Учебное пособие 2017

Научный журнал ВГТУ. Жилищное хозяйство и коммунальная инфраструктура

В зарубежной практике градостроительства при описании микроклиматических различий отдельных морфологических единиц – городских ландшафтов – применяется классификация, выполненная с позиций архитектурно-климатического анализа и основанная на определении характерных для того или иного морфотипа городской среды климатических параметров [2…4]. Выделяемые при этом микроклиматические типы городских ландшафтов, имеющие выраженные особенности ветрового и температурновлажностного режима, характер распределения осадков и другие микроклиматические особенности, получили название «климатопы». Указанные особенности определяются морфометрическими характеристиками застройки, условиями подстилающей поверхности, характером благоустройства ее территории и интенсивности техногенной нагрузки на окружающую среду [5]. Такой ландшафтно-экологический подход объясняется многообразием природных, антропогенных и техногенных ландшафтов в условиях городской среды, значительно отличающихся по своим свойствам: морфологическим, температурным, ветровым, влажностным характеристикам, радиационному режиму и другое [6…9].

Оценка климатообразующих свойств подстилающей поверхности городской среды проводилась с использованием геоинформационных технологий. Созданная электронная карта-основа представлена в среде ArcGIS в виде 14 векторных тематических слоев, характеризующих функциональное зонирование, особенности рельефа, параметры уличнодорожной сети и характер застройки. В качестве топоосновы использовались генеральный план городского округа город Воронеж [10] и аэрофотоснимки территории города. Краткое описание и климатическая характеристика каждого слоя представлены в табл. 1.

- 62 -

Геоинформационный анализ климатообразующих свойств городской среды представляет собой преобразование векторных слоев в растровые по определенному качественному показателю, заданному в атрибутивной таблице данных. Вся площадь города была разбита на сетку с размерами ячейки 25×25 м. Векторные слои были переклассифицированы в четыре растровых слоя: характер подстилающей поверхности,

- 63 -

Научный журнал ВГТУ. Жилищное хозяйство и коммунальная инфраструктура

цифровая модель рельефа (включает в себя оценку уклона и экспозиции склонов), уличнодорожная сеть и застройка (здания и сооружения). В каждой ячейке была проведена оценка процентного соотношения того или иного качественного показателя на единицу площади.

Последующая генерализация полученных результатов инструментами геоинформационного анализа позволила выделить следующие климатопы в условиях города Воронежа:

аквальный;

рекреационный;

садово-парковый;

транспортный;

селитебный;

промышленный;

климатоп железнодорожной инфраструктуры;

сельскохозяйственный;

лесной.

Основой для определения и уточнения температурно-влажностного режима климатопов служат натурные инструментальные микроклиматические наблюдения течение года при типичных для каждого сезона синоптических ситуациях, когда фоновые параметры максимально соответствуют среднемноголетним характеристикам. Авторами была проведена серия микроклиматических наблюдений по системе экспериментальных площадок (опорных точек наблюдений) в условиях различных климатопов, выделенных на территории г. Воронежа, за исключением лесного и сельскохозяйственного. Всего было намечено 17 точек: 10 – на правом берегу и 7 – на левом берегу Воронежского водохранилища, их месторасположение и краткая характеристика приведены в табл. 2.

Таблица 2

Характеристика опорных точек наблюдений

- 64 -

Наблюдения велись по установленным срокам, для различных сезонов года: 06:0009:00 (восход солнца, утро); 12:00-14:00 (полдень); 16:00-19:00 (послеполуденное время за 3 часа до захода солнца); 19:00-22:00 (заход солнца, вечер). В течение одного срока наблюдений (1…2 часа) были охвачены все опорные точки. Программа наблюдений позволила в ограниченном временном промежутке статистически обрабатывать и сравнивать данные измерений. Результаты исследования в конечной точке наблюдения сравнивались с измеренными температурой и влажностью на фоновой метеостанции, то есть для статистической обработки использовались не фактические климатические показатели, а структурированные температурно-влажностные характеристики, представляющие собой разницу между измеренными показателями и данными фоновой метеостанции [11, 12]. В качестве фоновых климатических условий использовались данные метеостанции «34123 (СХИ) – Воронеж», расположенной на 51,6 ˚с.ш., 39,2 ˚з.д. и 104 м над уровнем моря.

Анализ суточного хода температур воздуха и его влажности показывает заметную связь с особенностью планировочной структуры Воронежа, плотностью и этажностью застройки, направлением улиц, характером подстилающей поверхности, озеленением.

