих углов тени для каждой внешней стены.
Углы тени рассчитываются путем обращения к солнечному азимуту (это положение
солнца относительно оси земли, выраженное в горизонтальной плоскости),
углу солнца и высоте стекла, поверхность которого подвергается воздействию
солнечных лучей.
Приводим полученные в результате расчетов диаграммы, указывающие углы
тени для разных европейских столиц в зависимости от ориентации внешней
стены и времени года (рис. 7):
shadow angles summer — углы тени, лето
east facade — восточный фасад
south facade — южный фасад
west facade — западный фасад
Lat.N — северная широта
Longt.E — восточная долгота
Рис. 7. Примеры прямого солнечного проникновения на внешних стенах различной ориентации для 50.80 Северной широты для горизонтальных и вертикальных солнцезащитных систем.
Получаются следующие значения солнечного проникновения для определенного месторасположения в этом случае в Брюсселе (рис. 8 а, б, в).
Рис. 8 а
Рис. 8 б
Рис. 8 в
ПО для произведения расчетов
Reynaers Aluminium NV разработал ПО, дающее возможность просто рассчитать
углы тени и соответствующую эффективность солнцезащитных систем. Это означает,
что возможно точно определить размер солнцезащитной системы для каждой
отдельной стены.
При вводе необходимых параметров программа немедленно выдает 2D иллюстрацию.
SHADING — жалюзи
Blade width — ширина полотна
Vertical shift — вертикальное смещение
Horizontal shift — горизонтальное смещение
Left overhang — свес слева
Right overhang — свес справа
Slope blade — наклон полотна
Horizontal spacing — расстояние по горизонтали
Vertical spacing — расстояние по вертикали
Total projection — всего выступ
Colour — цвет
TIME — время
Month — месяц
Day — день
Hour — час
Solar altitude angle — угол высоты солнца
Solar azimuth angle — угол солнечного азимута
Perp. incidence angle — угол перпендикулярного падения
CALCULATION — расчет
Accuracy — точность
Рис. 9. Общие показатели работы на год для западного фасада с горизонтальными солнцезащитными жалюзи в Брюсселе
Рис. 10. Моделирование положения жалюзи на фасаде в различное время суток
Рис. 11. Общие показатели работы на год для западного фасада с вертикальными солнцезащитными жалюзи в Брюсселе
Рис. 12. Моделирование положения жалюзи на фасаде в различное время суток
Выводы
Системы солнцезащитных жалюзи при правильном проектировании могут иметь
значительное влияние на планирование и контроль энергопотребления зданием.
Были раскрыты некоторые основные принципы для расчета эффективности солнцезащитных
жалюзи и показаны простые примеры для иллюстрации реальной пользы этих
систем.
Дальнейшее моделирование касается уровня освещенности жилых и рабочих
помещений и вместе с вышеприведенными моделями/расчетами дает возможность
на сегодняшний день проектировать правильные и рабочие солнцезащитные
системы.
