Лекция 1

Климат, элементы климата. Физиологические особенности теплообмена человека с окружающей средой.

Климат – многолетний режим погоды, наблюдающийся в данной местности.

Ограждающие конструкции зданий, планировка, инженерное оборудование должны обеспечивать благоприятные микроклиматические условия среды (оптимальные температуру, влажность, подвижность воздуха, благоприятный радиационный режим) для человека.

Климатические факторы

Важнейшими для проектирования климатическими факторами являются:

солнечная радиация (прямая и рассеянная), поступающая на разных широтах на горизонтальные и вертикальные поверхности разной ориентации; при безоблачном небе или облачности; в разное время (Вт / м²);

температурные факторы – температура воздуха, например средняя по месяцам, абсолютная минимальная, максимальная; средняя максимальная наиболее жаркого месяца, наиболее холодных суток и пятидневки; средняя наиболее холодного периода (^оС); период со средней суточной температурой менее 8 или 10 ^оС; амплитуда температуры средняя или максимальная по месяцам и др.;

влажностные факторы – влажность воздуха, например, относительная среднемесячная в 13 часов или в другое время (%); абсолютная, т.е. упругость водяного пара по месяцам (ГПа); количество осадков за год, месяц, сутки; осадков жидких, смешанных (мм) и др.;

ветер – повторяемость направлений ветра (%), повторяемость штилей, средняя скорость по направлениям, максимальная, минимальная скорость (м/с) и др.

Нормативные документы:

СП_131_13330_2012 Строительная климатология;

СП Строительная климатология и геофизика.

СП 23 -101-2004 Проектирование теплозащиты здания.

Климатические зоны

В зависимости от типа климата принято климатическое районирование – существенная составляющая климатологии.

Согласно СП «Строительная климатология» - на карте было выделено четыре климатических района:

I - север, холодный климат;

II - умеренные широты, умеренно-холодный климат;

III - часть южных районов с очень теплым летом;

IV - юг, зима мягкая, лето жаркое(Южный берег Крыма, Закавказье), жаркое влажное (Западная Грузия), очень жаркое сухое (долины Средней Азии).

Физиологический комфорт

Человек постоянно вырабатывает и отдает тепло во внешнюю среду. «Жарко» - это когда среда не может достаточно активно поглощать тепло, «холодно» - это когда тепла поглощается больше, чем вырабатывается организмом. Когда тепло, вырабатываемое телом, полностью отдается в среду – наступает тепловой баланс

Факторы влияющие на комфорт

Требования к микроклимату помещений изменяются в определенных пределах в зависимости от:

1. адаптации человека климату местности;

2. характера поведения человека – при большей физической нагрузке в организме вырабатывается больше тепла);

3. от вида одежды – в зависимости от сезона;

4. состояния здоровья;

5. возраста и т.п.

Влияние температуры на выбор материалов

- Для полов: большое теплоусвоение (поглощение тепла кондукцией) каменных, в том числе мраморных, полов предопределяет их использование в странах с жарким климатом, а в умеренном климате и на севере предпочитают «теплые» деревянные полы – и даже линолеум в определенное время кажется там «холодным».

- Зимой холодная поверхность оконного заполнения (при температуре ниже 8^о С) вызывает сильную отдачу тепла от организма на эту поверхность, что даже при хорошем уплотнении притворов создает ощущение дискомфорта (в зоне окна).

- Летом нагретый через крышу потолок может вредно отражаться на самочувствии человека (в таких случаях желательно увеличивать высоту этажа).

Ветер при низких температурах

При низких температурах подвижность воздуха (ветер) оказывают важное влияние на микроклимат как в помещении, так и вне зданий. Чем холоднее, тем сильнее охлаждающее действие ветра: при температуре – 30^о С даже слабый ветер (2-3 м/с) делает прогулку по воздуху недопустимой. При температуре от +5 до +20^о С охлаждающее влияние такого ветра не значительно, а при температуре +25^о С предпочтительна скорость ветра 1-3 м/с, так как она создает комфорт, снижая перегрев.

