Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Строительная физика. Учебное пособие по направлению подготовки 08.05.01 «Строительство уникальных зданий и сооружений»
.pdf
процессы в живых организмах. Особенно велико значение ультрафиолетового излучения.
Ультрафиолетовому излучению, согласно данным Международной
комиссии по освещение (МКО), соответствуют следующие области: А – с
длиной волн 315-400 нм; В – 280-315 нм и С – 100-280 нм. Непосредственное действие ультрафиолетовой радиации области С на живое
вещество угрожает разрушением молекул белка. Однако именно эта часть
спектра ультрафиолетовой радиации не достигает Земли, так как
поглощается в высоких слоях атмосферы. Умеренные дозы ультрафиолетовой радиации области В, как и дозы области А+В, воздействуют на
организм человека благотворно, повышают его устойчивость к заболеваниям, общий тонус и работоспособность.
Интенсивность облучения ультрафиолетовой радиацией (прямой,
рассеянной и суммарной) плоских поверхностей
характеризуется:
интегральностью ультрафиолетовой (УФ) радиации области А+В
(< 400 нм);
биологически наиболее активной УФ-радиацией области В
(<315 нм);
эритемной (благотворной) радиацией области А+В;
эритемной (антирахитной) радиацией области В;
бактерицидной радиацией, охватывающей ультрафиолетовую и
видимую области спектра (< 760 нм).
2
Значения ультрафиолетовой облученности, мВт/м
, для каждого часа
середины месяца вышеуказанных областей приведены в таблицах [22, 26].
В основу составления этих таблиц положено зонирование территории
России по приходу УФ-радиации. Широтное зонирование проведено через
5. За средние широты взяты 75, 70, 65, 55, 50, 45, 40 и 35. Для этих
широтных зон принята следующая классификация:
широта 75 – зона жесткого УФ-дефицита;
широта 70 – зона
сурового УФ-дефицита;
широта 65 – зона значительного УФ-дефицита;
широта 60 – зона умеренного УФ-дефицита;
широта 55 – зона УФ-комфорта со следами УФ-дефицита зимой;
широта 50 – зона УФ-комфорта с избыточным облучением летом;
широта 40 – зона избыточного УФ-облучения;
широта 35 – зона длительного избыточного облучения.
Зоны УФ-дефицита являются
также зонами светового и теплового
дефицита, зоны УФ-комфорта – зонами светового и теплового комфорта, а
зоны избыточного УФ-облучения – зонами чрезмерной освещенности и
прогрева.
11
Данные об ультрафиолетовой радиации используют при расчетах инсоляции помещений жилых и общественных зданий и застройки населенных
мест [22,26].
Суммарная ультрафиолетовая радиация (прямая и рассеянная) в
условиях открытого горизонта в суточном и годовом ходе зависит от
высоты солнца, прозрачности атмосферы и длины волн излучений. Так,
например, суточный ход суммарной ультрафиолетовой радиации
вий г. Москвы при малооблачной погоде, по данным обсерватории МГУ
для зимы и лета, при изменении высоты солнца от 10 до 50 увеличивается более чем в 10 раз. Максимальное значение суммарной ультрафиолетовой радиации в течение всего года наблюдается в околополуденные
часы. Зимой в г. Москве суточное количество ультрафиолетовой
значительно уменьшается и составляет около 4% от суточных норм в
летние месяцы. При этом зимой суммарная ультрафиолетовая радиация
почти полностью определяется рассеянной радиацией.
Облачность существенно изменяет ход суммарной ультрафиолетовой
радиации. При плотной не просвечиваемой облачности суммарная ультрафиолетовая радиация составляет 15-18% от ее величины в ясный день (для
г. Москвы). Рассеянная
сильнее, чем прямая.
Спектральное распределение суммарной и рассеянной радиации в
ультрафиолетовой области спектра меняется в течение дня. С уменьшением высоты солнца сильнее ослабляется коротковолновая радиация,
наиболее активная в биологическом отношении.
Максимальное количество солнечной радиации при безоблачном небе
в летнее время получают вертикальные ограждения, ориентированные на
запад
радиации и высоких послеполуденных температур создает весьма
неблагоприятные условия для человека, особенно в жилых помещениях. В
связи с этим, нормативами [9] предусматривается расчет и конструирование ограждающих конструкций с учетом теплоустойчивости.
