Klimatukr_lektsii_2005

Вертикальний профіль швидкостей. З ростом висоти швидкість вітру збільшується і змінюється його напрямок. Останнє пов’язано з дією сил Коріоліса, за рахунок яких вітер у північній півкулі землі, наприклад, повертає вправо. На побутовому рівні це поняття зводиться до того, що якщо стати спиною до вітру, то з висотою він повертає в сторону правої руки приблизно до 30 - 45о. В метеорології використовується спіраль Екмана, котра описує цей процес.

Існують два найбільш простих засоби розрахунку швидкості вітру: по ступені і за логарифмічним законом. На рис. 1.4. приведено вид вертикальних профілів над характерними шорсткості земної поверхні.

Логарифмічний закон є більш точним на висотах до 100 -200 м, що цілком підходить для території міської забудови. Багато вчених неодноразово звертали увагу, що логарифмічний закон розподілу швидкості вітру в приземному шарі являється лише частковим випадком більш загального закону за ступенем. Логарифмічний закон є слушним лише для адіабатичного стану атмосфери і при інверсіях цей закон повинен бути змінений на закон за ступенем.

Рис. 1.4 - Профілі швидкостей над різними шорсткостями(за A. Davenport’ом)

Коли є інформація про середню швидкість ( uref ) на будь якій фіксованій висоті (zref) (флюгер метеостанції), то логарифмічний закон розподілу має вигляд:

де u z - середня швидкість на висоті z;

zo - параметр шорсткості (висота, на якій швидкість дорівнює 0); do - товщина витискання (складає біля 2/3 висот перешкод).

В таблиці 1.2 наведені значення zo і do для різних категорій територій, що прийняті в

європейському стандарті.

Закон за ступенем, на відміну від логарифмічного, котрий використовується за кордоном, є найбільш простим. Він прийнятий в нормах СРСР при розрахунках вітрових навантажень на будівлі та споруди.

Загально прийнятою є залежність наступного виду

(шорсткості підлеглої поверхні), над якою відбувається рух вітру. В інженерних розрахунках прийнято три типу місцевості:

перший (А) – відкриті узбережжя озер і водосховищ, пустелі, степи, лісостепу, тундра, для котрих = 0,16;

другий (В) – міські території, лісні масиви і інші місцевості, що рівномірно вкриті перешкодами висотою більше 10 м, для котрих = 0,22;

третій (С) – місцевість з крупними елементами шорсткості (міські райони з забудовою будинками більшими 25 м), для котрих = 0,33.

Споруда вважається розташованою в місцевості даного типу, якщо місцевість зберігається з навітряного боку споруди на відстані 30h – при висоті споруди h до 60 м і 2 км – при більшій висоті. За кордоном прийнята інша класифікація територій та інші показники ступеню.

Таблиця 1.2 – Категорії території та значення величин zo і do

Рубіжні значення швидкостей вітру

На засадах гігієнічних і соціологічних досліджень встановлено рубіжні значення швидкостей:

-більш 4 м/с - визиває дискомфорт у пішоходів;

-більш 6 м/с – початок переносу снігу та піску;

-більш 12 м/с – можливі механічні пошкодження будівельних конструкцій. Інформація про вітер використовується в наступних інженерних розрахунках:

-аерація і захист міських територій;

-теплотехнічні розрахунки огороджувальних конструкцій;

-вітрове навантаження на будинки і будівельні елементи;

-вітроенергетика;

-снігові заноси вулиць, доріг і територій.

1.8. Хмарність

Конденсація водяної пари внаслідок зниження температури і накопичення її на деякій висоті від земної поверхні веде до створювання хмар. Кількість хмар, або хмарність, характеризуються ступенем покриття небосхилу хмарами. Оцінка хмарності ведеться візуально по 10бальній шкалі,

в котрій 0 балів відповідає безхмарному небу, 10 балів повному покриттю небосхилу хмарами. Хмарність враховується при визначенні типу погоди.

Лекція 2

Сполучення кліматичних факторів

Очевидно, що розглянуті в попередній лекції кліматичні фактори не діють окремо. Тому наступним кроком у навчанні є аналіз сполучення кліматичних факторів.

2.1. Температура і вітер

В кліматології використовується поняття вітроохолодження. Територія забудови оцінюється

в умовних одиницях (Н), що становлять собою сполучення низьких температур і швидкості вітру за напрямками. Розрахунок ведеться за формулою

Н 0,13 0,47и 36,5 tн . (2.1)

Будується роза вітроохолодження і напрямок з максимальним значенням Н враховується як неблагоприємним. Однак подобні оцінки виконуються як правило за науковими цілями. Це пояснюється ще й тим, що зимою низькі температури бувають при невеликих швидкостях вітру.

