МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНБАССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

Кафедра архитектуры промышленных и гражданских зданий

Методические указания

к выполнению лабораторных работ по разделу

строительной физики "Строительная климатология"

МАКЕЕВКА, ДонГАСА, 2004

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНБАССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

Кафедра архитектуры промышленных и гражданских зданий

Методические указания

к выполнению лабораторных работ по разделу

строительной физики "Строительная климатология"

(для студентов специальностей 7.092101; 7.092103;

7.092104; 7.092601; 7.092108; 7.120101)

Утверждено на заседании кафедры

архитектуры промышленных

и гражданских зданий

Протокол № 8 от 17 марта 2004 г.

Макеевка, ДонГАСА, 2004

УДК 711.4:551.58 (075.8)

Методические указания к выполнению лабораторных работ по разделу строительной физики "Строительная климатология" (для студентов специальностей 7.092101; 7.092103; 7.092104; 7.092601; 7.092108; 7.120101 всех форм обучения) / Сост.: Н.В. Тимофеев, С.Г. Кузнецов, А.В. Федоров - Макеевка: ДонГАСА, 2004.- 14 с.

Лабораторные работы посвящены количественной оценке некоторых величин, характеризующих микроклимат территории застройки.

В лабораторной работе К-1 приводится методика измерения температуры и влажности воздуха, скорости и направления ветра, а К-2 знакомит с анализом условий инсоляции.

Лабораторные работы предназначены для студентов строительных и архитектурных специальностей.

Лабораторні роботи присвячені оцінки деяких величин, які характеризують мікроклімат територій.

В лабораторній роботі К1 приводиться методика вимірювання температури і вологості повітря, швидкості та напрямку вітру, а К2 знайомить із аналізом умов інсоляції.

Лабораторні роботи призначені для студентів будівельних та архітектурних спеціальностей.

The laboratory works are meant for students of engineering and architectural specialties.

Составители: доц., к.т.н. Н.В. Тимофеев,

доц., к.т.н. С.Г. Кузнецов

асс. А.В. Федоров

Отв. за выпуск доц., к.т.н. Н.В. Тимофеев

Рецензент проф., д.арх. Х.А. Бенаи

Лабораторная работа к1 определение параметров микроклимата застройки

Цель: Закрепление теоретических знаний по основным параметрам температурно-влажностного режима и движения воздушной среды; ознакомление с основными приборами; ознакомление с методами измерения и получение практических навыков по определению температуры и влажности воздуха, скорости и направления ветра, определение пригодности территории застройки. Определить пригодность территории застройки для размещения в ней пешеходных зон.

1. Общие указания

Данные СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика» [1], которые обычно используются при проектировании, справедливы, если строительство ведется на обширной территории или до ближайшей метеостанции по прямой около 20-50 км. В этом случае делаются заключения о макрометеорологической информации. Влияние подстилающей поверхности, особенностей рельефа, близости водоемов и рек, зеленых массивов наличия зданий и сооружений при этом не учитывается. Поэтому часто возникает необходимость знать конкретные метеорологические особенности не только всей площади строительства, но и отдельных его участков. Последнее особенно актуально при реконструкции застройки или разработке проекта благоустройства ее территории. Для выявления более полной и детальной картины микроклимата города необходимо устройство сети локальных метеопостов (см. рис. 1).

Основанием для проведения натурных наблюдений являются Методические указания по производству микроклиматических обследований в период изысканий [2], указания разработаны специалистами ГГО им. А.И. Воейкова.

Микроклиматическая изменчивость зависит от типа погоды и сезона. Обычно для микроклиматических исследований выделяют 4 типа погоды:

1. ясно, тихо (< 3 м/с);

2. пасмурно, тихо (< 3 м/с);

3. ясно, ветер (> 3 м/с);

4. пасмурно, ветер (> 3 м/с).

Для характеристики сезонов микроклиматические наблюдения проводятся:

1. зимой – январь, февраль;

2. весной – апрель (май);

3. летом – июнь, июль, август;

4. осенью – октябрь.

Для получения достаточно надежных количественных характеристик микроклимата города необходимо каждый сезон, при каждом типе погоды, провести по несколько микроклиматических съемок (не менее 3-х). Для 3 и 4 типа погоды желательно проводить микроклиматические серии при разных направлениях основного потока ветра. Зимой обязательно на всех точках наблюдения и в окружении отмечать условия снегозаносимости.

Сроки наблюдения

Наиболее полная микроклиматическая серия такая, при которой проводятся круглосуточные наблюдения (ежечасно от восхода до захода солнца, и через каждые 2-3 часа в темное время суток). Круглосуточные наблюдения проводятся только летом при ярко выраженном суточном ходе метеорологических элементов.

Температура воздуха

Температура воздуха - это есть мера кинетической энергии молекул воздуха, которые постоянно двигаются. Измерение температуры воздуха можно производить только опосредованным (косвенным) путем, что основывается на зависимости температуры от таких физических свойств, которые поддаются непосредственному измерению (расширение тел, смена электрического сопротивления, ЭДС и т.д.). Для измерения температуры приняты различные шкалы, из которых в практике строительной физики используется 100-градусная шкала Цельсия.

Тела, физические свойства которых изменяются при изменении температуры и используются в измерительных приборах, называются термометрическими.

В строительной климатологии для измерения температуры используются в основном деформационные термометры. В данной работе они входят в конструкцию психрометра Ассмана (см. рис. 2).

Разновидностью деформационных термометров являются жидкостные стеклянные термометры, в которых в зависимости от границы измерения температур, используется различная жидкость.