Влажность в жару

При температуре более +20^оС большую роль играет влажность воздуха. В сухом воздухе влага, выделяемая потовыми железами человека, легко испаряется, и человек, отдавая с потом много тепла, чувствует себя нормально. Во влажном воздухе испарение затруднено, и только ветер (подвижность воздуха в помещении) способствует охлаждению организма. При повышении температуры от +19 до +29^о С относительная влажность воздуха должна снижаться от 50-70 до 30-50% , только в этом случае сохраняется ощущение близкое к комфортному и подвижность воздуха не играет большой роли. Если влажность воздуха не снижается, то проветривание и аэрация приобретают первостепенное значение.

Комфорт

Ощущение комфорта, комфортность – субъективное понятие, это ощущение организмом человека комфорта помещения или среды при оптимальном сочетании температуры, влажности и подвижности воздуха, а также воздействия лучистого тепла.

Комфортабельность – потребительская, эксплуатационная полноценность жилья, зависящая от качества его проектирования: - габариты и пропорции помещений; - величина и место расположения оконных и дверных проемов, раздвижных перегородок, встроенных шкафов; - система выхода общедомовых сетей; - оборудование и т.п.

Методика оценки погодных условий.

В соответствии с задачами типологии в ЦНИИЭП жилища разработаны классификации погодных условий и даны их климатические характеристики, каждый из типов погоды связан с режимом эксплуатации жилых зданий и группой типологических требований.

С этой целью используется рассмотренное климатическое районирование и методика погодных комплексов, а также пофакторный анализ климатических данных, завершающийся комплексной оценкой сторон горизонта.

Основные природно-климатические факторы, подлежащие анализу:

-солнечная радиация, поступающая на стены разной ориентации;

-комплекс температуры с солнечной радиацией;

-комплекс температуры с влажностью;

-ветер с учетом:

-температурно-ветрового режима;

-ветроснегозаносов;

-ветра с дождем;

-ветра с пылью;

-ветра и солнца;

-рельефа и ветра;

-влияние подстилающей поверхности на климатические элементы:

-застройка;

-озеленение;

-акватории.

1.Солнечная радиация

регламентирует:

1) ориентацию помещений и зданий в целом;

2) планировку помещений;

3) устройство светопрозрачных ограждений, солнцезащитных экранов;

4)ориентация разного вида зон отдыха;

5) озеленение и др.

Инсоляция площадок

Размещаемые на территории жилых районов и микрорайонов места отдыха, детские, игровые и спортивные площадки, песочницы, плескательные бассейны, участки при детских яслях-садах, дворы-сады обеспечиваются инсоляцией как и жилые помещения.

Наряду с положительным воздействием инсоляции в южных районах страны (IV и частично III климатические районы) в жаркое время года тепловое воздействие солнечной радиации вызывает дискомфорт – перегрев помещений, ухудшение жизненной среды и состояния здоровья людей. Жилища в этом районе предохраняют от перегрева солнцезащитными устройствами (козырьки, жалюзи), а также с помощью сквозного проветривания квартир, в отдельных случаях - кондиционированием помещений.

Детские площадки, места отдыха во дворах предохраняют от воздействия радиации в жаркое время года навесами, тентами, трельяжами увитыми зеленью, а также посадкой деревьев, затеняющих данную территорию с юга, юго-запада и юго-востока.

2. Температурный режим, характеризующийся данными годового и суточного хода температуры воздуха, оказывает влияние:

1) на проектирование ограждающих конструкций;

2) учет перегрева в летнее время и на проектирование солнцезащитных устройств;

3) график суточного хода температур позволяет уточнить условия эксплуатации открытых помещений при наличии солнцезащиты или инсоляции.

3. Влажность воздуха

учитываемая зонами с различными типами влажности, влияет на: уточнение типов проветривания помещений на юге (ночное, дневное, круглосуточное) при комфортной, теплой и двух типах жаркой погоды.

4. Ветер

оценивается при:

1) решении планировочных задач, связанных с ветрозащитой или аэрацией;

2) выбором ориентации, взаимного размещения селитебных и промышленных зон.

Роза ветров

Удобной формой для анализа ветрового режима является роза ветров – показатель направления и скорости ветра по месяцам.

Роза ветров строится по повторяемости и скорости.

При анализе следует обращать внимание на конкретный румб с минимальной повторяемостью 20%, а при пыле- и снегозаносах – 10%

Скорость ветра

Скорость ветра более 4 м/с - при любой температуре неблагоприятная для пешеходов;

При скорости 6 м/с и более - начинается перенос снега и песка;

При скорости 12 м/с и более - возникают механические разрушения.