Гігієністами встановлено наступні рубіжні сполучення:

-и 4 м/с і від’ємні температури – бажаний захист пішоходів від вітру;

-и 5 м/с і від’ємні температури захист будинків від тепловтрат;

-при tн від –15 до –35 оС – допускаються краткочасні прогулянки людей при вітрі від 3,5 до 0 м/с;

-при tн від 20 до 28 оС – вітер до 2,5 м/с – є комфортним;

-при tн від 28 до 33 оС – вітер від 1 до 4 м/с – є комфортним, необхідна аерація приміщень;

-при tн > 33 оС і φ < 25 % - вітер не дає полегшення і роздратовує.

В містобудівництві прийнята наступна шкала комфортних швидкостей:

-при tн від -15 до 10 оС - и = 0,6 ÷ 2,5 м/с;

-при tн > 10 оС - и = 1 ÷ 3 м/с.

Тепловтрати будинку напряму залежать від його місцезнаходження в забудові. Коли тепловтрати будинку, що розташований окремо, прийняти за 100 % (див. рис. 2.1), то в умовах захищеності він буде втрачати 50 %, а при розташуванні на узгір’ї - до 200% тепла. При дії вітру під кутом 45о до фасаду про ізводить зниження тепловтрат – до 85 %. Використання скніння лоджій також сприяє зниженню тепловтрат.

2.2. Вітер з дощем

Такої неблагоприємної дії піддаються, як правило, вертикальні поверхні будинків і споруд. На вертикальну поверхню може випадати приблизно в 2, а в карнизній частині в 4 - 6 разів більше опадів, ніж на горизонтальну поверхню. Тому попередньо з’ясовують ступінь інтенсивності дощів при вітрі. Поступають наступним чином.

1.З кліматологічних довідників уточнюють середню багаторічну суму опадів, мм, за теплий період.

2.Розраховують середню багаторічну швидкість вітру за цей період, м/с.

3.Знаходять інтенсивність, поділивши перше значення на друге (мм/хв).

4.За інтенсивністю і швидкістю вітру за спеціальними таблицями знаходиться сума опадів, що проходять через вертикальну поверхню.

5.Установлюють ступінь вологості території і дають рекомендації щодо конструювання зовнішніх огороджень будинків. Коли сума опадів:

< 100 мм/хв – суха зона (в великих панелях, наприклад, використовується закритий стик); 100 ÷ 200 мм/хв – нормальна зона (відкриті дреніровані стики); > 200 мм/хв – волога зона (стики відкриті з нащільниками, накладками і профільними перекриттями зазору, застосування стін-екранів).

При наявності повної інформації про кількість опадів і швидкість вітру при дощі за румбами будується роза дощів. Розрахунок кількості опадів на вертикальну поверхню (Нв) в залежності від кількості тих, що випали на горизонтальну поверхню (Нг) і середєдобову швидкість при вітрі ( и ) ведеться за формулою

Найбільшій від дії косих дощів потерпають житлові будинки, що виконують функції вітрозахисних. Будинки, що розташовані в середині забудови, більш всього сприймають дію опадів тільки на рівні верхніх поверхів. Фасади обличковуються водовідбиваючими матеріалами або розчинами, а також можуть застосовуватися спеціальні щити на відносі, засклені балкони і лоджії та інші конструктивні рішення.

2.3. Вітер і сніг

Часті завірюхи зі значними снігопереносами затрудняють експлуатацію селітебних територій. Снігоперенос (м3/п.м) характеризує наступні об’єми: 200, 400 и 600 м3/п.м.

Рис. 2.2- Схеми сніговідкладання в елементарних формах рельєфу

Таблиця 2.1 – Ефективність зелених насаджень при захисту від снігопереносів

Відкладання снігу залежить від рельєфу, рослин, наявності перешкод і швидкості вітру біля поверхні землі. Можливі схеми сніговідкладання в елементарних формах рельєфу приведено на рис. 2.2. Вхід до окремо розташованого будинку назначається, як правило, з навітряного боку, де утворюється жолоб видування. Зелені насадження різної конструкції використовуються (див. табл. 2.1) для захисту територій від снігопререносів.