характеристик. В архитектурно-строительном проектировании используют
чаще всего следующие показатели температуры воздуха:
характеризует температурный режим по отдельным месяцам и всему году с
обеспеченностью в среднем 0,5 (обеспеченность – интегральная повторяемость значений климатического параметра ниже или выше определенных
пределов, рассчитанные за 50–80 лет). Показатель используют для общей
оценки климата местности
тивных решений, норм расхода топлива и др.
и юго-запад. Комплексное воздействие интенсивной солнечной
Температура воздуха является одной из важнейших климатических
1. Среднюю температуру воздуха по месяцам и за год, которая
ультрафиолетовая радиация ослабляется облаками
, выбора объемно-планировочных и конструк-
для усло-
радиации
12
2. Среднюю температуру воздуха наиболее холодного периода,
определяемую как среднюю температуру периода, составляющего 15%
общей продолжительности периода со среднесуточной температурой воздуха, равной и меньше 8 с, но не более 25 дней. Показатель используют
при проектировании систем отопления, определении расхода топлива и др.
3. Абсолютную минимальную и абсолютную максимальную темпера-
туру воздуха,
воздуха в данном пункте за весь период наблюдений. Обеспеченность этих
показателей близка к единице. Показатели относятся к числу экстремальных значений, так как для практических целей недостаточно иметь только
средние значения метеорологических наблюдений. Учет этих показателей
необходим для многих отраслей народного хозяйства, в
строительства; он позволяет предупредить аварии и стихийные бедствия,
возникающие вследствие резкого изменения погоды (температур,
штормовых ветров, обильных осадков и т.п.).
4. Среднюю температуру воздуха наиболее жаркого месяца. Этот
показатель рассчитывают как среднее значение ежедневных значений
температуры воздуха за период наблюдений. Обеспеченность этого показателя составляет
разработке мероприятий по защите зданий от перегрева.
5. Температуры воздуха наиболее холодных суток и наиболее
холодной пятидневки, которые рассчитывают на основе выборки их
значений за 30–50 лет. Эти показатели лежат в основе теплотехнических
расчетов ограждающих конструкций (расчеты сопротивления
теплопередаче и др.).
6. Среднюю температуру воздуха
рассчитывают по среднесуточным значениям температуры воздуха летних
(июль – август) месяцев, как среднюю из наиболее жарких суток за 8 лет
50-летнего периода. Обеспеченность этой температуры находится в
пределах 0,90–0,95. Показатель используют при расчете теплоустойчивости ограждающих конструкций, проектировании солнцезащиты зданий,
кондиционирования воздуха и др.
Наряду с рассмотренными показателями
туды колебания температуры воздуха, продолжительность периода со
т.е. наиболее низкие и наивысшие пределы температуры
том числе и для
в среднем 0,5. Показатель используют в основном при
наиболее жарких суток, которую
используют и другие: ампли-
средней суточной температурой воздуха, равной и меньше 0,8 и 10С, и
т.д. Эти показатели необходимы для расчетов теплоустойчивости ограждений, экономического обоснования проектных решений и др.
Сведения о значениях температур наружного воздуха основных насе-
ленных пунктов России приведены в [22, 26]
Влажность воздуха является другим важнейшим показателем
гигиенического состояния воздушной среды в помещениях и на
территории застройки. Кроме того, она оказывает влияние и на состояние
13
и справочниках по климату.
строительных конструкций, например, на теплотехнические свойства
E
материалов и их долговечность.
В воздухе всегда присутствует водяной пар. Количественное содер-
жание влаги в воздухе оценивают обычно в единицах абсолютной
влажности, то есть количеством влаги в граммах, содержащимся в еди-
3
нице объема, г/м
.
В строительной климатологии и теплотехнических расчетах чаще
используют величину парциального давления водяного пара е, ("парциальный" – частичный; парциальное давление – это давление газа (пара), находящегося в смеси с другими газами). Парциальное давление, Па, зависит от
влагосодержания воздуха. Эту характеристику называют также упру-
гостью водяного пара.