Пылеперенос

На песках и рыхлых почвах запыленность возникает при скорости ветра – 1-2 м/с;

На песчаных и супесчаных - -4 м/с;

На легких суглинках - 5 м/с;

На тяжелых - 5.5 – 7 м/с.

Пылезащита

Критическая концентрация пыли в воздухе составляет 1,5 мг/м³ и более. Если концентрация превышает критическую более 30 дней в году и если повторяемость пыльных бурь составляет не менее 3-х в месяц, то необходима пылезащита.

Снегозащита

Непродуваемая полоса шириной более 20-25 м может задерживать до 600 м³ снега на 1 метр полосы;

Система из трех продуваемых полос шириной 12. 12 и 15 м с промежутками (разрывами) 30-40 м задерживает до 400м³ снега на 1 м полосы.

Ветрозащитные полосы

Рисунок 1 Схема построения ветроснегозащитных поясов при различной величине снегозаносимости

На рисунке выше (Рисунок 1) приведены схемы ветроснегозащитных полос и составляемого ими ветрозащитного пояса, а на рисунке ниже (Рисунок 2) – схема действия ветроломного барьера из зеленых насаждений в санитарно-защитной зоне, каким по существу является любая ветрозащитная полоса, а также подветренная опушка леса или рощи.

Рисунок 2 Схема построения и действия зеленых насаждений санитарно-защитной зоны

Между жилой и производственными зонами

Направление улиц

Направление городских магистралей следует выбирать с учетом обеспечения аэрации или ветрозащиты.

При совпадении направления ветра с прямой магистралью, застроенной фронтально, возникает эффект усиления скорости ветра до 20%. Если этот эффект не желателен, здания (особенно длинные) следует разместить под углом 45-90^о к направлению магистрали.

Склоны и детские площадки

На обратных к солнцу склонах (Рисунок 3) интенсивность радиации на 20-30% меньше, чем на горизонтальной поверхности, а на обращенных к солнцу склонах – на 20-30% больше. Следовательно, в южных районах на жилых территориях с пересеченным рельефом зоны отдыха, жилые микрорайоны, детские и спортивные площадки целесообразно размещать на обратных склонах (скатах), а в средней полосе и северных районах – на склонах, обращенных к солнцу.

Рисунок 3 Схема влияния рельефа местности на величину инсоляции поверхности и ветровое воздействие: 1- обращенный к солнцу склон, заветренный; 2- обратный склон, наветренный

Аэрационный режим воздушной среды жилых территорий

Аэрационный режим воздушной среды жилых территорий имеет существенное гигиеническое значение.

Аэрационный режим воздушной среды жилых районов и микрорайонов устанавливают применительно к так называемой среде обитания человека, расположенной в пределах слоя воздуха высотой 2 метра от поверхности земли. Скорость движения воздуха в этом слое в пределах

0,5…4 м/с определяет комфортность воздушной среды,

5 м/с и более – дискомфортность, возрастающую с увеличением скорости;

застой воздуха во дворах создает антисанитарное состояние.

Ветовая тень здания

На основе метеорологических данных и специальных исследований местных климатических условий выявляют основные (расчетные) направления ветров, снижение вредоносного воздействия которых на воздушную среду жилой территории имеет наибольшее гигиеническое значение. Ветровое экранирование с помощью застройки ориентируют на эти расчетные направления ветров.

Протяженные ветрозащитные (с внутренним углом поворота не менее 120^о) здания следует располагать фронтом под углом 90…60^о к направлению ветрового Н. В северных районах с обильными снегопадами и метелями применяют такие же приемы защиты жилых территорий и от снегопереноса. Устройство ветро- и снегозащиты возможно с использованием одно- и многорядных экранов, образующих аэродинамические комплексы, внутри которых в зоне ветровой тени могут быть расположены жилые и общественные здания обычного типа. Влияние экранирования эффективно в пределах 6..10 Н ветрозащитных зданий,

Рисунок 4 Графики ветровых теней в зависимости от их длин и высот:

а, б- 5- этажных зданий; в- 9- этажных зданий

Аэрация территории

Необходимый аэрационный режим воздушной среды применительно к местным климатическим условиям устанавливают специальными разработками, аэрационными расчетами, а также исследованиями макетов застройки в аэродинамической трубе. Результаты этих разработок позволяют установить приемы застройки жилой территории, приближающие режим воздушной среды к требованиям комфортности пребывания людей во дворах, зонах отдыха, детских и школьных учреждениях.

