РОЗДІЛ 2
РОЗРАХУНОК ЕФЕКТИВНОЇ ДОЗИ УФВ, ЩО НАДХОДИТЬ ДО ПРИМІЩЕННЯ
Для вирішення завдань визначення часу інсоляції і розрахунку УФВ у закритих приміщеннях можуть застосовуватися аналітичні, графічні, графо- аналітичні, табличні й інструментальні методи. На практиці застосовується також метод натурних спостережень і вимірів. Найбільш широке застосування знайшли графічні й інструментальні методи. Аналітичні і графо-аналітичні методи застосовуються рідко через їхню недостатню розробку [113]. По способу застосування графічних методів А.Я. Штейнберг поділяє на два типи: рішення за допомогою заздалегідь приготовлених графіків, що накладаються на креслення і шляхом геометричних побудов на самому кресленні [114].
Графіки першого типу будуються на кривих умовного ходу сонця по небозводу чи на криві ходи тіні за день. До графік, побудованих на траєкторіях ходу сонця відносяться сонячні карти Пленжела, Гуннара, інсоляційний графік Б.О. Дунаєва, сонцепошукувач Бекера, Фунаро. До графіків, побудованих на кривих ходи тіні, відносяться інсоляційний графік Зеленка, світлопланометр Д.С. Масленникова, графіки А. Рудницького, сонячна лінійка М. Твардовського й ін. [113].
Основні недоліки графічних методів - низька точність, особливо при малих масштабах основного креслення. Неможливість якимось із графіків вирішувати всі задачі вимірів; великі витрати часу при побудові графіків у кожнім окремо узятому випадку географічної широти і масштабу основного креслення, а також утрудненість чи неможливість обліку рельєфу місцевості при розрахунках [74, 113].
Задачі з розрахунку УФВ у житловому приміщенні зручно вирішувати аналітичним методом, тому що рішення спрощується з застосуванням ПЕВМ.
Задача аналітичного рішення визначення дози УФВ Сонця закритих приміщень складалась з трьох етапів. По-перше визначались координати Сонця. Положення Сонця на небосхилі у будь-який момент часу можна визначити за допомогою двох кутових величин: азимута ? і кутової висоти ?. Азимут ? та кутова висота ? характеризують положення Сонця відносно географічних координат, при цьому північ приймають за нульовий азимут, а лінію горизонту - за нульову кутову висоту.
На другому етапі визначалося положення Сонця відносно фасаду будинку, де були використані дві інші кутові величини: Горизонтальний тіньовий кут, або азимутальну різницю ?, вертикальний тіньовий кут ?, являє собою кут між проекцією висоти Сонця на площину і лінією, яка перпендикулярна фасаду будинку.
На третьому етапі розглядалася спрощена схема інсоляції приміщення і визначалася доза УФВ в залежності від довжини хвилі.
Для аналітичного рішення задачі з визначення дози УФО Сонця закритих приміщень потрібно мати крім кореляційних виразів і аналітичних формул, за якими обчислюються параметри сонячної радіації (інтенсивність, потік, доза), ще й аналітичні вирази і формули, за допомогою яких можна обчислити координати Сонця і визначити міру проникнення прямого сонячного світла в приміщення. Положення Сонця на небосхилі у будь-який момент часу можна визначити за допомогою двох кутових величин (рис. 2.1): азимута ? і кутової висоти ?. Значення азимутального кута та кутової висоти можна розрахувати по наступним формулам [122]:
sin ? = sin Г sin L + cos Г cos L cos t (2.1)
cos ? = (cos L sin Г - cos Г sin L cos t) / cos ?
де L - географічна широта (південна - зі знаком мінус);
t - годинний кут (150) для кожної години після полудня; ранкові години зі знаком мінус);
Г - схилення (0 - 23,50).
Середнє значення схилення для річного циклу можна розрахувати по наступній формулі:
Г = 23,45 sin [0,986(284+ n)] (2.2),
де n - порядковий номер дня в році, вважаючи від 1 січня.
Азимут ? та кутова висота ? характеризують положення Сонця відносно географічних координат, при цьому північ приймають за нульовий азимут, а лінію горизонту - за нульову кутову висоту [122].
При необхідності визначення положення Сонця відносно фасаду будинку можна використати дві інші кутові величини:
Горизонтальний тіньовий кут, або азимутальну різницю :
? = ? - ? (2.3),
де ?- орієнтація фасаду будинку;
Вертикальний тіньовий кут ?, являє собою кут між проекцією висоти Сонця на площину і лінією, яка перпендикулярна фасаду будинку (рис. 2.2).
Коли Сонце знаходиться прямо напроти фасаду будинку, при ? = ?, кутова висота Сонця та вертикальний тіньовий кут тотожні: ? = ?. В усіх інших випадках, коли Сонце зміщено в ту або іншу сторону відносно орієнтації будинку, вертикальний тіньовий кут перевищує кутову висоту Сонця: ? > ?. Цю залежність можна виразити наступним чином [122]:
tg (?) = tg (?) sec (?) = tg (?) / cos (?) (2.4)
За допомогою так званого транспортира тіньових кутів можна одержати значення азимутального кутового зміщення ? (або горизонтального тіньового кута) і вертикального тіньового кута ?. Значення останнього вимірюють на вертикальній площині, перпендикулярній вікну. Лінію, що з'єднує розглядувану точку з Сонцем, проектують на цю площину, одержуючи кут ? - кут нахилу цієї лінії до горизонту (рис. 2.2).
Маючи значення цих кутів, можна визначити міру проникнення прямого сонячного світла в приміщення на його плані і розрізі. На рис. 2.3 показаний приклад такого розрахунку, де ? ~ 200 і ? ~ 350.
Глибину проникнення сонячного світла визначають в розрізі і після цього будують відповідну проекцію на плані. Кут ? визначає межі сонячної плями.
Кут падіння на будь-яку поверхню (рис. 2.4) можна визначити за допомогою рівняння [122]:
cos (?) = sin (?) cos (?) + cos (?) cos (?) sin (?) (2.5),
де ? - кут нахилу площини до горизонталі.
Рис. 2.1 - Азимут і кутова висота