Ртутные электроконтактные термометры (ТЗК и ТПК) используются для сигнализации и регулирования температуры в интервале от -30 до +300 С. Определение температур выполняется непосредственно по шкале, в направлении которой двигается по капиллярной трубке мениск жидкости.

Положительное качество стеклянных жидкостных термометров - простота использования и достаточно высокая точность измерения. А такие их виды как: малая механическая мощность (хрупкость), невозможность автоматической записи показаний и передачи их на расстояние, невозможность ремонта, большая инерционность, неудобство для измерения температуры в труднодоступных местах, непригодность для измерения температуры поверхности сокращают зону их использования для измерения температуры воздуха и жидкости.

Влажность воздуха

Влажность воздуха характеризуется количеством водяного пара, что в нем находится. Количество влаги в воздухе определяется его влагосодержанием (абсолютной влажностью) q, г, влаги на 1 кг сухой части влажного воздуха. Абсолютная влажность воздуха связанная с величиной парциального давления водяного пара - соответствующей действительной упругости водяного пара "е" (Па):

, (1.1)

где  - температурный коэффициент объемного расширения воздуха - 0,00366;

t - температура воздуха, С;

е - упругость водяного пара, Па.

Количество содержащегося в воздухе водяного пара при данной температуре не может превосходить определенного максимального предела, что называется максимальной упругостью – Е, Па. Отношение соответствующей действительной упругости водяного пара к максимальной при данной температуре называется относительной влажностью и выражается в %,

. (1.2)

Температура воздуха, при которой водной пар, находящийся в воздухе, достигает состояния насыщения, называется точкой росы, _р, °С.

Точка росы может наступить при увеличении влажности воздуха и постоянной температуре или при уменьшении температуры и постоянной влажности.

Влажность воздуха в строительной климатологии также как и температура измеряется косвенными (непрямыми) методами.

Психрометрическим методом влажность воздуха определяется на основании показаний двух одинаковых термометров, резервуар одного из которых обернут смоченной водой тканью.

С помощью резервуара "влажного" термометра происходит испарение воды, интенсивность которого зависит от влажности окружающего воздуха. Так как на испарение расходуется тепло, то показания этого термометра окажутся ниже показаний "сухого" термометра, показывающего действительную температуру воздуха. На основании одновременных показаний "сухого" и "влажного" термометров и их психрометрической разности с помощью специальных таблиц или графиков определяется относительная влажность воздуха.

Влажность определяется до температуре не ниже -10 ^оС, при более низких температурах смоченный термометр не применяется.

При теплой погоде психрометр без вентиляции сильно перегревается. Перед наблюдением, в таких случаях, его необходимо провентилировать.

Скорость и направление ветра

Ветер – горизонтальное перемещение воздуха относительно земной поверхности. Происходит вследствие разности атмосферного давления. Обычно определяют направление ветра и его скорость. Для получения характеристик ветра используются различные анемометры (чашечные, индукционные), флюгер и дистанционные приборы – анеморумбометры. Направление ветра определяется по 16 румбах горизонта или в градусах азимута. Скорость ветра измеряется в метрах в секунду, километрах в час, узлах, в баллах по шкале Бофорта.

Анемометр - прибор для измерения скорости ветра. По конструкции приемной части различают два основных вида анемометров: а) чашечные - для измерения средней скорости ветра любого направления в пределах 1-20 м/с (см. рис. 3); б) крыльчатые - для измерения средней скорости направленного воздушного потока от 0,3 до 5 м/с. Крыльчатые анемометры применяются в основном в трубах и каналах вентиляционных систем.

Флюгер – прибор для определения направления ветра (см. рис. 4). Направление ветра указывается флюгаркой 3, которая направлена туда, куда дует ветер. Флюгарка укреплена на трубке 2, надетой на стальной стержень 1, на котором она свободно вращается. На противоположном конце находится противовес 4. На верхнем конце этой трубки укреплена на шарнирах железная пластинка 6. Пластинка эта прикреплена перпендикулярно направлению ветра. Когда нет ветра, пластинка висит вертикально. При ветре она отклоняется в сторону ветра на некоторый угол. По указателю 7, приделанному к флюгеру, можно судить, на какой

угол отклоняется металлическая пластинка. Чем больше угол отклонения, тем сильнее ветер. При очень сильном ветре, до 20 м/с, пластинка занимает горизонтальное положение.

Анеморумбометр - прибор для измерения скорости и направления ветра. Принцип действия анеморумбометра основан на преобразовании измеряемых характеристик скорости и направления ветра в электрические величины, которые передаются по соединительному кабелю в соответствующие узлы измерительного пульта. Прибор состоит из датчиков скорости и направления ветра, измерительного пульта и блока питания. В датчике сосредоточены чувствительные элементы и первичные преобразователи скорости и направления. В качестве чувствительного элемента используется четырехлопастной воздушный винт с горизонтальной осью вращения (см. рис. 5). Чувствительным элементом для направления ветра является флюгарка, выполненная в виде объемного обтекаемого корпуса прибора, на котором установлен воздушный винт. Измерение средней скорости ветра основано на определении числа оборотов винта, вращаемого воздушным потоком, за 10 мин. Число оборотов винта, сниженное механическим редуктором до долей полного оборота, может быть отсчитано по шкале указателя, градуированного в м/с. Определение мгновенной скорости ветра основано на измерении напряжения электрического тока, который индуцируется в генераторе; вращение винта датчика передается ротору генератора так, что скорость ротора в каждый момент времени равна скорости вращения винта. Измерение направления ветра основано на дистанционной передаче положения флюгарки с помощью специального устройства. Блоки датчиков анеморумбометра устанавливаются на метеорологической площадке на мачте высотой 10-12 м и ориентируются по направлению географического меридиана. Измерительные пульты и регистраторы помещают в здании станции.