Ниже приведено описание температурно-влажностных особенностей климатопов. Аквальный климатоп в весенний и летний период года способствует охлаждению и

увлажнению прибрежных территорий. Осенью, наоборот, водные объекты, обладая высокой теплоемкостью, являются участками положительной температурной аномалии. Правый берег вблизи водохранилища во второй половине дня оказывается холоднее на 0,3…1,8 ˚С по сравнению с левым, что вызвано циркуляцией воздуха с густо-озелененных крутых склонов восточной экспозиции. Также в летний период температура воздуха днём чуть понижается у берега, а ночью повышается, поскольку вблизи водохранилища формируется бризовая циркуляция воздушных масс [9].

Рекреационные и садово-парковые территории характеризуются температурно-

влажностным режимом, близким к фоновым условиям, и напрямую зависит от периода вегетации зеленых насаждений, благодаря которым снижается температура и повышается влажность воздуха. В зимнее время температура может повышаться на 0,4…0,8 ˚С за счет эмиссии тепла котельными установками в жилой застройке. Особую роль в формировании климата города и микроклимата отдельных участков застройки играют зеленые насаждения. Температура воздуха в лесопарках (СОК «Олимпик» и ЦПКиО) на 7,5 ˚С, в скверах на 5,2 ˚С, в палисадниках на 3,4 ˚С и в однорядных уличных посадках на 2 ˚С ниже, чем температура на открытых местах.

Вселитебном климатопе в течение всего года наблюдается повышение температуры на 1,3…2,5 ˚С, при этом влагосодержание воздуха снижается, исключение представляет зимний период, когда при температуре воздуха близкой 0 ˚С начинает таять снег и создается эффект оттепели.

Вжилых микрорайонах повышенной этажности (свыше 10 этажей), где преобладают искусственные покрытия и практически отсутствуют древесные зеленые насаждения, за счет разности температур инсолируемых и неинсолируемых участков возникает термическая конвекция и образуются турбулентные потоки воздуха с порывами ветра повышенных скоростей. При этом эффективная, то есть ощущаемая человеческим организмом, температура воздуха в условиях ветроохлаждения может быть ниже, чем радиационная температура. Особенно это выражено в дневные часы, к вечеру с заходом солнца скорость ветра стихает.

Транспортный и промышленный климатопы в течение всего года отличаются высокой температурной разницей (до 5,4 ˚С) в сторону положительных значений по сравнению с фоновыми и низкой влажностью. Это объясняется низким альбедо асфальтового покрытия (в июле при средней температуре воздуха 19,5 ˚С температура

-65 -

Научный журнал ВГТУ. Жилищное хозяйство и коммунальная инфраструктура

поверхности асфальта составляет 54,5 ˚С). Зарегулированность стока и отсутствие зеленых насаждений приводит к резкому снижению относительной влажности воздуха.

Железнодорожное полотно (крупные железнодорожные узлы и станции) и соответствующий ему климатоп, в виду высокой излучающей способности металлов, в ясный летний и осенний день имеет ярко выраженную положительную температурную разницу в приземном слое воздуха, а ночью и в зимнее время является источником холодного воздуха.

В целом правый берег оказывается на 1…1,5 ˚С теплее. Это связано с более плотной застройкой, расположенной на возвышенности по отношению к левобережной части города.

На основе проведенных авторами исследований разработаны следующие градостроительные рекомендации. Анализ повторяемости дискомфортных погод в течение года из всех климатозащитных мероприятий на первый план выводит ветрозащиту территории. Особенно это актуально в зимние месяцы в местах большого скопления людей

– на детских площадках, местах отдыха. В летние месяцы требуются мероприятия, направленные на защиту от перегрева и сохранение аэрационного потенциала. Обеспечение эти двух требований возможно с помощью грамотного размещения зеленых насаждений и самой застройки и регулирования её этажности.

Для достижения ветрового комфорта рекомендуется применение полузамкнутых и замкнутых групп домов, полузамкнутая часть которых должна располагаться в подветренном направлении по отношению к зимним ветрам. Наиболее благоприятными для условий Воронежа являются восточная и южная стороны горизонта. Юго-восточный сектор в холодный период года приносит метели со скоростью ветра 6…10 м/с. В летнее время года с юго-востока воздушные массы приносят «волны жары», когда устанавливается сухая жаркая погода, при этом терморегуляторные функции человека испытывают повышенные нагрузки [13]. В наветренном направлении (запад и северо-запад) в жилой застройке следует устраивать небольшие разрывы.

