Инсоляционная линейка 3D

Да уж, линейка действительно весьма интересная. Согласно ей, Солнце обходит небосвод по идеальной окружности. Зачем тогда нужна астрономия! Не завидую тем, кому "поможет" эта линеечка. Но сама методика верная, надо лишь заменить линейку. Чем заменить? Отвечу. Надо взять "солнечный калькулятор" (где взять, написано здесь [url]http://www.autocad.ru/cgi-bin/f1/board.cgi?t=23352xp[/url]), с помощью него узнать высоту и азимут Солнца в расчётный день (эти дни нормированы в СанПин 2.2.1/2.2.1.1076-01) для разного времени дня (с интервалом полчаса, например), отбросить час от начала и конца светового дня (так требуют нормы), и построить СВОЮ трёхмерную линейку, для СВОЕГО города. Время надо брать МЕСТНОЕ, а не поясное (так назыв. "московское"). Местное время - это такое, при котором солнце достигает высшей точки ровно в полдень, а не в 12:37 (например), как по поясному времени.

batmax
Maxim T

Н-да...
Я считаю, чтобы высказывать свое категорическое мнение, следует вначале ВНИМАТЕЛЬНО изучить нормативы и другие материалы по данному вопросу! Не приветствую стремление все усложнять и запутывать там, где есть возможность обойтись простыми, доступными и точными средствами даже из-за желания заработать на этом!

СанПиН 2.2.1/2.1.1.1076-01 нашли - это хорошо!
... «7.3. Расчет продолжительности инсоляции помещений на весь период, установленный в п. 3.1, проводится на день начала периода (или день его окончания) для:
северной зоны (севернее 58° с. ш.) - 22 апреля или 22 августа;
центральной зоны (58° с. ш. - 48° с. ш.) - 22 марта или 22 сентября;
южной зоны (южнее 48° с. ш.) - 22 февраля или 22 октября.»...

Дальше можно посмотреть http://www.graphicon.ru/2004/Proceedings/Technical_ru/s2[6].pdf

А вот выдержка из http://www.zodchiy.ru/s-info/archive/05.97/page3.html
...«Характер видимого движения солнца на всех географических широтах (кроме полюсов Земли) в дни равноденствия таков, что вершина тени, отбрасываемой любым предметом на горизонтальную плоскость, движется в течение дня строго по прямой линии в направлении с запада на восток. Прямолинейность движения тени или, соответственно, луча солнца и обеспечивает относительно простой принцип построения контрольно-инсоляционного планшета, а также дальнейшую проверку вычислений, выполненных с его применением.»...

Можно еще установить на распечатанную 3D-линейку обычную прозрачную и «удивиться» совпадению или приобрести «СОЛЯРИС» и опять заняться «удивительным» сравнением.

Конечно, надо учитывать в исследуемом периоде дни максимального подъема солнца (дни солнцестояния) но такое требуется как правило редко – обычно для глубоких лоджий-балконов с меридиональной ориентацией и узкими окнами. В первой ссылке написано, как это сделать, а конкретные углы подъема солнца можно найти не только с помощью астрономии... Можно было сделать это и в данной линейке (отдельный отключаемый слой), но не хотелось усложнять. Учитывать изменение величины наклона земной оси относительно солнца за исследуемый 10-час период считаю бессмысленным из-за мизерного значения.

Это инструмент, а не программа – отчет делается вручную.

А предложение по использованию «солнечного калькулятора» в ACADе считаю лишенным практического смысла для работы. Ведь для исследуемого 10-ти часового периода хотя бы с 5-ти минутным шагом потребуется 120 позиций положения солнца. А если это эскиз, где постоянно все меняется? С данной линейкой в режиме реального времени ( все пересечения лучей видны на экране, лучше в аксонометрии) можно двигать дома, окна для правильного их расположения. А с источником света с параллельными лучами удобнее работать в 3Dstudio – найти на панели инструментов create/systems кнопку Sunlight и задать свои координаты. Там и кино можно сделать для анализа со скоростью 1кадр -1,5,10... мин шага движения солнца. Но это уже другая тема и для чего это будет нужно..?