Аэрация и склоны

Необходимо также учитывать влияние рельефа местности на ветровой режим воздушной среды. На заветренных склонных (Рисунок 3) скорость ветра снижается на 10..30% в зависимости от величины уклона и формы возвышенности. Следовательно, целесообразно использовать эти склоны для размещения зон отдыха, детских и спортивных площадок в северной и умеренной климатических зонах.

Аэрация в жару и холод

В южных районах с жарким летом и высоким уровнем влажности (субтропических) система застройки должна создавать условия хорошего проветривания дворов и всей жилой территории при всех направлениях ветров. В южных районах с сильными иссушающими ветрами и песчаными бурями особое значение имеет предохранение дворов-садов и всех внутренних пространств жилых районов от вредных воздействий ветров. В этих районах в наибольшей степени применимо экранирование внутренних пространств жилой территории, устройство многорядных экранов из ветро- и пылезащитных зданий.

На Севере учитывают дискомфортность воздействия ветров на воздушную среду во дворах в периоды низких температур.

Посадки деревьев от жары и пыли

Дополнительными мерами к улучшению воздушной среды жилых районов и микрорайонов является посадка компактных групп деревьев в зонах отдыха и игр. На участках таких групп деревьев температура воздуха в жаркое время года ниже, а в холодное – выше на 2…3^о, чем на открытых частях территории.

В целях защиты от пыли и загазованности группы детских и спортивных площадок, а также места отдыха в жилых микрорайонах размещают в удалении от автомагистралей и улиц с интенсивным движением и обрамляют полосами деревьев (тополя) и густого кустарника. В южных районах с жарким климатом и сухим летом для увлажнения воздуха во дворах размещают декоративные и плескательные бассейны, фонтаны, брызгально-поливочные установки в сочетании с зелеными насаждениями.

Ветро- и снегозащитные зеленые полосы

Из мероприятий по защите населенных мест, особенно сельских, от сильных ветров и связанных и ними снежных заносов и пыльных бурь использование зеленых насаждений является наиболее эффективным.

Ветрозащитный пояс размещается под прямым углом к направлению господствующего ветра на расстоянии 20-40 м от границы защищаемой территории (Рисунок 5, а). Его края должны перекрывать последний защищаемый объект не меньше чем на 15 м (Рисунок 5, в).

Рисунок 5 Размещение ветрозащитных насаждений в поселке

Типы застройки в зависимости от климата

При больших скоростях ветра и интенсивности переноса взвешенных частиц (> 500 м³/м в год), целесообразно придавать застройке обтекаемые формы, ограничивающие отложение у зданий переносимых частиц и давление ветра на поверхность здания (Рисунок 6,б). На эти фасады должны выходить лестничные клетки, вспомогательные и другие помещения, не предназначенные для длительного пребывания людей. Периметральная застройка создает внутри квартала более благоприятный микроклимат.

Рисунок 6 Типы застройки при повторяемости погоды с переносом взвешенных частиц, содержащихся в воздухе

а- периметральная застройка при повторяемости метелевой и суховейной погоды; б- периметральная застройка обтекаемой формы со стороны преобладающих ветров большой скорости; в- открытая застройка с торцами зданий, обращенных в сторону штормовых ветров:

1- направление преобладающих ветров; 2- здания-барьеры с герметичными ограждениями и служебными помещениями, обращенными в сторону ветров; 3- защитное озеленение

При штормовой погоде, связанной с интенсивным переносом дождевой влаги, желательно применять свободную или рядовую застройку, при которой здания обращены торцами в сторону преобладающих ветров (Рисунок 6, в). Торцы зданий имеют небольшую площадь и часто лишены оконных проемов. Поэтому возможность промокания стен, стыков стеновых панелей и окон в данном случае значительно уменьшается.

Входы при сильных ветрах

При сильных ветрах в холодный период года входы в здания целесообразно располагать со стороны фасадов, параллельных преобладающему направлению ветров или защищенных от них; при этом охлаждение помещений зданий, а также и отложения снега близ входов будут меньше.

Снегоотложения на Севере

Рисунок 7 Отложение снега у зданий

Рисунок 8 Регулирование отложений снега