Упругость водяного пара возрастает по
мере увеличения количества
пара в воздухе. Но, как и абсолютная влажность, она не может возрастать
беспредельно в воздухе с определенной температурой и барометрическим
давлением. Максимальное значение упругости водяного пара Е, Па,
соответствуют полному насыщению воздуха водяным паром. Значения Е
увеличиваются с увеличением температуры и давления воздуха.
Степень насыщения воздуха водяным
паром характеризуется относи-
тельной влажностью. Относительная влажность воздуха представляет
собой процентное отношение упругости водяного пара в рассматриваемой
воздушной среде е к его максимальному значению Е, соответствующему
температуре этой среды, то есть
e
. (1)
100
0
0
Нормальной для человека считают относительную влажность в пределах 50-60% при температуре 18-20С (температура в помещениях).
Средние ежемесячные значения влажности наружного воздуха в
различных географических пунктах представлены в СНиП [22,26].
Ветер, особенно в сочетании с изменяющейся температурой, влажностью воздуха и осадками, существенно изменяет восприятие человеком
погоды, что, в свою очередь,
сказывается на его физическом и
психологическом состоянии.
Ветер может создавать пыльные бури, метели, бураны, а также
переносить промышленные отходы, загрязняющие атмосферу. В сочетании
с дождем он приводит к увлажнению ограждающих конструкций зданий,
снижая их долговечность. Силовое воздействие ветра на здания и
сооружения во многом определяет их конструктивное решение, особенно в
вопросах
обеспечения устойчивости.
В холодное время года под воздействием ветра значительно увеличиваются теплопотери здания, особенно через неплотности окон и дверей.
При большой скорости ветра теплопотери в зданиях возрастают на 30-40%.
14
Вместе с тем, ветер может способствовать улучшению аэрации
Ю
территории застройки, наилучшему воздухообмену внутри зданий, высушиванию строительных материалов, а при определенных параметрах – и
смягчению отрицательного воздействия высоких температур и влажности.
Ветровой режим в строительной климатологии оценивают повторя-
емостью направлений ветра и средней скоростью ветра по румбам.
Повторяемость направлений ветра рассчитывают
в процентах от
общего числа случаев направлений ветра без учета штилей.
Среднюю скорость ветра по румбам, м/с, рассчитывают делением
суммы скоростей на сумму случаев с ветром каждого румба.
В архитектурно-строительном проектировании принято характеризовать направления ветра по 8 румбам. В соответствии со сторонами света
различают северный, северо-восточный, восточный, юго
-восточный,
южный, юго-западный, западный и северо-западный румбы.
Многолетние данные о ветровом режиме местности изображают
графически в виде так называемой розы ветров (рис.1).
Значения повторяемости направлений и скорости ветра в январе и
июле для населенных пунктов России представлены в [22, 26].
Данные о ветровом режиме обязательны при разработке генеральных
планов застройки,
расчетах аэрации, оценке планировочных решений, разработке специальных мероприятий по снего- и пылезащите, определении
размеров санитарно-защитных зон, в расчетах теплопотерь из здания и др.
16,0
С
9,0
5,5
З
6,0 5,5
5,3
14,0
5,1
3,0
2,6
3,0
2,3
4,6
4,9
2
29,0
1
В
20,0
Рис.1. Роза ветров для г. Пензы на зимний период (январь):
1 – повторяемость ветра по румбам, %; 2 – средняя скорость ветра, м/с
15
Осадки, как правило, оценивают по значениям их среднего количества
за год, месяц или сутки и характеризуют высотой слоя воды, мм,
образовавшегося на горизонтальной поверхности от выпавшего дождя,
мороси, обильной росы и тумана, растаявшего снега, града и снежной
крупы при отсутствии стока, просачивания и испарения.
При решении вопросов повышения долговечности наружных
стен
используют сведения о количестве осадков, выпадающих на вертикальную
поверхность наветренной ориентации за какой-либо период.
Сведения о количестве осадков необходимы при проектировании
водоотвода с покрытий зданий, территории застройки, дорог, при выборе
конструктивных решений ограждающих конструкций и т.д.
В ряде случаев крайне необходимо учитывать критические максимальные значения осадков. Основные
сведения об осадках приведены в [22].