Не стоит обижаться, возможно, я был слишком саркастичен. Я лишь хотел предостеречь от распространённого заблуждения о том, что солнечные лучи, пойманные расчётной точкой в течение дня, лежат все в одной плоскости. Поэтому и предложил желающим построить линейку по "солнечному калькулятору" и повертеть её в пространстве. В вашем отклике по ссылке http://www.zodchiy.ru/s-info/archive/05.97/page3.html ясно написано "...в дни равноденствия...". А согласно любезно приведённым вами цитатам из СанПиН, расчётный день совпадает с днями равноденствия ТОЛЬКО для "центральной зоны (58° с. ш. - 48° с. ш.) - 22 марта или 22 сентября;". Ещё. Вы пишете "Конечно, надо учитывать в исследуемом периоде дни максимального подъема солнца (дни солнцестояния) но такое требуется как правило редко – обычно для глубоких лоджий-балконов с меридиональной ориентацией и узкими окнами.". - Отнюдь НЕ РЕДКО. И поверьте, учёт затенения от ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ конструкций имеет кардинальное значение во всём расчёте. Дальше. Фраза "конкретные углы подъема солнца можно найти не только с помощью астрономии" вообще не понятна, это, наверное, шутка. Идём дальше: "Можно было сделать это и в данной линейке (отдельный отключаемый слой), но не хотелось усложнять." - вот если бы вы всё-таки СДЕЛАЛИ ЭТО в данной линейке, которую предлагаете коллегам, честь бы вам и хвала. А "УПРОЩЁННАЯ" линейка - не годится в принципе, об этом и было моё первое здесь сообщение. Просто пришлось насмотреться на "упрощённые" расчёты, не имеющие отношения к реальности.
Теперь "ложка мёда". Повторяю, методика, найденная вами, верная. Надо лишь один раз построить линейку в соответствии с данными астрономии для своего города в нужный (по норме) расчётный день, а не руководствуясь чьими-то (включая мои:)) советами, почёрпнутыми из статей и форумов, либо своими умозаключениями. Эти астрономические данные нужно взять из "солнечного календаря" либо обратившись к спецам из местного вуза, нии и т.д. Второе - вернее, так как спецы дадут документ с печатью, на который можно потом ссылаться.

Сейчас вот специально посмотрел для дней равноденствия - фигура линейки в плане выглядит как равнобедренный треугольник (а не "ласточкин хвост", как для более зимних дней или "бумеранг" для дней летних), а в пространстве - слегка прогнутая (не совсем плоская). То есть поздравляю, для дней равноденствия (И ТОЛЬКО!) - ваша линейка ПРИБЛИЗИТЕЛЬНО (на ней же нет прогиба!) верна. Кстати, этот небольшой прогиб на моей линейке обусловлен условностью самого понятия "ДЕНЬ равноденствия" - днём раньше или позже линейка была бы тоже выпукла (если "в зиму") или вогнута (если "к лету"), но только сильнее, а вот ДАТЫ с идеально ровной линейкой (как, упрощения ради, учат детей в школе и как мы наблюдаем у вас) реально не существует. Я брал в качестве даты равноденствия общепринятую дату 22 марта (сентября), и получил слегка кривую линейку, в другие дни она будет только кривее, и намного, уже никак не напоминая плоский равнобедренный треугольник.
Кстати, сама ГРАНИЦА поверхности линейки (которая у вас полукруглая) представляет собой ИЗОЛИНИЮ высоты затеняющих объектов, будь то соседнее здание или плита перекрытия балкона (или лоджии) вышележащего этажа, расположенная точно НАД расчётным окном или даже плита балкона по соседству (бывает и такое). Под упомянутой "высотой затеняющих объектов" следует понимать ОТНОСИТЕЛЬНУЮ высоту как разницу между абсолютной высотой расчётной точки и абсолютной же высотой верха (в случае здания) или низа (в случае балконной плиты) затеняющего объекта. Так вот именно эта граница-изолиния даёт мне возможность отказаться от трёхмерки вообще, получая ПОЛНУЮ КАРТИНУ из построений на плане, как и делали наши предшественники в докомпьютерную эпоху при помощи ИНСОЛЯЦИОННОГО ПЛАНШЕТА (не путать с круговой диаграммой, её ещё называют диаграммой Данилюка, если я не ошибаюсь). Кстати, именно этот метод расчёта - инсоляционный планшет - лежит в основе моей программы. Разница лишь в том, что на планшете бумажном (точнее, плёночном) изолинии проведены были через промежутки, скажем, 10 метров (имеется в виду относительное ПРЕВЫШЕНИЕ, а не абсолютная высота, об этом писалось выше), а промежуточные значения получались линейной интерполяцией, а моя программа сразу выполняет эту интерполяцию и строит изолинию с точностью до миллиметра. Кстати, систематичсекая погрешность интерполяции в данном случае нулевая, так как солнечные лучи идеально прямые. Благодаря этому можно посчитать как соседский балкон (превышение порядка полтора метра), так и соседний дом (превышение - единицы и десятки метров), да всё это В ПЛАНЕ, да глянуть на совмещённый результат, учитывающий ВСЕ затеняющие объекты в единой достоверной картине инсоляции.
А трёхмеркой, рендерингом и съёмками клипов пусть занимаются те, кому за это платят. Кстати, если кто не знает, великолепный диалог Sun Studio именно для этих целей есть в Архикаде.