2.4. Вітер та пил (пісок)

Є окремі регіони, що підвержені запиленості, котра також може виникнути при неправильному освоюванні території для будівництва. Встановлено, що запиленість виникає при вітрах зі швидкістю:

1 - 2 м/с - на пісках і піщаних рихлих почвах; 3 - 4 м/с –на піщаних і супіщаних почвах; більш 5 м/с – на легких суглинках; 5,5 – 7 м/с – на тяжких суглинистих почвах.

Якщо більш 30 діб на рік концентрація пилу перебільшує 1,5 мг/м3 або повторюваність пильних бурь більше 3 разів, то потребується захист територій. В цьому зв’язку неблагоприємними є напрямки вітру з повторюваністю більш 20 % при швидкості, яка перевершує

5 м/с.

Вітри, які здатні піднімати пил і приводити до руху пісок, можуть заставити проектувальника відмовитися від розробки природних засобів провітрювання до їх повного виключення. У всіх випадках нагально необхідна ретельна перевірка і врахування конкретних обставин. В Адені, наприклад, жителі однієї прибережної житлової забудови, котра орієнтована в розрахунку на використання морських бризів, віддають перевагу знемаганню від спеки в ретельно закритих приміщеннях, ніж стражданню від прохолодного, але роздратовуючого вітру, що несе з собою маленькі частки піску і гравію з обширних прибережних територій, вкритих піском.

Ефективними засобами боротьби з піщаними вітрами являються захисні екрани і внутрішні дворики. Зниження інтенсивності піщаних вітрів можна досягнути також застосуванням м’якого ґрунтового покриття в безпосередній близькості до будинку. Коли від піщинок, що приносяться вітром необхідно захищати відкриту ділянку, важливо, щоб екранююща стіна, що її оточує, не мала перерізів.

Лекція 3

Природно - кліматичне районування території

3.1. Загальні і комплексні показники для призначення зон та кліматичного районування

Показниками для призначення зон для кліматичного районування території виступають багаторічні спостереження за кліматичними показниками, їх середніми значеннями, амплітудами коливань, кліматичними нормами і екстремальними значеннями. Середні показники із багаторічного ряду спостережень біля 30 років і більше, звичайно називають кліматичною нормою.

Об’єднання двох або більше метеорологічних показників в один для характеристики їх сукупної дії на місцевість або об’єкт називається комплексним кліматичним показником.

Вельми поширене розповсюдження для визначення комплексних кліматичних показників одержав метод чисельних характеристик - індексів та температурних шкал.

Так, індекс сухості (М. І. Будико), знаходиться як

де R - радіаційний баланс; r - річна кількість опадів;

L - схована теплота утворювання пари;

Lr - тепло, необхідне для випарювання річної кількості опадів).

Величина kс, яка буде мінімальною на півночі (в тундрі менше 0,35) зростає до півдня, і досягає максимуму в пустелі.

Існує гідротермічний індекс (Селянінова), який розраховується за формулою

де r- сума опадів за період з температурою повітря більше 10 °С, мм; Σt - сума температур повітря за цей же період, °С.

Цей індекс характеризує ступень вологості (вологозабезпечення) території.

При цьому вважається, що витрата вологи на випарювання в теплий час року приблизно дорівнює сумі середнємісячних температур, зменшеної в 10 разів.

Метод температурних шкал для одержання комплексних показників базується на поняттях еквівалентної або ефективної температури.

Ефективною температурою вважається умовний показник, який зводить воєдино ефект дії температури, вологості і руху повітря на відчування тепла або холоду організмом людини. Американські вчені (К. Брукс та інші) вважають що цей показник чисельно дорівнюється температурі нерухомого, ненасиченого повітря, яке викликає ідентичні відчування у людини.

Вітчизняні містобудівники вважають ефективно-еквівалентну температуру, яка при штилі і відносній вологості 100% дає таке ж тепловідчування, як і при сполучені окремих значень температури, відносної вологості і швидкості вітру. Коефіцієнт значення температури, вологості і вітру, відповідають ефективній температурі від 16,7 до 20,6°С, що визначають умови, при яких більшість людей відчувають себе комфортно. Цей діапазон температур зветься “зоною комфорту”.

Дорожньо-кліматичне районування

В основу кліматичного районування для цілей проектування та експлуатації доріг покладено водно-тепловий режим поверхні, яка характеризується типом почви. Досвід експлуатації доріг дозволяє скорегувати карту почв, що є підосновою для проектування. В районуванні України зберігається класифікація, що була прийнята в СРСР. Із загальної кількості зон (їх всього 5) на Україні розташовано три.