Этажность в переделах группы зданий или квартала следует увеличивать по направлению неблагоприятного ветрового потока. В таком случае часть ветровых нагрузок, создаваемых нисходящими потоками воздуха, возникающими при обтекании зданий, будет восприниматься не территорией городской застройки, а кровлями более низких секций, расположенных с наветренной стороны [5]. Также не рекомендуется устраивать жилые микрорайоны повышенной этажности на границе с крупными лесопарками, так как из высокой разницы температур и возникающей вследствие этого термической конвекции, происходит образование вихревых потоков воздуха, скорость ветра значительно увеличивается. В этом случае оптимальным решением будет размещение внутри застройки «зеленых коридоров» в виде небольших лесополос и скверов, непрерывно связанных друг с другом, которые будут принимать на себя большую часть ветровых нагрузок и нивелировать разницу температур между лесопарком и застройкой [7].

Известно, что детские дошкольные учреждения, школы, учреждения здравоохранения рекомендуется размещать в глубине застройки, по периметру высаживая быстрорастущие древесные породы, защищая тем самым от неблагоприятного воздействия ветра. Эти требования не соблюдены при строительстве некоторых современных жилых кварталов с детскими учреждениями и площадками в Коминтерновском районе. В ходе микроклиматических наблюдений было установлено, что в этих микрорайонах в течение светового дня как в холодный, так и теплый период года, даже при штилевых фоновых условиях, возникают потоки воздуха с сильными скоростями, что доставляет дискомфорт жителям.

Для защиты от перегрева рекомендуется устройство внутриквартального озеленения для создания микромасштабной термической конвекции, способствующей вертикальному

игоризонтальному перемешиванию воздуха вблизи зданий и сооружений.

-66 -

Внутри застроенных территорий центральной части города формируются зоны застоя воздуха, которые препятствуют турбулентному перемешиванию приземного слоя атмосферы и выносу избыточного тепла в вышележащие слои атмосферы. Рекомендуется максимальное сохранение аэродинамических коридоров, расположенных вдоль основных транспортных магистралей города, их озеленение. Использование различных по своим теплофизическим свойствам материалов при отделке фасадов зданий, кровель, а также покрытий, озеленение крыш южных и юго-западных фасадов зданий, размещение водных объектов будет способствовать конвективному перемещению воздуха в застройке.

Исторически сложившаяся малоэтажная застройка правобережного склона в комплексе с водохранилищем обладают высоким аэрационным потенциалом и способствуют выносу загрязненных воздушных масс с центральной части города, расположенной на возвышенности. При этом улицы левого берега, ориентированные в широтном направлении (Героев Стратосферы, Полины Осипенко, пер. Ольховый, Ильича, Димитрова, Остужева) являются аэродинамическими коридорами. В застройке набережной левого берега также необходимо предусматривать разрывы, устраивать замкнутые и полузамкнутые жилые группы, ориентированные наиболее длинным фасадом в меридиональном направлении.

Несоблюдение перечисленных требований при застройке нового микрорайона ЖК «Дельфин», расположенного на берегу водохранилища, привело к образованию дискомфортных микроклиматических условий. Повышенная этажность зданий (17…25 этажей), отсутствие участков с естественной древесно-кустарниковой растительностью, используемые искусственные материалы для покрытий площадок для отдыха детей и взрослых способствуют перегреву в летний период. Детские площадки располагаются на открытых участках в разрывах между зданий в направлении движения воздушных масс с запада и северо-запада на восток, что приводит к образованию дискомфортных микроклиматических условий в зимний период вследствие ветроохлаждения.

Заключение.

Комфортность микроклимата в условиях города обусловлена радиационным температурным, ветровым режимом, во многом зависит от характера подстилающей поверхности – этажности и плотности застройки, площади и расположения зеленых насаждений и её границ.

Проведённый архитектурно-климатический анализ фоновых условий, погодновременной оценки, использование методов геоинформационного анализа климатообразующих факторов городской среды позволили выявить благоприятные и неблагоприятные климатические факторы для условий города Воронежа.

Даны рекомендации, позволяющие создать комфортную окружающую среду при осваивании новых и реконструкции существующих городских территорий.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Душкова, Д. О. Природно-климатический потенциал городской среды и здоровье населения: меридиональный аспект / О. Д. Душкова, Т. В. Ватлина, И. А. Ясенева // Экобиологические проблемы Азово-Черноморского региона и комплексное управление биологическими ресурсами. Материалы III научно-практической молодежной конференции. – Севастополь: изд-во ФГБОУ «Институт природно-технических систем», 2016. – С. 87-90.

2.Beckröge, W. Klimakarten in der Stadtplanung / W. Beckröge // Kommission

Reinhaltung der Luft im VDI und DIN (Hrsg.). Umweltmeteorologie. – Düsseldorf : Schriftreihe, 1990. – Band 15. – S. 105-117.

-67 -