Большое спасибо за публикацию http://www.graphicon.ru/2004/Proceedings/Technical_ru/s2[6].pdf прежде всего её автору, а Юрию Губскому - за ссылку. Всем автокадчикам очень рекомендую прочитать. Все идеи, изложенные там, я реализовал программно в январе 2004г, пришёл, кстати, к той же методике - экспортировать объёмную модель в 3DMAX, потом импортировать обратно, при этом происходит разбиение поверхностей на пространственные треугольники. Так можно обсчитывать архитектурные ансамбли, слепленные в архикаде, например, да вообще любую модель, хоть космическую станцию "Мир" :). Но это - если заказчик принёс мне трёхмерную цифровую модель с детальной проработкой, и надо её обсчитать, что бывает крайне редко. Практически же для расчёта инсоляции (хоть на микрорайон) совершенно достаточно съёмки-пятисотки (рельеф), планов БТИ (чтобы знать число и назначение помещений и "принадлежность" окон) и, конечно, разрезов зданий и планов (поэтажных и кровель). Неожиданным в публикации для меня оказалось предложение считать инсоляцию площадок "по сетке", в своё время я просто отверг этот метод в силу его огромных и неэффективных вычислительных затрат, особенно при повышении дискретности сетки. Кто знаком с вычислительной математикой, поймёт. Интересно ещё, КАК (технически) автор получил расчёт ненормативного затенения на ФАСАДЕ старого здания (пятно "s" на рисунке 8Б) - это ведь НЕ тень, которую можно получить в любом 3D-пакете, это именно область ненормативной инсоляции. Впрочем, у меня другой подход - вместо рисования пятен на фасадах (и последующего изучения, что за окна эти пятна собой накрыли, да с учётом ОЧЕНЬ не маленькой погрешности сетки) я обсчитываю НА ПЛАНЕ несколько (обычно их около 10) РАСЧЁТНЫХ ТОЧЕК, взятых на реальных окнах (то есть я сразу исключаю из расчёта кухни, нежилые помещения первых этажей, ЛИШНИЕ комнаты и т.д.).