Снежный покров является, прежде всего, существенной дополнительной нагрузкой на конструкции зданий, что учитывают при расчете
несущих элементов здания. Кроме того, переносимый снег значительным
образом влияет на условия эксплуатации зданий и территорий, усложняет
организацию движения транспорта, людей и т.д. Вместе с тем, снежный
покров
имеет и положительное значение как фактор улучшения естественного освещения, защиты грунтов от более глубокого промерзания и т.д.
Снежный покров характеризуется средней и максимальной высотой слоя,
образовавшегося за определенный период времени (декаду, месяц), плотностью снега, запасом воды в нем, а также датами образования и схода.
Объем снегопереноса характеризуется объемом
снега, переносимого за
зиму с максимальным за 10-летний период числом часов с общей низовой
3
метелью. Сведения об объемах снегопереноса, м
/м, используют при
разработке генеральных планов застройки жилых и промышленных
территорий, мероприятий по снегозащите и др.
Контрольные вопросы
1. На что влияет климат при решении архитектурно-строительных
задач?
2. Какие климатические характеристики относятся к комплексным?
3. Какие климатические характеристики относятся к пофакторным?
4. Где используют комплексные климатические характеристики?
5. Где используют пофакторные климатические характеристики?
6. Для чего проводят анализ микроклимата?
7. Сведения о каких видах солнечной радиации используют в архитек-
турно-строительном
проектировании?
8. Какие показатели температуры используют в архитектурно-строи-
тельном проектировании?
16
9. Какие показатели влажности используют в архитектурно-строи-
тельном проектировании?
10. Какими показателями оценивается ветровой режим местности?
11. По каким значениям оценивают осадки?
1.3. Климатическое районирование территории России
В целях улучшения системы проектирования и строительства, и
главным образом жилых зданий, во многих странах осуществляется работа
по строительно-климатическому районированию.
Строительно-климатическое районирование определяет деление обширных территорий на климатические районы, в пределах которых к зданиям предъявляются определенные типологические требования, формирующие представления о типе дома, типе объемно-планировочных
квартир, ориентации, устройстве входных узлов, приемах застройки и др.
На учете таких требований основана разработка типовых проектов для
определенных климатических районов, каждый из которых имеет свои
климатические особенности.
Работа по климатическому районированию территории нашей страны
была начата еще в 30-е годы ХХ века. На этапах работы по климатическому
выбору определяющих климатических параметров в пределах климатического района, уточнялись границы районов и подрайонов, совершенствовалась система типологических требований. В основу современного
климатического районирования положены многолетние климатические
наблюдения о комплексном сочетании средних значений температуры
воздуха в январе и июле со скоростью ветра за три
среднемесячной относительной влажностью воздуха в июле.
территория России и стран ближнего зарубежья делится на 4 климатических района, которые, в свою очередь, подразделены на 16 климатических
подрайонов (табл. 1 и рис. 2).
Крайнего Севера, Восточной Сибири и Забайкалья с суровым
климатом; второй – умеренные широты с умеренно – холодным климатом;
третий – часть южных районов с очень теплым летом; четвертый – южный
берег Крыма и Закавказье с мягкими зимами и жарким летом, а также
западную часть юга Краснодарского края и Грузии (жаркое влажное лето)
и долины Средней Азии с очень жарким и сухим
районированию использовались различные принципы и подходы к
зимних месяца и
Согласно последнему строительно-климатическому районированию
Первый климатический район включает обширные территории
климатом.
решений
и холодным
17
Таблица 1
Характеристика климатических районов и подрайонов
Клима-
тические
районы
I
II IIА
III
IV
П р и м е ч а н и е. Отсутствие климатического показателя в таблице означает, что этот
показатель не учитывается при определении типологических требований.