ІІ зона обмежується з півдня лінією Львів - Житомир - Калуга. До зони входять заболочені території Полісся. Характеризується надлишковим уволожненням внаслідок перебільшення атмосферних випадів, надвипарюванністю та високим розташуванням рівня ґрунтових вод.

ІІІ зона розташована на південь від ІІ зони до лінії Кишинів-Кіровоград-Харків. В межах зони розташовані оповзні та чорноземи, що вищєлочуються. Характеризується надлишковим уволожненням весною і осінню.

ІV зона розташована на південь від ІІІ зони. Характеризується помірною вологістю і невеликою кількістю опадів. Ґрунтові води розташовані на невеликій глибині.

Гірські райони Карпат і Криму знаходяться поза дорожнім районуванням, оскільки класифікація почв є важкою з причин:

-здебільшим розповсюдженням скельних та кам’яних ґрунтів;

-різкою залежністю умов зволоження від висоти місцевості над рівнем моря;

-великим різноманіттям температурно-вологісного режиму і в цілому мікроклімату на схилах різної крутизни та експозиції. Наприклад, між крутими північним та південним

схилами, підошвою схилу і його вершиною, біля узбережжя моря або на висогорному плато.

Наведене зонування дозволяє прогнозувати поведінку дорожнього покриття в ході експлуатації в типологічних умовах конкретної температурної зони. Районування є умовним. При реальному проектуванні в межах території забудови необхідна додаткова інформація про склад ґрунту і рівень ґрунтових вод.

3.3. Кліматичне районування для будівництва

Кліматичне районування для будівництва ґрунтується на показниках багаторічних спостережень за:

-середнємісячною температурою повітря в січні (самому холодному місяці);

-середньою швидкістю вітру за три зимових місяця (самий суровий період);

-середньомісячною температурою повітря в липні (самому теплому місяці);

-середньомісячною відносною вологістю повітря в липні.

Відповідно ДБН 360-92* “Містобудівництво. Планування і забудова міських і сільських осель” на Україні (див. рис. 3.1) три кліматичні зони. При районуванні збережена нумерація, яка була прийнята у СРСР. В кожній зоні наділені додаткові підзони. Наприклад зона III В1західний степ (Кіровоград) і III В2 - східний степ (Донецьк).

Районування території по зонах встановлено згідно з критеріями, що наведені в табл. 3.1. Таблиця. 3.1 - Критерії для районування території

Згідно наведеної таблиці вологість повітря і швидкість вітру для цих зон не наводяться з причин відсутності достатніх спостережень або великим різноманіттям природних факторів в середині зони.

Рис. 3.1 - Карта фізико-географічного районування України для будівництва (із ДБН 360-92*)

Наведена інформація є основною при розробці типових об’ємно-планувальних або конструктивних рішень. Очевидно, в майбутньому, при накопиченні і систематизуванні диференційовано по зонах і підзонах метеорологічних спостережень, з’явиться можливість поряд з уточненням меж показників більш точно враховувати вплив місцевих умов на будівельні об’єкти.

3.4. Районування території за вітровим режимом

За вітровим режимом Україна в цілому поділяється на райони, що наведені в таблиці 3.2. Згідно цієї таблиці видно, що в Україні спостерігаються слабкі вітри (швидкість не перебільшує 5 м/с) і тільки на Чорноморському узбережжі та в Приазов’ї треба враховувати підвищені швидкості вітру.

Таблиця – 3.2 Характеристика території України за вітровим режимом

3.5.Районування територій за рекреаційними цілями

В основу такого районування покладено інформацію про придатність місцевості до оздоровлення, відпочинку та туризму. По кількості комфортних діб територія України поділяється на поясні райони: район ІІІ – з кількістю комфортних діб від 60 до 90 (майже вся територія) та район ІV - з кількістю комфортних діб більше 90 (приблизно на південь від 48о пн.ш.).

Данні про районування території використовуються на стадії схеми районного планування при виборі місць для розміщення баз відпочинку, центрів туризму і лікувально-оздоровчих комплексів; на стадіі генерального плану, проекту забудови та детального планування – при визначенні тривалості рекреаційного періоду і відповідно проектуванні капітальних і тимчасових будинків і споруд (спальних корпусів, блоків харчування, спортивних і лікувально-оздоровчих комплексів, кемпінгів, готелів і т.і) при розрахунках пропускної спроможності в ці періоди.

До інших засобів слід віднести районування територій:

-за світловим та ультрафіолетовим кліматом;

-за ефективними температурами;

-за розподілом радіаційного тепла.