Некоторые пояснения и замечания.
1. Данная 3D-линейка является ИДЕАЛЬНОЙ в том числе для анализа и расчетов для дней условного равноденствия (день = ночи) центральной зоны (почему условного - см. пункт 2). Корректировка ее под конкретное место в пределах центральной зоны производится путем изменения угла наклона плоскости лучей солнца в зависимости от широты: 90град - широта места = угол наклона к горизонтальной плоскости в полдень.
2. Расчитать и получить ее точную математическую копию только с помощью «солнечного калькулятора» невозможно, потому что абсолютно точных дней равноденствия не существует в природе. Поэтому в данном случае для построения взято положение Земли на ее орбите точно в точках для дней равноденствия при условии только ее равномерного вращения. При таком условии появляется возможность построения «идеальной» линейки простым геометрическим путем – равномерным делением полуокружности (разделить круг точно по горизонтали и отрезать верх) на 12 часов с промежуточными минутами и повернуть в пространстве вокруг оси Х (ось восток – запад) на соответствующий широте места угол подъема солнца в полдень (см. пункт 1). Любое построение только с помощью «солнечного калькулятора» будет лишь приближением с той или иной стороны к предлагаемой модели.
3. Почему «солнечный калькулятор», если он как и положено действительно правильно работает, дает не «идеальные» результаты, а просто реальные. Проблема в календаре. Ведь существуют еще високосные года, которые тоже не в полной мере обеспечивают точность календарного года с учетом вращения Земли вокруг Солнца. Астрономический (тропический) год не содержит целого числа суток (365,2422 сут.). И для какого года и дня в этом случае строить линейку? Видимо лучше для расчетов брать хотя бы средние арифметические значения за 4 года. Для желающих разобраться (или запутаться :-)) с календарями вот несколько первых попавшихся ссылок: http://www.russiancity.ru/books/b40.htm#c6 , http://www.astrogalaxy.ru/178.html , http://www.krugosvet.ru/articles/20/1002074/1002074a1.htm#1002074-L-103. Для серьезных астрономических расчетов можно рекомендовать программу RedShift, ну а чтобы просто убедиться в разбросе значений восхода и захода солнца по дням и годам можно скачать календарик с возможностью установки широты места http://calendarium.narod.ru/vech/about.htm
4. Видимо многие математические расчеты окажутся приближенными, так как кроме проблемы с календарем есть и другие факторы: неравномерность скорости вращения Земли по орбите и др. Если все это учитывать, то расчет может оказаться неоправданно слишком сложным. На мой взгляд для получения постоянных результатов нужно оптимизировать исходные данные, то есть взять за основу именно идеальную модель – разброс погрешностей будет меньше, а расчеты проще. Для северной и южной зон конечно придется немного помудрить – как написано в приведенной ранее ссылке. Можно долго спорить о методиках точности расчетов и вряд ли на все вопросы сможет точно ответить Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук. Так что оснований, чтобы признать любую из методик, отличную от рекомендованной (только какую именно?!), неправильной, всегда будет достаточно. И действительно, в последнее время главное в решении этой и других подобных проблем не истина, а деньги. И совершенно забывается то, для чего все это нужно – здоровье людей. Одно может являться точкой примирения в споре «тупоконечников и остроконечников» - пункт 7.7 САНПИНа ... «Допускаемая погрешность метода определения продолжительности инсоляции по инсоляционным графикам может составлять не более ± 10 мин.»... – видимо ввиду известных проблем с бумажными материалами или вышеперечисленными календарными.
5. А вот самая главная проблема, затронутая в форуме, а для чего нужен этот «анахронизм», когда на первом месте в строительстве деньги и выход площадей. Так вот именно для этого и нужен! Только пользоваться этим надо г

Спасибо за ссылки "для желающих разобраться". Здесь http://www.astrogalaxy.ru/178.html читаем: "Однако во многих учебниках по астрономии говорится, что весеннее равноденствие как результат григорианских правил для високосных лет выпадает чаще всего на 20, чем на 21 марта." Теперь понятно, почему в "моей" (автокадовской) линейке имеется "летний" прогиб - она же составлена на 22 число, как того требуют нормы. Очевидно, она более соответствует "ошибочным" (в отношении точной даты равноденствия) нормам. Ну и как насчёт применимости идеально плоской линейки в "северной" и "южной" географических зонах, где, согласно тому же СанПиН, расчёт должен вестись никак не в день равноденствия ? Очевидно, в этих зонах применять плоскую линейку нельзя, надо считать по "солнечному калькулятору", не обязательно, конечно, автокадовскому. Резюмирую: плоская линейка годится с большой погрешностью только для центральной географической зоны. Почему погрешность названа большой ? Да потому что при расчёте затенения от плит перекрытия балконов и лоджий вышележащего этажа разница в подъёме солнца на единицы градусов существенно влияет на продолжительность инсоляции. Но это моё субъективное мнение, как автора многих практических расчётов, в том числе фасадов с балконами. Конечно, для уверенного утверждения надо провести исследование.