Клима-
тические
под-
районы
IД
IIБ
IIВ
IIГ
IIIА
IIIБ
IIIВ
IVА
IVБ
IVВ
IVГ
Среднемесяч-
ная темпера-
тура воздуха в
январе, С
От -32 и ниже
От -28 и ниже
От -14 до -28
От -14 до -28
От -28 до -32
От -4 до -14
От -3 до -5
От -4 до –14
От -5 до –14
От -14 до -20
От -5 до +2
От -5 до -14
От -10 до +2
От +2 до +6
От 0 до +2
От -15 до 0
Средняя
скорость ветра
за три зимних
месяца, м/с
-
-
5 и более
-
5 и более
5 и более
-
5 и более
-
-
-
-
-
-
-
Среднемесяч-
ная температура
воздуха в июле,
С
От +4 до +19
От 0 до +13
От +12 до 21
От 0 до +14
От +10 до +21
От +8 до +12
От +12 до +21
От +12 до +21
От +12 до +21
От +21 до +25
От +21 до +25
От +21 до +25
От +28 и выше
От +22 до +28
От +25 до +28
От +25 до +28
Среднемесяч-
ная относительная влажность воздуха
в июле, %
-
Более 75
-
Более 75
-
Более 75
Более 75
-
Более 75
-
-
-
-
50 и более в 13
ч
-
-
Климатические показатели января и июля свидетельствуют в основном
о континентальном характере климата нашей страны. Вместе с тем, даже в
пределах климатических подрайонов, охватывающих значительные территории, климатические характеристики далеко не одинаковы. Особенно
заметно сказывается разница климатического воздействия в областях,
расположенных на границах подрайонов. Поэтому при проектировании в
географических пунктах, расположенных
вблизи границ климатических
подрайонов, учитывают климатические воздействия обоих подрайонов.
Климатическое районирование способствует отработке типологических требований к зданиям различного назначения, влияет на формирование
внешнего облика зданий и объемно-планировочного решения, условий
эксплуатации инженерного оборудования и т.д.
18
Рис.2. Схематическая карта климатического районирования территории
для строительства
Контрольные вопросы
1. Что определяет строительно-климатическое районирование?
2. Характеристики климатических районов и подрайонов?
3. На какие характеристики зданий и застройки влияет климатическое
районирование?
4. Как называется документ, где указаны климатические районы и
подрайоны?
5. Как обозначаются климатические районы и подрайоны?
6. Как учитываются климатические показатели территорий,
расположенных на границах климатических районов?
19
1.4. Анализ климатических условий. Микроклимат и инсоляция
внутренней среды зданий и территорий застройки
1.4.1. Анализ климатических условий
Климатические характеристики районов и подрайонов дают первое
общее представление о климатическом фоне. Этого далеко не достаточно
для решения конкретных архитектурно-типологических задач.
При решении определенных задач по связи между архитектурой здания
или территории с внешней средой чаще всего используют сведения о
преобладающей погоде в данной местности. Характер связи помещений с
внешней
эксплуатационным режимом помещений.
местности и по их анализу используют определенные методики, способствующие научному выбору архитектурных средств улучшения
внешней и внутренней среды проектируемых объектов.
строительном проектировании, лежит забота о человеке. Для выявления
благоприятных и неблагоприятных факторов климатической среды проводят гигиеническую оценку климата и сравнивают ее с оптимальными для человека условиями. В первую очередь анализируют характерные, типичные
условия климата, носящие длительный постоянный характер, затем выявляют экстремальные климатические воздействия, которые могут привести
к дискомфорту
вые ветры, абсолютный минимум или максимум температур и др.).
ристикам прежде всего должны отвечать условиям погоды данной
местности. Согласно методике ЦНИИЭП жилища, в зависимости от
различных сочетаний среднемесячных значений температуры, влажности и
скорости ветра различают семь типов погоды:
теплая, комфортная, прохладная, холодная и суровая.
например, позволяет установить для жилища наиболее рациональный
режим эксплуатации помещений (табл.2.).
важность того или иного сочетания климатических характеристик.
Например, для погоды жаркой, теплой и комфортной важно
температуры воздуха с относительной влажностью, а для погоды суровой,
холодной и прохладной – сочетание температуры воздуха с ветром.
к – комфортная, т – теплая, п – прохладная, х – холодная, с – суровая, з –
засушливая (сухая, жаркая), ж – жаркая, – то по осредненным клима-
средой через преобладающий тип погоды условно называют
В работе приведен сбор сведений о преобладающей погоде в данной
В основе анализа сведений о климате, используемых в архитектурно-
и даже разрушению архитектурного сооружения (штормо-
Проектируемые здания по архитектурно-типологическим характе-
жаркая сухая, жаркая,
Проведение такой классификации погоды в данной местности,
Изменение критерия в четвертой и пятой графах табл. 2 подчеркивает
сочетание
Если каждый из типов погоды обозначить одной первой буквой слова:
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]