Попробуйте построить две линейки хотя бы для одного 2005г – на 22 марта и 22 сентября. Исходные данные для вычисления восход-закат можно взять из небольшой бесплатной программки http://home.comcast.net/~jonsachs/ephemeris.zip

Moscow, Russia (55.75°N, 37.58°E), ST, True bearings
Date Sunrise Sunset
22-Mar-05 6:27 088° 18:47 273°
22-Sep-05 6:15 088° 18:29 271°

Из этих данных видно, что разница во времени восхода 12 мин, заката – 18 мин, длина дня 22 марта 12:20ч, а 22 сентября - 12:14, разные азимуты захода солнца. А если пройтись еще по разным годам…! При проектировании с использованием «весенней линейки», отбросив крайние часы, и установив от них при проектировании минимальное время инсоляции для расчетной точки в 2 часа, при проверке по «осенней линейке» может нехватить этих 18 минут. Причем такая разница непостоянна по годам… В руках опытного эксперта это может оказаться веским аргументом, чтобы «завернуть» проект или предложить другой вариант и все в соответствии с нормами… Из-за этих причин я и предложил найти модель с более постоянными исходными данными для построения алгоритма «линейки», чем «солнечный калькулятор». Много полезной информации об этом можно найти по ссылке:
http://www.nkzu.edu/nkzu/fit/fiz/disk1/orlws/Bakulin_1_17.htm
и там помотреть соседние параграфы (+_10)

В отмененном МГСН 2.05-99 «ИНСОЛЯЦИЯ И СОЛНЦЕЗАЩИТА» в приложениях есть инсоляционные графики («линейки»), согласованные Н. В. Оболенским (см. http://www.peoples.ru/art/architecture/obolensky/index.html ), которые по нормируемому периоду исследований применимы к центральной и северной зонам. В выпускавшейся ранее литературе они были аналогичными. Принцип построения опубликованной 3D-линейки идентичен вышеуказанной линейке для центральной зоны – см. крайние точки: восход 6.00 – 0град, заход 18.00 – 0град. В действующем САНПИНЕ изменилось нормируемое время инсоляции и определение расчетных точек, остальное почти все по прежнему.
А почему проверка требуется редко для центральной зоны – это необходимо для окон за относительно глубокими лоджиями-балконами когда солнце высоко. Таких мест как правило бывает немного и они подобны друг другу в пределах одного среднестатистического объекта. Для специалиста эти места сразу видны и уже на стадии проектирования предусматривается их инсоляция низкими лучами или другим способом.. Естественно для южной зоны с высоким солнцем это очень актуально, а для северной вообще вряд ли потребуется. Очередной раз пишу – линейка настроена на юг Москвы, то-есть для центральной зоны, и, естественно, изменять ее для конкретного места путем изменения наклона плоскости лучей можно только в пределах этой зоны. Линейки для других зон должны иметь коническую лучевую структуру, ссылку на статью с методикой их построения давал ранее.

поправки к последнему сообщению:
1 из линеек МГСН 2.05-99 применимы только первые две для центральной зоны (прямоугольные)!
2 начало последнего абзаца следует читать ..."А почему проверка затенения от плит перекрытия балконов и лоджий вышележащего этажа требуется редко для центральной зоны "...

Прошу прощения за допущенные неточности - писалось урывками на работе...
По теме можно еще добавить, что методики построения есть и в учебниках "Строительная физика" и "Архитектурная физика".

Прошу не обижаться Maxim T на указанные проблемы исходных данных при построении математической модели для программы расчета теней. Наоборот приятно узнать о существовании действительно грамотного специалиста. А где искать правду? Просто нормы написаны таким языком, что если следовать им буквально и пытаться это реализовать математически, то появляются указанные проблемы.

Увахаемый Ю.В. поздравляю Вас с наступившим Новым годом!
Искпенне желаю Вам больших творческих упехов!